NASA-model onthult hoeveel COVID-gerelateerde vervuilingsniveaus afwijken van de norm

[univers]

Sinds het begin van de COVID-19-pandemie hebben waarnemingen vanuit de ruimte en op de grond aangetoond dat de atmosfeer van de aarde een aanzienlijke vermindering van sommige luchtverontreinigende stoffen heeft gezien. Wetenschappers wilden echter weten hoeveel van die achteruitgang kan worden toegeschreven aan veranderingen in menselijke activiteit tijdens pandemie-gerelateerde stilleggingen, versus hoeveel er zou zijn gebeurd in een pandemievrij 2020.

Met behulp van computermodellen om ter vergelijking een COVID-vrij 2020 te genereren, ontdekten NASA-onderzoekers dat sinds februari pandemische beperkingen de wereldwijde stikstofdioxideconcentraties met bijna 20% hebben verlaagd. De resultaten werden gepresenteerd op de internationale conferentie voor high-performance computing, netwerken, opslag en analyse van 2020.


Aan pandemie gerelateerde stilleggingen hebben invloed gehad op hoe mensen handelen, dus begonnen wetenschappers te controleren hoe dat de planeet beïnvloedde - met name de uitstoot van stikstofdioxide. Hoe spelen COVID-19-vervuilingspatronen in op NASA-computermodellen? NASA's GEOS-model voor atmosferische compositie toont ons het antwoord.
Credits: NASA's Goddard Space Flight Center

Stikstofdioxide is een luchtverontreinigende stof die voornamelijk wordt geproduceerd door de verbranding van fossiele brandstoffen die worden gebruikt door de industrie en het transport - die beide aanzienlijk werden verminderd tijdens het hoogtepunt van de pandemie om te voorkomen dat het nieuwe coronavirus zich verspreidde.

"We wisten allemaal dat de lockdowns een impact zouden hebben op de luchtkwaliteit", zei hoofdauteur Christoph Keller van de Universities Space Research Association (USRA) bij het Goddard Space Flight Center van NASA in Greenbelt, Maryland. Keller werkt in het Global Modelling and Assimilation Office (GMAO) van Goddard, dat hightech computermodellen gebruikt om de chemie van de oceaan en de atmosfeer te volgen en toekomstige klimaatscenario's te voorspellen. Hij zegt: "Het werd ook al snel duidelijk dat het moeilijk zou worden om te kwantificeren hoeveel van die verandering verband houdt met de lockdown-maatregelen, versus algemene seizoensinvloeden of variabiliteit in vervuiling."

Geen twee jaar zijn precies hetzelfde. Normale variaties in weer en atmosferische circulatie veranderen de samenstelling en chemie van de atmosfeer van de aarde. Het vergelijken van de stikstofdioxideconcentraties in 2020 met gegevens van alleen 2019 of 2018 zou geen rekening houden met verschillen van jaar tot jaar. Maar omdat de NASA-modelprojecties deze natuurlijke variaties verklaren, kunnen wetenschappers ze gebruiken om te analyseren hoeveel van de verandering in de atmosferische samenstelling in 2020 werd veroorzaakt door de COVID-19-inperkingsmaatregelen.

Zelfs met modellen konden de plotselinge, drastische verschuivingen in het menselijk gedrag niet worden voorspeld, aangezien het nieuwe coronavirus - en de regelgeving die het probeerde te beheersen - zich snel verspreidde. In plaats van te proberen hun model opnieuw te programmeren met deze onverwachte gebeurtenis, verklaarden Keller en zijn collega's COVID-19 door het model de pandemie helemaal te laten negeren.

De modelsimulatie en machine learning-analyse vonden plaats in het NASA Center for Climate Simulation. Het "business as usual" -scenario toonde een alternatieve realiteitsversie van 2020 - een versie die geen onverwachte veranderingen in menselijk gedrag ondervond als gevolg van de pandemie.

Van daaruit is het eenvoudig aftrekken. Het verschil tussen de in het model gesimuleerde waarden en de gemeten grondwaarnemingen vertegenwoordigt de verandering in emissies als gevolg van de pandemische respons. De onderzoekers ontvingen gegevens uit 46 landen - in totaal 5756 observatieplaatsen op de grond - die elk uur metingen van de atmosferische samenstelling in bijna realtime doorgaven. Op stadsniveau laten 50 van de 61 geanalyseerde steden een vermindering van stikstofdioxide zien tussen 20-50%.

"In sommige opzichten was ik verrast door hoeveel het viel", zei Keller. "Veel landen hebben de afgelopen decennia al heel goed werk verricht door hun stikstofdioxideconcentraties te verlagen als gevolg van regelgeving voor schone lucht, maar wat onze resultaten duidelijk laten zien, is dat er nog steeds een even belangrijke door menselijk gedrag gedreven bijdrage is."


Afbeelding boven: het stikstofdioxidegehalte daalt vaak tijdens nieuwjaarsvieringen in China en een groot deel van Azië, en keert dan weer terug. Maar dit jaar was er geen herstel in Wuhan, China, waar het virus voor het eerst werd gemeld, en het stikstofdioxidegehalte bleef veel lager dan in 2019.

Wuhan, China, was de eerste gemeente die een uitbraak van COVID-19 meldde. Het was ook de eerste die verminderde stikstofdioxide-uitstoot liet zien - 60% lager dan verwacht. Een afname van 60% in Milaan en een afname van 45% in New York volgden kort daarna, aangezien hun lokale beperkingen van kracht werden.

"Je kon soms zelfs de daling van stikstofdioxide zien voordat het officiële beleid van kracht werd", zei co-auteur Emma Knowland met USRA bij Goddard's GMAO. "Mensen verminderden waarschijnlijk hun doorvoer omdat het gepraat over de COVID-19-dreiging al plaatsvond voordat ons werd verteld dat we moesten stoppen." Toen de beperkingen eenmaal waren versoepeld, nam de afname van stikstofdioxide af, maar bleef onder de verwachte "business as usual" -waarden.

Keller vergeleek zijn schattingen van de afname van stikstofdioxide met de gerapporteerde economische cijfers, namelijk de bruto binnenlandse producten, van de landen die in de studie zijn opgenomen. Volgens Keller waren ze schrikbarend goed opgesteld. "We zouden verwachten dat ze enigszins verwant zijn, omdat stikstofdioxide zo nauw verbonden is met economische activiteiten, zoals mensen die reizen en fabrieken die draaien," zei hij. "Het lijkt erop dat onze gegevens dit heel goed vastleggen."

Het onderzoek is aan de gang en de gegevens van het GEOS-model die in deze studie zijn gebruikt, zijn openbaar beschikbaar.

https://www.nasa.gov/feature/goddard/20 ... m-the-norm