NASA衛星對城市二氧化碳排放新研究:人口越多二氧化碳排放越少

2021-01-18 前瞻網

近日，美國國家航空航天局(NASA)和美國大學對全球20個主要城市的二氧化碳排放進行了一項新的研究，該研究首次提供了基於衛星的直接證據，表明除了一些明顯的特殊例子之外，隨著一個城市人口密度的增加，其人均二氧化碳排放量將下降。這項研究還表明，衛星對這種強大溫室氣體的測量，可以為快速增長的城市提供新的工具來跟蹤二氧化碳排放，並對政策變化和基礎設施改善對其能源效率的影響進行評估。

在與能源生產相關的全球二氧化碳排放中，城市佔比在70%以上，而持續的快速城市化也正在增加城市的數量和規模。研究雖然表明，隨著一個城市人口密度的增加，其人均二氧化碳排放量將下降，但是仍然有一些人口密集城市的人均二氧化碳排放量要比其他城市要高。

為了更好地理解箇中原因，來自鹽湖城猶他大學的大氣科學家Dien Wu和John Lin與美國宇航局戈達德太空飛行中心以及密西根大學的同僚進行了合作。他們利用NASA軌道碳觀測2號衛星(OCO-2，由NASA噴氣推進實驗室管理)最近獲得的二氧化碳估計值，計算了20個城市地區的人均二氧化碳排放量，這些城市都分布在幾個大陸上的。根據OCO-2數據的質量和數量，研究人員選擇了跨越一系列人口密度範圍的城市，其中植被最少的城市更受歡迎，因為植物會吸收和排放二氧化碳，使得解釋測量結果複雜化。研究包含有兩座美國城市——拉斯維加斯和鳳凰城。

許多科學家和政策制定者認為，估計和了解主要城市二氧化碳排放差異的最佳方法是採用一種「自下而上」的方法，即編制一份由工業設施、農場、公路運輸和發電廠產生的化石燃料排放清單。在獲得遙感數據集之前，這種自下而上的方法是唯一可行的方法。這種方法可以根據燃料類型(煤、石油、天然氣)和部門(發電、運輸、製造業)提供排放估計，但也可能遺漏掉一些排放，特別是在快速發展的城市地區。

不過在這項研究中，研究人員採用了一種「自上而下」的方法來計算排放量，即利用衛星獲取的數據來估算城市上空的二氧化碳含量。

Lin說：「其他人曾經使用過燃料統計數據、一個人開車行駛的英裡數或一個人的房子有多大來計算人均排放量。但我們是從太空向下看，真實地測量一個城市的二氧化碳濃度。」

這項2月20日發表在《環境研究快報》(Environmental Research Letters)雜誌上的研究發現，人口密度較高的城市人均二氧化碳排放量通常較低，這與此前基於自下而上排放清單的研究一致，但衛星數據還提供了一些新的見解。

密西根大學氣候、太空科學與工程首席研究員兼副教授埃裡克·科爾特(Eric Kort)說：「我們的想探究的問題是：當人們生活在人口更密集的城市時，他們會排放更少的二氧化碳嗎?從我們的分析中得出的總體答案是肯定的，人口密集城市的二氧化碳排放量更低。不過這還不是一個完整的結論，因為我們只看到了局部的直接排放，但我們的研究確實提供了另一種直接觀察評估，這是以前完全沒有的。」

密度因素

科學家們推測，人口更稠密的城市之所以有著更少的人均二氧化碳排放量，是因為他們的能源使用效率更高：也就是說，由於公共運輸和多戶型住宅高效供暖製冷的因素，這些區域人均所需的能源要更少。衛星數據可以幫助我們更好地理解這種關係，因為這些數據描述了所有來源的總排放量。這些信息可以與更具體的自下而上清單結合起來，幫助城市管理者制定資源利用效率更高的發展計劃，並對未來的二氧化碳排放做出更好的估計。

然而，OCO-2的數據也顯示，並非所有人口稠密城市地區的人均排放量都較低。擁有主要發電設施的城市，比如銀川和約翰尼斯堡，其排放量就高於其人口密度所顯示的水平。

Lin說：「衛星探測到的二氧化碳羽流來自於發電廠，而不是真正使用電力的城市。」

Wu補充說：「一些城市並沒有產生其人口密度水平所顯示的那麼多二氧化碳，但它們消耗的商品和服務也會導致其他地方的二氧化碳排放增加。」

高人口密度低排放這個觀測結論的另一個例外是富裕水平。像鳳凰城這樣富裕的城市，其人均排放量就比印度海得拉巴這樣人口密度相似的發展中城市要高。研究人員推測，鳳凰城較高的人均排放量是由諸如開車率更高、房子更大、空調條件更好等因素造成的。

展望未來

研究人員強調，關於城市二氧化碳排放還有很多需要了解的地方。他們相信，去年發射到國際空間站的OCO -3(OCO-2的繼任者)，以及未來基於太空的二氧化碳觀測任務，可能會為緩解城市碳排放帶來潛在的解決方案。

Wu說，「很多人對大城市的二氧化碳排放很感興趣，此外，有幾個地方的高二氧化碳排放量不一定與人口有關。衛星可以探測並量化全球各地的二氧化碳排放。」

OCO-2於2014年發射升空，它收集了全球大氣中二氧化碳(氣候變化的主要人為驅動因素)的測量數據，其解析度、精確度和覆蓋範圍有助於了解二氧化碳在地球系統中的移動方式，以及二氧化碳隨著時間推移的變化方式。在太空的有利位置上，OCO-2每天在全球範圍內進行大約10萬次大氣二氧化碳測量。

但OCO-2並沒有優化到可以監測城市或發電廠的碳排放，只有直接從城市或者發電廠上空飛過，或者天文臺重新定向OCO-2指向城市和發電廠的方向，它才可以觀測到這些目標。而相比之下，從去年夏天就開始每天收集二氧化碳測量數據的OCO-3具有一個靈活的鏡像指向系統，OCO-3可以藉助它捕捉「快照地圖」。在幾分鐘內，它就可以對特定區域創建詳細的二氧化碳小型地圖，最小可以觀察一個小獨立發電廠，最大可以觀察面積2300平方英裡(6400平方公裡)的城市區域，如洛杉磯盆地，這樣的工作需要花費OCO-2幾天的時間才能完成。

原文https://phys.org/news/2020-03-nasa-satellite-urban-carbon-dioxide.html

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