疫情期间，人类二氧化碳排放真的降低了吗？

史上首次：研究人员探测到全球大气中人类活动排放的二氧化碳（CO2）的短期区域波动。

图片来源：NASA

结合美国航空航天局（NASA）卫星和大气模型，科学家首次对人类二氧化碳排放量的变化进行了检测。这项新研究使用来自NASA轨道碳观测卫星2号（Orbiting Carbon Observatory-2，OCO-2）的数据，从太空中对新冠病毒大流行期间二氧化碳排放量的下降进行测量。如今，日度和月度的数据产品已对公众开放，这为近乎实时地跟踪人类活动对二氧化碳浓度的总体影响开辟了新的可能性。

此前已有多项研究对新冠疫情初期社交封锁影响进行了调查，发现全球二氧化碳水平在2020年略有下降。然而，通过将轨道碳观测卫星2号的高分辨率数据与NASA戈达德地球观测系统（Goddard Earth Observing System，GEOS）的建模和数据分析工具相结合，研究团队能够辨别出某一区域一个月内的二氧化碳浓度变化有哪些是由人类活动引起的，有哪些是由自然原因引起的，这证实了此前基于经济和人类活动数据的估算。

研究团队的测量结果显示，在北半球，人为产生的二氧化碳浓度增长在2020年2月到2020年5月期间有所下降，夏季出现反弹，这与全球全年排放量下降3%~13%一致。

研究团队表示，对于研究气候变化的区域性影响和追踪缓解策略结果的研究人员来说，这些结果是一次飞跃性的进展。这种研究方法允许研究人员在大气二氧化碳浓度发生变化后一、两个月内，就能检测到这些变化，提供快速、可操作的相关信息，让我们了解人类活动和自然排放的二氧化碳是如何在大气中演变和发展的。

新冠疫情相关的社交封锁，让科学家有了一次详细了解了人类活动如何影响大气成分的机会。最近发表的两项研究，一项关注氮氧化物的浓度，另一项关注二氧化碳的浓度，让我们以前所未有的细节检测到了封锁期间的大气“指纹”。

视频来源：NASA/凯蒂·杰普森（Katie Jepson）

字幕制作：哇喳

探测地球大气的细微变化

二氧化碳（CO2）是一种存在于大气中的温室气体，其浓度变化的影响因素包括植物呼吸、大气与海洋的交换等自然过程，以及化石燃料燃烧和森林砍伐等人类活动。自工业革命以来，大气中的二氧化碳浓度增加了近49%，早在2013年，大气二氧化碳浓度就在人类历史上首次超过了400ppm（百万分比浓度）。

在新冠大流行初期，多国政府都采取了社交隔离政策，要求公民待在家里，这让道路上的汽车数量大大减少，释放到大气中的温室气体和污染物的数量也因此急剧下降。但NASA全球建模与同化办公室（Global Modeling and Assimilation Office，GMAO）的气象学家莱斯利·奥特（Lesley Ott）表示，对于二氧化碳来说，“急剧下降”这一说法是相对而言的。释放之后，二氧化碳可以在大气中持续存在长达一个世纪之久，这就是为什么短期的二氧化碳浓度变化可能会在整个全球碳循环中“隐身”。2020年初社交封锁带来的二氧化碳浓度变化只占当年二氧化碳总体情况的很小一部分。

“2020年初，我们看到澳大利亚的火灾导致了更多二氧化碳的释放，印度各地的植物带来了更多二氧化碳的吸收，我们看到所有这些不同的影响混作一团，”奥特说，“难点就在于我们需要尝试对它进行拆分，了解有哪些不同的组分。”

直到最近，科学家才能用卫星技术对这些变化进行测量。NASA的轨道碳观测卫星2号具有高精度光谱仪，可以检测到更小的二氧化碳波动，结合全面的戈达德地球观测系统模型，非常适合监测与新冠大流行相关的变化。

戈达德和摩根州立大学（Morgan State University）的科学家、论文的主要作者布拉德·韦尔（Brad Weir）说：“轨道碳观测卫星2号并不是为监测排放而设计的，而是为了让探测到比新冠疫情中我们所看到的更小的浓度变化。”韦尔解释说，轨道碳观测卫星2号任务的研究目标之一，是追踪气候政策影响下人类排放发生的变化，制定气候政策的期望是逐渐减少大气二氧化碳浓度，“我们希望这个测量系统能够检测到像新冠疫情所带来的这种排放锐减。”

研究团队将测得的大气二氧化碳变化与单因社交封锁导致的排放变化估计值进行了比较，除了确认其他估计之外，排放模型与大气二氧化碳测量值之间的一致性也提供了强有力的证据，表明二氧化碳浓度的降低源于人类活动的减少。

二氧化碳的排放和在大气中的运动会受到风向和其他的自然天气波动的影响，戈达德地球观测系统提供了这些自然天气的重要信息。奥特说：“这项研究确实将一切结合在了一起，来解决一个极其困难的问题。”

仔细研究温室气体

研究团队的结果显示，从2020年2月到2020年5月，北半球的二氧化碳浓度增长出现了下降（对应全球排放量减少3%和13%），这与计算机模拟的人类活动限制和自然影响导致的大气二氧化碳浓度变化一致。

相比之下，南半球的二氧化碳数据则没那么清晰，这是源于另一个破纪录的气候异常：印度洋偶极子（Indian Ocean Dipole，IOD）。印度洋偶极子是一种海温异常现象，科学家在热带印度洋中划出了两片区域，分别称为西极和东极，西极在西印度洋的阿拉伯海，东极则在印度尼西亚南部东印度洋，这两个区域海温差异的变化，就是印度洋偶极子，西极海温高于东极的态势被称作印度洋偶极子正位相，也就是暖性，反之东极高于西极则为负位相，也就是冷性。在2019年末和2020年初，印度洋偶极子经历了一个强烈的正位相，导致降水异常增多的非洲遭遇了蝗灾，而印度洋另一侧的澳大利亚则陷入持续干旱，山火形势难以控制。研究团队表示，这两个事件都对碳循环产生了强烈的影响，让疫情封锁下的数据变化监测变得极为困难，但这也证明了戈达德地球观测系统/轨道碳观测卫星2号在未来跟踪自然CO2波动的潜力。

戈达德地球观测系统/轨道碳观测卫星2号的数据，支持着新冠疫情地球观测可视化（https://eodashboard.org/）中的一项指标，这是NASA、欧洲航天局（European Space Agency）和日本宇宙航空研究开发机构（Japan Aerospace Exploration Agency，JAXA）之间的合作项目。这一可视化地图汇总了全球的数据和指标，以追踪社交封锁、交通大幅减少以及其他与新冠疫情相关的行动对地球生态系统的影响。

GEOS-OCO-2同化产品可供公众免费下载，可供想要进行进一步研究的研究人员和学生使用。

“科学家们可以查看这个可视化地图，然后说‘我在二氧化碳信号中看到了一些有趣的东西；那会是什么？’”奥特说，“在这些数据集中，我们还没有进一步开发各种各样的东西，我认为它可以帮助人们以一种新的方式进行探索。”

研究团队表示，未来，新的同化和分析方法还可以用于帮助监测气候减缓计划和政策的结果，特别是在社区或地方层面。

“有能力监测我们的气候如何变化，知道这项技术已经准备就绪，这是我们真正引以为傲的事情。”奥特说。

参考来源：

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