Un nuovo studio della NASA/università sulle emissioni di anidride carbonica per 20 grandi città in tutto il mondo fornisce il primo diretto, prove satellitari che all'aumentare della densità di popolazione di una città, l'anidride carbonica che emette per persona diminuisce, con alcune notevoli eccezioni. Lo studio dimostra anche come le misurazioni satellitari di questo potente gas serra possono fornire alle città in rapida crescita nuovi strumenti per tenere traccia delle emissioni di anidride carbonica e valutare l'impatto dei cambiamenti politici e dei miglioramenti delle infrastrutture sulla loro efficienza energetica.

Le città rappresentano oltre il 70% delle emissioni globali di anidride carbonica associate alla produzione di energia, e rapido, l'urbanizzazione in corso ne sta aumentando il numero e le dimensioni. Ma alcune città densamente popolate emettono più anidride carbonica pro capite di altre.

Per capire meglio perché, gli scienziati atmosferici Dien Wu e John Lin dell'Università dello Utah a Salt Lake City hanno collaborato con i colleghi del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland e l'Università del Michigan ad Ann Arbor. Hanno calcolato le emissioni pro capite di anidride carbonica per 20 aree urbane in diversi continenti utilizzando le stime di anidride carbonica disponibili di recente dal satellite Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2) della NASA, gestito dal Jet Propulsion Laboratory dell'agenzia a Pasadena, California. Le città che abbracciano una gamma di densità di popolazione sono state selezionate in base alla qualità e alla quantità dei dati OCO-2 disponibili per loro. Le città con vegetazione minima sono state preferite perché le piante possono assorbire ed emettere anidride carbonica, complicando l'interpretazione delle misure. Sono state incluse due città degli Stati Uniti:Las Vegas e Phoenix.

Molti scienziati e responsabili politici hanno ipotizzato che il modo migliore per stimare e comprendere le differenze nelle emissioni di anidride carbonica nelle principali città sia quello di adottare un approccio "dal basso verso l'alto", compilazione di un inventario delle emissioni di combustibili fossili prodotte dagli impianti industriali, fattorie, trasporto su strada e centrali elettriche. Il metodo dal basso verso l'alto era l'unico approccio fattibile prima che i set di dati del telerilevamento diventassero disponibili. Questo approccio può fornire stime delle emissioni per tipo di combustibile (carbone, olio, gas naturale) e settore (produzione di energia, trasporto, produzione) ma può perdere alcune emissioni, soprattutto nelle aree urbane in rapido sviluppo.

Ma per questo studio, i ricercatori hanno invece impiegato un approccio "top-down" alle emissioni di inventario, utilizzando stime derivate dal satellite della quantità di anidride carbonica presente nell'aria al di sopra di un'area urbana mentre il satellite vola sopra la sua testa.

"Altre persone hanno utilizzato le statistiche del carburante, il numero di miglia percorse da una persona o quanto sono grandi le case delle persone per calcolare le emissioni pro capite, Lin ha detto. "Stiamo guardando dallo spazio per misurare effettivamente la concentrazione di anidride carbonica su una città."

Pubblicato il 20 febbraio sulla rivista Lettere di ricerca ambientale , lo studio ha rilevato che le città con densità di popolazione più elevate generalmente hanno emissioni di anidride carbonica pro capite inferiori, in linea con i precedenti studi bottom-up basati sugli inventari delle emissioni. Ma i dati satellitari hanno fornito nuove informazioni.

"La nostra domanda motivante era essenzialmente:quando le persone vivono in città più dense, emettono meno anidride carbonica? La risposta generale della nostra analisi suggerisce, sì, le emissioni delle città più dense sono inferiori, "ha detto Eric Kort, ricercatore principale e professore associato di scienze e ingegneria del clima e dello spazio presso l'Università del Michigan. "Non è un quadro completo, poiché vediamo solo emissioni dirette locali, ma il nostro studio fornisce una valutazione osservativa diretta alternativa che prima mancava completamente".

Il fattore di densità

Gli scienziati hanno ipotizzato che le aree urbane più densamente popolate generalmente emettano meno anidride carbonica per persona perché sono più efficienti dal punto di vista energetico:vale a dire, in queste aree è necessaria meno energia per persona a causa di fattori come l'uso dei trasporti pubblici e l'efficienza del riscaldamento e del raffreddamento delle abitazioni plurifamiliari. I dati satellitari possono migliorare la nostra comprensione di questa relazione perché descrivono le emissioni combinate da tutte le fonti. Queste informazioni possono essere incorporate con informazioni più specifiche sulla fonte, inventari dal basso verso l'alto per aiutare i gestori delle città a pianificare una crescita più efficiente dal punto di vista energetico e sviluppare stime migliori delle future emissioni di anidride carbonica.

I dati OCO-2 mostrano che non tutte le aree urbane densamente popolate hanno emissioni pro capite inferiori, però. Città con grandi impianti di produzione di energia, come Yinchuan, Cina, e Johannesburg, avevano emissioni più elevate di quanto la loro densità di popolazione avrebbe altrimenti suggerito.

"Il satellite rileva il pennacchio di anidride carbonica nella centrale elettrica, non nella città che usa effettivamente il potere, " ha detto Lino.

"Alcune città non producono tanta anidride carbonica, data la loro densità di popolazione, ma consumano beni e servizi che darebbero luogo a emissioni di anidride carbonica altrove, "Ha aggiunto Wu.

Un'altra eccezione all'osservazione di una maggiore densità di popolazione/minore emissioni è il benessere. Una ricca area urbana, come Fenice, produce più emissioni pro capite di una città in via di sviluppo come Hyderabad, India, che ha una densità di popolazione simile. I ricercatori ipotizzano che le maggiori emissioni pro capite di Phoenix siano dovute a fattori come tassi di guida più elevati e maggiori, case meglio climatizzate.

Guardando avanti

I ricercatori sottolineano che c'è molto di più da imparare sulle emissioni urbane di anidride carbonica. Credono che i nuovi dati dal successore di OCO-2, OCO-3, lanciato sulla Stazione Spaziale Internazionale lo scorso anno, insieme a future missioni spaziali di osservazione dell'anidride carbonica, potrebbe far luce su potenziali soluzioni per mitigare le emissioni di carbonio delle città.

"Molte persone sono interessate alle emissioni di anidride carbonica delle grandi città, " Wu ha detto. "Inoltre, there are a few places with high emissions that aren't necessarily related to population. Satellites can detect and quantify emissions from those locations around the globe."

Launched in 2014, OCO-2 gathers global measurements of atmospheric carbon dioxide—the principal human-produced driver of climate change—with the resolution, precision and coverage needed to understand how it moves through the Earth system and how it changes over time. From its vantage point in space, OCO-2 makes roughly 100, 000 measurements of atmospheric carbon dioxide over the globe every day. JPL manages OCO-2 for NASA's Science Mission Directorate in Washington.

While OCO-2 wasn't optimized to monitor carbon emissions from cities or power plants, it can observe these targets if it flies directly overhead or if the observatory is reoriented to point in their direction. In contrasto, OCO-3, which has been collecting daily measurements of carbon dioxide since last summer, features an agile mirror-pointing system that allows it to capture "snapshot maps." In a matter of minutes, it can create detailed mini-maps of carbon dioxide over areas of interest as small as an individual power plant to a large urban area up to 2, 300 square miles (6, 400 square kilometers), such as the Los Angeles Basin, something that would take OCO-2 several days to do.