Sedan covid-19-pandemin började, rymd- och markbaserade observationer har visat att jordens atmosfär har sett betydande minskningar av vissa luftföroreningar. Dock, forskare ville veta hur mycket av den nedgången kan hänföras till förändringar i mänsklig aktivitet under pandemirelaterade avstängningar, kontra hur mycket som skulle ha hänt under ett pandemifritt 2020.

Använda datormodeller för att skapa ett COVID-fritt 2020 för jämförelse, NASA -forskare fann att sedan februari har pandemiska restriktioner har minskat de globala kvävedioxidhalterna med nästan 20%. Resultaten presenterades vid 2020 International Conference for High Performance Computing, Nätverk, Lagring, och analys.

Kvävedioxid är en luftförorening som främst produceras genom förbränning av fossila bränslen som används av industri och transport - båda reducerades avsevärt under pandemins höjd för att förhindra att det nya coronaviruset sprider sig.

"Vi visste alla att avstängningarna skulle påverka luftkvaliteten, "sade huvudförfattaren Christoph Keller med Universities Space Research Association (USRA) vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. Keller arbetar i Goddards Global Modeling and Assimilation Office (GMAO), som använder högteknologiska datormodeller för att spåra havets kemi och atmosfären, och förutse framtida klimatscenarier. Han säger, "Det var också snart klart att det skulle bli svårt att kvantifiera hur mycket av den förändringen som är relaterad till lockdown -åtgärderna, kontra allmän säsong eller variation i föroreningar. "

Inga två år är exakt lika. Normala variationer i väder och atmosfärisk cirkulation förändrar jordens atmosfärs sammansättning och kemi. Att jämföra 2020 kvävedioxidkoncentrationer med data från 2019 eller 2018 ensam skulle inte ta hänsyn till skillnader från år till år. Men, eftersom NASA -modellprojektionerna står för dessa naturliga variationer, forskare kan använda dem för att analysera hur mycket av förändringen av atmosfärens sammansättning 2020 som orsakades av COVID-19-åtgärder.

Även med modeller, det fanns ingen förutsägelse av det plötsliga, drastiska förändringar i mänskligt beteende när det nya coronaviruset - och reglerna som försöker kontrollera det - sprider sig snabbt. Istället för att försöka programmera om sin modell med denna oväntade händelse, Keller och hans kollegor stod för COVID-19 genom att låta modellen helt ignorera pandemin.

Modellsimuleringen och maskininlärningsanalysen ägde rum vid NASA Center for Climate Simulation. Dess "business as usual" -scenario visade en alternativ verklighetsversion av 2020 - en som inte upplevde några oväntade förändringar i mänskligt beteende som orsakades av pandemin.

Därifrån är det enkel subtraktion. Skillnaden mellan de modellsimulerade värdena och de uppmätta markobservationerna representerar förändringen av utsläpp på grund av pandeminsvaret. Forskarna fick data från 46 länder - totalt 5, 756 observationsplatser på marken-vidarebefordrar timmars atmosfäriska sammansättningsmätningar i nästan realtid. På stadsnivå, 50 av de 61 analyserade städerna visar kvävedioxidminskningar mellan 20-50%.

"På vissa sätt blev jag förvånad över hur mycket det sjönk, "sa Keller." Många länder har redan gjort ett mycket bra jobb med att sänka sina kvävedioxidkoncentrationer under de senaste decennierna på grund av regler för ren luft, men vad våra resultat tydligt visar är att det fortfarande finns ett betydande mänskligt beteendebaserat bidrag. "

Wuhan, Kina var den första kommunen som rapporterade ett utbrott av COVID-19. Det var också den första som visade minskade kvävedioxidutsläpp - 60% lägre än förväntade simulerade värden. En minskning med 60% i Milano och en minskning med 45% i New York följde kort, när deras lokala restriktioner trädde i kraft.

"Du kunde, ibland, till och med se minskningen av kvävedioxid innan den officiella politiken infördes, "sa medförfattaren Emma Knowland med USRA vid Goddards GMAO." Folk minskade förmodligen sin transitering eftersom samtalet om COVID-19-hotet redan inträffade innan vi faktiskt fick höra att stänga av. "När restriktionerna lättats, minskningen av kvävedioxid minskar, men förblev under förväntade "business as usual" -värden.

Keller jämförde sina uppskattningar av kvävedioxidminskningarna med rapporterade ekonomiska siffror, nämligen, bruttonationalprodukten, av nationerna som ingår i studien. Enligt Keller, de ställde upp chockerande bra. "Vi förväntar oss att de är något relaterade eftersom kvävedioxid är så nära kopplad till ekonomisk verksamhet, som människor som reser och fabriker springer, "sa han." Det verkar som om våra uppgifter fångar detta mycket bra. "

Forskningen pågår, och GEOS -modelldata som används i denna studie är allmänt tillgängliga.