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

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

Esse novo grau de detalhe transforma uma névoa atmosférica difusa em fontes identificáveis, alterando 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, mostrou 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 muito menor, permitindo que correntes individuais de poluição se destaquem com maior nitidez.

Ainda assim, apesar da precisão, o sistema continua dependente de condições favoráveis de observação, o que impõe limites claros sobre quando e onde se alcança o máximo detalhe.

Como o satélite PACE aprendeu

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

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

Para transformar essa possibilidade 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 amplamente testadas em grandes regiões, forneceu os valores de referência que permitiram ao PACE aprender a estimar o gás a uma escala mais fina.

Porque é que píxeis mais nítidos importam

Quando os mapas ganham definição, um quarteirão deixa de parecer a cidade inteira, e uma unidade industrial deixa de esconder outra.

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

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

“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 gerado durante a combustão; por isso, tubos de escape, centrais elétricas e incêndios deixam a mesma marca.

Sob luz solar, contribui para a formação de ozono ao nível do solo, o nevoeiro fotoquímico (smog) junto à superfície que irrita os pulmões e causa stress nas culturas.

Como essa química se desenvolve a sotavento, identificar onde o dióxido de azoto tem origem dá aos previsores uma pista mais forte sobre onde o ozono pode aumentar.

O novo produto não substitui os monitores em terra, mas acrescenta uma perspetiva abrangente que as estações de rua não conseguem oferecer.

Testar a precisão do satélite

Para verificar os mapas, a equipa comparou as leituras do satélite com uma rede no solo que mede dióxido de azoto diretamente a partir da luz solar.

Esses testes mostraram o PACE e o TROPOMI a comportarem-se de forma semelhante, com ambos a tenderem para valores cerca de 10% a 20% abaixo.

Com uma pegada de 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, neste momento, as afirmações mais fortes dizem respeito a céus limpos e a locais com sinais mais intensos.

Dados já disponíveis ao público

A NASA já publicou o novo conjunto de dados de gases vestigiais 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 restos de nuvens podem tornar enganador um mapa que parece nítido.

O acesso público simplificado significa que cidades, investigadores em saúde e agências de qualidade do ar podem testar aplicações rapidamente, em vez de esperarem anos.

Limitações sobre a água

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

No documento oficial, os investigadores avisam 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 estranhos, e vistas muito oblíquas sobre a água aumentam ainda mais os erros.

Estas ressalvas não anulam o avanço, mas indicam com precisão onde as próximas versões de software terão de melhorar.

PACE em conjunto 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 aumenta a nitidez da imagem uma vez por dia, o TEMPO acompanha como as plumas se deslocam, se dispersam e mudam de direção ao longo do tempo.

Usar ambos em conjunto permite às agências ver, simultaneamente, o padrão das fontes e a deriva horária que transporta poluição para os 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.

O segundo benefício

O produto de poluição poderá também reforçar o restante trabalho científico do PACE, apesar de a missão não ter sido desenhada para esta função.

Tanto o dióxido de azoto como o ozono absorvem luz; por isso, medi-los diretamente pode melhorar a correção aplicada antes da análise da cor do oceano.

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

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

O que se segue para o PACE

O PACE passou de uma missão focada em oceano e aerossóis para 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 sobre água melhorarem, o satélite poderá tornar-se muito mais útil para trabalho diário em saúde, planeamento e emissões.