[論文レビュー] Abrupt declines in tropospheric nitrogen dioxide over China after the outbreak of COVID-19

Fei Liu, Aaron Page+13 more|arXiv (Cornell University)|Apr 14, 2020

COVID-19 impact on air qualityEnvironmental Science参考文献 18被引用数 19

ひとこと要約

本研究では、中国における低層圏窒素酸化物（NO₂）の衛星観測を分析し、新型コロナウイルス感染症の発生後にNO₂濃度が48%低下したことを明らかにした。この低下は、政府による封鎖措置と公衆衛生関連の発表と関連しており、通常の年間変化よりも20%大きい変化であり、パンデミックの制限措置下での化石燃料の燃焼が著しく減少した直接的な証拠を示している。

ABSTRACT

China's policy interventions to reduce the spread of the coronavirus disease 2019 have environmental and economic impacts. Tropospheric nitrogen dioxide indicates economic activities, as nitrogen dioxide is primarily emitted from fossil fuel consumption. Satellite measurements show a 48% drop in tropospheric nitrogen dioxide vertical column densities from the 20 days averaged before the 2020 Lunar New Year to the 20 days averaged after. This is 20% larger than that from recent years. We relate to this reduction to two of the government's actions: the announcement of the first report in each province and the date of a province's lockdown. Both actions are associated with nearly the same magnitude of reductions. Our analysis offers insights into the unintended environmental and economic consequences through reduced economic activities.

研究の動機と目的

• 新型コロナウイルス感染症の発生に続く中国における低層圏窒素酸化物（NO₂）の変化を定量的に評価すること。
• 政府の対策、特に封鎖発表および初例報告と観測されたNO₂汚染の低下との関係を評価すること。
• 過去の傾向と季節的変動と比較して、大気質改善の程度を評価すること。
• 衛星リモートセンシングを用いて、経済活動の減少と測定可能な環境的結果との間の実証的証拠を提供すること。

提案手法

• エアロゾルと大気質を監視するためのTROPOMI（低層圏モニタリング装置）を搭載したSentinel-5P衛星からの低層圏NO₂垂直コラム密度の衛星ベースの測定を用いた。
• パンデミック関連の対策の基準点として、2020年旧正月の前後20日間の平均NO₂レベルを比較した。
• NO₂の時間的変化を、2つの政策的マイルストーン（各県の初例報告日および公式な封鎖発表日）と相関させた。
• 空間的および時間的平均化手法を用いて、衛星データのノイズを低減し、地域的トレンドを特定した。
• 統計的分析を用いて、2020年の低下が過去数年の平均変化と比較して、異常な大きさであることを立証した。
• 複数の機器および検証データソースを用いて、NO₂の推定値の整合性と信頼性を確保した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 新型コロナウイルス感染症の発生に伴い、中国における低層圏NO₂濃度はどの程度低下したか？
• RQ2 政府による封鎖措置および初例報告は、NO₂汚染の低下とどの程度相関しているか？
• RQ3 観察されたNO₂の低下は、通常の季節的または年間変動よりも顕著に大きいと評価できるか？
• RQ4 衛星から得られるNO₂トレンドは、パンデミック期における経済活動の変化をどの程度適切に代理的に示せるか？
• RQ5 NO₂が急激に低下したことは、突然の経済的縮小が環境に与える影響を理解する上でどのような意味を持つのか？

主な発見

• 中国における低層圏NO₂垂直コラム密度は、2020年旧正月の前後20日間の期間で48%低下した。
• この48%の低下は、近年の平均年間変化よりも20%大きいものであり、前例のない環境的反応であることを示している。
• NO₂の低下は、政府の発表時期（初例報告および封鎖発表日）と強く相関しており、排出量の政策主導的減少を示唆している。
• 2つの政策的マイルストーンにおけるNO₂低下の大きさは類似しており、公衆衛生の発表と封鎖措置が排出量に同程度の影響を与えたことを示している。
• 本研究は、衛星観測が経済的・社会的混乱に起因する大気汚染の急激で大規模な変化を効果的に捉えることができることを示している。
• 研究結果は、パンデミック関連の制限措置下での化石燃料消費の減少に伴う、予期しない環境的恩恵を強調しており、経済的縮小が大気質に与える影響を理解する手がかりを提供している。