Satélite PACE da NASA deteta poluição por dióxido de azoto com maior detalhe

Investigadores concluíram que o satélite PACE da NASA consegue agora detetar poluição por dióxido de azoto com detalhe suficiente para separar as emissões de fábricas individuais e de corredores rodoviários.

Este novo grau de pormenor transforma a névoa atmosférica generalizada em fontes rastreáveis, alterando a forma como a poluição pode ser identificada, gerida e reduzida.

O que revelam os mapas

Em Los Angeles e noutras regiões monitorizadas, os novos mapas do satélite distinguem o dióxido de azoto em plumas separadas que antes apareciam misturadas.

Com base nestas observações, Zachary Fasnacht, do Goddard Space Flight Center da NASA, demonstrou que o PACE consegue diferenciar fontes de emissão próximas, em vez de as fundir num único sinal.

Nas mesmas imagens, cada píxel de medição abrange uma área muito menor, o que permite que fluxos individuais de poluição se destaquem com mais nitidez.

Apesar desta precisão, o sistema continua dependente de condições de observação favoráveis, o que estabelece limites claros para os locais e momentos em que é possível obter o maior detalhe.

Como aprendeu o PACE

O Ocean Color Instrument (OCI) do PACE foi concebido para observar oceanos, nuvens e aerossóis, e não para seguir gases de escape nas estradas.

Antes do lançamento, um estudo demonstrou que o OCI conservava detalhe suficiente nos padrões de luz para que o software pudesse recuperar dados sobre dióxido de azoto.

Para converter essa possibilidade num produto, os investigadores recorreram à aprendizagem automática - software que aprende padrões a partir de exemplos - treinada com base no TROPOMI, um instrumento europeu de satélite que mede poluentes atmosféricos a partir do espaço.

Como o TROPOMI já fornece medições de dióxido de azoto amplamente testadas em grandes regiões, disponibilizou os valores de referência que permitiram ao PACE aprender a identificar o gás numa escala mais detalhada.

Porque são importantes píxeis mais nítidos

À medida que os mapas ganham definição, um quarteirão deixa de parecer a cidade inteira e uma instalação industrial deixa de ocultar outra.

As autoridades conseguem seguir com maior precisão corredores rodoviários, portos e locais industriais, porque a assinatura do gás permanece associada a áreas menores.

Isto reforça a investigação em saúde, dado que as pessoas respiram ar junto de estradas específicas e chaminés industriais, e não médias calculadas à escala de um concelho.

“Estes dados podem potencialmente permitir estimativas de emissões com menores incertezas e maior resolução espacial”, escreveu Fasnacht.

Efeitos do dióxido de azoto

A combustão de combustíveis e madeira liberta dióxido de azoto, um gás reativo produzido durante a queima, pelo que tubos de escape, centrais elétricas e incêndios deixam a mesma marca.

Sob a luz solar, contribui para a formação de ozono ao nível do solo, o smog próximo da superfície que irrita os pulmões e prejudica as culturas.

Como esta química se desenvolve a sotavento, identificar o ponto de origem do dióxido de azoto dá aos previsores uma indicação mais sólida sobre onde o ozono poderá aumentar.

O novo produto não substitui os monitores instalados no solo, mas acrescenta a visão ampla que as estações de rua não conseguem fornecer.

Testes à precisão do satélite

Para verificar os mapas, a equipa comparou as leituras do satélite com uma rede terrestre que mede diretamente o dióxido de azoto através da luz solar.

Estes testes indicaram que o PACE e o TROPOMI têm comportamentos semelhantes, sendo que ambos tendem a apresentar valores cerca de dez por cento a 20 por cento abaixo dos reais.

Com cerca de 1,6 km de largura, o PACE pôde ser confrontado com as condições locais de forma mais rigorosa do que as áreas de cobertura mais amplas do TROPOMI.

A validação continua em curso, pelo que as conclusões mais robustas, por enquanto, dizem respeito a céus limpos e a locais com sinais mais fortes.

Dados já disponíveis ao público

A NASA já publicou o novo conjunto de dados sobre gases vestigiais no Earthdata, com cobertura iniciada a 5 de março de 2024.

Além do dióxido de azoto, a disponibilização inclui colunas de ozono e indicadores de qualidade que assinalam nuvens, geometria desfavorável e dados de radiância de baixa qualidade.

Estes alertas são importantes porque ângulos de observação inadequados ou nuvens residuais podem fazer com que um mapa aparentemente nítido seja enganador.

O acesso público simples permite que cidades, investigadores de saúde e organismos responsáveis pela qualidade do ar testem rapidamente possíveis utilizações, em vez de esperarem anos.

Limitações sobre a água

A água continua a ser mais difícil de analisar do que a terra, porque as mudanças na reflexão da superfície podem imitar ou ocultar o sinal do gás na luz.

No documento oficial, os investigadores avisam que as imagens do oceano funcionam melhor quando os sinais de dióxido de azoto são fortes.

Perto do equador, alterações na inclinação do instrumento podem criar características invulgares, e perspetivas muito oblíquas sobre a água aumentam ainda mais os erros.

Estas limitações não anulam o avanço, mas mostram exatamente onde as próximas versões do software terão de melhorar.

PACE com TEMPO

O PACE não trabalha sozinho, pois a missão TEMPO da NASA observa a América do Norte ao longo de todas as horas de luz do dia.

Enquanto o PACE torna a imagem mais nítida uma vez por dia, o TEMPO acompanha a forma como as plumas se deslocam, dispersam e mudam de direção ao longo do tempo.

A utilização conjunta dos dois permite às entidades responsáveis ver tanto o padrão das fontes como a deriva horária que transporta a poluição para os bairros.

Esta combinação poderá tornar os dados de satélite sobre qualidade do ar mais úteis para decisões no próprio dia durante eventos de poluição associados às horas de ponta e à atividade industrial.

O segundo benefício

O produto de poluição poderá também beneficiar o restante trabalho científico do PACE, embora a missão não tenha sido construída para esta tarefa.

O dióxido de azoto e o ozono absorvem ambos luz, pelo que medi-los diretamente pode melhorar as correções aplicadas antes da análise da cor do oceano.

Isto é relevante junto de zonas costeiras e cidades, onde o ar poluído pode distorcer a interpretação, pelos satélites, das reflexões à superfície.

Uma missão lançada para estudar plâncton e aerossóis ganhou, assim, uma segunda função como ferramenta de qualidade do ar.

O que se segue para o PACE

O PACE passou de missão dedicada aos oceanos e aos aerossóis a um cartógrafo mais preciso da poluição, capaz de mostrar onde o ar poluído começa e para onde se desloca.

À medida que a validação se alargar e os algoritmos para a água melhorarem, o satélite poderá tornar-se muito mais útil no trabalho diário ligado à saúde, ao planeamento e às emissões.