Cientistas do Instituto de Física (IF) da USP utilizaram uma nova abordagem para medir o vapor de água, com o intuito de identificar a formação de nuvens e mudanças na atmosfera. Os pesquisadores adaptaram a câmera infravermelha Solmirus All-Sky Infrared and Visible Analyzer (ASIVA), uma tecnologia importada dos Estados Unidos, para permitir a visualização da radiação emitida em diferentes regiões do céu.
De acordo com Elion Hack, pesquisador do IF, essa técnica é pioneira ao tentar estudar a variação espacial do vapor de água. Ao analisar a imagem, é possível observar a presença de vapor em cada pixel e visualizar a distribuição da água na atmosfera, não apenas a quantidade total presente. Isso abre possibilidades para novas linhas de pesquisa.
A ASIVA é uma tecnologia recente e pouco utilizada no Brasil. Ela consiste em uma câmera infravermelha posicionada no solo, capaz de produzir imagens de todo o céu. Originalmente aplicada na medição da cobertura de nuvens (principalmente na determinação de fração de cobertura do céu por nuvens e da temperatura de brilho de nuvens), ela foi usada na pesquisa de doutorado de Hack com o objetivo de observar a radiação térmica da atmosfera.
A câmera gera uma imagem com o mesmo comprimento de onda emitido pelo vapor de água, o que permite calcular a quantidade desse gás em cada pixel. Hack explica que o vapor d’água, por ser um gás de efeito estufa, absorve a radiação infravermelha e a emite em todas as direções. Ao analisar essa radiação, é possível detectar sua presença nas imagens.
Para realizar os cálculos, é necessário considerar outras fontes de radiação, como outros gases e objetos, e calibrar a ASIVA. Nos testes, o equipamento foi calibrado por meio de simulações da trajetória do Sol em dias de verão e inverno, para determinar as direções dos pixels na imagem produzida. Também foi feita uma calibração utilizando um objeto conhecido como corpo negro, para conhecer a resposta do sensor ao capturar imagens de temperatura conhecida.
Essa técnica apresenta algumas dificuldades, conforme explicado pelo físico. Tudo emite radiação infravermelha, inclusive o próprio equipamento. Por isso, é feita uma medição do céu e utiliza-se um corpo negro de referência, que absorve toda a energia incidente nele, para a emissão de radiação infravermelha. Em seguida, é obtida uma imagem do céu e outra do corpo negro, de forma que seja possível equacionar e determinar a emissão do céu.
Comparado a outros gases, como o dióxido de carbono, o vapor de água é o que mais emite radiação. Quanto mais vapor houver, mais radiação será medida nos pontos da imagem. A distribuição vertical também é importante nos resultados obtidos, pois quanto mais próximo do sensor (ou seja, em altitudes mais baixas na atmosfera), maior será a intensidade da radiação e mais quente será a temperatura do vapor.
Apesar de ter sido implementada em um curto período de tempo, essa funcionalidade é considerada inovadora pelo uso da ASIVA para medir o vapor e sua distribuição na atmosfera. Essa nova tecnologia tem um grande potencial para contribuir com pesquisas futuras na área da física atmosférica. Por exemplo, o mapeamento de vapor d’água no céu, em casos nos quais existem algumas nuvens na imagem, pode ser usado para investigar a twilight zone que surge da interação entre nuvens e aerossóis.
De acordo com Elion, ela pode ser utilizada para estudar a formação de nuvens e aprimorar a modelagem climática. “A ciência nos surpreende, mas um exemplo do que acreditamos que possa ser feito é o estudo da formação e desenvolvimento de nuvens, como tempestades. É possível observar o início da formação de nuvens por meio das imagens, que é um processo complexo e que ainda não é compreendido por inteiro.”
Fontes
- Custódio, Julia (2023) Cientistas usam técnica pioneira para identificar vapor de água na atmosfera, Jornal da USP. Disponível em: <https://jornal.usp.br/ciencias/cientistas-usam-tecnica-pioneira-para-identificar-vapor-de-agua-na-atmosfera/>.
- HACK, Elion Daniel. Vapor d’água atmosférico a partir de imagens radiométricas no infravermelho (2023) Tese (Doutorado em Ciências) – Instituto de Física, Universidade de São Paulo, São Paulo.
