Ett inflöde av föroreningar från Asien i västra USA och mer frekventa värmeböljor i östra USA är ansvariga för att smog har hållit i sig i dessa regioner under det senaste kvartsseklet trots lagar som begränsar utsläppen av smogbildande kemikalier från avgasrör och fabriker.

Studien, ledd av forskare vid Princeton University och National Oceanic and Atmospheric Administrations Geophysical Fluid Dynamics Laboratory (GFDL), Parlamentet framhåller vikten av att upprätthålla inhemska utsläppskontroller på motorfordon, kraftverk och andra industrier i en tid då föroreningarna blir allt mer globala.

Publicerad 1 mars i tidskriften Atmosfärskemi och fysik , studien tittade på källorna till smog, även känt som marknära ozon, under en period som sträcker sig från 1980-talet till idag. Marknära ozon, som är skild från ozon i den övre atmosfären som skyddar planeten från ultraviolett strålning, är skadligt för människors hälsa, förvärrar astmaanfall och orsakar andningssvårigheter. Det skadar också känsliga träd och grödor.

Trots en minskning med 50 procent av smogbildande kemikalier som kväveoxider, allmänt känd som "NOx", under de senaste 25 åren, Ozonnivåerna som mäts på landsbygden i väster har faktiskt stigit. Och medan ozon i östra USA har minskat totalt sett, nivåerna kan stiga under värmeböljor.

Studien spårade ökningen av ozon i väst till inflödet av föroreningar från asiatiska länder, inklusive Kina, Nord- och Sydkorea, Japan, Indien, och andra sydasiatiska länder. Kollektivt, regionen har tredubblat sina utsläpp av NOx sedan 1990. I östra USA, under tiden, värmeböljor – som har blivit vanligare under de senaste decennierna – fångar förorenad luft på plats, leder till tillfälliga upptrappningar av lokalt producerat ozon.

Studien förklarar varför vårens ozonnivåer som uppmätts i Yellowstone National Park och andra västerländska parker långt från stadsområden har klättrat under det senaste kvartsseklet. Enligt studien, Vårens ozonnivåer i nationalparkerna steg under den perioden med 5 till 10 delar per miljard (ppb), vilket är betydande med tanke på att den federala ozonstandarden är 70 ppb.

Inflödet av föroreningar från Asien kan göra det svårt för dessa områden att följa de federala ozonstandarderna, enligt studiens författare. "Ökande bakgrundsozon från stigande asiatiska utsläpp lämnar mindre utrymme för lokal produktion av ozon innan den federala standarden överträds, " sa huvudförfattaren Meiyun Lin, en forskare i programmet i atmosfäriska och oceaniska vetenskaper vid Princeton University och en vetenskapsman vid GFDL.

Lins medförfattare var Larry Horowitz, även av GFDL; Richard Payton och Gail Tonnesen från U.S. Environmental Protection Agency; och Arlene Fiore från Lamont-Doherty Earth-Observatory och Institutionen för jord- och miljövetenskaper vid Columbia University.

Med hjälp av ozonmätningar i kombination med klimatmodeller utvecklade vid GFDL, författarna identifierade föroreningar från Asien som drivande på stigningen i ozon i västra amerikanska nationalparker under våren, när vind- och vädermönster driver asiatiska föroreningar över Stilla havet. På sommaren, när dessa vädermönster avtar, Ozonnivåerna i nationalparker är fortfarande över vad som kan förväntas med tanke på USA:s minskningar av ozonprekursorer.

Även om det har varit känt i över ett decennium att asiatiska föroreningar bidrar till ozonnivåerna i USA, denna studie är en av de första som kategoriserar i vilken utsträckning ökande asiatiska utsläpp bidrar till amerikanskt ozon, enligt Lin.

I östra USA, där asiatisk förorening är en mindre bidragande orsak till smog, NOx-utsläppskontroller har varit framgångsrika när det gäller att minska ozonnivåerna. Dock, perioder av extrem värme och torka kan fånga föroreningar i regionen, gör dåliga ozondagar värre. Regionala minskningar av NOx-utsläppen lindrade ozonuppbyggnaden under de senaste värmeböljorna 2011 och 2012, jämfört med tidigare värmeböljor som 1988 och 1999. Eftersom värmeböljor ser ut att öka på grund av globala klimatförändringar, smog i östra USA kommer sannolikt att förvärras, enligt studien.

Klimatmodeller som de som utvecklats vid GFDL kan hjälpa forskare att förutsäga framtida nivåer av smog, möjliggöra kostnads-nyttoanalyser för kostsamma föroreningsbegränsande åtgärder. Forskarna jämförde resultat från en modell som heter GFDL-AM3 med ozonmätningar från övervakningsstationer under de senaste 35 åren, från 1980 till 2014.

Tidigare studier med globala modeller matchade dåligt de ozonökningar som uppmätts i västerländska nationalparker. Lin och medförfattare kunde matcha mätningarna genom att begränsa sin analys till dagar då luftflödet till övervägande del kommer från Stilla havet.

Att modellera källorna till luftföroreningar kan hjälpa till att förklara varifrån det ozon som mäts i nationalparkerna kommer, förklarade Lin. "Modellen tillåter oss att dela upp den observerade luftföroreningen i komponenter som drivs av olika källor, " Hon sa.

Teamet tittade också på andra bidragsgivare till marknära ozon, som global metan från boskap och skogsbränder. Utsläppen från skogsbränder bidrog med mindre än 10 procent och metan med cirka 15 procent av ozonökningen i västra USA, medan asiatisk luftförorening bidragit med så mycket som 65 procent.

Dessa nya rön tyder på att ett globalt perspektiv är nödvändigt när man utformar en strategi för att uppfylla USA:s mål för ozonluftkvalitet, sa Lin.

Den negativa effekten av importerade föroreningar på USA:s förmåga att uppnå sina luftkvalitetsmål är inte helt oväntad, enligt Owen Cooper, en senior forskare vid University of Colorado och NOAA Earth System Research Laboratory, som är bekant med den aktuella studien men inte är direkt involverad. "Tjugo år sedan, forskare spekulerade först att stigande asiatiska utsläpp en dag skulle kompensera några av USA:s inhemska ozonreduktioner, " Cooper sa. "Denna studie drar fördel av mer än 25 år av observationer och detaljerade modell hindcasts för att heltäckande visa att dessa tidiga förutsägelser var rätt."