Quantifying aircraft and ground operations emissions at Lisbon Airport: A data-driven approach using ADS-B technology

Abstract

This study analyzes the environmental impact of aircraft operations at Humberto Delgado Airport in Lisbon, Portugal, utilizing high-precision Automatic Dependent Surveillance-Broadcast (ADS-B) data. The research examines over 18.4 million data points from 217,657 flights between January and December 2023, focusing on emissions during the Landing and Take-O! (LTO) cycle. A novel methodology is developed to calculate precise time-in-mode durations for each LTO phase by cross-referencing geographical paths extracted from ADS-B messages with predefined boundary boxes, addressing limitations in standard emission calculation approaches. The study quantifies Carbon Dioxide (CO2), Carbon Monoxide (CO), Hydrocarbons (HC), Nitrogen Oxides (NOx), and Non-volatile Particulate Matter (nvPM) emissions from aircraft operations, as well as ground transportation activities for passenger transfers and aircraft pushback operations. The research finds that aircraft operations generated 300,585.68 metric tonnes of CO2 in 2023, with an additional 486.35 tonnes from ground operations. These emissions correspond to a Social Cost of Carbon of approximately 125 million United States Dollars (USD). The study highlights the importance of airport-specific analyses in accurately assessing aviationrelated emissions and developing targeted mitigation strategies. It also emphasizes the potential for operational optimizations to reduce environmental impact. This research contributes to the broader understanding of airport emissions and provides a framework for future studies in aviation sustainability.

Este estudo analisa o impacto ambiental das operações de aeronaves no Aeroporto Humberto Delgado em Lisboa, Portugal, utilizando dados de alta precisão do Sistema de Vigilância Dependente Automática por Radiodifusão (ADS-B). A investigação examina mais de 18,4 milhões mensagens ADS-B relativas a 217.657 voos entre Janeiro e Dezembro de 2023, concentrando-se nas emissões durante o Ciclo de Aterragem e Descolagem (LTO). Uma metodologia inovadora é desenvolvida para calcular durações precisas do tempo em modo para cada fase do LTO, cruzando trajetórias geográficas extraídas das mensagens ADS-B com polígonos geográficos definidos de acordo com as fases do LTO , aumentando a precisão face às abordagens padrão feitas no cálculo de emissões. O estudo quantifica as emissões de CO2, CO, HC, NOx e Matéria Particulada Não-Volátil (nvPM) das operações de aeronaves, bem como as atividades de transporte terrestre de passageiros, e pushback de aeronaves. A investigação conclui que as operações de aeronaves foram responsáveis pela emissão de 300.585,68 toneladas de CO2 em 2023, com 486,35 toneladas adicionais provenientes das restantes operações analisadas. Estas emissões correspondem a um Custo Social do Carbono (SCC) de aproximadamente 125 milhões de dólares americanos. O estudo destaca a importância de análises específicas para aeroportos na avaliação precisa de emissões relacionadas com a aviação, e no desenvolvimento de estratégias de mitigação direcionadas. Apresenta também potenciais otimizações operacionais para reduzir o impacto ambiental, contribuindo para uma compreensão mais ampla das emissões aeroportuárias.