Como o satélite PACE da NASA deteta dióxido de azoto com mais detalhe

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

Este novo grau de detalhe transforma uma névoa atmosférica indistinta 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 áreas acompanhadas, os novos mapas do satélite desdobram o dióxido de azoto em plumas separadas que, antes, apareciam misturadas.

Com base nestas observações, Zachary Fasnacht, no NASA Goddard Space Flight Center, mostrou que o PACE consegue distinguir fontes de emissão próximas, em vez de as juntar num único sinal.

Nas mesmas imagens, cada píxel de medição passa a abranger uma área muito mais pequena, permitindo que fluxos de poluição individuais se destaquem com maior nitidez.

Apesar dessa precisão, o sistema continua dependente de condições de observação favoráveis, o que impõe limites claros sobre onde e quando é possível obter o máximo detalhe.

Como o PACE aprendeu

O Ocean Color Instrument (OCI) do PACE foi concebido para observar oceanos, nuvens e aerossóis - não para seguir emissões junto a 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 capacidade potencial num produto, os investigadores recorreram a aprendizagem automática - software que aprende padrões a partir de exemplos - treinada com base no TROPOMI, um instrumento europeu que mede poluentes atmosféricos a partir do espaço.

Como o TROPOMI já fornece leituras de dióxido de azoto bem testadas em grandes regiões, serviu de referência para permitir ao PACE aprender a estimar o gás numa escala mais fina.

Porque importam píxeis mais nítidos

Quando 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 mais precisão corredores rodoviários, portos e zonas industriais, porque a assinatura do gás fica associada a áreas menores.

Isto também reforça a investigação em saúde, uma vez que as pessoas respiram o ar junto de estradas específicas e chaminés concretas, e não médias alargadas 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 o gás

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

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

Como esta química se desenvolve a sotavento, perceber onde o dióxido de azoto se inicia dá aos previsores um indício mais forte sobre onde o ozono pode aumentar.

O novo produto não substitui os monitores no terreno, mas acrescenta a visão ampla 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 indicaram que o PACE e o TROPOMI se comportam de forma semelhante, com ambos a tenderem para valores cerca de dez por cento a 20 por cento abaixo.

Com aproximadamente 1,6 km de largura por píxel, o PACE pôde ser confrontado com condições locais de modo mais rigoroso do que as áreas de cobertura mais amplas do TROPOMI.

A validação ainda está a decorrer, pelo que as conclusões mais sólidas, por agora, dizem respeito a céus limpos e a locais com sinais mais fortes.

Dados já disponíveis

A NASA já publicou o novo conjunto de dados de gases traçadores 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 nebulosidade residual podem tornar enganador um mapa que aparenta ser nítido.

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

Limites sobre a água

Sobre a água, a tarefa continua mais difícil do que sobre a terra, porque a variação das reflexões da superfície pode imitar ou mascarar o sinal do gás na luz.

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

Perto do equador, alterações de inclinação do instrumento podem criar artefactos invulgares, e observações muito oblíquas sobre água aumentam ainda mais os erros.

Estas ressalvas não anulam o avanço, mas indicam com precisão onde as próximas versões do software precisam 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 reforça a nitidez do retrato uma vez por dia, o TEMPO acompanha como as plumas se deslocam, se espalham e mudam de direção ao longo do tempo.

Ao usar ambos em conjunto, as agências conseguem ver o padrão das fontes e a deriva horária que transporta a poluição para os bairros.

Esta combinação pode tornar os dados atmosféricos por satélite mais úteis para decisões no próprio dia durante picos de tráfego e episódios de poluição industrial.

O segundo benefício

O produto de poluição poderá também apoiar o restante trabalho científico do PACE, apesar de a missão não ter sido desenhada para este fim.

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

Isto é particularmente relevante perto de zonas costeiras e de cidades, onde 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 centrada em oceanos e aerossóis a um mapeador de poluição mais detalhado, capaz de mostrar onde o ar sujo começa e como se desloca.

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