Perguntar a Zachary Foltz
Perguntas do Webinar Climate Detectives: Grandes catástrofes naturais e de origem humana vistas do espaço
Os estudantes podem enviar à ESA as suas perguntas relacionadas com a Terra até 5 de dezembro de 2024. Estas perguntas foram parcialmente respondidas pelo perito no webinar. Para responder a todas as perguntas enviadas pelas equipas, Zachary Foltz escreveu as respostas para ajudar as equipas a investigar os seus projectos e dar mais informações sobre tópicos relevantes.
Muito obrigado!
Sobre Zachary Foltz
O meu nome é Zach Foltz, sou atualmente engenheiro de investigação na ACRI-ST, uma empresa de deteção remota no Sul de França. O meu trabalho consiste principalmente em apoiar a ESA em actividades relacionadas com a Carta Internacional "Espaço e Grandes Catástrofes" e o Grupo de Trabalho sobre Catástrofes do Comité de Satélites de Observação da Terra, que são ambas iniciativas humanitárias que envolvem a utilização de dados de observação da Terra para melhor gerir situações de catástrofe em todo o mundo. A Carta Internacional centra-se na fase de resposta imediata a catástrofes naturais ou provocadas pelo homem, como inundações, incêndios florestais, terramotos, derrames de petróleo, etc. Durante as catástrofes, os satélites das 17 agências membros da Carta fornecem rapidamente imagens das áreas afectadas, mesmo em regiões remotas ou inacessíveis. Esta informação pode ajudar os peritos a avaliar os danos, a organizar as operações de socorro e a planear a melhor forma de reconstrução. Estudei Engenharia Civil com especialização em recursos hídricos e planeamento urbano e fiz o meu mestrado em Perigos Ambientais e Gestão de Riscos na Universidade de Nice, em França. A minha transição da engenharia civil para a esfera da observação da Terra e da gestão de catástrofes resulta da combinação da minha formação técnica com uma paixão pelos desafios ambientais críticos que enfrentamos atualmente como sociedade.
As suas perguntas
Catástrofes
Sim, os astronautas observam e fotografam regularmente catástrofes (por exemplo, furacões, incêndios florestais) e alterações ambientais como a desflorestação ou a diminuição dos glaciares, proporcionando uma perspetiva única sobre as transformações da Terra.
A diferenciação entre catástrofes naturais e provocadas pelo homem pode ser um desafio, especialmente porque muitas catástrofes são atualmente influenciadas pela atividade humana. As catástrofes são geralmente classificadas em duas grandes categorias:
- Catástrofes naturais: Estes têm origem em processos naturais da Terra, como terramotos, furacões, tsunamis, erupções vulcânicas ou incêndios florestais.
- Catástrofes antropogénicas (causadas pelo homem): Estas são causadas direta ou indiretamente por acções humanas, como acidentes industriais, derrames de petróleo, catástrofes nucleares ou inundações provocadas pela desflorestação.
No entanto, a distinção é cada vez mais ténue:
- Catástrofes naturais amplificadas pelo clima: Por exemplo, os incêndios florestais são fenómenos naturais, mas a sua frequência e intensidade são amplificadas pelo aquecimento global induzido pelo homem e pela má gestão dos solos.
- Desastres híbridos: Acontecimentos como a rutura de barragens durante as cheias ou os deslizamentos de terras provocados pela desflorestação envolvem componentes naturais e humanos.
Uma abordagem de classificação mais matizada considera as causas subjacentes e os factores contribuintes:
- Causa primária: O acontecimento foi iniciado por um processo natural ou por uma ação humana?
- Factores contribuintes: As actividades humanas amplificaram a gravidade, a frequência ou o impacto?
Por exemplo, um incêndio florestal numa estação seca pode ser classificado como "natural" se for causado por um raio, mas se for exacerbado pelo aquecimento climático induzido pelo homem, será classificado como "influenciado pelo clima". Assim, as catástrofes existem frequentemente num espetro entre causas naturais e causas provocadas pelo homem.
Os satélites não podem impedir as catástrofes naturais, mas podem melhorar os esforços de prevenção, fornecendo alertas precoces. Por exemplo, a monitorização das temperaturas da superfície do mar poderia ajudar a prever a formação de furacões mais cedo. No entanto, perturbar fisicamente uma tempestade (por exemplo, através da dispersão de produtos químicos) é atualmente inviável devido a limitações tecnológicas e éticas.
Sim, os satélites monitorizam as condições atmosféricas e oceânicas (por exemplo, o Sentinel-3 para a temperatura da superfície do mar e o Sentinel-5P para a composição atmosférica). As previsões exactas melhoram a preparação para catástrofes, protegem as culturas e reduzem as perdas económicas.
A tecnologia espacial permite a monitorização em tempo real de catástrofes (inundações, incêndios, terramotos), sistemas de alerta precoce e avaliações de danos para a recuperação pós-catástrofe. Por exemplo:
Sentinel-1: Monitoriza as inundações e a deslocação do solo.
Sentinel-2: Acompanha a recuperação da vegetação após incêndios florestais.
As catástrofes são previstas com recurso à deteção remota (por exemplo, temperatura, humidade do solo, atividade tectónica) e a modelos que combinam dados de satélite com registos meteorológicos. Por exemplo:
- Inundações: Monitorizado através de dados de precipitação e de humidade do solo.
- Secas: Previsto através de índices de vegetação e anomalias de precipitação.
Mantenha-se informado: Mantenha-se atualizado sobre os padrões meteorológicos locais, os riscos sazonais (como inundações, tempestades ou ondas de calor) e as potenciais catástrofes naturais. Siga as fontes oficiais, como as agências meteorológicas e os serviços de emergência locais
Criar um plano de emergência: Tenha um plano de emergência familiar que inclua pontos de encontro seguros, contactos de emergência e rotas de evacuação. Mantenha um kit de emergência com artigos essenciais como água, alimentos não perecíveis, lanternas, pilhas, material de primeiros socorros e documentos importantes num local seguro e de fácil acesso.
Fortaleça a sua casa: Dependendo dos riscos na sua zona, reforce a sua casa para a tornar mais resistente. Por exemplo, proteger janelas e portas contra furacões ou assegurar que a sua casa é resistente ao fogo em zonas propensas a incêndios florestais
No futuro, a tecnologia de observação da Terra tornar-se-á muito melhor para nos ajudar a prever e responder a catástrofes naturais. Novos satélites irão tirar fotografias mais nítidas e mais frequentes da Terra, permitindo-nos seguir tempestades, inundações e incêndios florestais em tempo real. Sensores avançados medirão as alterações na terra, nos oceanos e na atmosfera, ajudando os cientistas a prever eventos como terramotos ou furacões com maior antecedência. Os drones e a IA trabalharão em conjunto com os satélites para analisar os dados mais rapidamente e orientar os esforços de salvamento. Estas ferramentas facilitarão a preparação para catástrofes, salvarão vidas e protegerão as comunidades.
Terramotos Os terramotos são os mais difíceis, uma vez que ocorrem subitamente e são difíceis de prever. Ao contrário dos furacões ou das inundações, que podem ser seguidos à medida que se desenvolvem, os sismos ocorrem nas profundezas do subsolo, o que torna muito difícil a sua deteção antes de ocorrerem. Os satélites não conseguem "ver" o interior da Terra para saber quando as placas tectónicas se vão deslocar. O que os satélites podem fazer é ajudar depois de o terramoto já ter acontecido. Podem utilizar ferramentas especiais, como o Radar de Abertura Sintética (SAR), para mapear a forma como o solo se moveu durante o terramoto. Isto ajuda os cientistas a ver onde os danos são maiores e a orientar as equipas de salvamento para as áreas que precisam de mais ajuda. Os satélites também podem fornecer imagens em tempo real de estradas, edifícios e pontes que possam ter desabado, ajudando as pessoas a planear os esforços de recuperação. Embora os investigadores estejam a trabalhar em formas de prever melhor os sismos, atualmente dependemos de sensores terrestres, como os sismómetros, para os detetar. Os satélites são mais úteis para avaliar o impacto após o terramoto do que para o evitar.
Sentinela-1: Localiza inundações e deslizamentos de terras através de radar.
Sentinela-2: Monitoriza os incêndios florestais e o estado da vegetação.
Sentinela-3: Observa as temperaturas da superfície do mar para a previsão de tempestades.
Sentinela-5P: Analisa a poluição atmosférica e as erupções vulcânicas.
Quando ocorrem várias catástrofes ao mesmo tempo, surgem dilemas éticos sobre como dar prioridade aos recursos de satélite. Por exemplo, os dados de satélite devem ser atribuídos à catástrofe mais grave, ou devem ser distribuídos igualmente por todas as áreas afectadas, mesmo que algumas possam ter um impacto imediato menor? Decidir que regiões ou eventos devem receber mais atenção pode levantar questões difíceis sobre justiça, equidade e equilíbrio de recursos. Além disso, algumas regiões podem não ter a capacidade tecnológica para utilizar eficazmente os dados de satélite, o que leva a preocupações sobre como garantir a igualdade de acesso a informações críticas para a resposta a catástrofes. As soluções passam por colaborações internacionais (por exemplo, CEOS) para coordenar a utilização dos satélites de forma equitativa.
Sim, é possível detetar e analisar a intensidade de uma tempestade em tempo real utilizando dados de satélite. A intensidade das tempestades pode ser monitorizada através de uma combinação de satélites meteorológicos e sensores avançados, que registam vários parâmetros como a velocidade do vento, a estrutura das nuvens e a precipitação. Satélites como Meteosat (EUMETSAT) e GOES (NOAA) monitorizam continuamente e em tempo real as condições meteorológicas na Europa e noutras regiões. Fornecem imagens de alta frequência (a cada 5-15 minutos) que mostram a formação de tempestades, o movimento das nuvens e a sua intensidade.
Os satélites podem:
- Detetar o escoamento agrícola nocivo que causa a proliferação de algas nos oceanos.
- Monitorizar as emissões industriais, fornecendo dados para a regulamentação.
- Rastrear microplásticos na água e nas partículas atmosféricas.
- Ajuda na agricultura de precisão, optimizando a utilização da água e dos fertilizantes.
Os principais obstáculos à colaboração internacional na resposta a catástrofes utilizando satélites de observação da Terra incluem
- Barreiras políticas e jurídicas: Os países podem ter políticas diferentes em relação à partilha de dados de satélite, especialmente se os dados forem sensíveis ou estiverem relacionados com a segurança nacional. Este facto pode atrasar ou limitar o acesso a informações cruciais em situações de catástrofe.
- Lacunas tecnológicas: Nem todos os países têm o mesmo nível de acesso à mais recente tecnologia de satélite ou a capacidade de processar e interpretar dados rapidamente. Este facto pode criar desequilíbrios na rapidez com que alguns países podem responder a catástrofes.
- Partilha e coordenação de dados: Pode haver desafios na coordenação da partilha de dados de satélite, devido a diferenças nos sistemas de satélite, formatos de dados ou redes de comunicação.
Para ultrapassar estes obstáculos, organizações como a Comité dos Satélites de Observação da Terra (CEOS) trabalhar para garantir que os dados sejam livremente partilhados e acessíveis em tempos de crise. Através da normalização dos formatos de dados, da melhoria dos acordos internacionais e da criação de protocolos rápidos de partilha de dados, estes desafios podem ser minimizados, conduzindo a respostas a catástrofes mais coordenadas e eficazes.
Alterações Climáticas
A Europa tem vindo a registar um aumento dos fenómenos meteorológicos extremos devido ao aquecimento do clima. Esta tendência é motivada por vários factores:
Alterações climáticas: O aquecimento global está a amplificar fenómenos extremos como ondas de calor, inundações e tempestades. As temperaturas mais elevadas conduzem a uma maior evaporação, a mais humidade na atmosfera e à intensificação dos fenómenos de precipitação.
Perturbação da corrente de jato: O aquecimento do Ártico está a enfraquecer e a desestabilizar a corrente de jato, o que pode causar padrões meteorológicos prolongados na Europa, como ondas de calor prolongadas ou tempestades intensas.
Ciclones mediterrânicos de tipo tropical (Medicanes): O aumento da temperatura da superfície do mar no Mediterrâneo pode criar tempestades semelhantes a furacões, como as que se verificam no Golfo do México, embora em menor escala.
Urbanização e mudanças no uso da terra: O aumento da urbanização e da desflorestação pode exacerbar os impactos de tais fenómenos, como o agravamento das inundações repentinas e das ilhas de calor urbanas.
As temperaturas mais elevadas abrandam a corrente do Golfo, perturbando a circulação termohalina, que assenta em gradientes de temperatura e salinidade. Este abrandamento pode conduzir a tempestades mais fortes, à subida do nível do mar nas costas dos EUA e a Invernos mais frios na Europa.
As tecnologias de modificação do clima (por exemplo, sementeira de nuvens) existem, mas estão limitadas a efeitos de pequena escala, como o aumento da precipitação a nível local. A manipulação em grande escala, como a criação de tempestades, está para além das capacidades actuais.
Sim, as pessoas desenvolveram algumas formas de influenciar o clima, mas os efeitos são limitados. Por exemplo, a "sementeira de nuvens" consiste em adicionar partículas minúsculas (como o iodeto de prata) às nuvens para incentivar a chuva. Este método tem sido utilizado em alguns locais para aumentar a precipitação, especialmente durante as secas. No entanto, não é 100% fiável e é impossível controlar totalmente onde ou quanto chove. Criar ou controlar grandes fenómenos meteorológicos como os furacões não é possível com a tecnologia atual.
A ESA contribui através do desenvolvimento e da implantação de satélites (por exemplo, Série Sentinela no âmbito do Copernicus) que monitorizam as emissões de gases com efeito de estufa, a desflorestação e a perda de gelo. Financia também projectos inovadores como a análise da captura de carbono, a monitorização das energias renováveis e sistemas de alerta precoce para condições meteorológicas extremas.
Os satélites da ESA medem a poluição atmosférica (p. ex., NO₂, CO₂, metano), monitorizam a saúde dos oceanos (p. ex., poluição por plásticos, temperatura) e acompanham a desflorestação ou a desertificação. Estes dados ajudam os decisores políticos a criar estratégias sustentáveis, como projectos de reflorestação ou iniciativas de qualidade do ar urbano.
A investigação e a tecnologia da ESA centram-se na utilização de sistemas de satélite de ponta para enfrentar o duplo desafio da poluição e das alterações climáticas. Satélites como Sentinela-5P e Missão de monitorização do CO₂ antropogénico do Copernicus (CO₂M) medem as emissões de CO₂ e de metano a nível mundial. Estas ferramentas ajudam a verificar o cumprimento de acordos internacionais como o Acordo de Paris sobre o Clima. O projeto da ESA Projeto GlobEmission combina dados de satélite com modelação para identificar e seguir as emissões industriais em tempo real. A ESA promove a monitorização da qualidade do ar urbano utilizando dados de satélite e integra-os com sensores terrestres para desenvolver projectos de cidades mais limpas. CryoSat-2 mede a espessura do gelo, enquanto Sentinela-1 segue os movimentos dos glaciares. Estes dados são fundamentais para compreender a subida do nível do mar. Sentinela-3 mede a temperatura da superfície do mar e a cor do oceano para monitorizar os ecossistemas marinhos afectados pelas alterações climáticas.
Os satélites e as técnicas inovadoras de teledeteção estão a tornar-se indispensáveis para monitorizar e gerir a poluição ambiental causada pelas actividades humanas. Na vertente terrestre, os satélites como Sentinela-2 pode monitorizar a saúde das culturas, detetar áreas excessivamente fertilizadas e mapear o escoamento de nutrientes utilizando bandas espectrais sensíveis à vegetação e à humidade do solo. Estes dados podem orientar práticas de agricultura de precisão para reduzir os impactes ambientais. Os satélites de alta resolução, como o WorldView-3 e o Sentinel-2, podem detetar descargas ilegais de resíduos e monitorizar as emissões industriais. No lado marinho, o SAR (por exemplo, Sentinel-1) pode detetar derrames de petróleo à superfície do oceano, mesmo com mau tempo ou à noite, permitindo uma resposta mais rápida e esforços de limpeza. A proliferação de algas causada pelo excesso de nutrientes (provenientes de fertilizantes) pode ser monitorizada através das concentrações de clorofila-a medidas pelo Ocean and Land Colour Instrument (OLCI) do Sentinel-3. Em geral, a monitorização contínua apoia a elaboração de políticas baseadas em provas, como a definição de limites para o escoamento agrícola, as emissões e a desflorestação.
Defender a mudança através das redes sociais, participar em projectos locais de sustentabilidade e promover a sensibilização através da educação e do ativismo. Os jovens podem dar o exemplo através de estilos de vida sustentáveis e pressionando os decisores políticos a atuar.
Sim, é provável que a procura de especialistas em deteção remota aumente devido às alterações climáticas. As tecnologias de deteção remota, como satélites, drones e sistemas de imagem aérea, desempenham um papel fundamental:
- Monitorização das alterações ambientais: Detetar alterações nos glaciares, no nível do mar, na desflorestação, na desertificação e na expansão urbana.
- Previsão e resposta a catástrofes: Identificação de sinais de alerta precoce de furacões, inundações, incêndios florestais e secas. Por exemplo, a teledeteção pode localizar zonas propensas a incêndios através da monitorização da secura da vegetação e da temperatura.
- Monitorização das emissões de carbono: Cartografar e quantificar as fontes e sumidouros de carbono, contribuindo para os acordos e políticas internacionais em matéria de clima.
- Avaliação pós-catástrofe: Avaliar a extensão dos danos e apoiar os esforços de recuperação após as catástrofes.
À medida que os impactos das alterações climáticas aumentam, os governos, os investigadores e os sectores privados dependerão cada vez mais de dados de deteção remota para estratégias de mitigação e adaptação. As alterações climáticas estão a gerar uma necessidade urgente de dados precisos e em tempo real sobre os sistemas da Terra para informar a tomada de decisões, desenvolver estratégias de atenuação e prever cenários futuros. A teledeteção tornou-se uma pedra angular na abordagem dos desafios relacionados com o clima.
Perguntas sobre projectos de equipas
Sentinela-2 é ideal para este efeito. A sua imagem multiespectral inclui bandas NIR e VIS, tornando-a adequada para a análise da vegetação e comparação com imagens de drones. Os satélites Sentinel-2 revisitam qualquer local na Terra a cada 5 diaspermitindo a monitorização quase em tempo real das alterações da vegetação. Os dados do Sentinel-2 podem ser utilizados para calcular índices de vegetação como NDVI (Índice de Vegetação por Diferença Normalizada) e NDWI (Índice de Água de Diferença Normalizada) para detetar o stress da seca, o estado das culturas e as anomalias da biomassa.
Sim, SAR (Radar de abertura sintética) A tecnologia SAR do Sentinel-1 pode detetar caraterísticas subsuperficiais como condutas ou canais de água, especialmente se combinada com mapas históricos de expansão urbana. Embora a sua principal aplicação seja a monitorização da superfície, a capacidade da SAR para detetar alterações estruturais e o conteúdo de água abaixo da superfície torna-a uma ferramenta útil em combinação com outros conjuntos de dados. Embora a sua profundidade de penetração seja limitada (alguns centímetros a metros, dependendo do tipo de solo), pode ainda assim detetar deformações da superfície causados por movimentos subterrâneos de água, erosão ou vazios no subsolo.
As poeiras de lama, especialmente após as cheias, podem contribuir para a poluição atmosférica quando secam e se dispersam na atmosfera. A deteção e análise desta poluição pode ser conseguida utilizando sensores de satélite que monitorizam as partículas de aerossóis na atmosfera. Sentinela-5P (TROPOMI) é ideal para a deteção de poluentes atmosféricos, incluindo partículas de poeira, aerossóis finos e partículas (PM). Ele mede Profundidade ótica do aerossol (AOD)que indica a concentração de partículas no ar. Sentinela-3 Rastreia a reflectância da superfície e as concentrações de aerossóis. Pode identificar a dispersão de poeiras nas áreas afectadas.
As plantas precisam de água para crescer, e a precipitação (como a chuva) é uma das principais formas de a obterem. Demasiada chuva pode fazer com que as plantas sequem e deixem de crescer, enquanto demasiada pode inundar o solo e danificar as suas raízes. Os sensores de humidade do solo são ferramentas que medem a quantidade de água existente no solo. Agricultores e cientistas utilizam estes sensores para garantir que as plantas recebem a quantidade certa de água, ajudando-as a crescer saudáveis e fortes, ao mesmo tempo que conservam a água.
Os microplásticos são pequenos pedaços de plástico que podem flutuar no ar e depositar-se na terra e no oceano. Estas partículas podem absorver o calor do sol, o que pode contribuir para o aquecimento da atmosfera. Podem também afetar a formação de nuvens ao servirem de pequenas "sementes" para gotículas de água, alterando potencialmente os padrões meteorológicos. Embora os cientistas ainda estejam a estudar todos os seus efeitos, os microplásticos vêm juntar-se aos problemas causados pela poluição e pelas alterações climáticas.
As poeiras de lama, especialmente após as cheias, podem contribuir para a poluição atmosférica quando secam e se dispersam na atmosfera. A deteção e análise desta poluição pode ser conseguida utilizando sensores de satélite que monitorizam as partículas de aerossóis na atmosfera. Sentinela-5P (TROPOMI) é ideal para a deteção de poluentes atmosféricos, incluindo partículas de poeira, aerossóis finos e partículas (PM). Ele mede Profundidade ótica do aerossol (AOD)que indica a concentração de partículas no ar. Sentinela-3 Rastreia a reflectância da superfície e as concentrações de aerossóis. Pode identificar a dispersão de poeiras nas áreas afectadas.
Como trabalhar com dados de satélite
- Identificar os pormenores do evento
- Com base no artigo de jornal, determine o seguinte:
- Local do evento (por exemplo, cidade, região ou coordenadas).
- Data do evento (ou intervalo de datas em torno da catástrofe, por exemplo, inundações, incêndios florestais).
- Exemplo: Em 31 de outubro de 2024, ocorreu uma inundação em Valência, Espanha.
- Aceder à plataforma Copernicus/Sentinel
- Navegue para uma ferramenta que permita o acesso aos dados do Sentinel:
- Navegador Copernicus EO
- Navegador EO do Sentinel Hub
- Definir a área de interesse (AOI)
- Utilize a interface de mapa da plataforma para selecionar a área afetada.
- Por exemplo, no Copernicus EO Browser:
- Procurar uma localização: Desloque-se para a área do mapa sobre a qual pretende visualizar os dados
- Desenhar uma AOI: Definir uma caixa ou um polígono à volta da região afetada.
- Por exemplo, no Copernicus EO Browser:
- Especificar o intervalo de tempo
- Defina o intervalo de datas ou vá para uma data anterior ao evento para incluir o dia da catástrofe e dias antes/depois para comparar imagens antes e depois do evento.
- Exemplo: Para uma inundação em 31 de outubro de 2024:
- Data de início: 10 de outubro de 2024.
- Data final: 10 de novembro de 2024.
- Em alternativa, visualize uma data antes dos eventos e percorra as imagens durante e após o evento.
- Selecionar o Satélite e o Tipo de Dados
- Selecionar os produtos de dados Sentinel relevantes com base no tipo de catástrofe:
- Sentinel-1 (SAR): Excelente para a deteção de inundações e monitorização da extensão da água, uma vez que consegue penetrar nas nuvens.
- Sentinel-2 (Ótica): Útil para avaliar os danos no solo, a vegetação e as infra-estruturas, mas é afetado pelas nuvens.
- Exemplo: Se a catástrofe envolveu chuva forte e nuvens, dar prioridade Sentinela-1.
- Visualize as imagens
- Abra as imagens de satélite para observar a área afetada pela catástrofe.
- Utilizar camadas pré-configuradas (por exemplo, "Cor falsa" para vegetação ou "Deteção de inundação" para água).
- Compare imagens antes e depois utilizando as ferramentas "Comparar" ou "Deslizar".
- Descarregar dados (opcional)
- Se for necessária uma análise mais profunda, descarregue os dados para utilização em software como o QGIS ou o ArcGIS.
- Os formatos são normalmente GeoTIFF, JPEG ou produtos de dados Sentinel em bruto.
- Analisar e interpretar
- Procurar sinais visíveis da catástrofe:
- Inundações: Áreas cobertas de água (escuras em SAR ou claras em False Color Composite).
- Incêndios: Cicatrizes de queimaduras ou fumos de fumo.
- Deslizamentos de terra: Alterações do terreno ou do coberto vegetal.
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