O Satélite PACE da NASA deteta dióxido de azoto, com resolução para isolar fábricas e autoestradas

What the maps show

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

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

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

A partir destas observações, Zachary Fasnacht, no NASA Goddard Space Flight Center, mostrou que o PACE consegue diferenciar fontes de emissão próximas, em vez de as juntar num único sinal.

Nas mesmas imagens, cada píxel de medição cobre uma área bem mais pequena, permitindo que correntes individuais de poluição se destaquem com maior nitidez.

Mesmo com esta precisão, o sistema continua dependente de boas condições de observação, o que impõe limites claros sobre onde e quando se consegue o melhor detalhe.

How PACE learned

O Ocean Color Instrument (OCI) do PACE foi concebido para observar oceanos, nuvens e aerossóis - não para seguir emissões de escape ao nível da estrada.

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

Para transformar essa possibilidade num produto real, os investigadores usaram aprendizagem automática - software que aprende padrões a partir de exemplos - treinada com o TROPOMI, um instrumento europeu que mede poluentes atmosféricos a partir do espaço.

Como o TROPOMI já fornece leituras de dióxido de azoto bem validadas em grandes áreas, serviu como referência para permitir ao PACE “aprender” o gás numa escala mais fina.

Why sharper pixels

Quando os mapas ganham nitidez, um quarteirão deixa de parecer a cidade inteira, e uma unidade industrial já não esconde outra.

As autoridades conseguem seguir corredores de autoestrada, portos e zonas industriais de forma mais direta, porque a assinatura do gás fica associada a áreas menores.

Isto melhora a investigação em saúde, já que as pessoas respiram o ar junto de estradas específicas e chaminés, e não médias ao nível de um concelho inteiro.

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

What the gas does

A combustão de combustíveis e madeira liberta dióxido de azoto, um gás reativo gerado durante a queima - por isso escapes, centrais elétricas e incêndios deixam uma marca semelhante.

À luz do sol, contribui para formar ozono ao nível do solo, um tipo de smog perto da superfície que irrita os pulmões e prejudica culturas agrícolas.

Como essa química acontece a sotavento, ver onde o dióxido de azoto se inicia dá aos meteorologistas uma pista mais forte sobre onde o ozono poderá aumentar.

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

Testing satellite accuracy

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

Os testes mostraram o PACE e o TROPOMI com comportamento semelhante, com ambos a tenderem a subestimar em cerca de 10% a 20%.

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

A validação ainda está a decorrer, por isso as afirmações mais robustas, por agora, dizem respeito a céu limpo e a locais com sinais mais fortes.

Data now open

A NASA já disponibilizou o novo conjunto de dados de gases-traço no Earthdata, com cobertura a partir de 5 de março de 2024.

Para além do dióxido de azoto, o lançamento inclui colunas de ozono e indicadores de qualidade que assinalam nuvens, geometria fraca e dados de radiância pobres.

Estes avisos são importantes porque ângulos de observação desfavoráveis ou nuvens residuais podem tornar enganador um mapa que parece “nítido”.

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

Limits over water

A água continua a ser mais difícil do que a terra, porque mudanças na refletância da superfície podem imitar ou esconder 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, alterações na inclinação do instrumento podem criar padrões estranhos, e vistas muito oblíquas sobre água aumentam ainda mais os erros.

Estas ressalvas não anulam o avanço, mas mostram com precisão onde as próximas versões do software precisam de melhorar.

PACE with TEMPO

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

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

Usar os dois em conjunto permite que as agências vejam tanto o padrão das fontes como o desvio horário que leva a poluição para dentro dos bairros.

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

The second payoff

O 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 a correção aplicada antes da análise da cor do oceano.

Isso é relevante perto de costas e cidades, onde o ar poluído pode distorcer a forma como os satélites interpretam a refletância da superfície.

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

What comes next for PACE

O PACE passou de uma missão focada em oceano e aerossóis para um mapeador de poluição mais detalhado, capaz de mostrar onde o ar sujo começa e para onde se desloca.

À medida que a validação se alarga e os algoritmos sobre água melhoram, o satélite pode tornar-se muito mais útil no trabalho diário de saúde, planeamento e estimativas de emissões.