First principles of meteorology and air pollution

1 Description of the Earth’s Atmosphere. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1 Introduction to Atmospheric Structure and Composition . . . . . . . . . . . 2 1.1.1 Emissions of Air Pollutants in the Atmosphere . . . . . . . . . . . . . 2 1.1.2 The Earth’s Atmosphere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.1.3 Origin and Evolution of the Atmosphere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.2 Atmosphere’s Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.3 Lower Atmosphere’s Composition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.3.1 Dry Atmospheric Air. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.3.2 Water in the Atmosphere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.3.3 Atmospheric Aerosols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.4 Vertical Division of the Atmosphere – Temperature Change. . . . . . . 14 1.4.1 Troposphere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.4.2 Boundary Layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.4.3 Stratosphere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.4.4 Mesosphere. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.4.5 Thermosphere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.4.6 Exosphere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.4.7 Ionosphere – Magnetosphere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 1.5 Change of Meteorological Parameters with Height . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 1.5.1 Temperature Inversion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 1.5.2 Air Density Variation with Height. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 1.5.3 Change of Atmospheric Pressure with Height. . . . . . . . . . . . . . . 28 1.6 Model of the Standard Atmosphere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 1.6.1 Units of Chemical Components in the Atmosphere . . . . . . . . . 30 1.6.2 Unit Conversion of Concentration of Component I (mg/m3) to Volume Concentration (Ppm). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 1.7 Radiation in the Atmosphere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 1.7.1 Laws of Radiation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 1.7.2 Sun’s Radiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 1.7.3 Earth’s Radiation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 v 1.7.4 Factors That Affect the Sun’s Radiation Flux to Earth . . . . 37 1.7.5 Interaction of the Sun’s Radiation in the Atmosphere. . . . . 38 1.7.6 Greenhouse Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 1.7.7 Energy Balance of Earth and its Atmosphere. . . . . . . . . . . . . . 47 1.7.8 Distribution of Sun’s Radiation at the System Atmosphere-Surface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 1.7.9 The Earth’s Climate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 1.8 Examples. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 1.9 Ambient Air Quality Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 1.10 Appendixes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 1.10.1 Appendix 1: The Hydrostatic Equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 1.11 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 2 First Principles of Meteorology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 2.1 General Aspects of Meteorology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 2.2 Vertical Structure of the Temperature and Conditions of Atmospheric Stability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 2.2.1 Dry Vertical Temperature Lapse Rate. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 2.2.2 Wet Vertical Temperature Lapse Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 2.2.3 Temperature Inversion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 2.3 Atmospheric Variability – Air Masses – Fronts . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 2.3.1 Air Masses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 2.3.2 Classification of Air Masses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 2.3.3 Fronts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 2.3.4 Wave Cyclone. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 2.4 Turbulence – Equations for the Mean Values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 2.5 Statistical Properties of Turbulence. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 2.6 Atmospheric Temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 2.6.1 Temperature Season Variability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 2.6.2 Temperature Daily Variability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 2.6.3 Heating of the Earth’s Surface and Heat Conduction . . . . 98 2.6.4 Distribution of Temperature in the Air . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 2.7 Humidity in the Atmosphere. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 2.7.1 Mathematical Expressions of Humidity in the Atmosphere. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 2.7.2 Dew Point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 2.7.3 Clouds in the Atmosphere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 2.7.4 Precipitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 2.7.5 Study of Precipitation Scavenging. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 2.8 Applications and Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 2.9 References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 vi Contents 3 Atmospheric Circulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 3.1 Atmospheric Pressure and Pressure Gradient Systems . . . . . . . . . . 120 3.2 Atmospheric Pressure Changes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 3.2.1 Vertical Pressure Changes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 3.2.2 Non-canonical Pressure Changes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 3.2.3 Canonical Pressures Changes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 3.3 Transfer of the Pressure to Its Mean Value at Sea Level . . . . . . . 122 3.4 Isobaric Curves: Pressure Gradient Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 3.5 Pressure Gradient Force. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 3.6 Movement of Air: Wind . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 3.6.1 Forces Which Affect the Movement of Air . . . . . . . . . . . . . 128 3.6.2 Transport Equations of Air Masses in the Atmosphere . 131 3.6.3 Wind Categories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 3.7 General Circulation in the Atmosphere. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 3.7.1 Single and Three Cell Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 3.7.2 Continuous Winds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 3.7.3 Periodic Winds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 3.7.4 Sea and Land Breeze. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 3.7.5 Mountain and Valley Breezes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 3.8 Vertical Structure of Pressure Gradient Systems . . . . . . . . . . . . . . . . 144 3.9 Equations of Atmospheric Circulation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 3.9.1 Equations of Circulation for a Compressible Fluid . . . . . 145 3.10 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 4 Atmospheric Chemistry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 4.1 Chemical Components in the Atmosphere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 4.2 Chemistry of the Troposphere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 4.2.1 Sulphur Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 4.2.2 Nitrogen Components. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 4.2.3 Carbon Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 4.2.4 Halogen Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 4.3 Particulate Matter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 4.4 Photochemistry in the Free Troposphere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 4.4.1 Photochemical Cycle of Ozone and Nitrogen Oxides. . . 158 4.4.2 Chemistry of Carbon Dioxide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 4.4.3 Chemistry of Hydrocarbons. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 4.4.4 Chemistry of Sulphur Compounds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 4.5 Components of Aquatic Chemistry in the Atmosphere . . . . . . . . . 162 4.6 Chemistry of the Stratosphere - Ozone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 4.7 References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 5 Atmospheric Aerosols. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 5.2 Size Distribution of Aerosols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 5.3 Chemical Composition of Aerosols. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 Contents vii 5.4 Organic Aerosols. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 5.4.1 Elemental Carbon- Primary Organic Carbon. . . . . . . . . . . . 184 5.4.2 Secondary Organic Matter Formation (Secondary Organic Carbon) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 5.5 Dynamics of Atmospheric Particulate Matter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 5.5.1 New Particle Formation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 5.5.2 Condensation and Evaporation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 5.5.3 Coagulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 5.6 Bioaerosols – Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 5.7 References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 6 Atmospheric Dispersion: Gaussian Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 6.1 Theories of Atmospheric Diffusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 6.2 Euler Description. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 6.3 Lagrange Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 6.4 Equations Describing the Concentration of Pollutants at Turbulent Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 6.4.1 Diffusion Equation in Euler Description . . . . . . . . . . . . . . . . 204 6.4.2 Diffusion Equation in Lagrange Description . . . . . . . . . . . . 205 6.4.3 Solution of the Diffusion Equation for a Continuous Source with the Euler Methodology . . . . . . . . 207 6.5 Gaussian Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 6.5.1 Limitations of the Gaussian Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 6.5.2 Calculation of the sy and sz Coefficients. Stability Methodology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 6.5.3 Plume Rise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 6.5.4 Atmospheric Stability – Application to the Gaussian Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216 6.6 Analytical Solutions of the Atmospheric Diffusion Equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 6.7 Two-Dimensional, Time Independent Line-Continuous Source with Changing Values of Velocity and Diffusion Coefficient . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 6.8 Characteristics of Plume Dispersion – Stability Conditions . . . . 223 6.9 Examples and Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226 6.10 Appendix 6.1: The Continuity Equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230 6.11 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 7 Atmospheric Models: Emissions of Pollutants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 7.2 Dispersion Equations for Pollutant Transport at the Euler and Lagrange Coordinating Systems . . . . . . . . . . . . . . . 235 7.2.1 Model of a Single Volume in the Euler System. . . . . . . . . 236 7.2.2 Three Dimensional Models of Atmospheric Pollution . . 237 7.3 Statistical Evaluation of Atmospheric Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238 viii Contents 7.4 Emissions of Atmospheric Pollutants. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 7.5 Emissions from the Biosphere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240 7.5.1 Emissions of Volatile Organic Compounds from Vegetation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 7.5.2 Calculation of Biogenic Emissions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 7.5.3 Sea Salt Emissions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245 7.5.4 Emissions of Air Pollutants from the Earth’s Surface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 7.5.5 Emissions of Pollutants from Forest Fires. . . . . . . . . . . . . . . 247 7.6 Examples and applications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249 7.7 References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 8 Indoor Air Pollution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 8.1 Introduction to Indoor Air Quality. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 8.2 Ozone. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262 8.3 Nitrogen Oxides. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265 8.4 Volatile Organic Compounds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267 8.5 Chemistry of Organic Compounds Indoors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 8.6 Radon. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275 8.6.1 Radiactive Decay of Radon Isotopes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277 8.6.2 Exposure and Dose of Radon in Indoor Environment. . . 279 8.6.3 Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282 8.7 Carbon Monoxide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283 8.8 Asbestos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284 8.9 Heavy Metals. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285 8.10 Formaldehyde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287 8.11 Pesticides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290 8.12 Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAH) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291 8.13 Polychloric Biphenyls (Pcbs) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291 8.14 Tobacco Smoke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293 8.15 Bioaerosols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294 8.16 Microenvironmental Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 8.17 Air Exchange Rate by Infiltration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299 8.18 Emission Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300 8.19 Deposition Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301 8.19.1 Examples. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301 8.20 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303 9 Human Exposure and Health Risk from Air Pollutants . . . . . . . . . . . . 305 9.1 Human Exposure and Doses from Air Pollutants . . . . . . . . . . . . . . . 306 9.2 Exposure Pathways. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309 9.2.1 Dermal Absorption. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309 9.2.2 Inhalation Exposure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310 9.3 Calculation of Dose–Response Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315 Contents ix 9.3.1 Dose Calculation Through Intake. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315 9.3.2 Internal Dose Calculation Through Dermal Absorption 316 9.3.3 Internal Dose Calculation Through Inhalation and Food Intake . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318 9.3.4 Functions of Dose–Response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319 9.4 Particulate Matter Dose Through Inhalation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322 9.4.1 Deposition of Particles in the Respiratory Tract . . . . . . . . 322 9.4.2 Classification of Particles Based on Their Ability to Penetrate the Respiratory Tract. . . . . . . . . . . . . . . 328 9.4.3 Calculation of Particle Deposition in the Respiratory Tract. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331 9.4.4 Particle Clearance in the Human Respiratory Tract. . . . . 333 9.4.5 Particle Deposition Measurements. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338 9.5 Application: Internal Dose from Radon Inhalation. . . . . . . . . . . . . . 341 9.6 Health Effects from Air Pollutants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346 9.7 Health Effects from Exposure to Particulate Matter . . . . . . . . . . . . 350 9.8 References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354 Appendix A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355 Index. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359