С момента начала пандемии COVID-19 космические и наземные наблюдения показали, что в атмосфере Земли значительно сократилось содержание некоторых загрязнителей воздуха. Однако ученые хотели знать, какая часть этого снижения может быть связана с изменениями в деятельности человека во время остановок, связанных с пандемией, по сравнению с тем, какая часть произошла бы в 2020 году без пандемии..
Используя компьютерные модели для создания 2020 года без COVID для сравнения, исследователи НАСА обнаружили, что с февраля пандемические ограничения снизили глобальные концентрации диоксида азота почти на 20%. Результаты были представлены на Международной конференции по высокопроизводительным вычислениям, сетям, системам хранения и анализу 2020 года.
Двуокись азота - это загрязнитель воздуха, который в основном образуется в результате сжигания ископаемого топлива, используемого в промышленности и на транспорте. Объемы обоих видов значительно сократились в разгар пандемии, чтобы предотвратить распространение нового коронавируса.
«Мы все знали, что блокировки повлияют на качество воздуха», - сказал ведущий автор Кристоф Келлер из Ассоциации космических исследований университетов (USRA) в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. Келлер работает в Управлении глобального моделирования и ассимиляции Годдарда (GMAO), которое использует высокотехнологичные компьютерные модели для отслеживания химического состава океана и атмосферы и прогнозирования будущих климатических сценариев. Он говорит: «Вскоре также стало ясно, что будет сложно количественно определить, насколько это изменение связано с мерами по блокировке, а не с общей сезонностью или изменчивостью загрязнения."
Нет двух одинаковых лет. Нормальные колебания погоды и атмосферной циркуляции изменяют состав и химический состав атмосферы Земли. Сравнение концентраций диоксида азота за 2020 год с данными только за 2019 или 2018 год не будет учитывать межгодовые различия. Но поскольку прогнозы модели НАСА учитывают эти естественные вариации, ученые могут использовать их для анализа того, какая часть изменения состава атмосферы в 2020 году была вызвана мерами по сдерживанию распространения COVID-19.
Даже с моделями невозможно было предсказать внезапные, резкие сдвиги в поведении людей, поскольку новый коронавирус и правила, пытающиеся контролировать его, быстро распространялись. Вместо того, чтобы пытаться перепрограммировать свою модель с учетом этого неожиданного события, Келлер и его коллеги объяснили COVID-19 тем, что модель полностью игнорировала пандемию.
Моделирование модели и анализ машинного обучения проводились в Центре климатического моделирования НАСА. Его сценарий «обычного бизнеса» показал альтернативную версию реальности 2020 года, в которой не произошло каких-либо неожиданных изменений в поведении людей, вызванных пандемией.
Оттуда просто вычитание. Разница между значениями, смоделированными в модели, и измеренными наземными наблюдениями представляет собой изменение выбросов в результате ответных мер на пандемию. Исследователи получили данные из 46 стран - всего 5 756 наземных наблюдательных пунктов - передающие ежечасные измерения состава атмосферы в режиме, близком к реальному времени. На городском уровне в 50 из 61 проанализированного города отмечается сокращение выбросов диоксида азота на 20-50%.
«В некотором смысле я был удивлен тем, насколько он упал», - сказал Келлер. «Многие страны уже проделали очень хорошую работу по снижению концентрации двуокиси азота за последние десятилетия благодаря нормам о чистоте воздуха, но наши результаты ясно показывают, что по-прежнему существует значительный вклад, обусловленный поведением человека."
Ухань, Китай, был первым муниципалитетом, сообщившим о вспышке COVID-19. Кроме того, он первым продемонстрировал снижение выбросов диоксида азота - на 60 % ниже ожидаемых смоделированных значений. Вскоре последовало снижение на 60% в Милане и на 45% в Нью-Йорке, когда вступили в силу местные ограничения.
«Временами можно было даже увидеть снижение содержания диоксида азота до того, как были введены официальные правила», - сказала соавтор Эмма Ноулэнд из USRA в GMAO Годдарда. «Люди, вероятно, сокращали свой транзит, потому что разговоры об угрозе COVID-19 уже происходили до того, как нам фактически сказали закрыться». После того, как ограничения были ослаблены, снижение уровня диоксида азота уменьшилось, но осталось ниже ожидаемых значений «обычного ведения бизнеса».
Келлер сравнил свои оценки снижения выбросов диоксида азота с опубликованными экономическими показателями, а именно с валовым внутренним продуктом стран, включенных в исследование. По словам Келлера, они выстроились на удивление хорошо. «Мы ожидаем, что они будут в некоторой степени связаны, потому что диоксид азота так тесно связан с экономической деятельностью, например, с людьми, которые путешествуют, и работающими фабриками», - сказал он. «Похоже, наши данные очень хорошо отражают это».
Исследование продолжается, и данные модели GEOS, используемые в этом исследовании, находятся в открытом доступе.