Como os satélites e a IA ajudam na avaliação climática

Uma imagem artística da missão de monitoramento de dióxido de carbono Copernicus da UE, ou CO2M, na sigla em inglês. ESA/Mlabspace

Especialistas da Suíça e da comunidade internacional estão contando com uma constelação crescente de satélites e modelos de inteligência artificial para adquirir informações mais precisas sobre as emissões de gases de efeito estufa (GEE). Eles afirmam que dados mais rápidos e detalhados fortaleceriam os esforços dos países para reduzir as emissões.

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Segundo o Acordo Climático de Paris, os países devem informar regularmente as estimativas da quantidade de GEE que emitem ou removem. Essas estimativas são calculadas a partir de dados sobre atividades como transporte, indústria, aquecimento e produção de energia, e se baseiam em diretrizes acordadas internacionalmente pelo Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC). Mas esse longo processo de elaboração de informes, que exige muitos recursos, é repleto de incertezas.

Gerrit Kuhlmann, pesquisador nos Laboratórios Federais Suíços de Ciência e Tecnologia de MateriaisLink externo (Empa), está convencido de que os avanços na IA e as observações da Terra via satélite podem ajudar os países a avaliar e verificar melhor a escala das suas emissões.

“A IA pode processar muitas informações sobre as especificidades das emissões de GEE, de onde elas vêm e qual é o seu impacto nas mudanças climáticas. A IA pode nos ajudar a interpretar esses dados e nos dar um contexto adicional”, disse o pesquisador de Zurique à SWI swissinfo.ch. Kuhlmann e seus colegas do Empa participaram de estudos do programa europeu Copernicus para equipar os satélites de observação da Terra com tecnologia de medição de GEE. Seu objetivo é fornecer aos governos e às autoridades mapas detalhados da quantidade de dióxido de carbono (CO2), metano e dióxido de nitrogênio (NO2) liberados ao redor do mundo. Essas visualizações precisas das emissões regionais e nacionais – fornecidas quase em tempo real – permitirão que as nações verifiquem, validem ou ajustem suas políticas. Será possível, inclusive, ampliar as imagens para identificar emissões problemáticas e pontos críticos, como instalações de gás ou petróleo e usinas de energia.

Povoando os céus com satélites de observação

Nos últimos anos, houve um crescimento exponencial no número de satélites de observação da Terra e nas suas capacidades: de cerca de 200 em 2013 para quase 1.200 em 2023Link externo. Eles agora representam quase 20% do total de satélites em órbita. Empresas como SpaceX, Blue Origin, Planet Labs e Maxar Technologies estão competindo para expandir os horizontes com frotas de pequenos satélites que oferecem imagens de alta qualidade para monitorar a saúde do planeta.

O foguete gigante New Glenn da Blue Origin decolou em sua primeira missão ao espaço da Flórida em 16 de janeiro. Esse é o primeiro passo em órbita para a empresa espacial de propriedade do bilionário Jeff Bezos, pois ela pretende competir com a SpaceX no negócio de lançamento de satélites. Copyright 2025 The Associated Press. All Rights Reserved

Até 2030, espera-se que a área de observação da Terra contribua com mais de US$ 700 bilhões (CHF 640 bilhões) para a economia global e reduza os gases de efeito estufa em 2 bilhões de toneladas métricas (Gigatoneladas) por ano, de acordo com um relatórioLink externo do Fórum Econômico Mundial (FEM) publicado no ano passado.

Isso resulta em grandes quantidades de dados complexos obtidos via satéliteLink externo que precisam ser organizados e analisados. Em um informe técnico publicado recentementeLink externo, autores do MIT/FEM afirmaram que os avanços em aprendizado de máquina, na IA e na previsão estão possibilitando esse processamento, transformando dados brutos em informações relevantes numa velocidade sem precedentes.

Programa Copernicus abre caminho na Europa

Em todo o mundo estão se desenvolvendo plataformas de monitoramento de mudanças climáticas que utilizam observações via satélite. Algumas delas são, por exemplo, o Sistema de Monitoramento de Carbono (CMS) da NASALink externo e o Serviço Europeu de Monitoramento Atmosférico Copernicus (CAMS), gerenciado pela Comissão Europeia e pelo Centro Europeu de Previsões Meteorológicas de Médio Prazo (EMCWF).

No ano passado, a Organização Meteorológica Mundial (OMM) criou o programa Vigilância Mundial de Gases de Efeito EstufaLink externo. Em outros lugares, as emissões de metano são monitoradas pelo Observatório Internacional de Emissões de Metano (IMEO) do Programa das Nações Unidas para o Meio AmbienteLink externo.

Instrumentos e satélites americanos e japoneses já monitoram as emissões de metano há vários anos, gerando imagens de vazamentos em instalações de petróleo e gás, minas de carvão e aterros sanitários.

Enormes vazamentos de metano a leste da cidade turcomana de Hazar, no Mar Cáspio. Doze plumas de metano estão fluindo para o oeste. Elas foram descobertas pela missão Earth Surface Mineral Dust Source Investigation da NASA. Algumas delas se estendem por mais de 32 quilômetros. NASA/JPL-Caltech

“Há muita pesquisa e inovação em andamento na Europa, mas também a nível mundial, sobre como construir um sistema desse tipo. Nosso laboratório é um dos mais envolvidos, mas há centenas de pessoas trabalhando em escala internacional para descobrir como fazer isso”, explica Kuhlmann.

Os satélites já conseguem medir as mudanças nas concentrações de CO2 na atmosfera há mais de uma década. Mas eles não oferecem cobertura mundial e se concentram principalmente nas variações do ciclo natural do carbono.

Ao longo dos últimos dez anos, por exemplo, a NASA também tem monitorado o CO2 com uma precisão cada vez maior através de seus instrumentos OCO-2 e OCO-3 na Estação Espacial Internacional.

Apesar disso, ainda não foi possível estimar as emissões provenientes apenas de fontes antropogênicas, ou seja, resultantes da ação humana. E atualmente não há uma plataforma de monitoramento global de CO2 com capacidade de captação de imagens.

Essa situação parece estar prestes a mudar com o sistema de monitoramento de GEE e a Missão de Monitoramento de CO2 (CO2M) do CopernicusLink externo.

O primeiro de dois satélites CO2M, equipado com instrumentos e sensores de última geração, será lançado em 2026. A constelação de vários satélites oferecerá imagens de alta resolução, cobertura global e visitas frequentes.

A bordo do satélite, um espectrômetro combinado de imagens de CO2 e NO2 medirá as concentrações de CO2, metano e NO2 na atmosfera. O sistema Copernicus será capaz de estimar e medir as emissões de CO2 e metano de origem antropogênica com precisão e detalhes sem precedentes – e quase em tempo real.

Separando as fontes naturais e antropogênicas de carbono

A comunidade científica que trabalha no Copernicus estudará as observações coletadas pelos satélites CO2M, as medições terrestres e os modelos elaborados para distinguir as emissões antropogênicas (resultantes da ação humana) de CO2 e metano das emissões de fontes naturais, como florestas, plantas e animais.

Os cientistas do Empa forneceram à Agência Espacial Europeia (ESA) várias recomendações sobre como equipar os satélites CO2M, incluindo a ideia do dispositivo de medição combinado que detecta CO2 e NO2, ambos produzidos pela queima de combustíveis fósseis como carvão, petróleo e gás.

Simulação de alta resolução das nuvens de dióxido de carbono de Berlim e das usinas elétricas próximas em 2 de julho de 2015. Os dados foram gerados pela Empa, como parte do estudo Smartcarb, financiado pela ESA. Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology (Empa)

“Se observarmos valores altos de NO2 e de CO2, saberemos que esses altos valores de CO2 são provenientes de emissões antropogênicas, ou seja, da queima de combustíveis fósseis”, explica Kuhlmann.

O NO2 não é produzido durante a “respiração” natural da biosfera. Um instrumento no satélite deve, portanto, ser capaz de “filtrar” os sinais antropogênicos de CO2.

Os satélites também produzirão dados importantes sobre a quantidade de vegetação verde e densa na Terra; por exemplo, quantas folhas há nas árvores. “Isso nos diz quanto CO2 elas realmente estão retirando da atmosfera”, diz Kuhlmann.

Pesquisadoras e pesquisadores suíços têm participado do desenvolvimento do CO2M no âmbito dos programas-quadro de pesquisa e desenvolvimento da União Europeia, Horizon 2020 e Horizon Europe. A Suíça, embora não faça parte da UE, é membro da Agência Espacial Europeia.

A participação plena no programa Copernicus de observação da Terra, no entanto, ainda está longe de acontecer. A Suíça não faz parte oficialmente da iniciativa europeia de satélites desde seu lançamento. Em 2023, o parlamento suíço votou a favor da adesão, mas em maio do ano passado o governo se pronunciou contra, devido à situação difícil das finanças federais.

>> Veja abaixo um vídeo que mostra as emissões globais de CO2 ao longo de 2021, desenvolvido como parte do projeto de pesquisa CoCO2Link externo financiado pela UE e coordenado pelo ECMWF.

Edição: Veronica De Vore/fh
(Adapta4ão: Clarice Dominguez)