[논문 리뷰] Satellite-based estimates of decline and rebound in China's CO$_2$ emissions during COVID-19 pandemic

Bo Zheng, Guannan Geng외 14명|arXiv (Cornell University)|2020. 06. 15.

COVID-19 impact on air quality인용 수 25

한 줄 요약

이 연구는 코로나19 팬데믹 기간 동안 중국 전역에서 일일, 부문 및 성 수준의 CO₂ 배출을 추정하기 위해 TROPOMI 위성 관측 자료를 활용하여 NO₂를 분석한다. 2020년 1월에서 4월 사이에 2019년과 비교해 CO₂ 배출이 11.5% 감소한 것으로 나타났으며, 주요 성에서의 빠른 산업 회복으로 인해 패닉 이후 빠르게 전염병 이전 수준으로 회복된 것으로 나타났다. 이는 활동 기반 배출 추정치의 관측 기반 대안으로서의 새로운 접근법을 제공한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 위성 관측 자료를 활용하여 코로나19 팬데믹 기간 동안 독립적이고 고해상도의 CO₂ 배출 추정치를 제공하기 위해.
• 직접 대기 중 측정 자료를 활용하여 활동 기반 배출 목록의 한계를 극복하기 위해.
• 중국의 성 및 부문 수준에서 배출 변화의 시공간적 동역학을 정량화하기 위해.
• 관측 자료를 활용하여 봉쇄 조치와 경제 회복이 CO₂ 배출에 미친 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• 대류권 NO₂ 열두께 관측 자료를 활용하여 매일의 NOₓ 및 CO₂ 배출을 추정한다.
• 10일 이동 윈도우를 활용한 시간 평균 역모델링 기법을 적용하여 NO₂ 추세와 배출 변화를 연결한다.
• 위성에서 유도된 NOₓ 배출 자료와 하향식 연료 소비 데이터를 조합하여 CO₂ 배출을 추정한다.
• 부문(예: 전력, 산업, 교통) 및 성 수준으로 배출을 분할하여 공간적으로 고해상도 분석을 수행한다.
• 정확성을 확보하기 위해 독립적인 배출 목록 및 지상 기반 측정 자료와의 비교를 통해 검증한다.
• CO와 NOₓ 배출 비율을 통해 유도된 스케일링 요소를 활용하여 NOₓ를 CO₂ 배출로 변환한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 코로나19 팬데믹 초기 단계 동안 중국의 CO₂ 배출은 어느 정도 감소했는가?
• RQ2 봉쇄 기간 동안 성 및 부문 수준에서 배출 변화의 공간 분포는 어떻게 달라졌는가?
• RQ3 경제 회복이 초기 감소 이후 CO₂ 배출의 회복을 어느 정도 이끌었는가?
• RQ4 NO₂ 위성 관측 자료는 고시간-공간 해상도에서 CO₂ 배출 동역학을 신뢰할 만한 독립적 추정치로 제공할 수 있는가?
• RQ5 위성 기반 추정치는 전통적인 활동 기반 배출 목록과 비교해 어떻게 다른가?

주요 결과

• 2020년 1월에서 4월 사이에 중국의 CO₂ 배출은 2019년 동일 기간과 비교해 11.5% 감소했다.
• 배출 감소는 전력 및 산업 활동이 높은 성들, 예를 들어 허베이성과 산둥성에서 가장 두드러졌다.
• 2020년 4월 이후 배출은 급격히 회복되어 중반 2020년경에 전염병 이전 수준으로 복귀했다. 이는 주요 성에서의 신속한 산업 회복 덕분이었다.
• 위성 기반 방법은 높은 시간 해상도로 배출 변화를 포착하여, 2020년 1月下旬과 2월 초에 급격한 감소를 보였다.
• 이 연구는 하향식 연료 데이터와 결합된 위성 유도 NO₂ 자료가 CO₂ 배출 추세의 강력한 대체 지표가 될 수 있음을 입증했다.
• 이 방법은 성 및 부문 수준에서 공간적으로 명시적인 배출 추정치를 제공하여 지역별 회복 패턴에 대한 세밀한 분석이 가능하다.