Pour la première fois, des chercheurs ont repéré des fluctuations régionales à court terme du dioxyde de carbone atmosphérique (CO2) dans le monde entier dues aux émissions des activités humaines.
En utilisant une combinaison de satellites de la NASA et de modélisation atmosphérique, les scientifiques ont effectué une détection unique en son genre des changements des émissions humaines de CO2. La nouvelle étude utilise les données de l’Observatoire de carbone orbital-2 (OCO-2) de la NASA pour mesurer les baisses des émissions de CO2 pendant la pandémie de COVID-19 depuis l’espace. Avec des produits de données quotidiens et mensuels désormais accessibles au public, cela ouvre de nouvelles possibilités pour suivre les effets collectifs des activités humaines sur les concentrations de CO2 en temps quasi réel.
Des études antérieures ont enquêté sur les effets des confinements au début de la pandémie et ont constaté que les niveaux mondiaux de CO2 avaient légèrement baissé en 2020. Cependant, en combinant les données haute résolution d’OCO-2 avec des outils de modélisation et d’analyse de données du Goddard Earth Observing System (GEOS) de la NASA, le L’équipe a pu déterminer quels changements mensuels étaient dus à l’activité humaine et lesquels étaient dus à des causes naturelles à l’échelle régionale. Cela confirme les estimations précédentes basées sur les données économiques et sur l’activité humaine.
Les mesures de l’équipe ont montré que dans l’hémisphère nord, la croissance des concentrations de CO2 générée par l’homme a chuté de février à mai 2020 et a rebondi pendant l’été, conformément à une diminution des émissions mondiales de 3% à 13% pour l’année.
Les résultats représentent un bond en avant pour les chercheurs qui étudient les effets régionaux du changement climatique et suivent les résultats des stratégies d’atténuation, a déclaré l’équipe. La méthode permet de détecter les changements dans le CO2 atmosphérique juste un mois ou deux après qu’ils se produisent, fournissant des informations rapides et exploitables sur l’évolution des émissions humaines et naturelles.
Discerner les changements subtils de l’atmosphère terrestre
Le dioxyde de carbone (CO2) est un gaz à effet de serre présent dans l’atmosphère et sa concentration change en raison de processus naturels tels que la respiration des plantes, les échanges avec les océans du monde et les activités humaines telles que la combustion de combustibles fossiles et la déforestation. Depuis la révolution industrielle, la concentration de CO2 dans l’atmosphère a augmenté de près de 49 %, dépassant 400 parties par million pour la première fois de l’histoire de l’humanité en 2013.
Lorsque les gouvernements ont demandé aux citoyens de rester chez eux au début de la pandémie de COVID-19, moins de voitures sur la route signifiait de fortes baisses de la quantité de gaz à effet de serre et de polluants rejetés dans l’atmosphère. Mais avec le CO2, une « chute abrupte » doit être mise en contexte, a déclaré Lesley Ott, météorologue de recherche au Global Modeling and Assimilation Office de la NASA au Goddard Space Flight Center à Greenbelt, Maryland. Ce gaz peut persister dans l’atmosphère jusqu’à un siècle après sa libération, c’est pourquoi des changements à court terme pourraient se perdre dans le cycle global du carbone – une séquence d’absorption et de libération qui implique des processus naturels ainsi que des processus humains. Les confinements du début de 2020 ne représentent qu’une petite partie de l’image totale du CO2 pour l’année.
« Au début de 2020, nous avons vu des incendies en Australie qui ont libéré du CO2, nous avons vu une plus grande absorption des plantes en Inde, et nous avons vu toutes ces différentes influences mélangées », a déclaré Ott. « Le défi est d’essayer de démêler cela et de comprendre quels étaient tous les différents composants. »
Jusqu’à récemment, mesurer ce genre de changements n’était pas possible avec la technologie satellitaire. Le satellite OCO-2 de la NASA dispose de spectromètres de haute précision conçus pour détecter des fluctuations encore plus faibles du CO2, et combinés au modèle complet du système GEOS Earth, ils étaient parfaitement adaptés pour repérer les changements liés à la pandémie.
Les blocages liés au COVID-19 ont donné aux scientifiques un aperçu inattendu et détaillé de l’impact des activités humaines sur la composition atmosphérique. Deux études récentes, l’une portant sur l’oxyde d’azote et l’autre examinant les concentrations de CO2, ont pu détecter l’« empreinte » atmosphérique des confinements avec des détails sans précédent. Crédit : NASA / Katie Jepson
« OCO-2 n’a pas été conçu pour surveiller les émissions, mais il est conçu pour voir des signaux encore plus petits que ce que nous avons vu avec COVID », a déclaré l’auteur principal Brad Weir, chercheur à Goddard et Morgan State University. Weir a expliqué que l’un des objectifs de recherche de la mission OCO-2 était de suivre l’évolution des émissions humaines en réponse aux politiques climatiques, qui devraient produire de petits changements progressifs du CO2. « Nous espérions que ce système de mesure serait capable de détecter une énorme perturbation comme COVID. »
L’équipe a comparé les changements mesurés du CO2 atmosphérique avec des estimations indépendantes des changements d’émissions dus aux confinements. En plus de confirmer ces autres estimations, la concordance entre les modèles d’émissions et les mesures de CO2 atmosphérique fournit des preuves solides que les réductions étaient dues aux activités humaines.
GEOS a fourni des informations importantes sur la configuration des vents et d’autres fluctuations météorologiques naturelles affectant les émissions de CO2 et le transport. « Cette étude rassemble vraiment tout pour s’attaquer à un problème extrêmement difficile », a déclaré Ott.
Zoom sur les gaz à effet de serre
Les résultats de l’équipe ont montré que la croissance des concentrations de CO2 avait chuté dans l’hémisphère nord de février à mai 2020 (correspondant à une diminution des émissions mondiales de 3 % et 13 %), ce qui correspondait aux simulations informatiques de la manière dont les restrictions d’activité et les influences naturelles devraient affecter l’atmosphère. .
Le signal n’était pas aussi clair dans l’hémisphère sud, grâce à une autre anomalie climatique record : le dipôle de l’océan Indien, ou IOD. L’IOD est un schéma cyclique d’océans plus froids que la normale en Asie du Sud-Est et d’océans plus chauds que la normale dans l’est de l’océan Indien (phase « positive ») ou inverse (phase « négative »). Fin 2019 et début 2020, l’IOD a connu une phase positive intense, produisant une saison de récolte abondante en Afrique subsaharienne et contribuant à la saison record des incendies en Australie. Les deux événements ont fortement affecté le cycle du carbone et rendu difficile la détection du signal des blocages du COVID, a déclaré l’équipe, mais ont également démontré le potentiel de GEOS/OCO-2 pour suivre les fluctuations naturelles du CO2 à l’avenir.
Les données GEOS/OCO-2 alimentent l’un des indicateurs du tableau de bord d’observation de la Terre COVID-19, un partenariat entre la NASA, l’Agence spatiale européenne et l’Agence japonaise d’exploration aérospatiale. Le tableau de bord compile des données et des indicateurs mondiaux pour suivre la façon dont les blocages, les réductions spectaculaires des transports et d’autres actions liées au COVID affectent les écosystèmes de la Terre.
Le produit assimilé GEOS-OCO-2 est disponible en téléchargement gratuit, le rendant accessible aux chercheurs et étudiants qui souhaitent approfondir leurs recherches.
« Les scientifiques peuvent aller sur ce tableau de bord et dire : « Je vois quelque chose d’intéressant dans le signal de CO2 ; qu’est-ce que cela pourrait être ? « , a déclaré Ott. « Il y a toutes sortes de choses que nous n’avons pas abordées dans ces ensembles de données, et je pense que cela aide les gens à explorer d’une nouvelle manière. »
À l’avenir, la nouvelle méthode d’assimilation et d’analyse pourrait également être utilisée pour aider à surveiller les résultats des programmes et des politiques d’atténuation du climat, en particulier au niveau communautaire ou régional, a déclaré l’équipe.
« Avoir la capacité de surveiller l’évolution de notre climat, sachant que cette technologie est prête à fonctionner, est quelque chose dont nous sommes vraiment fiers », a déclaré Ott.
Brad Weir et al, Impacts régionaux du COVID-19 sur le dioxyde de carbone détectés dans le monde depuis l’espace, Avancées scientifiques (2021). DOI : 10.1126/sciadv.abf9415