Een nieuwe NASA/universiteitsstudie naar de uitstoot van kooldioxide voor 20 grote steden over de hele wereld levert de eerste directe, op satellieten gebaseerd bewijs dat naarmate de bevolkingsdichtheid van een stad toeneemt, de kooldioxide die het per persoon uitstoot neemt af, met enkele opmerkelijke uitzonderingen. De studie laat ook zien hoe satellietmetingen van dit krachtige broeikasgas snelgroeiende steden nieuwe instrumenten kunnen geven om de uitstoot van kooldioxide te volgen en de impact van beleidswijzigingen en infrastructuurverbeteringen op hun energie-efficiëntie te beoordelen.

Steden zijn verantwoordelijk voor meer dan 70% van de wereldwijde uitstoot van kooldioxide in verband met energieproductie, en snel, voortdurende verstedelijking neemt hun aantal en omvang toe. Maar sommige dichtbevolkte steden stoten per hoofd van de bevolking meer koolstofdioxide uit dan andere.

Om beter te begrijpen waarom, atmosferische wetenschappers Dien Wu en John Lin van de Universiteit van Utah in Salt Lake City werkten samen met collega's van NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland en de Universiteit van Michigan in Ann Arbor. Ze berekenden de CO2-uitstoot per hoofd van de bevolking voor 20 stedelijke gebieden op verschillende continenten met behulp van recent beschikbare koolstofdioxideschattingen van NASA's Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2) satelliet, beheerd door het Jet Propulsion Laboratory van het agentschap in Pasadena, Californië. Steden met verschillende bevolkingsdichtheden werden geselecteerd op basis van de kwaliteit en kwantiteit van OCO-2-gegevens die voor hen beschikbaar waren. Steden met minimale vegetatie hadden de voorkeur omdat planten koolstofdioxide kunnen opnemen en uitstoten, de interpretatie van de metingen bemoeilijkt. Twee Amerikaanse steden waren inbegrepen:Las Vegas en Phoenix.

Veel wetenschappers en beleidsmakers zijn ervan uitgegaan dat de beste manier om verschillen in kooldioxide-emissies in grote steden in te schatten en te begrijpen, is om een ​​"bottom-up"-benadering te gebruiken, het opstellen van een inventaris van de uitstoot van fossiele brandstoffen geproduceerd door industriële installaties, boerderijen, wegvervoer en elektriciteitscentrales. De bottom-up methode was de enige haalbare benadering voordat remote sensing datasets beschikbaar kwamen. Deze benadering kan schattingen opleveren van emissies per brandstoftype (kolen, olie, aardgas) en sector (stroomopwekking, vervoer, fabricage) maar kan enkele emissies missen, vooral in snel ontwikkelende stedelijke gebieden.

Maar voor deze studie onderzoekers gebruikten in plaats daarvan een "top-down" benadering van inventarisatie-emissies, met behulp van satelliet-afgeleide schattingen van de hoeveelheid koolstofdioxide die aanwezig is in de lucht boven een stedelijk gebied terwijl de satelliet overvliegt.

"Andere mensen hebben brandstofstatistieken gebruikt, het aantal kilometers dat een persoon rijdt of hoe groot de huizen van mensen zijn om de uitstoot per hoofd van de bevolking te berekenen, "Zei Lin. "We kijken vanuit de ruimte naar beneden om daadwerkelijk de kooldioxideconcentratie boven een stad te meten."

Gepubliceerd op 20 februari in het tijdschrift Brieven voor milieuonderzoek , de studie wees uit dat steden met een hogere bevolkingsdichtheid over het algemeen een lagere CO2-uitstoot per hoofd van de bevolking hebben, in lijn met eerdere bottom-upstudies op basis van emissie-inventarisaties. Maar de satellietgegevens leverden nieuwe inzichten op.

"Onze motiverende vraag was in wezen:wanneer mensen in dichtere steden wonen, stoten ze minder koolstofdioxide uit? Het algemene antwoord van onze analyse suggereert, Ja, emissies van dichtere steden zijn lager, zei Erik Kort, hoofdonderzoeker en universitair hoofddocent klimaat- en ruimtewetenschappen en techniek aan de Universiteit van Michigan. "Het is geen compleet beeld, aangezien we alleen lokale directe emissies zien, maar onze studie biedt wel een alternatieve directe observatiebeoordeling die voorheen volledig ontbrak."

De dichtheidsfactor

Wetenschappers hebben de hypothese geopperd dat dichter bevolkte stedelijke gebieden over het algemeen minder koolstofdioxide per persoon uitstoten omdat ze energiezuiniger zijn:dat wil zeggen, in deze gebieden is per persoon minder energie nodig door onder meer het gebruik van het openbaar vervoer en het efficiënt verwarmen en koelen van meergezinswoningen. Satellietgegevens kunnen ons begrip van deze relatie verbeteren, omdat ze de gecombineerde emissies van alle bronnen beschrijven. Deze informatie kan worden opgenomen in meer bronspecifieke, bottom-up inventarissen om stadsmanagers te helpen bij het plannen van meer energie-efficiënte groei en het ontwikkelen van betere schattingen van toekomstige kooldioxide-emissies.

Uit de OCO-2-gegevens blijkt dat niet alle dichtbevolkte stedelijke gebieden een lagere uitstoot per hoofd van de bevolking hebben, echter. Steden met grote energieopwekkingsfaciliteiten, zoals Yinchuan, China, en Johannesburg, hadden een hogere uitstoot dan wat hun bevolkingsdichtheid anders zou doen vermoeden.

"De satelliet detecteert de kooldioxidepluim bij de elektriciteitscentrale, niet in de stad die de stroom daadwerkelijk gebruikt, ' zei Lin.

"Sommige steden produceren niet zoveel koolstofdioxide, gezien hun bevolkingsdichtheid, maar ze verbruiken goederen en diensten die elders aanleiding zouden geven tot kooldioxide-emissies, ' voegde Wu eraan toe.

Een andere uitzondering op de waarneming van hogere bevolkingsdichtheid/lagere emissies is welvaart. Een welvarend stedelijk gebied, zoals Feniks, produceert meer uitstoot per hoofd van de bevolking dan een zich ontwikkelende stad als Hyderabad, Indië, die een vergelijkbare bevolkingsdichtheid heeft. De onderzoekers speculeren dat de hogere uitstoot per hoofd van Phoenix te wijten is aan factoren zoals hogere rijsnelheden en grotere, betere huizen met airconditioning.

Vooruit kijken

De onderzoekers benadrukken dat er nog veel meer te leren valt over de uitstoot van koolstofdioxide in steden. Ze geloven dat nieuwe gegevens van de opvolger van OCO-2, OCO-3 - die vorig jaar naar het internationale ruimtestation ISS werd gelanceerd - samen met toekomstige ruimtemissies voor het observeren van koolstofdioxide, kan licht werpen op mogelijke oplossingen om de koolstofemissies van steden te verminderen.

"Veel mensen zijn geïnteresseerd in de uitstoot van kooldioxide uit grote steden, " Wu said. "Additionally, there are a few places with high emissions that aren't necessarily related to population. Satellites can detect and quantify emissions from those locations around the globe."

Gelanceerd in 2014, OCO-2 gathers global measurements of atmospheric carbon dioxide—the principal human-produced driver of climate change—with the resolution, precision and coverage needed to understand how it moves through the Earth system and how it changes over time. From its vantage point in space, OCO-2 makes roughly 100, 000 measurements of atmospheric carbon dioxide over the globe every day. JPL manages OCO-2 for NASA's Science Mission Directorate in Washington.

While OCO-2 wasn't optimized to monitor carbon emissions from cities or power plants, it can observe these targets if it flies directly overhead or if the observatory is reoriented to point in their direction. In tegenstelling tot, OCO-3, which has been collecting daily measurements of carbon dioxide since last summer, features an agile mirror-pointing system that allows it to capture "snapshot maps." In a matter of minutes, it can create detailed mini-maps of carbon dioxide over areas of interest as small as an individual power plant to a large urban area up to 2, 300 square miles (6, 400 square kilometers), such as the Los Angeles Basin, something that would take OCO-2 several days to do.