[論文レビュー] Satellite-based estimates of decline and rebound in China's CO$_2$ emissions during COVID-19 pandemic

Bo Zheng, Guannan Geng+14 more|arXiv (Cornell University)|Jun 15, 2020

COVID-19 impact on air quality被引用数 25

ひとこと要約

本研究では、COVID-19パンデミック期における中国全域の都市部・産業部門レベルのCO₂排出量を、TROPOMI衛星観測によるNO₂データを用いて日次、部門・省レベルで推定した。2020年1月から4月にかけて2019年と比較してCO₂排出量が11.5%低下したが、主要な省での産業部門の迅速な回復に伴い、パンデミック前の水準まで急速に回復した。これは、活動ベースの排出量推計に代わる、観測に基づく新たな代替手法を示している。

ABSTRACT

Changes in CO$_2$ emissions during the COVID-19 pandemic have been estimated from indicators on activities like transportation and electricity generation. Here, we instead use satellite observations together with bottom-up information to track the daily dynamics of CO$_2$ emissions during the pandemic. Unlike activity data, our observation-based analysis can be independently evaluated and can provide more detailed insights into spatially-explicit changes. Specifically, we use TROPOMI observations of NO$_2$ to deduce ten-day moving averages of NO$_x$ and CO$_2$ emissions over China, differentiating emissions by sector and province. Between January and April 2020, China's CO$_2$ emissions fell by 11.5% compared to the same period in 2019, but emissions have since rebounded to pre-pandemic levels owing to the fast economic recovery in provinces where industrial activity is concentrated.

研究の動機と目的

• 衛星観測を用いて、COVID-19パンデミック期における独立的で高分解能のCO₂排出量推計を提供すること。
• 直接的大気観測を活用することで、活動ベースの排出量インventoriesの限界を克服すること。
• 中国の省および部門ごとの排出変化の時間的・空間的ダイナミクスを定量化すること。
• 観測データを用いて、封鎖措置と経済回復がCO₂排出量に与えた影響を評価すること。

提案手法

• 対流圏NO₂柱濃度のTROPOMI衛星観測を用いて、日次NOₓおよびCO₂排出量を推定する。
• 10日間の移動ウィンドウを用いた時間平均逆モデル手法を適用し、NO₂トレンドと排出変化を関連付ける。
• 衛星から得られたNOₓ排出量とボトムアップの燃料消費データを組み合わせ、CO₂排出量を推定する。
• 部門（例：発電、産業、輸送）および省に分けて空間分解能の高い分析を実施する。
• 正確性を保証するため、独立した排出量インベントリおよび地上観測データと照合する。
• COとNOₓ排出量の比から導出されるスケーリング係数を用いて、NOₓ排出量をCO₂排出量に変換する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中国のCO₂排出量は、COVID-19パンデミックの初期段階でどの程度低下したか？
• RQ2 封鎖期間中の排出変化の空間的分布は、省および部門ごとにどのように変化したか？
• RQ3 経済回復は、初期の低下に続くCO₂排出量の回復をどの程度引き起こしたか？
• RQ4 NO₂の衛星観測は、高時間・高空間分解能でCO₂排出動態を信頼できる独立的推計に適しているか？
• RQ5 衛星ベースの推計は、従来の活動ベースの排出量インベントリと比較してどう異なるか？

主な発見

• 2020年1月から4月にかけて、中国のCO₂排出量は2019年と比較して11.5%低下した。
• 排出量の低下は、河鋼や山東省のような工業および発電活動が活発な省で顕著であった。
• 2020年4月以降、産業部門の迅速な回復に伴い排出量は急速に回復し、2020年半ばまでにパンデミック前の水準まで回復した。
• 衛星ベースの手法は、高い時間分解能で排出変化を捉え、2020年1月下旬から2月上旬にかけて急激な低下を示した。
• 本研究では、ボトムアップの燃料データと組み合わせた衛星由来のNO₂データが、CO₂排出トレンドの強力な代理指標として機能することを示した。
• この手法により、省および部門レベルの空間的に明確な排出量推計が可能となり、地域ごとの回復パターンの詳細な分析が可能になった。