Da quando è iniziata la pandemia di COVID-19, Le osservazioni spaziali e terrestri hanno mostrato che l'atmosfera terrestre ha visto riduzioni significative di alcuni inquinanti atmosferici. Però, gli scienziati volevano sapere quanto di quel declino può essere attribuito ai cambiamenti nell'attività umana durante gli arresti legati alla pandemia, rispetto a quanto sarebbe successo in un 2020 senza pandemia.

Utilizzo di modelli informatici per generare un 2020 senza COVID per il confronto, I ricercatori della NASA hanno scoperto che da febbraio, le restrizioni pandemiche hanno ridotto le concentrazioni globali di biossido di azoto di quasi il 20%. I risultati sono stati presentati alla International Conference for High Performance Computing 2020, Rete, Magazzinaggio, e Analisi.

Il biossido di azoto è un inquinante atmosferico prodotto principalmente dalla combustione di combustibili fossili utilizzati dall'industria e dai trasporti, entrambi significativamente ridotti durante l'apice della pandemia per impedire la diffusione del nuovo coronavirus.

"Sapevamo tutti che i blocchi avrebbero avuto un impatto sulla qualità dell'aria, " ha affermato l'autore principale Christoph Keller della Universities Space Research Association (USRA) presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland. Keller lavora nel Global Modeling and Assimilation Office (GMAO) di Goddard, che utilizza modelli informatici ad alta tecnologia per monitorare la chimica dell'oceano e dell'atmosfera, e prevedere scenari climatici futuri. Lui dice, "è stato anche presto chiaro che sarebbe stato difficile quantificare quanto di quel cambiamento fosse legato alle misure di blocco, rispetto alla stagionalità generale o alla variabilità dell'inquinamento".

Non esistono due anni esattamente uguali. Le normali variazioni del tempo e della circolazione atmosferica modificano la composizione e la chimica dell'atmosfera terrestre. Il confronto delle concentrazioni di biossido di azoto del 2020 con i dati del solo 2019 o 2018 non spiegherebbe le differenze da un anno all'altro. Ma, perché le proiezioni del modello della NASA tengono conto di queste variazioni naturali, gli scienziati possono usarli per analizzare quanto del cambiamento della composizione atmosferica del 2020 è stato causato dalle misure di contenimento del COVID-19.

Anche con i modelli, non c'era da prevedere l'improvviso, drastici cambiamenti nel comportamento umano man mano che il nuovo coronavirus e le normative che tentano di controllarlo si diffondono rapidamente. Invece di provare a riprogrammare il loro modello con questo evento inaspettato, Keller e i suoi colleghi hanno spiegato il COVID-19 facendo in modo che il modello ignorasse del tutto la pandemia.

La simulazione del modello e l'analisi dell'apprendimento automatico si sono svolte presso il Centro per la simulazione del clima della NASA. Il suo scenario "business as usual" ha mostrato una versione di realtà alternativa del 2020, una che non ha subito alcun cambiamento inaspettato nel comportamento umano causato dalla pandemia.

Da lì è semplice sottrazione. La differenza tra i valori simulati del modello e le osservazioni del suolo misurate rappresenta la variazione delle emissioni dovuta alla risposta alla pandemia. I ricercatori hanno ricevuto dati da 46 paesi, per un totale di 5, 756 siti di osservazione a terra:misurazioni orarie della composizione atmosferica quasi in tempo reale. A livello cittadino, 50 delle 61 città analizzate mostrano riduzioni del biossido di azoto tra il 20-50%.

"In un certo senso sono rimasto sorpreso da quanto è sceso, " ha detto Keller. "Molti paesi hanno già fatto un ottimo lavoro nel ridurre le loro concentrazioni di biossido di azoto negli ultimi decenni grazie alle normative sull'aria pulita, ma ciò che i nostri risultati mostrano chiaramente è che c'è ancora un contributo significativo guidato dal comportamento umano".

Wuhan, La Cina è stata la prima municipalità a segnalare un focolaio di COVID-19. È stato anche il primo a mostrare emissioni di biossido di azoto ridotte, inferiori del 60% rispetto ai valori simulati previsti. Seguono a breve un calo del 60% a Milano e del 45% a New York, con l'entrata in vigore delle loro restrizioni locali.

"Potresti, a volte, persino vedere la diminuzione del biossido di azoto prima che le politiche ufficiali entrassero in vigore, " ha detto la coautrice Emma Knowland con l'USRA al GMAO di Goddard. "Le persone probabilmente stavano riducendo il loro transito perché il discorso sulla minaccia COVID-19 stava già accadendo prima che ci venisse effettivamente detto di chiudere." Una volta allentate le restrizioni, le diminuzioni del biossido di azoto sono diminuite, ma è rimasto al di sotto dei valori attesi "business as usual".

Keller ha confrontato le sue stime sulle diminuzioni del biossido di azoto con i numeri economici riportati, vale a dire, il prodotto interno lordo, delle nazioni incluse nello studio. Secondo Keller, si sono allineati incredibilmente bene. "Ci aspetteremmo che siano in qualche modo correlati perché il biossido di azoto è così strettamente legato alle attività economiche, come le persone che viaggiano e le fabbriche in funzione, " ha detto. "Sembra che i nostri dati lo catturino molto bene."

La ricerca è in corso, e i dati del modello GEOS utilizzati in questo studio sono disponibili pubblicamente.