Приток загрязнения из Азии в западную часть США и более частые периоды сильной жары в восточной части США являются причиной сохранения смога в этих регионах за последнюю четверть века, несмотря на законы, ограничивающие выбросы смогообразующих химических веществ. из выхлопных труб и заводов.
Исследование, проведенное под руководством исследователей из Принстонского университета и Лаборатории геофизической гидродинамики (GFDL) Национального управления океанических и атмосферных исследований, подчеркивает важность поддержания внутреннего контроля выбросов автомобилей, электростанций и других отраслей промышленности в то время, когда загрязнение становится все более глобальным.
В исследовании, опубликованном 1 марта в журнале Atmospheric Chemistry and Physics, рассматривались источники смога, также известного как приземный озон, в период с 1980-х годов по сегодняшний день. Приземный озон, который отличается от озона в верхних слоях атмосферы, защищающего планету от ультрафиолетового излучения, вреден для здоровья человека, усугубляя приступы астмы и вызывая затрудненное дыхание. Он также наносит вред чувствительным деревьям и сельскохозяйственным культурам.
Несмотря на 50-процентное сокращение количества образующих смог химических веществ, таких как оксиды азота, широко известные как «NOx», за последние 25 лет уровни озона, измеренные в сельских районах на западе, фактически поднялись. И хотя содержание озона в восточной части США в целом уменьшилось, во время волн жары его уровень может резко возрасти.
Исследование проследило увеличение озона на западе до притока загрязнения из азиатских стран, включая Китай, Северную и Южную Корею, Японию, Индию и другие страны Южной Азии. В целом регион утроил выбросы NOx с 1990 года. Тем временем на востоке США волны тепла, которые стали более частыми в последние несколько десятилетий, задерживают загрязненный воздух на месте, что приводит к временному повышению уровня местного озона.
Исследование объясняет, почему весенние уровни озона, измеренные в Йеллоустонском национальном парке и других западных парках вдали от городских районов, поднялись за последнюю четверть века. Согласно исследованию, весенний уровень озона в национальных парках вырос в этот период на 5-10 частей на миллиард (млрд), что важно, учитывая, что федеральный стандарт содержания озона составляет 70 частей на миллиард.
Приток загрязнения из Азии может затруднить соблюдение этими районами федеральных стандартов по озону, считают авторы исследования. «Увеличение фонового озона из-за роста выбросов в Азии оставляет меньше возможностей для местного производства озона до того, как федеральный стандарт будет нарушен», - сказал ведущий автор Мейюн Лин, научный сотрудник Программы атмосферных и океанических наук в Принстонском университете и ученый из GFDL.
Соавторами Лина были Ларри Горовиц, также из GFDL; Ричард Пэйтон и Гейл Тоннесен из Агентства по охране окружающей среды США; и Арлин Фиоре из Земной обсерватории Ламонта-Доэрти и факультета наук о Земле и окружающей среде Колумбийского университета.
Используя измерения озона в сочетании с моделями климата, разработанными в GFDL, авторы определили, что загрязнение из Азии является причиной роста озона в западных национальных парках США весной, когда ветер и погодные условия выталкивают азиатское загрязнение через Тихий океан. Летом, когда эти погодные условия стихают, уровни озона в национальных парках все еще выше, чем можно было бы ожидать, учитывая сокращение количества прекурсоров озона в США.
Хотя уже более десяти лет известно, что загрязнение Азии влияет на уровень озона в Соединенных Штатах, это исследование является одним из первых, в котором классифицируется степень, в которой рост выбросов в Азии влияет на уровень озона в США, по словам Линя..
В восточной части Соединенных Штатов, где азиатское загрязнение вносит незначительный вклад в смог, средства контроля выбросов NOx успешно снижают уровень озона. Однако периоды экстремальной жары и засухи могут удерживать загрязнение в регионе, что усугубляет плохие озоновые дни. Региональные сокращения выбросов NOx уменьшили накопление озона во время недавних волн тепла 2011 и 2012 годов по сравнению с более ранними периодами тепла, такими как 1988 и 1999 годы. согласно исследованию, вероятно, ухудшится.
Модели климата, подобные разработанным в GFDL, могут помочь исследователям предсказать будущие уровни смога, что позволит провести анализ затрат и выгод для дорогостоящих мер по борьбе с загрязнением. Исследователи сравнили результаты модели под названием GFDL-AM3 с измерениями озона на станциях мониторинга за последние 35 лет, с 1980 по 2014 год.
Предыдущие исследования с использованием глобальных моделей плохо соответствовали увеличению содержания озона, измеренному в западных национальных парках. Лин и соавторы смогли сопоставить измерения, сузив свой анализ до дней, когда поток воздуха преимущественно исходит из Тихого океана.
Моделирование источников загрязнения воздуха может помочь объяснить, откуда поступает озон, измеряемый в национальных парках, пояснил Лин. «Модель позволяет нам разделить наблюдаемое загрязнение воздуха на компоненты, обусловленные разными источниками», - сказала она.
Команда также изучила другие факторы, влияющие на приземный озон, такие как глобальный метан от домашнего скота и лесные пожары. На выбросы лесных пожаров приходится менее 10 процентов, а на метан - около 15 процентов прироста озона в западной части США, в то время как загрязнение воздуха в Азии составляет 65 процентов.
Эти новые результаты показывают, что глобальная перспектива необходима при разработке стратегии для достижения целей США по озону в воздухе, сказал Лин.
По словам Оуэна Купера, старшего научного сотрудника Университета Колорадо и Лаборатории исследования системы Земли NOAA, негативное влияние импортируемого загрязнения на способность США достичь своих целей в области качества воздуха не является полностью неожиданным. знаком с текущим исследованием, но не принимал непосредственного участия.«Двадцать лет назад ученые впервые предположили, что растущие выбросы в Азии однажды компенсируют некоторые из внутренних сокращений озона в Соединенных Штатах», - сказал Купер. «В этом исследовании используются более чем 25-летние наблюдения и подробные ретроспективные прогнозы моделей, чтобы всесторонне продемонстрировать, что эти ранние прогнозы были верными».