The source and transport of the severe Asian dust event (ADE) recently observed in the Korean peninsula were analyzed based on observations (surface weather charts and satellite data) and modeling study (WRF-CMAQ modeling systems). The ADE occurred on 20-21 March 2010 in South Korea with very high $PM_{10}$ concentrations (up to approximately $3,000{\mu}g/m^3$ in Daegu and Jeju). The dominant meteorological conditions affecting the dust outbreak and transport processes were found to be associated with the two synoptic features: (1) strong airflows (i.e., westerlies) induced by a strong pressure gradient resulting from a dense isobar pattern (west-high and east-low) between Tuva Republic and Mongolia and (2) a rapid movement of the strong westerlies merged with airflows generated near Gobi Desert and Inner Mongolia. The merged strong westerlies with a low pressure played a pivotal role in the huge amount of AD and its transport height of 5-8 km. The time and location of dust emissions calculated in the source regions were similar to those observed in the weather charts and satellite image. The ADE simulation mostly showed agreement in the patterns and the concentration levels of modeled dust (including $PM_{10}$) with those of the observations.
Fukushima, H.;Schmidt, M.;Sohn, B.J.;Toratani, M.;Uno, I.
대한원격탐사학회:학술대회논문집
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대한원격탐사학회 1999년도 Proceedings of International Symposium on Remote Sensing
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pp.89-94
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1999
The paper first proposes an empirical algorithm for detecting dust-loaded airmass observed by Sea Wide Field-of-view Scanner (SeaWiFS). The proposed dust index formula is based on the curvature of the spectral reflectance estimated from the SeaWiFS band 4 (510 nm band) through band 8 (865 nm band) data, assuming "clear ocean water" reflectance. Evaluation of the algorithm is made over several typical Asian dust images including the ones over the Pacific in April, 1998, when a major dust event was reported. The study analyzes the performance and the characteristics of the algorithm by comparing the satellite-derived dust index images with contemporaneous columnar concentration of dust particles predicted by a numerical dust transport model. The comparison reveals several small-scale differences although their dust distribution patterns show good agreement generally.
Atmospheric aerosol deposition caused by Asian dust (KOSA) events provide nutrients, trace metals, and organic compounds over the Pacific Ocean that enhance ocean productivity and carbon sequestration and, thus, influence the atmospheric carbon dioxide concentrations and climate. Using dust particles obtained from the snow layers on Mt. Tateyama and the surface sand of Loess Plateau in incubation experiments with natural seawater samples on a shipboard, we demonstrate that dust-particle additions enhanced the bacterial growth on the first day of incubation. Gram-positive bacterial group and alpha-proteobacteria were specifically detected form seawater samples including the mineral particles. Although the remarkable dynamics of trace elements and nutrients depend on dust-particle additions, it is possible that organic compounds present in the mineral particles or transported microbial cells could also contribute to an increase in the quantities of bacteria. The chlorophyll concentrations at fractions of every size indicated a similar pattern of change between the seawater samples with and without the dust-particle additions. In contrast, the chlorophyll measurement using submersible fluorometer revealed that the dynamics of phytoplankton composition were influenced by the dust-particles treatments. We conclude that the phytoplankton that uses the bacterial products would increase their biomass. We show that KOSA deposition can potentially alter the structures of bacterial communities and indirectly influence the patterns of marine primary production in the Pacific Ocean.
Ryu, Jae-Hyun;Hong, Sungwook;Lyu, Sang Jin;Chung, Chu-Yong;Shi, Inchul;Cho, Jaeil
대한원격탐사학회지
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제34권1호
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pp.25-43
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2018
The effects of hydro-meteorological and surface variables on the frequency of Asian dust events (FAE) were investigated using ground station and satellite-based data. Present weather codes 7, 8, and 9 derived from surface synoptic observations (SYNOP)were used for counting FAE. Surface wind speed (SWS), air temperature (Ta), relative humidity (RH), and precipitation were analyzed as hydro-meteorological variables for FAE. The Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), land surface temperature (LST), and snow cover fraction (SCF) were used to consider the effects of surface variables on FAE. The relationships between FAE and hydro-meteorological variables were analyzed using Z-score and empirical orthogonal function (EOF) analysis. Although all variables expressed the change of FAE, the degrees of expression were different. SWS, LST, and Ta (indices applicable when Z-score was < 0) explained about 63.01, 58.00, and 56.17% of the FAE,respectively. For NDVI, precipitation, and RH, Asian dust events occurred with a frequency of about 55.38, 67.37, and 62.87% when the Z-scores were > 0. EOF analysis for the FAE showed the seasonal cycle, change pattern, and surface influences related to dryness condition for the FAE. The intensity of SWS was the main cause for change of FAE, but surface variables such as LST, SCF, and NDVI also were expressed because wet surface conditions suppress FAE. These results demonstrate that not only SWS and precipitation, but also surface variables, are important and useful precursors for monitoring Asian dust events.
The current paper reports on the enhancement of O$_3$, CO, NO$_2$, and aerosols during the Asian dust event that occurred over Korea on 1 May 1999. To confirm the origin and net flux of the O$_3$, CO, NO$_2$, and aerosols, the meteorological parameters of the weather conditions were investigated using Mesoscale Meteorological Model 5(MM5) and the TOMS total ozone and aerosol index, the back trajectory was identified using the Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model(HYSPLIT), and the ozone and ozone precursor concentrations were determined using the Urban Ashed Model(UAM). In the presence of sufficiently large concentrations of NO$\sub$x/, the oxidation of CO led to O$_3$ formation with OH, HO$_2$, NO, and NO$_2$ acting as catalysts. The sudden enhancement of O$_3$, CO, NO$_2$ and aerosols was also found to be associated with a deepening cut-off low connected with a surface cyclone and surface anticyclone located to the south of Korea during the Asian dust event. The wave pattern of the upper trough/cut-off low and total ozone level remained stationary when they came into contact with a surface cyclone during the Asian dust event. A typical example of a stratosphere-troposphere exchange(STE) of ozone was demonstrated by tropopause folding due to the jet stream. As such, the secondary maxima of ozone above 80 ppbv that occurred at night in Busan, Korea on 1 May 2001 were considered to result from vertical mixing and advection from a free troposphere-boundary layer exchange in connection with an STE in the upper troposphere. Whereas the sudden enhancement of ozone above 100 ppbv during the day was explained by the catalytic reaction of ozone precursors and transport of ozone from a slow-moving anticyclone area that included a high level of ozone and its precursors coming from China to the south of Korea. The aerosols identified in the free troposphere over Busan, Korea on 1 May 1999 originated from the Taklamakan and Gobi deserts across the Yellow River. In particular, the 1000m profile indicated that the source of the air parcels was from an anticyclone located to the south of Korea. The net flux due to the first invasion of ozone between 0000 LST and 0600 LST on 1 May 1999 agreed with the observed ground-based background concentration of ozone. From 0600 LST to 1200 LST, the net flux of the second invasion of ozone was twice as much as the day before. In this case, a change in the horizontal wind direction may have been responsible for the ozone increase.
Log normalized volume size distribution (dV/dlog$D_p$) with 52 size ranges from 0.5 to $20.0{\mu}m$ was measured for the cases of high $PM_{10}$ mass concentration (> $200{\mu}gm^{-3}$) using the Aerodynamic Particle Sizer (APS) at the Korea Global Atmosphere Watch Center (KGAWC) from 6 April, 2006 to 5 April, 2007. Black Carbon (BC), gaseous pollutants of $NO_X$ and $SO_2$ and ${\AA}ngstr\ddot{o}m$ exponent were also measured to examine the properties of the volume size distribution. From distinct difference of the high volume concentration (> $100{\mu}m^3cm^{-3}$), the volume size distribution for each event day was clasified into four types: (1) Type 1 had the high volume concentration for supermicron particles from 2.3 to $6.0{\mu}m$ and maximum average volume concentration was $160.7{\mu}m^3cm^{-3}$ at $3.5{\mu}m$. (2) Type 2 represented the high volume concentration in the both size range of submicron ($0.7-1.0{\mu}m$) and supermicron particles ($2.1-4.1{\mu}m^3cm^{-3}$ and $136.2{\mu}m^3cm^{-3}$ were found at 0.8 and $3.3{\mu}m$ respectively. (3) Type 3 showed the high volume concentration in the size range of $0.5-3.5{\mu}m$ and highest volume concentration of $201.1{\mu}m^3cm^{-3}$ at the particle size bin of $0.8{\mu}m$. (4) Type 4 was characterized by the high volume concentration for the fine particles less than $1.2{\mu}m$ and very high concentration of $446.8{\mu}m^3cm^{-3}$. ${\AA}ngstr\ddot{o}m$ exponent, concentration of gaseous ($NO_X$ and $SO_2$), and particle (BC) pollutants suggested that Type 1 was a typical volume size distribution for the Asian dust and Type 3 provided transportation of air pollutants. The distribution in Type 2 found to have both characteristics of the Asian dust and air pollutants, and Type 4 was took place during the foggy atmosphere containing high density of local pollutants. Based on the properties of volume size distribution, we can identify the three major events contributing the increase of $PM_{10}$ mass concentration, and hope to provide a guideline for discriminating the Asian dust from high $PM_{10}$ events. More case studies and longeto advance this determination method.
The concentrations of three different fractions of particulate matters including PM2.5, PM10, and TSP were compared between the Asian Dust (AD) and non-AD (NAD) periods during the spring season of 2001. For the purpose of this comparative analysis, the data sets were obtained from four different observatory sites located within the city boundary of Seoul that concurrently measure those three fractions of PM at hourly intervals. According to our study, several conclusions can be drawn to describe relationships between the AD event and PM distribution characteristics. First of all, it is apparent that the concentrations of PM are distinctively distinguished between AD and NAD. If the extent of contribution to the AD events are assessed on the quantitative basis, it appears that their magnitude increases on the order of PM2.5, PM10, and TSP. As a result, the increase of PM observed during AD event is dominated by the coarse rather than fine fraction of PM. Moreover, when their relationships were assessed in terms of fractional ratios, it was found that TSP/PM10 ratios were almost constant, regardless of the occurrences of AD. On the other hand, the coarse/fine or TSP/PM2.5 ratios changed dramatically between AD and NAD periods. The results of our analysis cleary distinguishes quantitative role of each PM fraction between AD and NAD period, while suggesting indirectly the possible control of source processes on such relationships.
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