Sinds het begin van de COVID-19-pandemie, Ruimte- en grondobservaties hebben aangetoond dat sommige luchtverontreinigende stoffen in de atmosfeer van de aarde aanzienlijk zijn verminderd. Echter, wetenschappers wilden weten hoeveel van die achteruitgang kan worden toegeschreven aan veranderingen in menselijke activiteit tijdens pandemiegerelateerde sluitingen, versus hoeveel er zou zijn gebeurd in een pandemievrij 2020.

Computermodellen gebruiken om een ​​COVID-vrij 2020 te genereren ter vergelijking, NASA-onderzoekers ontdekten dat sinds februari, pandemische beperkingen hebben de wereldwijde stikstofdioxideconcentraties met bijna 20% verlaagd. De resultaten werden gepresenteerd op de 2020 International Conference for High Performance Computing, Netwerken, Opslag, en Analyse.

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 tijdens het hoogtepunt van de pandemie aanzienlijk werden verminderd om verspreiding van het nieuwe coronavirus te voorkomen.

"We wisten allemaal dat de lockdowns een impact zouden hebben op de luchtkwaliteit, " zei hoofdauteur Christoph Keller van Universities Space Research Association (USRA) bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. Keller werkt bij Goddard's Global Modeling and Assimilation Office (GMAO), die hightech computermodellen gebruikt om de chemie van de oceaan en de atmosfeer te volgen, en toekomstige klimaatscenario's te voorspellen. Hij zegt, "Het was 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 is 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 de jaarlijkse verschillen. Maar, omdat de projecties van het NASA-model deze natuurlijke variaties verklaren, wetenschappers kunnen ze gebruiken om te analyseren hoeveel van de verandering van de atmosferische samenstelling in 2020 werd veroorzaakt door de inperkingsmaatregelen van COVID-19.

Zelfs met modellen, er was geen voorspelling van het plotselinge, drastische verschuivingen in menselijk gedrag naarmate het nieuwe coronavirus – en de regelgeving die het probeert te beheersen – zich snel verspreidt. In plaats van te proberen hun model opnieuw te programmeren met deze onverwachte gebeurtenis, Keller en zijn collega's verklaarden 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 die geen onverwachte veranderingen in menselijk gedrag als gevolg van de pandemie ondervond.

Vanaf daar is het eenvoudig aftrekken. Het verschil tussen de gesimuleerde waarden van het model en de gemeten grondwaarnemingen geeft de verandering in emissies als gevolg van de pandemie weer. De onderzoekers ontvingen gegevens uit 46 landen - in totaal 5, 756 waarnemingslocaties op de grond - die elk uur metingen van de atmosferische samenstelling in bijna realtime doorgeven. Op stadsniveau, 50 van de 61 geanalyseerde steden laten een stikstofdioxidereductie zien van 20-50%.

"In sommige opzichten was ik verrast door hoeveel het viel, "Zei Keller. "Veel landen hebben de afgelopen decennia al heel goed werk geleverd 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 significante, door menselijk gedrag gestuurde bijdrage is."

Wuhan, China was de eerste gemeente die een uitbraak van COVID-19 meldde. Het was ook de eerste die verminderde uitstoot van stikstofdioxide liet zien - 60% lager dan de verwachte gesimuleerde waarden. Een daling van 60% in Milaan en een daling van 45% in New York volgden spoedig, toen hun lokale beperkingen van kracht werden.

"Je zou kunnen, soms, zelfs de afname 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 er al over de COVID-19-dreiging werd gepraat voordat ons werd verteld dat we moesten sluiten." Toen de beperkingen eenmaal waren versoepeld, de afname van stikstofdioxide nam af, maar bleef onder de verwachte "business as usual"-waarden.

Keller vergeleek zijn schattingen van de afname van stikstofdioxide met gerapporteerde economische cijfers, namelijk, het bruto binnenlands product, van de naties die in de studie zijn opgenomen. Volgens Keller, ze stonden schrikbarend goed op een rij. "We zouden verwachten dat ze enigszins verwant zijn omdat stikstofdioxide zo nauw verbonden is met economische activiteiten, zoals mensen die reizen en fabrieken draaiende, " zei hij. "Het lijkt erop dat onze gegevens dit heel goed vastleggen."

Het onderzoek loopt, en de GEOS-modelgegevens die in dit onderzoek zijn gebruikt, zijn openbaar beschikbaar.