925 resultados para Two particle distributions
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The electroless nickel composite (ENC) with various silicon carbide contents was deposited onto aluminium alloy (LM24) substrate. The wear behaviour and the microhardness of the composite coating samples were investigated and compared with particles free and aluminium substrate samples using micro-scale abrasion tester and microhardness tester respectively. The wear scar marks and wear volume were analysed by optical microscope. The wear tracks were further studied using scanning electron microscopy (SEM). The embedded particles were found to get pressed into the matrix which helps resisting further wearing process for composite samples. However, random orientation of microcuts and microfallow were seen for ENC sample but more uniform wearing was observed for EN sample. The composite coating with low content of SiC was worn minimum. Early penetration into the substrate was seen for samples with higher SiC content. Microhardness was improved after heat treatment for all the samples containing various SiC content. Under dry sliding condition, inclusion of particles in the matrix did not improve the wearing resistance performance in as-deposited state. The wearing worsened as the content of the particles increased generally. However, on heat treatment, the composite coatings exhibited improved wear resistance and the best result was obtained from the one with low particle contents.
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Intense, femtosecond laser interactions with blazed grating targets are studied through experiment and particle-in-cell (PIC) simulations. The high harmonic spectrum produced by the laser is angularly dispersed by the grating leading to near-monochromatic spectra emitted at different angles, each dominated by a single harmonic and its integer-multiples. The spectrum emitted in the direction of the third-harmonic diffraction order is measured to contain distinct peaks at the 9th and 12th harmonics which agree well with two-dimensional PIC simulations using the same grating geometry. This confirms that surface smoothing effects do not dominate the far-field distributions for surface features with sizes on the order of the grating grooves whilst also showing this to be a viable method of producing near-monochromatic, short-pulsed extreme-ultraviolet radiation.
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Supersolitons are a form of soliton characterised, inter alia, by additional local extrema superimposed on the usual bipolar electric field signature. Previous studies of supersolitons supported by three-component plasmas have dealt with ion-acoustic structures. An analogous problem is now considered, namely, dust-acoustic supersolitons in a plasma composed of fluid negative dust grains and two kappa-distributed positive ion species. Calculations illustrating some supersoliton characteristics are presented. © Cambridge University Press 2013.
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The influence of nonlinear frequency coupling in an oxygen plasma excited by two odd harmonics at moderate pressure is investigated using a numerical model. Through variations in the voltage ratio and phase shift between the frequency components changes in ionization dynamics and sheath voltages are demonstrated. Furthermore, a regime in which the voltage drop across the plasma sheath is minimised is identified. This regime provides a significantly higher ion flux than a single frequency discharge driven by the lower of the two frequencies alone. These operating parameters have potential to be exploited for plasma processes requiring low ion bombardment energies but high ion fluxes.
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We derive the species-area relationship (SAR) expected from an assemblage of fractally distributed species. If species have truly fractal spatial distributions with different fractal dimensions, we show that the expected SAR is not the classical power-law function, as suggested recently in the literature. This analytically derived SAR has a distinctive shape that is not commonly observed in nature: upward-accelerating richness with increasing area (when plotted on log-log axes). This suggests that, in reality, most species depart from true fractal spatial structure. We demonstrate the fitting of a fractal SAR using two plant assemblages (Alaskan trees and British grasses). We show that in both cases, when modelled as fractal patterns, the modelled SAR departs from the observed SAR in the same way, in accord with the theory developed here. The challenge is to identify how species depart from fractality, either individually or within assemblages, and more importantly to suggest reasons why species distributions are not self-similar and what, if anything, this can tell us about the spatial processes involved in their generation.
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Context. The jets of compact accreting objects are composed of electrons and a mixture of positrons and ions. These outflows impinge on the interstellar or intergalactic medium and both plasmas interact via collisionless processes. Filamentation (beam-Weibel) instabilities give rise to the growth of strong electromagnetic fields. These fields thermalize the interpenetrating plasmas.
Aims. Hitherto, the effects imposed by a spatial non-uniformity on filamentation instabilities have remained unexplored. We examine the interaction between spatially uniform background electrons and a minuscule cloud of electrons and positrons. The cloud size is comparable to that created in recent laboratory experiments and such clouds may exist close to internal and external shocks of leptonic jets. The purpose of our study is to determine the prevalent instabilities, their ability to generate electromagnetic fields and the mechanism, by which the lepton micro-cloud transfers energy to the background plasma.
Methods. A square micro-cloud of equally dense electrons and positrons impinges in our particle-in-cell (PIC) simulation on a spatially uniform plasma at rest. The latter consists of electrons with a temperature of 1 keV and immobile ions. The initially charge- and current neutral micro-cloud has a temperature of 100 keV and a side length of 2.5 plasma skin depths of the micro-cloud. The side length is given in the reference frame of the background plasma. The mean speed of the micro-cloud corresponds to a relativistic factor of 15, which is relevant for laboratory experiments and for relativistic astrophysical outflows. The spatial distributions of the leptons and of the electromagnetic fields are examined at several times.
Results. A filamentation instability develops between the magnetic field carried by the micro-cloud and the background electrons. The electromagnetic fields, which grow from noise levels, redistribute the electrons and positrons within the cloud, which boosts the peak magnetic field amplitude. The current density and the moduli of the electromagnetic fields grow aperiodically in time and steadily along the direction that is anti-parallel to the cloud's velocity vector. The micro-cloud remains conjoined during the simulation. The instability induces an electrostatic wakefield in the background plasma.
Conclusions. Relativistic clouds of leptons can generate and amplify magnetic fields even if they have a microscopic size, which implies that the underlying processes can be studied in the laboratory. The interaction of the localized magnetic field and high-energy leptons will give rise to synchrotron jitter radiation. The wakefield in the background plasma dissipates the kinetic energy of the lepton cloud. Even the fastest lepton micro-clouds can be slowed down by this collisionless mechanism. Moderately fast charge- and current neutralized lepton micro-clouds will deposit their energy close to relativistic shocks and hence they do not constitute an energy loss mechanism for the shock.
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In the research of the microstructural influence on dynamic compression, an assumption that the α and the β phases in titanium alloys were linearly strengthened was proposed, and a two-dimensional model using ANSYS (ANSYS, Inc., Canonsburg, PA) focusing on the role of microgeometrical structure was developed. By comparing the stress and strain distributions of different microstructures, the roles of cracks and phase boundaries in titanium compression were studied.
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We present a new regime to generate high-energy quasimonoenergetic proton beams in a "slow-pulse" regime, where the laser group velocity vg<c is reduced by an extended near-critical density plasma. In this regime, for properly matched laser intensity and group velocity, ions initially accelerated by the light sail (LS) mode can be further trapped and reflected by the snowplough potential generated by the laser in the near-critical density plasma. These two acceleration stages are connected by the onset of Rayleigh-Taylor-like (RT) instability. The usual ion energy spectrum broadening by RT instability is controlled and high quality proton beams can be generated. It is shown by multidimensional particle-in-cell simulation that quasimonoenergetic proton beams with energy up to hundreds of MeV can be generated at laser intensities of 1021W/cm2.
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The second harmonic generation (SHG) intensity spectrum of SiC, ZnO, GaN two-dimensional hexagonal crystals is calculated by using a real-time first-principles approach based on Green's function theory [Attaccalite et al., Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2013 88, 235113]. This approach allows one to go beyond the independent particle description used in standard first-principles nonlinear optics calculations by including quasiparticle corrections (by means of the GW approximation), crystal local field effects and excitonic effects. Our results show that the SHG spectra obtained using the latter approach differ significantly from their independent particle counterparts. In particular they show strong excitonic resonances at which the SHG intensity is about two times stronger than within the independent particle approximation. All the systems studied (whose stabilities have been predicted theoretically) are transparent and at the same time exhibit a remarkable SHG intensity in the range of frequencies at which Ti:sapphire and Nd:YAG lasers operate; thus they can be of interest for nanoscale nonlinear frequency conversion devices. Specifically the SHG intensity at 800 nm (1.55 eV) ranges from about 40-80 pm V(-1) in ZnO and GaN to 0.6 nm V(-1) in SiC. The latter value in particular is 1 order of magnitude larger than values in standard nonlinear crystals.
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A scheme for enhanced quantum electrodynamics (QED) production of electron-positron-pair plasmas is proposed that uses two ultraintense lasers irradiating a thin solid foil from opposite sides. In the scheme, under a proper matching condition, in addition to the skin-depth emission of gamma-ray photons and Breit-Wheeler creation of pairs on each side of the foil, a large number of high-energy electrons and photons from one side can propagate through it and interact with the laser on the other side, leading to much enhanced gamma-ray emission and pair production. More importantly, the created pairs can be collected later and confined to the center by opposite laser radiation pressures when the foil becomes transparent, resulting in the formation of unprecedentedly overdense and high-energy pair plasmas. Two-dimensional QED particle-in-cell simulations show that electron-positron-pair plasmas with overcritical density 10(22) cm(-3) and a high energy of 100s of MeV are obtained with 10 PW lasers at intensities 10(23) W/cm(2), which are of key significance for laboratory astrophysics studies.
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Sediment particle size analysis (PSA) is routinely used to support benthic macrofaunal community distribution data in habitat mapping and Ecological Status (ES) assessment. No optimal PSA Method to explain variability in multivariate macrofaunal distribution has been identified nor have the effects of changing sampling strategy been examined. Here, we use benthic macrofaunal and PSA grabs from two embayments in the south of Ireland. Four frequently used PSA Methods and two common sampling strategies are applied. A combination of laser particle sizing and wet/dry sieving without peroxide pre-treatment to remove organics was identified as the optimal Method for explaining macrofaunal distributions. ES classifications and EUNIS sediment classification were robust to changes in PSA Method. Fauna and PSA samples returned from the same grab sample significantly decreased macrofaunal variance explained by PSA and caused ES to be classified as lower. Employing the optimal PSA Method and sampling strategy will improve benthic monitoring. © 2012 Elsevier Ltd.
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One of the most important factors that affects the performance of energy detection (ED) is the fading channel between the wireless nodes. This article investigates the performance of ED-based spectrum sensing, for cognitive radio (CR), over two-wave with diffuse power (TWDP) fading channels. The TWDP fading model characterizes a variety of fading channels, including well-known canonical fading distributions, such as Rayleigh and Rician, as well as worse than Rayleigh fading conditions modeled by the two-ray fading model. Novel analytic expressions for the average probability of detection over TWDP fading that account for single-user and cooperative spectrum sensing as well as square law selection diversity reception are derived. These expressions are used to analyze the behavior of ED-based spectrum sensing over moderate, severe and extreme fading conditions, and to investigate the use of cooperation and diversity as a means of mitigating the fading effects. Our results indicate that TWDP fading conditions can significantly degrade the sensing performance; however, it is shown that detection performance can be improved when cooperation and diversity are employed. The presented outcomes enable us to identify the limits of ED-based spectrum sensing and quantify the trade-offs between detection performance and energy efficiency for cognitive radio systems deployed within confined environments such as in-vehicular wireless networks.
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Os incêndios florestais são uma importante fonte de emissão de compostos gasosos e de aerossóis. Em Portugal, onde a maioria dos incêndios ocorre no norte e centro do país, os incêndios destroem todos os anos milhares de hectares, com importantes perdas em termos económicos, de vidas humanas e qualidade ambiental. As emissões podem alterar consideravelmente a química da atmosfera, degradar a qualidade do ar e alterar o clima. Contudo, a informação sobre as caraterísticas das emissões dos incêndios florestais nos países do Mediterrâneo é limitada. Tanto a nível nacional como internacional, existe um interesse crescente na elaboração de inventários de emissões e de regulamentos sobre as emissões de carbono para a atmosfera. Do ponto de vista atmosférico da monitorização atmosférica, os incêndios são considerados um desafio, dada a sua variabilidade temporal e espacial, sendo de esperar um aumento da sua frequência, dimensão e severidade, e também porque as estimativas de emissões dependem das caraterísticas dos biocombustíveis e da fase de combustão. O objetivo deste estudo foi quantificar e caraterizar as emissões de gases e aerossóis de alguns dos mais representativos incêndios florestais que ocorreram no centro de Portugal nos verões de 2009 e de 2010. Efetuou-se a colheita de amostras de gases e de duas frações de partículas (PM2.5 e PM2.5-10) nas plumas de fumo em sacos Tedlar e em filtros de quartzo acoplados a um amostrador de elevado volume, respetivamente. Os hidrocarbonetos totais (THC) e óxidos de carbono (CO e CO2) nas amostras gasosas foram analisados em instrumentos automáticos de ionização de chama e detetores não dispersivos de infravermelhos, respetivamente. Para algumas amostras, foram também quantificados alguns compostos de carbonilo após reamostragem do gás dos sacos Tedlar em cartuchos de sílica gel revestidos com 2,4-dinitrofenilhidrazina (DNPH), seguida de análise por cromatografia líquida de alta resolução. Nas partículas, analisou-se o carbono orgânico e elementar (técnica termo-óptica), iões solúveis em água (cromatografia iónica) e elementos (espectrometria de massa com plasma acoplado por indução ou análise instrumental por ativação com neutrões). A especiação orgânica foi obtida por cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massa após extração com recurso a vários solventes e separação dos extratos orgânicos em diversas classes de diferentes polaridades através do fracionamento com sílica gel. Os fatores de emissão do CO e do CO2 situaram-se nas gamas 52-482 e 822-1690 g kg-1 (base seca), mostrando, respetivamente, correlação negativa e positiva com a eficiência de combustão. Os fatores de emissão dos THC apresentaram valores mais elevados durante a fase de combustão latente sem chama, oscilando entre 0.33 e 334 g kg-1 (base seca). O composto orgânico volátil oxigenado mais abundante foi o acetaldeído com fatores de emissão que variaram desde 1.0 até 3.2 g kg-1 (base seca), seguido pelo formaldeído e o propionaldeído. Observou-se que as emissões destes compostos são promovidas durante a fase de combustão latente sem chama. Os fatores de emissão de PM2.5 e PM10 registaram valores entre 0.50-68 e 0.86-72 g kg-1 (base seca), respetivamente. A emissão de partículas finas e grosseiras é também promovida em condições de combustão lenta. As PM2.5 representaram cerca de 90% da massa de partículas PM10. A fração carbonosa das partículas amostradas em qualquer dos incêndios foi claramente dominada pelo carbono orgânico. Foi obtida uma ampla gama de rácios entre o carbono orgânico e o carbono elementar, dependendo das condições de combustão. Contudo, todos os rácios refletiram uma maior proporção de carbono orgânico em relação ao carbono elementar, típica das emissões de queima de biomassa. Os iões solúveis em água obtidos nas partículas da pluma de fumo contribuíram com valores até 3.9% da massa de partículas PM2.5 e 2.8% da massa de partículas de PM2.5-10. O potássio contribuiu com valores até 15 g mg-1 PM2.5 e 22 g mg-1 PM2.5-10, embora em massa absoluta estivesse maioritariamente presente nas partículas finas. Os rácios entre potássio e carbono elementar e entre potássio e carbono orgânico obtidos nas partículas da pluma de fumo enquadram-se na gama de valores relatados na literatura para emissões de queima de biomassa. Os elementos detetados nas amostras representaram, em média, valores até 1.2% e 12% da massa de PM2.5 e PM2.5-10, respetivamente. Partículas resultantes de uma combustão mais completa (valores elevados de CO2 e baixos de CO) foram caraterizadas por um elevado teor de constituintes inorgânicos e um menor conteúdo de matéria orgânica. Observou-se que a matéria orgânica particulada é composta principalmente por componentes fenólicos e produtos derivados, séries de compostos homólogos (alcanos, alcenos, ácidos alcanóicos e alcanóis), açúcares, biomarcadores esteróides e terpenóides, e hidrocarbonetos aromáticos policíclicos. O reteno, um biomarcador das emissões da queima de coníferas, foi o hidrocarboneto aromático dominante nas amostras das plumas de fumo amostradas durante a campanha que decorreu em 2009, devido ao predomínio de amostras colhidas em incêndios em florestas de pinheiros. O principal açúcar anidro, e sempre um dos compostos mais abundantes, foi o levoglucosano. O rácio levoglucosano/OC obtido nas partículas das plumas de fumo, em média, registaram valores desde 5.8 a 23 mg g-1 OC. Os rácios levoglucosano/manosano e levoglucosano/(manosano+galactosano) revelaram o predomínio de amostras provenientes da queima de coníferas. Tendo em conta que a estimativa das emissões dos incêndios florestais requer um conhecimento de fatores de emissão apropriados para cada biocombustível, a base de dados abrangente obtida neste estudo é potencialmente útil para atualizar os inventários de emissões. Tem vindo a ser observado que a fase de combustão latente sem chama, a qual pode ocorrer simultaneamente com a fase de chama e durar várias horas ou dias, pode contribuir para uma quantidade considerável de poluentes atmosféricos, pelo que os fatores de emissão correspondentes devem ser considerados no cálculo das emissões globais de incêndios florestais. Devido à falta de informação detalhada sobre perfis químicos de emissão, a base de dados obtida neste estudo pode também ser útil para a aplicação de modelos no recetor no sul da Europa.
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Um dos principais fatores que afetam negativamente a qualidade do ambiente em muitas cidades em todo o mundo é o material particulado (PM). A sua presença na atmosfera pode ter impactos negativos na saúde humana, clima, património edificado e ecossistemas. Muitos dos estudos realizados em áreas urbanas focam apenas as frações respiráveis (PM10 e PM2,5). No entanto, os processos de formação, a identificação das fontes emissoras e os efeitos dependem muito da distribuição granulométrica das partículas. A atenção tem recaído na análise de hidrocarbonetos poliaromáticos (PAHs), devida à sua carcinogenicidade e a informação disponível sobre outros compostos é escassa. O presente estudo consistiu na obtenção do PM distribuído por diferentes frações de tamanho e na análise detalhada da sua composição química, em dois locais urbanos da Península Ibérica (Madrid e Lisboa). Dado que os veículos representam uma das principais fontes emissoras em ambientes urbanos, efetuou-se uma caracterização mais detalhada deste tipo de emissões, conduzindo uma campanha de amostragem num túnel rodoviário (Marquês de Pombal, Lisboa). As amostragens, em ambas as cidades, decorreram durante um mês, quer no verão quer no inverno, em dois locais urbanos distintos, um junto a uma via com influência de tráfego e outro numa área urbana de fundo. No túnel a amostragem foi realizada apenas durante uma semana. Em Madrid e no túnel, o PM foi recolhido utilizando um amostrador de elevado volume com impactor em cascata com quatro tamanhos: 10-2,5, 2,5-0,95, 0,95-0,49 e < 0,49 μm. Em Lisboa, foi utilizado um impactor em cascata com apenas dois tamanhos, 10- 2,5 e < 2,5 μm. As amostras foram quimicamente analisadas e determinadas as concentrações de compostos carbonados (OC, EC e carbonatos), iões inorgânicos solúveis em água (Cl−, NO3−, SO42−, Na+, NH4+, K+, Mg2+, Ca2+),metais e compostos orgânicos. Em Madrid, as concentrações médias de PM10 foram 44 e 48% maiores nas amostras recolhidas junto à estrada do que as de fundo urbano no verão e inverno, respetivamente. A fração grosseira e o PM0,5 apresentaram concentrações mais elevadas no verão do que no inverno devido às condições climatéricas pouco usuais. No verão, as amostragens decorreram num mês em que as temperaturas foram muito elevadas e em que ocorreram vários episódios de intrusão de poeira africana. Durante o período de amostragem de inverno, as temperaturas foram muito baixas e registaram-se vários dias de precipitação quer sob a forma de chuva, quer sob a forma de neve. As situações meteorológicas sinóticas mais comuns, incluindo aquelas que causam o transporte de massas de ar com poeiras Africanas, foram identificadas em ambas as estações do ano. As concentrações mássicas de PM10, EC e OC foram encontrados predominantemente na fração de tamanho ultrafino em ambos os locais de amostragem e estações do ano. Nas restantes frações não se observou nenhuma tendência sazonal. O carbono orgânico secundário (SOC) mostrou um claro padrão sazonal, com concentrações muito mais elevadas no verão do que no inverno, em ambos os lugares. A partir do balanço mássico de iões, observou-se que, no verão, a formação de compostos inorgânicos secundários (SIC) conduziu a um enriquecimento pouco comum de Ca2+ na fração submicrométrica, quer nas amostras de tráfego, quer em fundo urbano. Os alcanos, PAHs, os álcoois e os ácidos foram as classes de compostos orgânicos identificados e quantificados no material particulado. Globalmente, representaram 0,26 e 0,11 μg m−3 no verão e inverno, respetivamente, no local de tráfego e 0,28 e 0,035 μg m−3 na área urbana de fundo. Os diferentes compostos orgânicos também apresentaram padrões sazonais, sugerindo fontes de emissão (e.g. escapes dos veículos e fontes biogénicas) ou processos de formação com contribuições variáveis ao longo do ano. As concentrações de benzoapireno equivalente foram menores que 1 ng m-3 e o risco carcinogénico estimado é baixo. No verão, os maiores enriquecimentos de metais ocorreram na fração submicrométrica, e no inverno na fração grosseira. No verão, os enriquecimentos foram ≥ 80% para o Mn, Ni, Cu, Zn, Cd, Sb e Co, no inverno, estes traçadores de emissões do tráfego foram menores, exceto para o Zn. Em Lisboa, a concentração média de PM10 foi de 48 μg m-3 no verão e de 44 μg m-3 no inverno, junto à estrada. Na área de fundo urbano, registaram-se níveis comparáveis nas duas estações (27 μg m-3 e 26 μg m-3). A média do rácio PM2,5/PM10 foi de 65% no verão e 44% no inverno na área de tráfego e 62% e 59% na área urbana de fundo. Estes resultados significam que o PM2,5 é um dos principais contaminantes que afetam a qualidade do ar no centro da cidade de Lisboa. A relação OC/EC, que reflete a composição das emissões de combustão dos veículos, variou entre 0,3 e 0,4 no interior do túnel. Os rácios de OC/EC mínimos obtidos junto às vias de tráfego em Madrid e em Lisboa encontram-se entre os do túnel e os registados em atmosferas urbanas de fundo, sugerindo que os valores mínimos habitualmente obtidos para este parâmetro em ambientes urbanos abertos sobrestimam as emissões diretas de OC pelo transporte rodoviário. Espera-se que os resultados deste trabalho contribuam para suprir, pelo menos em parte, as lacunas de informação quer sobre a composição de várias granulometrias de PM, quer sobre fontes e processos de formação em atmosferas urbanas. Como a exposição a poluentes do ar ultrapassa o controle dos indivíduos e exige ação das autoridades públicas a nível nacional, regional e até mesmo internacional, é importante propor medidas mitigadoras focadas nas principais fontes de emissão identificadas.
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There are many species among the Alternaria genus, which hosts on economically important crops causing significant yield losses. Less attention has been paid to fungi hosting on plants constituting substantial components of pastures and meadows. Alternaria spp. spores are also recognised as important allergens. A 7-day volumetric spore trap was used to monitor the concentration of airborne fungal spores. Air samples were collected in Worcester, England (2006–2010). Days with a high spore count were then selected. The longest episode that occurred within a five year study was chosen for modelling. Two source maps presenting distribution of crops under rotation and pastures in the UK were produced. Back trajectories were calculated using the HYSPLIT model. In ArcGIS clusters of trajectories were studied in connection with source maps by including the height above ground level and the speed of the air masses. During the episode no evidence for a long distance transport from the continent of Alternaria spp. spores was detected. The overall direction of the air masses fell within the range from South-West to North. The back trajectories indicated that the most important sources of Alternaria spp. spores were located in the West Midlands of England.