NASA-model afslører, hvor meget COVID-relaterede forureningsniveauer afveg fra normen

Siden COVID-19-pandemien begyndte, rum- og jordbaserede observationer har vist, at Jordens atmosfære har set betydelige reduktioner i nogle luftforurenende stoffer. Imidlertid, videnskabsmænd ønskede at vide, hvor meget af dette fald, der kan tilskrives ændringer i menneskelig aktivitet under pandemi-relaterede nedlukninger, i forhold til hvor meget der ville være sket i et pandemifrit 2020.

Brug af computermodeller til at generere et COVID-frit 2020 til sammenligning, NASA-forskere fandt ud af, at siden februar, pandemiske restriktioner har reduceret globale nitrogendioxidkoncentrationer med næsten 20 %. Resultaterne blev præsenteret på 2020 International Conference for High Performance Computing, Netværk, Opbevaring, og Analyse.

Nitrogendioxid er et luftforurenende stof, der primært produceres ved forbrænding af fossile brændstoffer, der bruges af industri og transport - som begge blev reduceret betydeligt under pandemiens højdepunkt for at forhindre den nye coronavirus i at sprede sig.

"Vi vidste alle, at nedlukningerne ville have en indvirkning på luftkvaliteten, " sagde hovedforfatter Christoph Keller fra Universities Space Research Association (USRA) ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. Keller arbejder i Goddards Global Modeling and Assimilation Office (GMAO), som bruger højteknologiske computermodeller til at hjælpe med at spore havets og atmosfærens kemi, og forudsige fremtidige klimascenarier. Han siger, "det stod også hurtigt klart, at det ville blive svært at kvantificere, hvor meget af den ændring, der er relateret til lockdown-foranstaltningerne, versus generel sæsonbestemt eller variation i forurening."

Ikke to år er helt ens. Normale variationer i vejret og atmosfærisk cirkulation ændrer sammensætningen og kemien i Jordens atmosfære. Sammenligning af nitrogendioxidkoncentrationer i 2020 med data fra 2019 eller 2018 alene vil ikke tage højde for forskelle fra år til år. Men, fordi NASA-modelfremskrivningerne tager højde for disse naturlige variationer, videnskabsmænd kan bruge dem til at analysere, hvor meget af den atmosfæriske sammensætningsændring i 2020, der blev forårsaget af COVID-19-inddæmningsforanstaltningerne.

Selv med modeller, der var ingen forudsigelse af den pludselige, drastiske ændringer i menneskelig adfærd, efterhånden som den nye coronavirus – og de regler, der forsøger at kontrollere den – spredte sig hurtigt. I stedet for at prøve at omprogrammere deres model med denne uventede begivenhed, Keller og hans kolleger stod for COVID-19 ved at lade modellen ignorere pandemien fuldstændigt.

Modelsimuleringen og maskinlæringsanalysen fandt sted på NASA Center for Climate Simulation. Dets "business as usual"-scenarie viste en alternativ reality-version af 2020 - en, der ikke oplevede nogen uventede ændringer i menneskelig adfærd forårsaget af pandemien.

Derfra er det simpel subtraktion. Forskellen mellem modellens simulerede værdier og de målte jordobservationer repræsenterer ændringen i emissioner som følge af pandemiens reaktion. Forskerne modtog data fra 46 lande - i alt 5, 756 observationssteder på jorden - videresender timelige atmosfæriske sammensætningsmålinger i næsten realtid. På byplan, 50 af de 61 analyserede byer viser kvælstofdioxidreduktioner mellem 20-50%.

"På nogle måder var jeg overrasket over, hvor meget det faldt, " sagde Keller. "Mange lande har allerede gjort et meget godt stykke arbejde med at sænke deres nitrogendioxidkoncentrationer i løbet af de sidste årtier på grund af reglerne om ren luft, men hvad vores resultater tydeligt viser er, at der stadig er et betydeligt menneskelig adfærdsdrevet bidrag."

Wuhan, Kina var den første kommune, der rapporterede et udbrud af COVID-19. Det var også den første, der viste reducerede nitrogendioxidemissioner - 60 % lavere end de forventede simulerede værdier. Et fald på 60 % i Milano og et fald på 45 % i New York fulgte kort efter, da deres lokale restriktioner trådte i kraft.

"Du kunne, til tider, selv se faldet i nitrogendioxid før de officielle politikker trådte i kraft, " sagde medforfatter Emma Knowland sammen med USRA på Goddard's GMAO. "Folk reducerede sandsynligvis deres transit, fordi snakken om COVID-19-truslen allerede fandt sted, før vi faktisk fik besked på at lukke ned." Da restriktionerne blev lempet, faldet i nitrogendioxid mindskedes, men forblev under forventede "business as usual"-værdier.

Keller sammenlignede sine skøn over faldet i nitrogendioxid med rapporterede økonomiske tal, nemlig bruttonationalproduktet, af de nationer, der indgår i undersøgelsen. Ifølge Keller, de stillede sig chokerende godt op. "Vi forventer, at de er noget beslægtede, fordi nitrogendioxid er så tæt forbundet med økonomiske aktiviteter, som folk, der rejser og fabrikker kører, " sagde han. "Det ser ud til, at vores data fanger dette meget godt."

Forskningen er i gang, og GEOS-modeldataene brugt i denne undersøgelse er offentligt tilgængelige.