Ozone sounding in the Metropolitan Area of Sao Paulo, Brazil: Wet and dry season campaigns of 2006

In the Metropolitan Area of Sao Paulo (MASP), located in southeastern Brazil, surface ozone concentrations are often well above the national air quality standards. In this experimental study, we attempted to characterize the vertical profile of atmospheric ozone and transport of the ozone plume in the boundary layer, using data from the first ozone soundings ever taken in the MASP. In 2006, we launched fifteen ozonesondes: eight from 15 to 18 May (dry season); and seven from 30 October to 1 November (wet season). Vertical ozone mixing ratios in the troposphere were approximately 40 ppb, reaching maximum values of approximately 60 ppb during the dry-season campaign and approximately 100 ppb during the wet-season campaign. In the first and second campaigns, the mean tropospheric ozone column abundance was 28.2 and 41.3 DU, respectively, which can be attributed to the considerable variation in the annual temperature cycle over the region. To determine the effect that biomass burning has on ozone concentrations over the MASP, we analyzed wind trajectories and satellite-derived fire counts. We cannot state unequivocally that biomass burning contributed to higher ozone concentrations above the boundary layer during the experimental campaigns. In the boundary layer, ozone concentrations increase with altitude, peaking at the base of the inversion layer, suggesting that local emissions of volatile organic compounds and nitrogen oxides play a significant role in the lower troposphere over MASP, influencing ozone formation not only at the surface but also vertically in the atmosphere and in distant regions. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Untersuchungen zur troposphärischen Photochemie am GAW-Observatorium Izana

Im Rahmen dieser Promotionsarbeit wurden Fragestellungen der troposphärischen Ozonproduktion, des photostationären Gleichgewicht des NO2-NO-O3-ROx-Systems, des Einflusses von heterogenen Reaktionen an Mineralstauboberflächen und der Bedeutung lokaler anthropogener Emissionen für Spurengasmessungen an einem Gebirgsobservatorium untersucht. Dazu wurde insbesondere ein atmosphärenchemisch-meteorologischer Datensatz ausgewertet, welcher während der Feldmesskampagne MINATROC II im Juli/August 2002 am Global Atmosphere Watch (GAW) Observatorium Izana (2360m über NN) auf Teneriffa gewonnen wurde. Der Datensatz enthält Messdaten von Aerosolen, Spurengasen, Strahlungsgrößen und meteorologischen Parametern. Eine dichte Sahara-Staubwolke passierte die Messstation zwischen dem 28. und 31.07.2002. Die Mischungsverhältnisse von O3, H2O2, NOx und ROx zeigten während dieses Ereignisses Abnahmen zwischen 10% und 50%. Insbesondere infolge der Reduktion von NO und HO2 wurde eine deutliche Verringerung der Netto-Ozon-Produktion in der Staubwolke berechnet. Die Bewertung der verschiedenen Terme der Ozonproduktion bzw. –vernichtung zeigte relativ geringe Beiträge der einzelnen photochemischen Verlustreaktionen am Ozonbudget. Im Rahmen einer Boxmodellstudie, welche die Eingangsdaten von MINATROC II verwendete, wurde ein Vergleich zwischen Simulation und Messung kurzlebiger Spurengase angestellt. Die Modellrechnungen weisen darauf hin, dass die reduzierten H2O2-Mischungsverhältnisse in der Sahara-Staubwolke unter Berücksichtigung heterogener Reaktionen von HO2 bzw. H2O2 an Stauboberflächen erklärt werden können. Die Betrachtungen zum photostationären Gleichgewicht des NO2-NO-O3-ROx-Systems ergeben hauptsächlich stark überhöhte Leighton-Verhältnisse. Die Abweichungen der Messdaten vom photostationären Gleichgewichtszustand sind dabei zum Verschmutzungsgrad der Atmosphäre antikorreliert. Eine Reihe potentieller Einflüsse auf das NO2-NO-O3-ROx-System wurde diskutiert, wobei gezeigt werden konnte, dass das bisherige Betrachtungsmodell nicht ausreicht, um die beobachteten Abweichungen vom photostationären Gleichgewicht zu erklären. Während für die Nachtmessungen von MINATROC II Bedingungen der freien Troposphäre vorlagen, waren die Messungen am Tage von der Kopplung zwischen photochemischer Aktivität und thermisch getriebener Hangströmung betroffen. Die zum Messort gelangte anthropogen beeinflusste Grenzschichtluft konnte dabei auf maximalen Mischungsanteilen zwischen 15% und 85% quantifiziert werden. Abschließend wurden verschiedene Aspekte der Quellen und der Verteilung anthropogener Verschmutzungen auf Teneriffa im Zusammenhang der zuvor behandelten Fragen diskutiert.

Oxidation photochemistry in the remote marine boundary layer

Die bedeutendste Folge der Luftverschmutzung ist eine erhöhte Konzentration an Ozon (O3) in der Troposphäre innerhalb der letzten 150 Jahre. Ozon ist ein photochemisches Oxidationsmittel und ein Treibhausgas, das als wichtigste Vorstufe des Hydroxyradikals OH die Oxidationskraft der Atmosphäre stark beeinflusst. Um die Oxidationskraft der Atmosphäre und ihren Einfluss auf das Klima verstehen zu können, ist es von großer Bedeutung ein detailliertes Wissen über die Photochemie des Ozons und seiner Vorläufer, den Stickoxiden (NOx), in der Troposphäre zu besitzen. Dies erfordert das Verstehen der Bildungs- und Abbaumechanismen von Ozon und seiner Vorläufer. Als eine für den chemischen Ozonabbau wichtige Region kann die vom Menschen weitgehend unberührte marine Grenzschicht (Marine boundary layer (MBL)) angesehen werden. Bisher wurden für diese Region jedoch kaum Spurengasmessungen durchgeführt, und so sind die dort ablaufenden photochemischen Prozesse wenig untersucht. Da etwa 70 % der Erdoberfläche mit Ozeanen bedeckt sind, können die in der marinen Granzschicht ablaufenden Prozesse als signifikant für die gesamte Atmosphäre angesehen werden. Dies macht eine genaue Untersuchung dieser Region interessant. Um die photochemische Produktion und den Abbau von Ozon abschätzen zu können und den Einfluss antrophogener Emissionen auf troposphärisches Ozon zu quantifizieren, sind aktuelle Messergebnisse von NOx im pptv-Bereich für diese Region erforderlich. Die notwendigen Messungen von NO, NO2, O3, JNO2, J(O1D), HO2, OH, ROx sowie einiger meteorologischer Parameter wurden während der Fahrt des französischen Forschungsschiffes Marion-Dufresne auf dem südlichen Atlantik (28°S-57°S, 46°W-34°E) im März 2007 durchgeführt. Dabei sind für NO und NO2 die bisher niedrigsten gemessenen Werte zu verzeichnen. Die während der Messcampagne gewonnen Daten wurden hinsichtlich Ihrer Übereinstimmung mit den Bedingungen des photochemischen stationären Gleichgewichts (photochemical steady state (PSS)) überprüft. Dabei konnte eine Abweichung vom PSS festgestellt werden, welche unter Bedingungen niedriger NOx-Konzentrationen (5 bis 25pptv) einen unerwarteten Trend im Leighton-Verhältnis bewirkt, der abhängig vom NOx Mischungsverhältnis und der JNO2 Intensität ist. Signifikante Abweichungen vom Verhältnis liegen bei einer Zunahme der JNO2 Intensität vor. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Abweichung vom PSS nicht beim Minimum der NOx-Konzentrationen und der JNO2 Werte liegt, so wie es in bisherigen theoretischen Studien dargelegt wurde und können als Hinweis auf weitere photochemische Prozesse bei höheren JNO2-Werten in einem System mit niedrigem NOx verstanden werden. Das wichtigste Ergebnis dieser Untersuchung, ist die Verifizierung des Leighton-Verhältnisses, das zur Charakterisierung des PSS dient, bei sehr geringen NOx-Konzentrationen in der MBL. Die bei dieser Doktorarbeit gewonnenen Erkenntnisse beweisen, dass unter den Bedingungen der marinen Granzschicht rein photochemischer Abbau von Ozon stattfindet und als Hauptursache hierfür während des Tages die Photolyse gilt. Mit Hilfe der gemessenen Parameter wurde der kritische NO-Level auf Werte zwischen 5 und 9 pptv abgeschätzt, wobei diese Werte im Vergleich zu bisherigen Studien vergleichsweise niedrig sind. Möglicherweise bedeutet dies, dass das Ozon Produktion/ Abbau-Potential des südlichen Atlantiks deutlich stärker auf die Verfügbarkeit von NO reagiert, als es in anderen Regionen der Fall ist. Im Rahmen der Doktorarbeit wurde desweiteren ein direkter Vergleich der gemessenen Spezies mit dem Modelergebnis eines 3-dimensionalen Zirkulationsmodel zur Simulation atmosphären chemischer Prozesse (EMAC) entlang der exakten Schiffsstrecke durchgeführt. Um die Übereinstimmung der Messergebnisse mit dem bisherigen Verständnis der atmosphärischen Radikalchemie zu überprüfen, wurde ein Gleichgewichtspunktmodel entwickelt, das die während der Überfahrt erhaltenen Daten für Berechungen verwendet. Ein Vergleich zwischen der gemessenen und der modellierten ROx Konzentrationen in einer Umgebung mit niedrigem NOx zeigt, dass die herkömmliche Theorie zur Reproduktion der Beobachtungen unzureichend ist. Die möglichen Gründe hierfür und die Folgen werden in dieser Doktorarbeit diskutiert.

Reactive halogen compounds in the marine boundary layer: method developments and field measurements

Reactive halogen compounds are known to play an important role in a wide variety of atmospheric processes such as atmospheric oxidation capacity and coastal new particle formation. In this work, novel analytical approaches combining diffusion denuder/impinger sampling techniques with gas chromatographic–mass spectrometric (GC–MS) determination are developed to measure activated chlorine compounds (HOCl and Cl2), activated bromine compounds (HOBr, Br2, BrCl, and BrI), activated iodine compounds (HOI and ICl), and molecular iodine (I2). The denuder/GC–MS methods have been used to field measurements in the marine boundary layer (MBL). High mixing ratios (of the order of 100 ppt) of activated halogen compounds and I2 are observed in the coastal MBL in Ireland, which explains the ozone destruction observed. The emission of I2 is found to correlate inversely with tidal height and correlate positively with the levels of O3 in the surrounding air. In addition the release is found to be dominated by algae species compositions and biomass density, which proves the “hot-spot” hypothesis of atmospheric iodine chemistry. The observations of elevated I2 concentrations substantially support the existence of higher concentrations of littoral iodine oxides and thus the connection to the strong ultra-fine particle formation events in the coastal MBL.

Entwicklung und Anwendung massenspektrometrischer Methoden zur Spurenanalytik iodhaltiger Verbindungen und aliphatischer Amine in der marinen Umwelt

In der marinen Grenzschicht beeinflussen reaktive Iodspezies wie z.B. I2 sowie aliphatische Amine eine Vielzahl atmosphärischer Prozesse, vor allem bei der Partikelneubildung spielen sie eine entscheidende Rolle. Allerdings stellt die Quantifizierung dieser Verbindungen im Spurenbereich immer noch eine große analytische Herausforderung dar. rnAus diesem Grund wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit das GTRAP-AMS (Gaseous compound trapping in artificially generated particles – aerosol mass spectrometry) entwickelt, um gasförmiges I2 und aliphatische Amine zu bestimmen. Hierbei wird ein Flugzeit-Aerosolmassenspektrometer (ToF-AMS), das ursprünglich für die on-line Charakterisierung von Aerosolen entwickelt wurde, mit einer GTRAP-Einheit gekoppelt. Im Fall von I2 werden mit Hilfe eines pneumatischen Zerstäubers a-Cyclodextrin/NH4Br-Partikel erzeugt, die mit dem gasförmigen I2 innerhalb der GTRAP-Einheit eine Einschlussverbindung bilden und dieses dadurch selektiv in die Partikelphase aufnehmen. Für die on-line Bestimmung gasförmiger aliphatischer Amine dagegen wurde Phosphorsäure als partikulärer Reaktionspartner eingesetzt. Nach Optimierung des GTRAP-AMS Systems wurde sowohl für I2 als auch für die aliphatischen Amine eine Nachweisgrenze im sub-ppb-Bereich für eine Zeitauflösung zwischen 1 und 30 min erhalten. Als erstes wurde das GTRAP-AMS System zur Charakterisierung von Permanentdenudern eingesetzt, um deren I2-Aufnahmefähigkeit und Wiederverwendbarkeit im Vergleich zu den herkömmlichen einmal verwendbaren a-Cyclodextrin Denudern zu testen.rnIm Anschluss daran wurde das GTRAP-AMS für die Bestimmung zeitlich aufgelöster I2- Emissionsraten ausgewählter Makroalgen unter dem Einfluss von Ozon eingesetzt. Die Kenntnis der Emissionsraten iodhaltiger Verbindungen der wichtigsten weltweit vorkommenden Makroalgen ist für die Modellierung der Iodchemie in der marinen Grenzschicht von besonderer Bedeutung. Die Resultate zeigen, dass verschiedene Makroalgen sowohl unterschiedliche zeitlich aufgelöste I2-Emissionsprofile als auch Gesamtemissionsraten liefern. Im Vergleich zu den iodorganischen Verbindungen ist die Gesamtemissionsrate an I2 allerdings eine bis zwei Größenordnungen größer. Dies und die deutlich kürzere atmosphärische Lebensdauer von I2 im Vergleich zu den iodorganischen Verbindungen führen dazu, dass I2 die dominierende iodhaltige Verbindung für die Bildung reaktiver Iodatome in der marinen Grenzschicht ist. rnDa über dem tropischen Atlantischen Ozean bislang jedoch nur ein geringer Anteil der IO-Konzentration durch die Oxidation von iodorganischen Verbindungen erklärt werden kann, wurden weitere Quellen für I2 erforscht. Deshalb wurden Kammerexperimente mit Mikrolagen durchgeführt, um deren Einfluss auf die I2-Freisetzung in die Atmosphäre zu untersuchen. Hierbei konnte gezeigt werden, dass die Anwesenheit von Mikroalgen (z.B. Coscinodiscus Wailesii) im Meerwasser zu einer erhöhten Freisetzung von I2 aus dem Meerwasser in die Atmosphäre führen kann. rnDes Weiteren wurden auch Versuche zu abiotischen Bildungswegen von I2 durchgeführt. Die Ergebnisse der Atmosphärensimulationsexperimente haben gezeigt, dass partikuläre Iodoxide durch organische Verbindungen zu I2 reduziert werden können, welches im Anschluss von der Partikelphase in die Gasphase übergehen kann und dort wieder für Gasphasenprozesse zur Verfügung steht.rn

MODELING DYNAMICS OF OZONE AND NITROGEN OXIDES AT SUMMIT, GREENLAND WITH A 1-D PROCESS-SCALE MODEL

This work presents a 1-D process scale model used to investigate the chemical dynamics and temporal variability of nitrogen oxides (NOx) and ozone (O3) within and above snowpack at Summit, Greenland for March-May 2009 and estimates surface exchange of NOx between the snowpack and surface layer in April-May 2009. The model assumes the surface of snowflakes have a Liquid Like Layer (LLL) where aqueous chemistry occurs and interacts with the interstitial air of the snowpack. Model parameters and initialization are physically and chemically representative of snowpack at Summit, Greenland and model results are compared to measurements of NOx and O3 collected by our group at Summit, Greenland from 2008-2010. The model paired with measurements confirmed the main hypothesis in literature that photolysis of nitrate on the surface of snowflakes is responsible for nitrogen dioxide (NO2) production in the top ~50 cm of the snowpack at solar noon for March – May time periods in 2009. Nighttime peaks of NO2 in the snowpack for April and May were reproduced with aqueous formation of peroxynitric acid (HNO4) in the top ~50 cm of the snowpack with subsequent mass transfer to the gas phase, decomposition to form NO2 at nighttime, and transportation of the NO2 to depths of 2 meters. Modeled production of HNO4 was hindered in March 2009 due to the low production of its precursor, hydroperoxy radical, resulting in underestimation of nighttime NO2 in the snowpack for March 2009. The aqueous reaction of O3 with formic acid was the major sync of O3 in the snowpack for March-May, 2009. Nitrogen monoxide (NO) production in the top ~50 cm of the snowpack is related to the photolysis of NO2, which underrepresents NO in May of 2009. Modeled surface exchange of NOx in April and May are on the order of 1011 molecules m-2 s-1. Removal of measured downward fluxes of NO and NO2 in measured fluxes resulted in agreement between measured NOx fluxes and modeled surface exchange in April and an order of magnitude deviation in May. Modeled transport of NOx above the snowpack in May shows an order of magnitude increase of NOx fluxes in the first 50 cm of the snowpack and is attributed to the production of NO2 during the day from the thermal decomposition and photolysis of peroxynitric acid with minor contributions of NO from HONO photolysis in the early morning.

The impacts of volcanic aerosol on stratospheric ozone and the Northern Hemisphere polar vortex: separating radiative-dynamical changes from direct effects due to enhanced aerosol heterogeneous chemistry

After major volcanic eruptions the enhanced aerosol causes ozone changes due to greater heterogeneous chemistry on the particle surfaces (HET-AER) and from dynamical effects related to the radiative heating of the lower stratosphere (RAD-DYN). We carry out a series of experiments with an atmosphere–ocean–chemistry–climate model to assess how these two processes change stratospheric ozone and Northern Hemispheric (NH) polar vortex dynamics. Ensemble simulations are performed under present day and preindustrial conditions, and with aerosol forcings representative of different eruption strength, to investigate changes in the response behaviour. We show that the halogen component of the HET-AER effect dominates under present-day conditions with a global reduction of ozone (−21 DU for the strongest eruption) particularly at high latitudes, whereas the HET-AER effect increases stratospheric ozone due to N2O5 hydrolysis in a preindustrial atmosphere (maximum anomalies +4 DU). The halogen-induced ozone changes in the present-day atmosphere offset part of the strengthening of the NH polar vortex during mid-winter (reduction of up to −16 m s-1 in January) and slightly amplify the dynamical changes in the polar stratosphere in late winter (+11 m s-1 in March). The RAD-DYN mechanism leads to positive column ozone anomalies which are reduced in a present-day atmosphere by amplified polar ozone depletion (maximum anomalies +12 and +18 DU for present day and preindustrial, respectively). For preindustrial conditions, the ozone response is consequently dominated by RAD-DYN processes, while under present-day conditions, HET-AER effects dominate. The dynamical response of the stratosphere is dominated by the RAD-DYN mechanism showing an intensification of the NH polar vortex in winter (up to +10 m s-1 in January). Ozone changes due to the RAD-DYN mechanism slightly reduce the response of the polar vortex after the eruption under present-day conditions.

Atmospheric nitrate concentrations and isotope composition for samples collected in the marine boundary layer in 2006 and 2007

The comprehensive isotopic composition of atmospheric nitrate (i.e., the simultaneous measurement of all its stable isotope ratios: 15N/14N, 17O/16O and 18O/16O) has been determined for aerosol samples collected in the marine boundary layer (MBL) over the Atlantic Ocean from 65°S (Weddell Sea) to 79°N (Svalbard), along a ship-borne latitudinal transect. In nonpolar areas, the d15N of nitrate mostly deriving from anthropogenically emitted NOx is found to be significantly different (from 0 to 6 per mil) from nitrate sampled in locations influenced by natural NOx sources (-4 ± 2) per mil. The effects on d15N(NO3-) of different NOx sources and nitrate removal processes associated with its atmospheric transport are discussed. Measurements of the oxygen isotope anomaly (D17O = d17O - 0.52 × d18O) of nitrate suggest that nocturnal processes involving the nitrate radical play a major role in terms of NOx sinks. Different D17O between aerosol size fractions indicate different proportions between nitrate formation pathways as a function of the size and composition of the particles. Extremely low d15N values (down to -40 per mil) are found in air masses exposed to snow-covered areas, showing that snowpack emissions of NOx from upwind regions can have a significant impact on the local surface budget of reactive nitrogen, in conjunction with interactions with active halogen chemistry. The implications of the results are discussed in light of the potential use of the stable isotopic composition of nitrate to infer atmospherically relevant information from nitrate preserved in ice cores.

Halocarbons (water) measured during Maria S. Merian cruise MSM18/3

Halocarbons from oceanic sources contribute to halogens in the troposphere, and can be transported into the stratosphere where they take part in ozone depletion. This paper presents distribution and sources in the equatorial Atlantic from June and July 2011 of the four compounds bromoform (CHBr3), dibromomethane (CH2Br2), methyl iodide (CH3I) and diiodomethane (CH2I2). Enhanced biological production during the Atlantic Cold Tongue (ACT) season, indicated by phytoplankton pigment concentrations, led to elevated concentrations of CHBr3 of up to 44.7 and up to 9.2 pmol/L for CH2Br2 in surface water, which is comparable to other tropical upwelling systems. While both compounds correlated very well with each other in the surface water, CH2Br2 was often more elevated in greater depth than CHBr3, which showed maxima in the vicinity of the deep chlorophyll maximum. The deeper maximum of CH2Br2 indicates an additional source in comparison to CHBr3 or a slower degradation of CH2Br2. Concentrations of CH3I of up to 12.8 pmol/L in the surface water were measured. In contrary to expectations of a predominantly photochemical source in the tropical ocean, its distribution was mostly in agreement with biological parameters, indicating a biological source. CH2I2 was very low in the near surface water with maximum concentrations of only 3.7 pmol/L. CH2I2 showed distinct maxima in deeper waters similar to CH2Br2. For the first time, diapycnal fluxes of the four halocarbons from the upper thermocline into and out of the mixed layer were determined. These fluxes were low in comparison to the halocarbon sea-to-air fluxes. This indicates that despite the observed maximum concentrations at depth, production in the surface mixed layer is the main oceanic source for all four compounds and one of the main driving factors of their emissions into the atmosphere in the ACT-region. The calculated production rates of the compounds in the mixed layer are 34 ± 65 pmol/m**3/h for CHBr3, 10 ± 12 pmol/m**3/h for CH2Br2, 21 ± 24 pmol/m**3/h for CH3I and 384 ± 318 pmol/m**3/h for CH2I2 determined from 13 depth profiles.

Vertical conduction properties of few-layer epitaxial graphene / n-type 4H-SiC heterojunctions at cryogenic temperatures

Vertical diodes of epitaxial graphene on n 4H-SiC were investigated. The graphene Raman spectraexhibited a higher intensity in the G-line than the 2D-line, indicative of a few-layer graphene film.Rectifying properties improved at low temperatures as the reverse leakage decreased over six ordersof magnitude without freeze-out in either material. Carrier concentration of 10 16 cm 3in the SiCremained stable down to 15 K, while accumulation charge decreased and depletion width increasedin forward bias. The low barrier height of 0.08 eV and absence of recombination-induced emissionindicated majority carrier field emission as the dominant conduction mechanism.

Pitting and porous layer formation on n-InP anodes

Surface pitting occurs when InP electrodes are anodized in KOH electrolytes at concentrations in the range 2 - 5 mol dm-3. The process has been investigated using atomic force microscopy (AFM) and the results correlated with cross-sectional transmission electron microscopy (TEM) and electroanalytical measurements. AFM measurements show that pitting of the surface occurs and the density of pits is observed to increase with time under both potentiodynamic and potentiostatic conditions. This indicates a progressive pit nucleation process and implies that the development of porous domains beneath the surface is also progressive in nature. Evidence for this is seen in plan view TEM images in which individual domains are seen to be at different stages of development. Analysis of the cyclic voltammograms of InP electrodes in 5 mol dm-3 KOH indicates that, above a critical potential for pit formation, the anodic current is predominantly time dependent and there is little differential dependence of the current on potential. Thus, pores continue to grow with time when the potential is high enough to maintain depletion layer breakdown conditions.

Spray Pyrolysed Tin Chalcogenide Thin Films: Optimization of optoelectronic properties of SnS for possible photovoltaic application as an absorber layer

In the early 19th century, industrial revolution was fuelled mainly by the development of machine based manufacturing and the increased use of coal. Later on, the focal point shifted to oil, thanks to the mass-production technology, ease of transport/storage and also the (less) environmental issues in comparison with the coal!! By the dawn of 21st century, due to the depletion of oil reserves and pollution resulting from heavy usage of oil the demand for clean energy was on the rising edge. This ever growing demand has propelled research on photovoltaics which has emerged successful and is currently being looked up to as the only solace for meeting our present day energy requirements. The proven PV technology on commercial scale is based on silicon but the recent boom in the demand for photovoltaic modules has in turn created a shortage in supply of silicon. Also the technology is still not accessible to common man. This has onset the research and development work on moderately efficient, eco-friendly and low cost photovoltaic devices (solar cells). Thin film photovoltaic modules have made a breakthrough entry in the PV market on these grounds. Thin films have the potential to revolutionize the present cost structure of solar cells by eliminating the use of the expensive silicon wafers that alone accounts for above 50% of total module manufacturing cost.

Lifetime and distribution of ozone and related pollutants in the eastern United States

Most major cities in the eastern United States have air quality deemed unhealthy by the EPA under a set of regulations known as the National Ambient Air Quality Standards (NAAQS). The worst air quality in Maryland is measured in Edgewood, MD, a small community located along the Chesapeake Bay and generally downwind of Baltimore during hot, summertime days. Direct measurements and numerical simulations were used to investigate how meteorology and chemistry conspire to create adverse levels of photochemical smog especially at this coastal location. Ozone (O3) and oxidized reactive nitrogen (NOy), a family of ozone precursors, were measured over the Chesapeake Bay during a ten day experiment in July 2011 to better understand the formation of ozone over the Bay and its impact on coastal communities such as Edgewood. Ozone over the Bay during the afternoon was 10% to 20% higher than the closest upwind ground sites. A combination of complex boundary layer dynamics, deposition rates, and unaccounted marine emissions play an integral role in the regional maximum of ozone over the Bay. The CAMx regional air quality model was assessed and enhanced through comparison with data from NASA’s 2011 DISCOVER-AQ field campaign. Comparisons show a model overestimate of NOy by +86.2% and a model underestimate of formaldehyde (HCHO) by –28.3%. I present a revised model framework that better captures these observations and the response of ozone to reductions of precursor emissions. Incremental controls on electricity generating stations will produce greater benefits for surface ozone while additional controls on mobile sources may yield less benefit because cars emit less pollution than expected. Model results also indicate that as ozone concentrations improve with decreasing anthropogenic emissions, the photochemical lifetime of tropospheric ozone increases. The lifetime of ozone lengthens because the two primary gas-phase sinks for odd oxygen (Ox ≈ NO2 + O3) – attack by hydroperoxyl radicals (HO2) on ozone and formation of nitrate – weaken with decreasing pollutant emissions. This unintended consequence of air quality regulation causes pollutants to persist longer in the atmosphere, and indicates that pollutant transport between states and countries will likely play a greater role in the future.