O satélite PACE da NASA deteta poluição por dióxido de azoto de fábricas e autoestradas

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

Este novo nível de pormenor transforma uma 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 surgiam misturadas.

A partir destas observações, Zachary Fasnacht, do Goddard Space Flight Center da NASA, demonstrou que o PACE consegue diferenciar fontes de emissão próximas, em vez de as combinar num único sinal.

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

Apesar desta precisão, o sistema continua dependente de condições de observação favoráveis, o que impõe limites claros aos locais e momentos em que é possível obter o máximo detalhe.

Como aprendeu o PACE

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

Antes do lançamento, um estudo mostrou que o OCI preservava detalhe suficiente nos padrões de luz para que o software pudesse recuperar dados de 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 de satélite europeu 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 a uma escala mais fina.

Porque são importantes píxeis mais nítidos

Quando os mapas ganham definição, um quarteirão deixa de representar toda a cidade e uma instalação industrial deixa de ocultar outra.

As autoridades conseguem acompanhar de forma mais direta corredores rodoviários, portos e instalações industriais, porque a assinatura do gás permanece associada a áreas menores.

Isto melhora a investigação em saúde, dado que as pessoas respiram o ar junto de estradas específicas e chaminés, e não médias 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 queima de combustíveis e madeira liberta dióxido de azoto, um gás reativo produzido durante a combustão; por isso, 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 junto à superfície que irrita os pulmões e prejudica as culturas.

Como esta química se desenvolve a sotavento, observar onde o dióxido de azoto tem origem dá aos previsores uma indicação mais forte sobre os locais onde o ozono poderá aumentar.

O novo produto não substitui os monitores no solo, mas acrescenta a perspetiva alargada que as estações de rua não conseguem oferecer.

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 um comportamento semelhante entre o PACE e o TROPOMI, com ambos a tenderem para leituras cerca de dez por cento a 20 por cento abaixo do valor real.

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

A validação continua em curso, pelo que as conclusões mais sólidas, por agora, dizem respeito a céu limpo 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 em 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 de baixa qualidade.

Estes avisos são relevantes porque ângulos de observação inadequados ou nuvens residuais podem tornar enganador um mapa aparentemente nítido.

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

Limitações sobre a água

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

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

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

Estas ressalvas não anulam o avanço, mas mostram precisamente os aspetos que as próximas versões do software terão de melhorar.

PACE em conjunto com o TEMPO

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

Enquanto o PACE torna a imagem mais nítida uma vez por dia, o TEMPO acompanha a deslocação, dispersão e mudança de direção das plumas ao longo do tempo.

A utilização combinada dos dois permite às entidades ver tanto o padrão das fontes como o desvio horário que transporta poluição para os bairros.

Esta combinação poderá tornar os dados de qualidade do ar por satélite mais úteis para decisões no próprio dia durante episódios de poluição associados à hora de ponta e à atividade industrial.

O segundo benefício

O produto de poluição também poderá apoiar o restante trabalho científico do PACE, embora a missão não tenha sido criada para esta função.

O dióxido de azoto e o ozono absorvem ambos luz; assim, medi-los diretamente pode melhorar a correção aplicada antes da análise da cor do oceano.

Isto é importante junto de zonas costeiras e cidades, onde o ar poluído pode distorcer a interpretação por satélite das reflexões da superfície.

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

O que se segue para o PACE

O PACE passou de uma missão centrada nos oceanos e nos aerossóis a um mapeador de poluição mais preciso, 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 para o trabalho diário em saúde, planeamento e emissões.