Satélite PACE da NASA deteta dióxido de azoto com maior detalhe

Investigadores descobriram que o satélite PACE da NASA já consegue detetar poluição por dióxido de azoto com uma resolução suficientemente fina para isolar emissões de fábricas individuais e de corredores rodoviários.

Este novo nível de pormenor transforma uma névoa atmosférica difusa em fontes identificáveis, mudando a forma como a poluição pode ser localizada, gerida e reduzida.

O que mostram os mapas

Em Los Angeles e noutras regiões acompanhadas, os novos mapas do satélite separam o dióxido de azoto em plumas distintas que, antes, apareciam misturadas.

A partir destas observações, Zachary Fasnacht, do NASA Goddard Space Flight Center, 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 cobre uma área bastante menor, o que permite que correntes individuais de poluição se destaquem com mais nitidez.

Mesmo com esta precisão, o sistema continua dependente de condições de observação favoráveis, o que impõe limites claros sobre onde e quando é possível alcançar o detalhe máximo.

Como o PACE aprendeu

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

Antes do lançamento, um estudo indicou que o OCI mantinha detalhe suficiente nos padrões de luz para que o software conseguisse recuperar informação sobre dióxido de azoto.

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

Como o TROPOMI já disponibiliza leituras de dióxido de azoto bem testadas em grandes regiões, forneceu os valores de referência que permitiram ao PACE “aprender” a detetar o gás a uma escala mais fina.

Porque é importante ter píxeis mais nítidos

Quando a cartografia ganha definição, um quarteirão deixa de representar a cidade inteira e uma instalação industrial já não encobre outra.

As autoridades passam a conseguir seguir, com maior objetividade, corredores rodoviários, portos e zonas industriais, porque a assinatura do gás fica associada a áreas mais pequenas.

Isto também reforça a investigação em saúde, já que as pessoas respiram o ar junto de estradas específicas e chaminés, e não médias agregadas ao nível de um distrito.

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

O que faz este gás

A queima de combustíveis e de madeira liberta dióxido de azoto, um gás reativo produzido durante a combustão; por isso, tubos de escape, centrais elétricas e incêndios deixam a mesma assinatura.

Sob luz solar, contribui para a formação de ozono ao nível do solo - o smog próximo da superfície, que irrita os pulmões e aumenta o stress nas culturas agrícolas.

Como essa química se desenvolve a sotavento, identificar onde o dióxido de azoto começa dá aos previsores uma indicação mais robusta de onde o ozono poderá aumentar.

O novo produto não substitui as estações de monitorização no terreno, mas acrescenta uma visão alargada que as medições de rua não conseguem oferecer.

Testar a exatidão do satélite

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

Esses testes mostraram o PACE e o TROPOMI com um comportamento semelhante, sendo que ambos tendem a medir cerca de 10% a 20% abaixo.

Com aproximadamente 1,6 km de largura, o PACE pôde ser confrontado com as condições locais de forma mais precisa do que as pegadas mais amplas do TROPOMI.

A validação ainda está em curso, pelo que as afirmações mais sólidas, por agora, 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 de gases-traço no Earthdata, com cobertura a partir de 5 de março de 2024.

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

Estes avisos são importantes, porque ângulos de observação desfavoráveis ou a presença residual de nuvens podem tornar um mapa aparentemente nítido enganador.

O acesso público simples permite que cidades, investigadores em saúde e entidades de qualidade do ar testem aplicações rapidamente, em vez de esperarem anos.

Limites sobre a água

Sobre a água, o desafio é maior do que em terra, porque as reflexões variáveis da superfície podem imitar ou mascarar o sinal do gás na luz.

No documento oficial, os investigadores alertam que as cenas oceânicas funcionam melhor quando os sinais de dióxido de azoto são fortes.

Perto do equador, mudanças na inclinação do instrumento podem criar artefactos, e observações muito oblíquas sobre a água aumentam ainda mais os erros.

Estas ressalvas não anulam o avanço, mas deixam claro onde as próximas atualizações de software terão de melhorar.

PACE com o TEMPO

O PACE não atua isoladamente, porque a missão TEMPO da NASA observa a América do Norte ao longo de todas as horas de luz.

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

A utilização conjunta permite que as entidades vejam simultaneamente o padrão das fontes e o desvio horário que transporta a poluição para os bairros.

Essa combinação pode tornar os dados de qualidade do ar por satélite mais úteis para decisões no próprio dia durante períodos de ponta e episódios de poluição industrial.

O segundo benefício

Este produto de poluição também pode beneficiar o restante trabalho científico do PACE, apesar de a missão não ter sido desenhada para esta função.

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

Isto é particularmente relevante perto de costas e cidades, onde o ar poluído pode distorcer a forma como os satélites interpretam as reflexões da superfície.

Assim, uma missão lançada para estudar plâncton e aerossóis ganhou uma segunda utilidade como ferramenta de qualidade do ar.

O que se segue para o PACE

O PACE passou de missão focada em oceano e aerossóis a um cartógrafo mais preciso da poluição, capaz de mostrar onde o ar sujo começa e como se desloca.

À medida que a validação se amplia e os algoritmos sobre a água melhoram, o satélite poderá tornar-se muito mais útil para trabalho diário em saúde, planeamento e estimativas de emissões.