疫情期間，人類二氧化碳排放真的降低了嗎？

史上首次：研究人員探測到全球大氣中人類活動排放的二氧化碳（CO2）的短期區域波動。

圖檔來源：NASA

結合美國航空航天局（NASA）衛星和大氣模型，科學家首次對人類二氧化碳排放量的變化進行了檢測。這項新研究使用來自NASA軌道碳觀測衛星2号（Orbiting Carbon Observatory-2，OCO-2）的資料，從太空中對新冠病毒大流行期間二氧化碳排放量的下降進行測量。如今，日度和月度的資料産品已對公衆開放，這為近乎實時地跟蹤人類活動對二氧化碳濃度的總體影響開辟了新的可能性。

此前已有多項研究對新冠疫情初期社交封鎖影響進行了調查，發現全球二氧化碳水準在2020年略有下降。然而，通過将軌道碳觀測衛星2号的高分辨率資料與NASA戈達德地球觀測系統（Goddard Earth Observing System，GEOS）的模組化和資料分析工具相結合，研究團隊能夠辨識出某一區域一個月内的二氧化碳濃度變化有哪些是由人類活動引起的，有哪些是由自然原因引起的，這證明了此前基于經濟和人類活動資料的估算。

研究團隊的測量結果顯示，在北半球，人為産生的二氧化碳濃度增長在2020年2月到2020年5月期間有所下降，夏季出現反彈，這與全球全年排放量下降3%~13%一緻。

研究團隊表示，對于研究氣候變化的區域性影響和追蹤緩解政策結果的研究人員來說，這些結果是一次飛躍性的進展。這種研究方法允許研究人員在大氣二氧化碳濃度發生變化後一、兩個月内，就能檢測到這些變化，提供快速、可操作的相關資訊，讓我們了解人類活動和自然排放的二氧化碳是如何在大氣中演變和發展的。

新冠疫情相關的社交封鎖，讓科學家有了一次詳細了解了人類活動如何影響大氣成分的機會。最近發表的兩項研究，一項關注氮氧化物的濃度，另一項關注二氧化碳的濃度，讓我們以前所未有的細節檢測到了封鎖期間的大氣“指紋”。

視訊來源：NASA/凱蒂·傑普森（Katie Jepson）

字幕制作：哇喳

探測地球大氣的細微變化

二氧化碳（CO2）是一種存在于大氣中的溫室氣體，其濃度變化的影響因素包括植物呼吸、大氣與海洋的交換等自然過程，以及化石燃料燃燒和森林砍伐等人類活動。自工業革命以來，大氣中的二氧化碳濃度增加了近49%，早在2013年，大氣二氧化碳濃度就在人類曆史上首次超過了400ppm（百萬分比濃度）。

在新冠大流行初期，多國政府都采取了社交隔離政策，要求公民待在家裡，這讓道路上的汽車數量大大減少，釋放到大氣中的溫室氣體和污染物的數量也是以急劇下降。但NASA全球模組化與同化辦公室（Global Modeling and Assimilation Office，GMAO）的氣象學家萊斯利·奧特（Lesley Ott）表示，對于二氧化碳來說，“急劇下降”這一說法是相對而言的。釋放之後，二氧化碳可以在大氣中持續存在長達一個世紀之久，這就是為什麼短期的二氧化碳濃度變化可能會在整個全球碳循環中“隐身”。2020年初社交封鎖帶來的二氧化碳濃度變化隻占當年二氧化碳總體情況的很小一部分。

“2020年初，我們看到澳洲的火災導緻了更多二氧化碳的釋放，印度各地的植物帶來了更多二氧化碳的吸收，我們看到所有這些不同的影響混作一團，”奧特說，“難點就在于我們需要嘗試對它進行拆分，了解有哪些不同的組分。”

直到最近，科學家才能用衛星技術對這些變化進行測量。NASA的軌道碳觀測衛星2号具有高精度光譜儀，可以檢測到更小的二氧化碳波動，結合全面的戈達德地球觀測系統模型，非常适合監測與新冠大流行相關的變化。

戈達德和摩根州立大學（Morgan State University）的科學家、論文的主要作者布拉德·韋爾（Brad Weir）說：“軌道碳觀測衛星2号并不是為監測排放而設計的，而是為了讓探測到比新冠疫情中我們所看到的更小的濃度變化。”韋爾解釋說，軌道碳觀測衛星2号任務的研究目标之一，是追蹤氣候政策影響下人類排放發生的變化，制定氣候政策的期望是逐漸減少大氣二氧化碳濃度，“我們希望這個測量系統能夠檢測到像新冠疫情所帶來的這種排放銳減。”

研究團隊将測得的大氣二氧化碳變化與單因社交封鎖導緻的排放變化估計值進行了比較，除了确認其他估計之外，排放模型與大氣二氧化碳測量值之間的一緻性也提供了強有力的證據，表明二氧化碳濃度的降低源于人類活動的減少。

二氧化碳的排放和在大氣中的運動會受到風向和其他的自然天氣波動的影響，戈達德地球觀測系統提供了這些自然天氣的重要資訊。奧特說：“這項研究确實将一切結合在了一起，來解決一個極其困難的問題。”

仔細研究溫室氣體

研究團隊的結果顯示，從2020年2月到2020年5月，北半球的二氧化碳濃度增長出現了下降（對應全球排放量減少3%和13%），這與計算機模拟的人類活動限制和自然影響導緻的大氣二氧化碳濃度變化一緻。

相比之下，南半球的二氧化碳資料則沒那麼清晰，這是源于另一個破紀錄的氣候異常：印度洋偶極子（Indian Ocean Dipole，IOD）。印度洋偶極子是一種海溫異常現象，科學家在熱帶印度洋中劃出了兩片區域，分别稱為西極和東極，西極在西印度洋的阿拉伯海，東極則在印度尼西亞南部東印度洋，這兩個區域海溫差異的變化，就是印度洋偶極子，西極海溫高于東極的态勢被稱作印度洋偶極子正位相，也就是暖性，反之東極高于西極則為負位相，也就是冷性。在2019年末和2020年初，印度洋偶極子經曆了一個強烈的正位相，導緻降水異常增多的非洲遭遇了蝗災，而印度洋另一側的澳洲則陷入持續幹旱，山火形勢難以控制。研究團隊表示，這兩個事件都對碳循環産生了強烈的影響，讓疫情封鎖下的資料變化監測變得極為困難，但這也證明了戈達德地球觀測系統/軌道碳觀測衛星2号在未來跟蹤自然CO2波動的潛力。

戈達德地球觀測系統/軌道碳觀測衛星2号的資料，支援着新冠疫情地球觀測可視化（https://eodashboard.org/）中的一項名額，這是NASA、歐洲航天局（European Space Agency）和日本宇宙航空研究開發機構（Japan Aerospace Exploration Agency，JAXA）之間的合作項目。這一可視化地圖彙總了全球的資料和名額，以追蹤社交封鎖、交通大幅減少以及其他與新冠疫情相關的行動對地球生态系統的影響。

GEOS-OCO-2同化産品可供公衆免費下載下傳，可供想要進行進一步研究的研究人員和學生使用。

“科學家們可以檢視這個可視化地圖，然後說‘我在二氧化碳信号中看到了一些有趣的東西；那會是什麼？’”奧特說，“在這些資料集中，我們還沒有進一步開發各種各樣的東西，我認為它可以幫助人們以一種新的方式進行探索。”

研究團隊表示，未來，新的同化和分析方法還可以用于幫助監測氣候減緩計劃和政策的結果，特别是在社群或地方層面。

“有能力監測我們的氣候如何變化，知道這項技術已經準備就緒，這是我們真正引以為傲的事情。”奧特說。

參考來源：

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2022/for-the-1st-time-nasa-spots-short-term-drops-in-co2-emissions-from-human-activity