Physical characterization of aerosols by using space-borne and ground-based observations in the Eastern Mediterranean Basin

Atmosferdeki aerosol parçacıklarının küresel enerji bütçesi, hava kalitesi ve iklim üzerinde birçok etkisi bulunmaktadır. Bu parçacıklar arasında çöl tozu en çok bulunanlardan biri olup, her yıl milyonlarca ton çöllerden dünyanın dört bir yanına taşınmaktadır. Çöl tozlarının bu hareketi atmosferik süreçleri, bölgesel ve küresel iklimi etkilemektedir. Araştırmam, TÜBİTAK COST Projesi "Türkiye'nin Güney Bölgelerinde Toz Taşınma Yollarının ve Doğal Toz Katkısının Belirlenmesi" kapsamındadır. Projenin amacı, doğal çöl tozu taşınımının Doğu Anadolu ve Batı Akdeniz bölgelerindeki hava kalitesine etkisini hem niteliksel hem de niceliksel olarak belirlemektir. Araştırmamın amacı, Türkiye'nin de dahil olduğu Doğu Akdeniz bölgesindeki gözlemleri kullanarak atmosferik aerosollerin fiziksel özelliklerini araştırmaktır. Aerosollerin fiziksel özelliklerinin daha iyi incelenmesi gerektiğinden, uydu tabanlı uzaktan algılama ve yer gözlemleri, aerosol süreçlerinin ve çöl tozlarının hava kalitesine katkısının anlaşılması açısından temel bir öneme sahiptir. Bu çalışma, Doğu Akdeniz ve Levant bölgelerinde aerosol optik derinliği (AOD) üzerine kapsamlı bir analiz sunmakta ve uzun dönemli eğilimler, mevsimsel değişimler ile uydu kaynaklı AOD ölçümlerinin yer tabanlı AERONET verileriyle doğrulanmasına odaklanmaktadır. İlk hedef, Aqua uydusundaki Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) ve Suomi NPP uydusundaki Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) ile AOD analizini gerçekleştirmek ve bu iki cihazın veri setlerini karşılaştırmaktır. MODIS (2003–2023) ve VIIRS (2012–2023) cihazlarından alınan uydu gözlemleri karşılaştırılarak uzaysal ve zamansal aerosol dağılımına ilişkin bulgular elde edilmiştir. Diğer bir hedef ise uydu ve yer tabanlı gözlemler arasındaki AOD ölçümlerinin değişkenliğini ve güvenilirliğini değerlendirmek ve bu ölçümlerin bölgesel klimatolojiyi ne kadar iyi temsil ettiğini belirlemektir. Bu nedenle, çalışma MODIS ve VIIRS AOD ürünlerinin performansını, 2003 ve 2023 yılları arasında farklı dönemlerde AERONET verileriyle yapılan karşılaştırmalı analizlerle değerlendirmektedir. Bu analiz dört istasyonda gerçekleştirilmiştir: IMS-METU-ERDEMLI (Mersin/Türkiye) (2004–2019), CUT-TEPAK (Limasol/Kıbrıs) (2010–2023), Cairo_EMA_2 (Kahire/Mısır) (2010–2023) ve SEDE_BOKER (Sede Boker/İsrail) (2003–2023). Bu istasyonlar, kıyı bölgelerinden çöl bölgelerine kadar çeşitli çevresel koşullar sunarak, aerosol davranışının kapsamlı bir şekilde değerlendirilmesine olanak tanımaktadır. Çalışma ayrıca, MODIS ölçümleri üzerindeki bulut oranının etkisini de dikkate almakta ve AERONET verilerine dayalı aerosol sınıflandırmasını içermektedir. Sonuçlar, belirgin mevsimsel eğilimler ortaya koymaktadır; ilkbahar ve yaz aylarında, Kuzey Afrika ve Arap Yarımadası'ndan gelen toz taşınımı nedeniyle AOD değerleri daha yüksek olurken, kış aylarında toz aktivitesinin azalmasıyla AOD değerleri daha düşük seviyelerdedir. İncelenen bölgeler arasında, Kuzey Arap Yarımadası en yüksek ortalama AOD değerine sahipken, Türkiye en düşük ortalama AOD değerine sahiptir. AOD eğilimleri, 2003'ten 2009'a kadar artan bir seyir gösterirken, 2009'dan 2023'e kadar özellikle Doğu Akdeniz Havzası ve Türkiye'de olmak üzere çoğu alt bölgede istatistiksel olarak anlamlı bir azalma gözlemlenmiştir. MODIS ve VIIRS verilerinin AERONET ölçümleriyle doğrulanması, IMS-METU-ERDEMLI (MODIS: R=0.86 ve VIIRS: R=0.73) ve CUT-TEPAK (MODIS: R=0.87 ve VIIRS: R=0.76) istasyonlarında güçlü korelasyonlar gösterirken, SEDE_BOKER ve Cairo_EMA_2 istasyonlarında daha zayıf korelasyonlar gözlemlenmiştir. Beklenen hata sınırları içinde en yüksek ölçüm yüzdesi IMS-METU-ERDEMLI istasyonunda kaydedilmiş ve burada MODIS ile AERONET verileri arasındaki en iyi uyum sağlanmıştır. Loess kullanarak Mevsimsel ve Trend Ayrıştırma (STL) yöntemi, Sahra ve Orta Doğu'dan gelen toz taşınımının etkisiyle ilkbahar ve yaz aylarında tutarlı zirveler ortaya koyarken, kış aylarında daha düşük değerler gözlemlenmiştir. Bu çalışma, Levant bölgesinde bugüne kadar yapılmış en uzun veri setlerini kullanmakta olup, bu bölgede daha önce böyle kapsamlı bir çalışma gerçekleştirilmemiştir. Çalışmanın sonuçları, atmosferik aerosoller üzerine yapılan önceki araştırmalarla uyumlu olup, uydu ve yer tabanlı gözlemlerin birleştirilmesinin önemini vurgulamaktadır.