Como os incêndios amazônicos são medidos do espaço?

Dossiê Questão
8 nov 2019
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O sistema operacional DOS, algo que animava os computadores pessoais antes do mouse e do Windows serem inventados, o telex e alguns satélites americanos que nem operam mais estão na gênese do monitoramento das queimadas da Amazônia. Essa lista de equipamentos mostra que os primeiros passos científicos na tentativa de entender como a floresta queima foram dados no século passado. Uma das ações iniciais ocorreu em 12 de dezembro de 1984. 

O Brasil acabara de passar pelo movimento das Diretas Já e pelo trauma de perder a Copa do Mundo de 1982, na Espanha, com um dos melhores times de futebol que os estádios já viram. Os Estados Unidos, entretanto, faziam satélites, e lançaram da Califórnia mais uma edição da série NOAA, a nona, fruto da parceria entre a própria NOAA, a agência federal de estudos atmosféricos e oceânicos, e a Nasa, agência espacial americana. Entre 1985 e 1987, no Brasil, mais precisamente em Cachoeira Paulista, interior do estado de São Paulo, as primeiras imagens coletadas do espaço pelo NOAA-9 começaram a ser processadas pelo Inpe (Instituto Nacional de Pesquisa Espaciais). A transmissão de dados na época ocorria via telex, peça que atualmente só pode ser vista em museus.

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O processamento das imagens, obtidas por meio de sensores ultramodernos (para época), que mediam cinco bandas de infravermelho, era feito em um PC-XT (4,7 MHz, 32 K de memória e 20 MB de disco rígido). O sistema operacional, o DOS. Aquele, com a inconfundível tela de fósforo verde. 

Depois do início formal dos estudos em 1986, decorrente de uma parceria entre cientistas brasileiros e da Nasa, o primeiro mapa de queimadas da Amazônia lançado pelo Brasil saiu em 1996.

Após 25 anos, a equipe formada por vários cientistas de ponta, coordenada pelo engenheiro Alberto Setzer, que está no Inpe desde os anos 1980, reúne uma produção científica na área de sensoriamento remoto e queimadas reconhecida internacionalmente. O pesquisador gosta de parafrasear José Bonifácio de Andrada e Silva (1763-1838), o “Patriarca da Independência”. Se há 200 anos, o político dos tempos do Império disse que as queimadas eram “resultado da ignorância aliada à preguiça e à má-fé”, Setzer costuma rearranjar a ordem da citação para se referir às queimadas, hoje, como “resultado da má-fé associada à preguiça e à ignorância”. 

Ao contrário do discurso oficial que o governo federal tentou transmitir na recente crise sobre a explosão do número de queimadas da Amazônia, quase 100% do fogo registrado no ecossistema está relacionado à ação antrópica, mostram os vários sistemas de monitoramento da região.

Nos últimos anos, no caso específico das queimadas (desmatamento é um processo que corre em paralelo) o Inpe utiliza todos os satélites que têm sensores óticos operando na faixa termal-média de 4 micrômetros, que detecta emissões de calor, a que a instituição consegue ter acesso. O que significa dizer, uma constelação grande, que está neste momento sobre nossas cabeças. A lista recente inclui os modernos NOAA (15, 18 e 19), que são polares – isto é, têm órbitas que passam sobre os polos do planet. Além dos satélites da Nasa, o TERRA e o AQUA. E o Suomi, outro equipamento polar da NOAA. 

Satélites geoestacionários, que acompanham a rotação do planeta e por isso se mantêm sobre o mesmo ponto da superfície terrestre todo o tempo, como o GOES-13 e o MSG-3 também costumam ter imagens analisadas pelo Inpe.

O instituto brasileiro processa mais de 200 imagens todos os dias, somando as registradas pelos satélites polares e geoestacionários. Os registros bem importantes costumam vir principalmente dos sensores MODIS, instalados tanto no TERRA quanto no AQUA. Entre outras funções, o instrumento enxerga muito bem as mudanças de temperatura na superfície terrestre, e o comportamento dos aerossóis, partículas suspensas na atmosfera, como a fuligem da fumaça dos incêndios. Os dois satélites passam todos dias pela Amazônia em horários diferentes, o que permite registrar o comportamento do fogo na região mais de uma vez. No Brasil, as imagens são recebidas tanto em Cachoeira Paulista (SP) quanto em um outro centro de estudos, em Cuiabá (MT).  

O sensor MODIS do TERRA foi o instrumento que registrou a fumaça que escureceu a tarde paulista no dia 19 de agosto, causando especulações sobre o fim dos tempos. O episódio foi explicado de forma diferente pelos institutos de meteorologia e pesquisa. O principal causador do escurecimento, todos os especialistas concordam, foi a chegada de uma frente fria do sul do País, com nuvens baixas e densas. As queimadas em Rondônia e no Acre, mas principalmente as que ocorriam no Paraguai e na Bolívia, podem ter colaborado para a escuridão no céu.

Em tempos em que versões e ideologias costumam ficar à frente dos dados e das discussões técnicas embasadas, gerando as chamadas ‘fake news’, o detalhamento da metodologia usada pelo Inpe para averiguar as queimadas amazônicas também derruba a afirmação do chanceler brasileiro Ernesto Araújo. Em Washington, em setembro, o ministro das relações exteriores afirmou que os satélites não conseguem diferenciar “fogueiras de acampamento” de “grandes incêndios”.

De acordo com o órgão ligado ao governo federal, os satélites de órbita polar, no caso todos os modelos NOAA, que estão a 800 km de altura, TERRA e AQUA, a 730 km, detectam apenas as frentes de fogo com 30 metros de extensão por 1 metro de largura, ou mais. Se a imagem tiver sido gerada por um satélite geoestacionário, entretanto, que está a 25 mil quilômetros de distância da Terra, a frente de fogo precisa ter o dobro de tamanho para ser vista.

O sistema do Inpe, apesar do pioneirismo e de ser uma referência mundial, não tem apenas a limitação de não enxergar queimadas com menos de 30 metros de frente. Quando o fogo se restringe ao chão de uma floresta densa, sem afetar a copa das árvores, também será mais difícil detectá-lo. O mesmo vale para áreas cobertas por muitas nuvens (apesar de as nuvens de fumaça não atrapalharem o monitoramento). Se uma queimada começar de forma abrupta e, em seguida, desaparecer também muito depressa, ela ficará sem registro, pois o intervalo entre as passagens dos satélites no céu pode ter sido maior do que a duração do fogo.

Se a metodologia desenvolvida por dezenas de pesquisadores brasileiros ao longo de décadas sabe diferenciar uma queimada de uma fogueira de acampamento, ela não consegue, ainda, indicar o que está queimando (o tipo de floresta e qual o estado de evolução ecológica dela, por exemplo) e em que quantidadade, ao menos não de uma forma que seja sistemática e suficientemente precisa.

Quando o sistema indica um foco de incêndio, ele está mostrando a presença de fogo em um elemento de resolução de imagem, o conhecido pixel. No caso do sistema de monitoramento do fogo na Amazônia, esta unidade varia de 1 km por 1 km (100 hectares) até 5 km por 4 km (2.000 hectares). Dentro desta área, portanto, é impossível saber se existem várias queimadas ou um incêndio único. Além disso, um foco de fogo muito extenso também pode aparecer em mais de um pixel. 

Outro erro metodológico que pode ocorrer envolve a contagem repetida de um mesmo incêndio florestal. Satélites diferentes podem enxergar a mesma queimada em regiões um pouco distintas uma da outra, o que acaba sendo registrado como dois focos separados. 

Os técnicos do Inpe, sabendo disso, também revalidam os dados com frequência, eliminando as distorções. Estes trabalhos de validação mostram que o erro médio na detecção de uma queimada gira em torno de 400 metros. No geral, 80% dos focos estão num raio de 1 km das coordenadas geográficas indicadas pelo sistema. 

A captação das imagens pelos sensores, no espaço, e o tratamento, em terra, são apenas parte do processo. Há também algoritmos robustos, para cada um dos satélites, que entram em ação para traduzir os pixels em informação. Outro processo científico importante é conseguir comparar todos os dados, gerados mês a mês e ano a ano, sem que ocorram distorções.

Os dados sobre focos de incêndios por estados e países, que o Inpe costuma divulgar por meio de séries temporais de anos, para se saber a tendência de aumento ou diminuição do fogo amazônico, são gerados por um único satélite, chamado de referência. Desde 3 de julho de 2002, o sensor MODIS do satélite AQUA, que passa pela Amazônia no início da tarde, é o responsável pelos dados temporais das queimadas amazônicas. 

Apesar deste equipamento enxergar apenas parte dos incêndios, a repetição, assim como na música Cotidiano, de Chico Buarque, é o que acaba sendo o mais importante. Antes de 2002, o satélite de referência era o NOAA-12, que deixou de operar após o fim da vida útil do aparelho.

 

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Nas páginas eletrônicas de monitoramento das queimadas da maior floresta tropical do mundo, mantidas pelo Inpe, vários produtos são atualizados diariamente, e com acesso livre e gratuito. Alguns dados são atualizados várias vezes ao dia. Qualquer usuário do sistema pode escolher receber mensagens eletrônicas contendo alertas sobre focos detectados nas chamadas área de monitoramento especial, como, por exemplo, as unidades de conservação. Estes disparos ocorrem seis vez ao dia. Ou, se o visitante do site preferir, ele recebe um relatório sobre todo o dia anterior, durante a madrugada. 

Os mapas de concentração de fumaça gerados pelo sistema são renovados de três em três horas. Usuários especiais, cadastrados pelo órgão, recebem de forma rápida, também, as coordenadas aproximadas de todos os focos analisados.

O trabalho árduo feito pelos cientistas do Inpe, desenvolvido sempre de forma transparente, permitiu um debate técnico interessante em agosto, que envolveu inclusive técnicos da Nasa. Tudo por causa da tentativa do governo federal de reduzir a importância do aumento das queimadas na região amazônica. No final, a agência americana, após a divulgação de algumas informações imprecisas, que levaram à conclusão de que os focos de fogo na Amazônia estavam dentro da normalidade em 2019, reviu parte das suas publicações técnicas apresentadas em blogs de divulgação científica da própria agência.

O dilema entre os dados do Inpe e da Nasa começaram na segunda quinzena de agosto. Os americanos, em um de seus canais de divulgação científica, publicaram uma nota técnica que dizia que não era nada incomum detectar grandes focos de queimadas no Brasil durante aquela época do ano, normalmente marcada pelas altas temperaturas e por uma baixa umidade. Apenas com o tempo, segundo ainda o texto, seria possível afirmar que os números registrados de focos de fogo seria um novo recorde ou não.  

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Para a Nasa, segundo a nota técnica divulgada no site Earth Observatory, no dia 16 de agosto, o número de incêndios na Amazônia estava abaixo da média, se considerado o período dos últimos 15 anos. 

Naquele mesmo intervalo de tempo, entretanto, os números do Inpe indicavam que a quantidade de queimadas em todo o Brasil havia crescido 83% na comparação entre janeiro e 18 de agosto de 2019, e o mesmo período do ano passado. Até o dia 19 de agosto deste ano, só na região Amazônica, ocorreram 22 mil focos de incêndios florestais, segundo o sistema de monitoramento do Inpe. Um recorde, se considerado os últimos nove anos. Apenas no estado do Amazonas foram identificados 5.305 focos, o maior número na série histórica do estado desde 2005.

A discrepância, que alimentou a polarização política em curso no Brasil, não resistiu a uma análise criteriosa dos dados, como manda a boa ciência. A própria Nasa reavaliou a questão e percebeu que havia um erro na sua interpretação. A base de dados que os americanos estavam usando estava desatualizada. Ela considerava dados coletados até 2016. E o enfoque dos pesquisadores americanos, também, era toda a região amazônica, e não apenas a parte do bioma que fica no Brasil. No dia 22 de agosto, o texto foi refeito, e todas as questões metodológicas, apresentadas ao público. Os dados do Inpe, coletados todos os dias de forma sistemática, têm mais peso do que a publicação da Nasa.

Fogo atrelado ao desmatamento

O foco sobre Amazônia, além da questão dos focos de incêndio, também vem suscitando debates intensos sobre as taxas de desmatamento da floresta. Apesar de as motosserras e o fogo serem protagonistas distintos de um mesmo filme, o sistema de monitoramento do Inpe para enxergar o quanto de vegetação foi ceifada em um determinado período é diferente do usado para acompanhar o número de queimadas.

A primeira taxa anual do desmatamento da Amazônia Legal, divulgada pelo governo federal, é de 1988. O chamado projeto PRODES, que utiliza imagens de satélites da classe Landsat (equipamento norte-americano), do CBERS 4 (projeto sino-brasileiro) e IRS-2 (satélite indiano), detecta o corte raso da floresta amazônica. 

A área mínima que pode ser mapeada pelo sistema é de 6,25 hectares. Todos os dados são processados nos computadores do Inpe. Há 30 anos, com financiamento principalmente do governo federal, a tecnologia desenvolvida para monitoramento do corte da floresta amazônica virou referência mundial, como pode ser constatado nos principais congressos científicos da área de sensoriamento remoto. As análises feitas todos os anos, com resultados divulgados de forma consolidada no primeiro semestre do ano subsequente (os dados de 2019 serão apresentados de forma estimada até dezembro, e depois serão divulgados de forma oficial entre janeiro e junho de 2020), são respeitadas e aceitas por grupos internacionais de pesquisa. O índice de acerto gira ao redor dos 95%. 

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A importância dos dados gerados pelo PRODES transcende a questão da preservação ambiental. As taxas anuais de desmatamento são usadas para a certificação da moratória da soja, para o setor de produção de carne, para a verificação do cumprimento de acordos internacionais.

Se o sistema PRODES funciona para gerar uma espécie de filme do desmatamento anual da Amazônia, existe também o Deter, que desde 2004 faz fotografias instantâneas de algumas áreas de floresta. O Deter é um levantamento rápido de alertas de evidências de alteração da cobertura florestal amazônica. É um sistema desenvolvido pelo Inpe para embasar as ações de fiscalização e controle de destruição florestal.

De maio de 2004 a dezembro de 2017, o Deter operou com base nos dados do sensor MODIS a bordo do satélite TERRA, que apresenta resolução espacial de 250 m. Com este instrumento é possível detectar apenas alterações na cobertura florestal com área maior que 25 hectares. Devido à cobertura de nuvens, nem todas as alterações são identificadas. 

Durante todo o período em análise, o Deter emitiu mais de 70.000 alertas de alteração da cobertura florestal, totalizando aproximadamente 88.000 km2. 

Em agosto de 2015 entrou em funcionamento uma nova versão do sistema. Atualmente, a maior parte dos polígonos de desmatamento tem área unitária menor do que 25 hectares. Neste contexto, o Deter passou a identificar e mapear, em tempo quase real, desmatamentos e demais alterações na cobertura florestal com área mínima próxima a 1 ha. A identificação do padrão de alteração da cobertura florestal é feita por interpretação visual com base em cinco elementos principais (cor, tonalidade, textura, forma e contexto).

Para efeitos de taxa anual de desmatamento, o sistema que deve ser usado é o PRODES, não o Deter. 

A política do Inpe em relação aos dados sobre desmatamento e toda a análise feita pelos cientistas do instituto sempre foi a da transparência, assim como ocorre com as queimadas. Qualquer cidadão brasileiro ou estrangeiro tem acesso gratuito às planilhas geradas pelas análises das imagens de satélite da floresta amazônica. 

Por isso, o avanço tecnológico da última década acabou funcionando como um árbitro dos números oficiais. Como o processamento das informações é cada vez mais rápido, e os dados se tornam acdessíveis mesmo para computadores domésticos, todos podem checar e checar novamente qualquer uma das análises. 

A tecnologia, na verdade, funciona como um antídoto para aqueles que optam por distorcer ou esconder a informação. Dentro do contexto científico, a discussão sobre como melhorar as metodologias de análise sempre terá espaço, desde que o debate parta de premissas técnicas. No contexto atual, o debate vazio ou contaminado por ideologias políticas não consegue sobreviver.

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É com a evolução constante tantos dos satélites, cada vez menores e mais baratos, quanto do software de processamento de imagens, mais robusto e preciso, que os setor privado, tanto brasileiro quanto estrangeiro, tem muito a colaborar, complementando o trabalho do setor público. A tecnologia tem condições de oferecer ferramentas bastante robustas, e precisas, contra a degradação ambiental.

Inteligência artificial

Independentemente se o objetivo for investigar queimadas ou desmatamento, seja na Amazônia, seja em qualquer outro ecossistema brasileiro, a metodologia do Inpe, principalmente por causa da série temporal riquíssima construída a partir dela, não pode ser abandonada, segundo Tasso Azevedo, coordenador geral do Mapbiomas, projeto de mapeamento anual da cobertura e do uso do solo do Brasil feito por meio de uma rede colaborativa. Segundo ele, que dirigiu o Serviço Florestal Brasileiro entre 2006 e 2009, o que vem se fazendo no setor privado na área de sensoriamento remoto é também muito importante, mas não substitui o trabalho do setor público.

“O trabalho do Inpe e os demais são complementares. Uma coisa são os sensores e outra são os sistemas de monitoramento. O uso do machine learning e do deep learning ajuda, mas a consistência no longo prazo é fundamental”, afirma o especialista.   

O que não significa que a revolução tecnológica pelo que passa o setor aeroespacial não deve ser ainda mais usada a favor da floresta.

Os chamados nano satélites, cada vez menores e, portanto, mais baratos tanto em termos de construção quanto na questão de colocá-los em órbita, são os grandes protagonistas da transformação do setor. Mais ágeis, eles conseguem cobrir uma determinada área da Terra de forma mais rápida e, também, com imagens de altíssima qualidade.  

O problema, é que mesmo que o governo federal resolva adquirir imagens de sistemas privados de monitoramento, haverá problemas em usá-las. Um destes satélites menores, por exemplo, passa várias vezes pela Amazônia todos os dias. Se forem compradas 100 imagens de satélites em alta resolução (com pixel de centímetros, em vez de quilômetros) não haverá mão de obra, nem software, para processar tudo isso com rapidez. Será um dinheiro jogado fora.

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“Por isso que eu vejo as duas coisas como complementares”, afirma Lucas Fonseca, CEO da empresa de pesquisa espacial Airvantis. Segundo o especialista, enquanto o sistema do Inpe precisa continuar funcionando, por causa das informações sobre tendências mensais e anuais que gera, um sistema privado pode muito bem operar em paralelo, investigando em detalhe algumas regiões mais específicas, mas desde que também ofereça as informações de forma pública. 

“O ideal seria alguém financiar uma startup para que desenvolvesse uma metodologia, baseada em inteligência artificial, para poder analisar as imagens obtidas em grandes quantidades”, sugere o empresário. Segundo Fonseca, este sistema também poderia disparar alertas sobre queimadas e desmatamentos de forma rápida e precisa. “Com essa participação da sociedade civil, haveria uma oportunidade grande de se evoluir nesta questão da tecnologia de software. Sem nenhum tipo de competição com o sistema do Inpe”, afirma.   

Eduardo Geraque é repórter, com doutorado em jornalismo e meio ambiente pelo Prolam da USP

 

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