卫星图像显示,受新冠疫情影响,中国城市的电灯亮度有所减弱。
这可作为电力需求下降的一个替代指标。
同样的方法也可用于追踪需求复苏情况,观察扰动开始缓解后的变化。
新型冠状病毒(SARS-CoV-2)及其引发的疾病(COVID-19)自2019年底首次在中国武汉市被发现以来,已对全球各地市场造成重大冲击。
在能源领域,其影响最明显地体现在中国石油需求大幅下降上,也影响了全球油价。国际能源署预测,整体需求在2020年将每天减少约35万桶。同样,美国能源信息署下调了对石油及汽油等产品的预测。
近期已有一些关于电力需求影响的分析,尤其是针对意大利——全球受疫情冲击最严重的国家之一。意大利电力需求截至3月中旬最多下降了18%。电力需求是经济活动的一个合理指标,因为家庭、企业和工业等所有部门都会用电。
卫星数据已被用于研究交通运输部门的排放,并发现美国主要城市的排放大幅减少。我们利用NASA/NOAA卫星仪器,考察了中国一些重点城市电力使用量的下降情况。
夜间灯光
世界各地都可能发生电力供应中断。许多此类事件与台风、风暴、龙卷风和地震等自然灾害有关。战争也可能导致停电。此外,电网故障也会造成停电,原因可能包括燃料短缺、电厂老化或输电系统故障。当消费增长超过电力生产和输送系统的承载能力时,此类停电的发生频率可能会上升。在某些情况下,电力公司会轮流停电,以公平分配这一稀缺资源。较为罕见的情况是经济活动放缓——本例中则是由疫情造成的。
绝大多数利用卫星观测夜间灯光开展的研究,都基于科罗拉多矿业学院佩恩研究所地球观测组(EOG)制作的月度或年度无云合成图。研究人员青睐这些数据,原因有很多:文件采用通用格式;输入数据经过筛选,排除了太阳光、月光和杂散光的干扰;年度夜间灯光数据还经过滤处理,以去除生物质燃烧、极光和其他背景噪声造成的检测结果。
我们简要利用可见光红外成像辐射计套件(VIIRS)记录的夜间灯光来考察电力需求。VIIRS是搭载在Suomi卫星上的一台价值数十亿美元的仪器。这台仪器的检测限极低,因此能够探测并识别从灯火通明的城市地区到灯光昏暗的乡村聚居地的照明情况。VIIRS的主要任务是气象观测。该传感器搭载于极轨卫星上,扫描幅宽为3000公里,每24小时能够采集一套完整的昼夜图像。
COVID-19对照明的影响
通过将一个月的数据从另一个月的数据中“减去”,可以识别照明变暗或变亮的区域。为控制照明亮度的年度周期变化,我们比较了2019年(2月)和2020年(1月)中国农历新年前后的图像差值对。具体而言,我们将2018年12月减去2019年3月的结果,与2019年12月减去2020年2月的结果进行了比较。
湖北省武汉市、湖南省长沙市和陕西省西安市,在2019年初与2020年初的照明需求方面都呈现出显著差异。红色表示照明变暗(可作为电力需求降低的替代指标),青色则表示相反情况。在考察的三座中国城市中(下方图1至图3),图像以红色为主。



作为比较,我们考察了一个新兴国家的另一座大型城市。印度首都德里的趋势与中国城市恰恰相反。截至3月25日,印度报告了562例COVID-19确诊病例(中国大陆则报告了81,218例)。

卫星数据记录了全球电力照明的位置和亮度,可作为电力需求水平的替代指标。EOG利用DNB数据制作月度全球平均辐亮度产品,排除云层和月光影响。研究人员利用这些数据考察中国的需求损失;需求下降也反映出包括武汉在内的多个中国城市经济活动减弱。随着疫情造成的扰动逐渐消退,这种方法有望用于监测正常活动水平的恢复情况。

