Что это за странный запах? Это свежий воздух, сэр! (влияние локдауна на глобальное изменение климата)

Среди нас, наверное, нет ни одного человека, который в период всеобщей самоизоляции не сталкивался бы с фотографиями из серии «было-стало» и мемами «в каналы Венеции вернулись дельфины, в города Уэльса — горные козлы, в Португалию — динозавры, а в Россию — СССР». Шутки шутками, но, похоже, всеобщий локдаун, резко снизивший и число работающих производств, и число людей, продолжающих ежедневно ездить в офис, действительно повлиял на экологическую ситуацию в мире.

Но одно дело верить словам и красивым картинкам, совсем другое (побудем немного занудами) — «поверить алгеброй гармонию». Иначе говоря, проверим математически, действительно ли локдаун принес пользу экологии, связано ли изменение экологической ситуации с пандемией, или вдохновляющие картинки в социальных сетях — просто результат умелого использования фотошопа (не реклама, подставьте здесь свой любимый графический редактор!).

Что же и в какой степени влияет на загрязнение окружающей среды? Исходя из графика ниже, видно, что более всего за это «отвечают» несколько конкретных направлений человеческой деятельности. По мнению экспертов, наибольший вклад вносит энергетика (44%), следом за нею почти на равных: промышленность (22%) и наземный транспорт (21%), меньшее (но все же значительное) влияние оказывают: эксплуатация жилых строений (6%), общественные здания и бизнес (4%) и авиатранспорт (3%).

Не надо быть экспертом, чтобы понять, что в период локдауна очевидно сильно снизилось пользование общественным и личным транспортом, практически прекратилось авиасообщение — а теперь все же побудем экспертами и посмотрим, таким ли заметным окажется изменение экологической ситуации на уровне цифр.

Уровень загрязнения в городах определяют комплексно, измеряя концентрацию в воздухе нескольких компонентов, напрямую влияющих на здоровье людей: тонкодисперсных твердых частиц (PM2.5), крупнодисперсных твердых частиц (PM10), озона (О3), двуокиси азота (NO2), двуокиси серы (SO2) и углекислого газа (СО2). При этом, если по пылевым компонентам точные данные имеются в открытом доступе и в каждодневном режиме, то информация об уровне СО2 обычно дается в виде агрегированных данных экспертных прогнозов. Буквально это выглядит так: эксперты примерно предполагают, на сколько процентов может снизиться уровень СО2, с учетом снижения нагрузки на городскую инфраструктуру. Поскольку мы предпочитаем иметь дело с реальными измеренными цифрами, в качестве показательных параметров были выбраны другие пылевые компоненты, а именно тонкодисперсные твердые частицы и озон.

Рассмотрим несколько крупных и сильно загрязненных городов мира, данные о которых есть в открытых отчетах: Нью-Дели, входящий в десятку самых проблемных с точки зрения экологии, Нью-Йорк и Ухань, в которых довольно быстро ввели жесткий локдаун в условиях пандемии, и, конечно, Москву... поскольку живем мы именно здесь.

«Невооруженный глаз» вряд ли увидит какие-то критичные различия в графиках за 2019 и 2020 гг. (цветовой заливкой на графиках выделен период, в который в городе действовал/действует режим локдауна).

А вот, что увидел профессиональный глаз математиков, поработавших с теми же самыми цифрами с применением метода скользящей средней.

Расстояние между трендами показывает реальную величину изменений показателей весной и делает очевидным тот факт, что с вводом локдауна уровень загрязненности действительно снизился. Причем, в отличие от многих других городов, в Москве эта разница оказалась очень существенной.

Также, зная, что концентрация углекислого газа меняется примерно в такой же логике, что и у остальных загрязнителей, можно предположить, что и по этому показателю произошло заметное снижение. А поскольку СО2 напрямую связан с глобальным потеплением, можно смело создавать новый мем: «природа очистилась настолько, что в Москву в мае вернулась зима»! Конечно, это не более, чем шутка, но вот, о чем можно говорить вполне серьезно: похоже, мы действительно дали планете вздохнуть чуть свободнее.

Исследование проведено Институтом прикладной математики и информатики.

Источники данных:

World Air Quality Historical Database

New York State Department of Environmental Conservation (NYSDEC)

Wuhan Environmental Protection Bureau

Moscow State environmental monitoring (Государственный экологический мониторинг в Москве)

U.S. Embassy and Consulates' Air Quality Monitor in India

Global covid-19 lockdown tracker

Institute for Health Metrics and Evaluation