文献阅读 | COVID-19对全球当前和未来造成的气候影响

能源环境经济与政策研究 · 公众号 · · 2021-03-09 16:12

正文

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题目

Current and future global climate impacts resulting from COVID-19

作者

Piers M. Forster, Harriet I. Forster, Mat J. Evans, Matthew J. Gidden, Chris D. Jones, Christoph A. Keller, Robin D. Lamboll, Corinne Le Quéré, Joeri Rogelj, Deborah Rosen, Carl-Friedrich Schleussner, Thomas B. Richardson, Christopher J. Smith & Steven T. Turnock

期刊

Nature Climate Change

时间

14 August 2020

一作

单位

Priestley International Centre for Climate, University of Leeds, Leeds, UK

链接

https://www.nature.com/articles/s41558-020-0883-0.pdf

研究内容

2020年3月11日，当世界卫生组织宣布COVID-19(the severe acute respiratory syndrome–coronavirus 2或SARS-CoV-2)大流行时，该病毒已经传播到中国及其他亚洲国家、欧洲和美国。截至2020年7月5日，已有188个国家或地区发现病例， 这极大地限制了人们的出行和工作，但同时也导致温室气体和空气污染物排放量的降低。 Google和Apple公司的移动数据分析结果显示，2020年4月，几乎所有国家的人口流动率都下降了10%以上，有5个国家下降幅度甚至达到80%。基于卫星和地面观测数据，预计空气污染水平的大幅下降只是暂时的，因为部分亚洲地区的污染水平已经大致恢复到正常水平。

研究方法

传统的自下而上的排放趋势分析依赖于能源行业相关的数据清单，费时费力。 本研究基于Google和Apple公司的全球移动数据创新了一种新的排放趋势分析方法，有利于近实时分析，但丧失了能源和排放之间的机理联系 。本研究根据谷歌移动数据构建2020年CO ₂ 和空气污染物排放量的变化，以估算COVID-19病毒防控措施带来的影响。由于谷歌在部分国家受到限制，一些重要的缺失国家使用Le Quéré等人的分析进行覆盖，例如中国和伊朗。

本研究分析范围覆盖123个国家和超过99%的化石燃料导致的全球CO ₂ 排放，分析了2020年1-6月时间范围的六个部门（地面交通、住宅、电力、工业、公共和航空）每日排放趋势，再根据国家和部门对七个排放种类（包括主要温室气体和短期污染物）进行加权，最后得出2020年按种类和部门划分的国家和全球的日平均排放变化。

表1. 排放路径假设

研究结果

排放趋势

Google、Apple公司和Le Quéré等人的数据都表明： 2020年4月，全球超过50%的人口出行减少了50%以上 （图1a）。Google移动趋势表示，114个国家（40亿人）中超过80%的人口出行减少了50%以上。Le Quéré等人基于国家层面分析，地面交通减少幅度大约为20%（图1b）。

图1. 部门排放趋势

对住宅部门来说，20%的增长幅度与Octopus Energy机构对英国智能电表的分析相符 ，该分析研究在封锁限制开始后，此前空置的房屋在白天被占用的情况。但是对于许多家庭来说，房屋在白天已经被占用，那么这种情况下，当增加一个新的住户，能源消耗只增加4%。这可能意味着基于Google的数据会高估了排放变化，而且本文并未考虑Google和Apple在更广泛的国家内人群行为是否具有代表性，以及手机操作系统的使用和渗透率差异，所以 本文基于Google数据估算的排放趋势是COVID-19导致的排放变化的高估计。

图2. COVID-19限制措施导致的污染物和温室气体的排放

排放量的减少可能在2020年4月中旬达到顶峰，不同种类的减少幅度不同。 由于地面交通的排放减少，到2020年4月，全球化石燃料的CO ₂ 和NOx排放量可能减少30%（图2a,b）；有机碳（OC）增长了<1%，因为住宅排放有所增长（图2b）。CH ₄ 的排放变化受电力行业活动水平降低影响，SO ₂ 受到工业排放下降的影响最大。对于寿命较短的种类，尽管欧洲和美国的排放变化很大，但由于它们的污染排放水平相对较低，所以占比不高（图2b）。

观测趋势

与人为排放相比，自然产生的CO ₂ 通量很大，因此很难从CO ₂ 浓度本身监测到国家尺度的排放变化。 本文估算了CO ₂ 浓度变化（图5b），发现两年内CO ₂ 浓度的最大降低幅度约为2ppm（与基准情景相比）。

NO ₂ 的寿命较短（约5 h），对排放变化的响应相对线性，与O ₃ 、PM _2.5 等其他污染物不同，其排放量的减少与CO ₂ 排放量的减少有很好的相关性（图2a）。CO ₂ 的浓度变化是CO ₂ 排放变化的有用风向标，并且已有多项研究报告了中国地面平台和卫星平台COVID-19限制措施导致的NO ₂ 浓度变化。图3显示了2020年各国基于人口出行对NOx的排变化预测与观测的NO ₂ 平均变化。排放的预计估计值与观测值存在差异，可能是因为监测站往往被设在地面交通排放高的地方，不能很好反映出工业或居民活动；地面交通排放的NOx大部分来自商用车辆，可能也会对本文使用的人口出行数据产生影响。不过对比个别国家，整体而言趋势较好，排放量的预测平均变化与观测到的浓度下降之间存在定量关系（图3）。

大多数国家的NO ₂ 的观测下降幅度小于20%，大约为2%，而中国和印度的观测下降幅度大于预测值，分别为28%和48%，这可能是由于Le Quere等人的分析对缺乏的谷歌中国数据的替代，也可能是印度手机出行数据缺乏代表性。中国是最大的氮氧化物排放国，可能显著低估中国的趋势，但是中国的贡献相对稳定（图2 b）。

图3. 2020年1月1日至5月11日期间NOx预测排放量与

气象观测到的NO ₂ 浓度

温度响应

气候变暖的响应来自于气溶胶带来的变暖趋势和由CO ₂ 减少和NOx驱动的对流层臭氧变化带来的冷却趋势的互相抵消 （图4）。为估计2020年4月后的地面温度响应，本文预测了四种路径的排放趋势，并使用最新一代气候模型——FaIR v1.5气候模拟器对路径的温度变化进行模拟。考虑到未来两年可能需要特别的社会距离要求，本文假设在2021年底前，所有路径的排放量都将保持在2020年6月值的66%。在“two-year blip”路径中，2022年底的排放量将线性回归到基准路径（图4a），不考虑污染物的短期去除影响， 预计CO ₂ 的排放减少将带来0.01±0.005 ℃的长期降温（与基准情景相比） （图4b）。

在2020-2025年期间，氮氧化物30%的减少将导致对流层臭氧的减少，进而带来短期0.01℃的降温， 尽管硝酸盐气溶胶的减少也有少许的增温作用。考虑到臭氧会有强烈的区域差异，本文估计了2020年的年平均辐射强迫为- 0.029 W/m ² ，与图4a 中的- 0.030 W/m ² 非常接近。其他短寿命污染物的排放也有减少，特别是SO ₂ ，导致负气溶胶强迫减弱而带来增温效应。总而言之，预计在未来两年内会有一个小的气候变暖（图4b）。

减少氮氧化物有冷却作用，这可能会抵消相当一部分其他短期污染物排放减少带来的增温效应，这表示公路运输的污染限制政策可以抵消或减少电力和工业部门的污染限制政策导致的短期增温，有效避免气溶胶污染减少而导致的短期变暖效应。

图4. Two-year blip路径下有效辐射强迫和温度的响应

绿色复苏

与COVID-19相关的即时限制措施对气候的影响几乎可以忽略不计，只有在中期采取复苏战略时才会产生长期影响。所以本文评估了三种情景的影响：化石燃料主导的复苏和两种绿色复苏情景（表1）。

由于短期污染物造成的增温和冷却趋势不同，2020-2030年气候变化对不同路径的响应仍不确定，但可以忽略不计（图4和图5）。然而，在2030年后，差异逐渐显现，图5显示了不同路径下的CO ₂ 排放变化和气候响应。 在“Two-year blip”路径和化石燃料主导的复苏路径下，到2050年都可能比工业化前的温度上限高出1.5°C（>80%）。 相反地，如果选择一条有强有力的绿色复苏路径（约占全球国内GDP的1.2%），则 很有可能（约55%）在2050年将全球升温保持在工业革命前的1.5℃以内，并为未来的变暖改善0.3℃左右（适度的绿色复苏路径为0.2℃）。

图5. 长期气候响应：(a)二氧化碳排放，(b)二氧化碳浓度，(c)地表温度

如果没有长期的全系统经济脱碳，即使是大规模的行为变化，也只能导致气候变暖速度的适度减缓。到本世纪中叶，经济复苏的投资路径选择将强烈影响全球变暖的轨迹，在新冠肺炎后经济危机的背景下，绿色复苏路径的实现将使世界步入实现《巴黎协定》长期升温目标的轨道。

编辑：张思露

排版：张思露江琴