隨著每日和每月的數(shù)據(jù)產(chǎn)品現(xiàn)在可以向公眾提供，這為近乎實(shí)時(shí)地跟蹤人類(lèi)活動(dòng)對(duì)二氧化碳濃度的集體影響提供了新的可能性。

以往的研究調(diào)查了大流行初期封鎖的影響，研究人員們發(fā)現(xiàn)2020年全球二氧化碳水平略有下降。然而通過(guò)將OCO-2的高分辨率數(shù)據(jù)跟NASA戈達(dá)德地球觀測(cè)系統(tǒng)(GOES)的建模和數(shù)據(jù)分析工具相結(jié)合，該團(tuán)隊(duì)得以縮小哪些月度變化是由人類(lèi)活動(dòng)引起的、哪些是由區(qū)域范圍內(nèi)的自然原因引起的。這證實(shí)了之前基于經(jīng)濟(jì)和人類(lèi)活動(dòng)數(shù)據(jù)的估計(jì)。

該小組的測(cè)量結(jié)果顯示，在北半球，人類(lèi)產(chǎn)生的二氧化碳濃度增長(zhǎng)從2020年2月到5月發(fā)生下降但在夏季反彈，這跟該年全球排放量減少3%到13%相一致。

該團(tuán)隊(duì)表示，這些結(jié)果代表了研究人員在研究氣候變化的區(qū)域影響和跟蹤緩解戰(zhàn)略的結(jié)果方面的一個(gè)飛躍。這種方法可以在大氣中的二氧化碳發(fā)生后的一兩個(gè)月內(nèi)檢測(cè)到它們的變化并提供關(guān)于人類(lèi)和自然排放如何演變的快速、可操作的信息。

辨別地球大氣的微妙變化

二氧化碳是存在于大氣中的一種溫室氣體，它的濃度由于自然過(guò)程如植物的呼吸作用、與世界海洋的交換和人類(lèi)活動(dòng)如化石燃料的燃燒和砍伐森林而發(fā)生變化。自工業(yè)革命以來(lái)，大氣中的二氧化碳濃度增加了近49%，2013年在人類(lèi)歷史上首次超過(guò)了百萬(wàn)分之400。

當(dāng)政府要求公民在COVID-19大流行中提前待在家里時(shí)，路上的汽車(chē)減少意味著釋放到大氣中的溫室氣體和污染物的數(shù)量陡然下降。位于馬里蘭州格林貝爾特的戈達(dá)德太空飛行中心的NASA全球建模和同化辦公室的研究氣象學(xué)家Lesley Ott指出，但對(duì)于二氧化碳，“急劇下降”需要放在背景中。這種氣體在釋放后可以在大氣中持續(xù)一個(gè)世紀(jì)，這就是為什么短期變化可能會(huì)在整個(gè)全球碳循環(huán)中消失--這是一個(gè)吸收和釋放的序列，它涉及自然過(guò)程和人類(lèi)過(guò)程。2020年初的鎖定只是這一年二氧化碳總量的一個(gè)小部分。

“2020年初，我們看到澳大利亞的火災(zāi)釋放了二氧化碳，我們看到印度上空的植物吸收了更多的二氧化碳，我們看到所有這些不同的影響混在一起。我們面臨的挑戰(zhàn)是試圖分解這一點(diǎn)并了解所有不同的組成部分是什么，”O(jiān)tt說(shuō)道。

直到最近，用衛(wèi)星技術(shù)測(cè)量這類(lèi)變化是不可能的。NASA的OCO-2號(hào)衛(wèi)星擁有高精度的光譜儀，旨在收集更小的二氧化碳波動(dòng)并跟全面的GEOS地球系統(tǒng)模型相結(jié)合，這是發(fā)現(xiàn)跟大流行病有關(guān)的變化的完美選擇。

“OCO-2并不是為監(jiān)測(cè)排放而設(shè)計(jì)的，但它的設(shè)計(jì)可以看到比我們用COVID看到的更小的信號(hào)，”研究的論文第一作者Brad Weir表示，“我們希望這個(gè)測(cè)量系統(tǒng)能夠檢測(cè)到像COVID這樣的巨大破壞。”

據(jù)悉，Weir是戈達(dá)德和摩根州立大學(xué)的研究科學(xué)家。他解釋稱(chēng)，OCO-2任務(wù)的研究目標(biāo)之一是跟蹤人類(lèi)的排放是如何響應(yīng)氣候政策而轉(zhuǎn)變的，這些政策預(yù)計(jì)將產(chǎn)生小的、漸進(jìn)的二氧化碳變化。

研究小組將測(cè)量到的大氣中的二氧化碳變化跟獨(dú)立估計(jì)的鎖定導(dǎo)致的排放變化進(jìn)行了比較。除了證實(shí)那些其他的估計(jì)之外，排放模型和大氣中的二氧化碳測(cè)量之間的一致性提供了強(qiáng)有力的證據(jù)，它們證明這些減少是由于人類(lèi)活動(dòng)造成的。

GEOS貢獻(xiàn)了關(guān)于風(fēng)的模式和其他影響二氧化碳排放和運(yùn)輸?shù)淖匀惶鞖獠▌?dòng)的重要信息。Ott表示：“這項(xiàng)研究真的是把所有的東西都集中在一起來(lái)解決了一個(gè)非常困難的問(wèn)題。”

仔細(xì)觀察溫室氣體

研究小組的結(jié)果顯示，從2020年2月到5月，北半球的二氧化碳濃度增長(zhǎng)下降（對(duì)應(yīng)于全球排放量減少3%和13%），這跟計(jì)算機(jī)模擬的活動(dòng)限制和自然影響應(yīng)該如何影響大氣的情況一致。

南半球的信號(hào)并不明顯，這要?dú)w功于另一個(gè)破紀(jì)錄的氣候異常現(xiàn)象：印度洋偶極(IOD)。IOD是一種東南亞海洋比正常溫度低、東印度洋海洋比正常溫度高或相反的周期性模式。在2019年底和2020年初，IOD經(jīng)歷了一個(gè)強(qiáng)烈的正相，在撒哈拉以南非洲產(chǎn)生了一個(gè)豐收的季節(jié)并促成了澳大利亞創(chuàng)紀(jì)錄的火災(zāi)季節(jié)。該團(tuán)隊(duì)表示，這兩個(gè)事件都強(qiáng)烈地影響了碳循環(huán)，這使得檢測(cè)COVID鎖定的信號(hào)變得困難--但也證明了GEOS/OCO-2在未來(lái)跟蹤自然二氧化碳波動(dòng)的潛力。

GEOS/OCO-2的數(shù)據(jù)為NASA、ESA和JAXA合作的COVID-19 Earth Observing Dashboard的指標(biāo)之一提供了動(dòng)力。據(jù)悉，Dashboard匯編了全球數(shù)據(jù)和指標(biāo)，以跟蹤封鎖、大幅減少運(yùn)輸和其他跟COVID有關(guān)的行動(dòng)是如何影響地球的生態(tài)系統(tǒng)。

GEOS-OCO-2的同化產(chǎn)品可供免費(fèi)下載，這使得想要進(jìn)一步調(diào)查的研究人員和學(xué)生可以使用它。

Ott表示：“科學(xué)家們可以到這個(gè)dashboard上說(shuō)，‘我在二氧化碳信號(hào)中看到一些有趣的東西；那可能是什么？’在這些數(shù)據(jù)集中，有各種我們沒(méi)有接觸過(guò)的東西，我認(rèn)為它幫助人們以一種新的方式進(jìn)行探索。”

該團(tuán)隊(duì)表示，在未來(lái)，新的同化和分析方法也可以用來(lái)幫助監(jiān)測(cè)氣候減緩計(jì)劃和政策的結(jié)果，尤其是在社區(qū)或區(qū)域?qū)用妗?/p>

Ott稱(chēng)：“有能力監(jiān)測(cè)我們的氣候是如何變化的，知道這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)準(zhǔn)備好了，這是我們非常自豪的事情。”