Durante un período de 36 horas en agosto, El huracán Henri produjo lluvias récord en la ciudad de Nueva York, donde no se construyó un viejo sistema de alcantarillado pluvial para manejar el diluvio, resultando en inundaciones en las calles. Mientras tanto, una sequía en curso en California continuó sobrecargando los acuíferos y extendiendo las restricciones de agua en todo el estado. A medida que el cambio climático amplifica la frecuencia e intensidad de los eventos extremos en los Estados Unidos y en todo el mundo, y las poblaciones y economías que amenazan crecen y cambian, Existe una necesidad crítica de hacer que la infraestructura sea más resistente. Pero, ¿cómo se puede hacer esto en el momento oportuno? forma rentable?

Una disciplina emergente llamada dinámica multisectorial (MSD) ofrece una solución prometedora. MSD se enfoca en los riesgos compuestos y los puntos de inflexión potenciales en los sistemas naturales y humanos interconectados. Los puntos de inflexión ocurren cuando estos sistemas ya no pueden sostener múltiples, tensiones co-evolutivas, como eventos extremos, crecimiento de la población, degradación de la tierra, escasez de agua potable, la contaminación del aire, infraestructura envejecida, y mayores demandas humanas. Los investigadores de MSD utilizan observaciones y modelos informáticos para identificar indicadores precursores clave de tales puntos de inflexión, Brindar a los tomadores de decisiones información crítica que se puede aplicar para mitigar los riesgos y aumentar la resiliencia en la infraestructura y los recursos administrados.

En el MIT, Desde 2018, el Programa Conjunto sobre Ciencia y Política de Cambio Global ha estado desarrollando experiencia en MSD y herramientas de modelado y las ha utilizado para explorar riesgos compuestos y puntos de inflexión potenciales en regiones seleccionadas de los Estados Unidos. En un seminario web de dos horas el 15 de septiembre, Los investigadores del Programa Conjunto del MIT presentaron una descripción general del conjunto de herramientas de investigación de MSD del programa y sus aplicaciones.

MSD y la plataforma de clasificación de riesgos

"La dinámica multisectorial explora las interacciones e interdependencias entre los sistemas humanos y naturales, y cómo se pueden adaptar estos sistemas, interactuar, y coevolucionar en respuesta a shocks a corto plazo e influencias y tensiones a largo plazo, "dice el director adjunto del Programa Conjunto del MIT, C. Adam Schlosser, señalando que dicho análisis puede revelar y cuantificar riesgos potenciales que probablemente eludirían la detección en investigaciones aisladas. "Estos sistemas pueden experimentar efectos en cascada o fallas después de cruzar los puntos de inflexión. La verdadera pregunta no es solo dónde se encuentran estos puntos de inflexión en cada sistema, sino cómo se manifiestan e interactúan en todos los sistemas ".

Para abordar esa pregunta, Los investigadores de MSD del programa han desarrollado la plataforma MIT Socio-Environmental Triage (MST), ahora disponible públicamente por primera vez. Centrado en los Estados Unidos continentales, la primera versión de la plataforma analiza los riesgos actuales relacionados con el agua, tierra, clima, la economía, energía, demografía, salud, e infraestructura, y dónde estos se combinan para crear puntos calientes de riesgo. Es esencialmente una herramienta de visualización a nivel de detección que permite a los usuarios examinar los riesgos, identificar puntos calientes al combinar riesgos, y tomar decisiones sobre cómo implementar un análisis más profundo para resolver problemas complejos a nivel regional y local. Por ejemplo, MST puede identificar puntos críticos para riesgos combinados de inundaciones y pobreza en la cuenca baja del río Mississippi, y por lo tanto alertar a los tomadores de decisiones sobre dónde se necesitan recursos más concentrados para el control de inundaciones.

Las versiones sucesivas de la plataforma incorporarán proyecciones basadas en el marco de Modelización del Sistema Global Integrado (IGSM) del Programa Conjunto del MIT de cómo diferentes sistemas y factores de estrés pueden co-evolucionar en el futuro y, por lo tanto, cambiar el panorama de riesgos. Esta capacidad mejorada podría ayudar a descubrir vías rentables para mitigar y adaptarse a una amplia gama de riesgos ambientales y económicos.

Aplicaciones MSD

Cinco presentaciones de seminarios web exploraron cómo los investigadores del Programa Conjunto del MIT están aplicando la plataforma de clasificación de riesgos del programa y otras herramientas de modelado de MSD para identificar posibles puntos de inflexión y riesgos en cinco dominios clave:calidad del agua, uso del suelo, economía y energía, salud, e infraestructura.

La investigadora principal del programa conjunto, Xiang Gao, describió sus esfuerzos para aplicar un modelo de calidad del agua de EE. UU. De alta resolución para calcular una ubicación específica, índice de calidad del agua superior a 2, 000 cuencas hidrográficas en el país. Teniendo en cuenta las interacciones entre el clima, agricultura, y sistemas socioeconómicos, Se pueden obtener varias medidas de calidad del agua que van desde los niveles de nitrato y fosfato hasta las concentraciones de fitoplancton. Este enfoque de modelado promueve una capacidad única para identificar posibles puntos calientes de riesgo de calidad del agua para los recursos de agua dulce.

El científico de investigación del programa conjunto Angelo Gurgel discutió su análisis basado en MSD sobre cómo el cambio climático, crecimiento de la población, cambiar dietas, Las mejoras en el rendimiento de los cultivos y otras fuerzas que impulsan el cambio en el uso de la tierra a nivel mundial pueden, en última instancia, afectar la forma en que se usa la tierra en los Estados Unidos. Basándose en datos de observación nacionales y el marco IGSM, El análisis muestra que, si bien se prevé que las tendencias actuales de uso de la tierra en EE. UU. persistan o se intensifiquen entre ahora y 2050, no hay evidencia de ningún punto de inflexión preocupante que surja durante este período.

La científica investigadora del Programa Conjunto del MIT, Jennifer Morris, presentó varios ejemplos de cómo se puede utilizar la plataforma de clasificación de riesgos para combinar conjuntos de datos de EE. UU. Existentes y el marco IGSM para evaluar los riesgos energéticos y económicos a nivel regional. Por ejemplo, agregando flujos de datos separados sobre el empleo de combustibles fósiles y la pobreza, uno puede apuntar a condados seleccionados para programas de capacitación laboral en energía limpia a medida que la nación avanza hacia un futuro con bajas emisiones de carbono.

"Nuestros marcos de modelización y triaje de riesgos pueden proporcionar imágenes de los paisajes económicos y energéticos actuales y futuros proyectados, ", dice Morris." También pueden resaltar las interacciones entre diferentes humanos, construido, y sistemas naturales, incluidos los riesgos compuestos que ocurren en el mismo lugar ".

Sebastian Eastham, afiliado de investigación del Programa Conjunto del MIT, científico investigador del Laboratorio de Aviación y Medio Ambiente del MIT, describió un enfoque de MSD para el estudio de la contaminación del aire y la salud pública. Vinculando el IGSM con un modelo de química atmosférica, Eastham, en última instancia, tiene como objetivo comprender mejor dónde se encuentran los mayores riesgos para la salud en los Estados Unidos y cómo pueden agravarse a lo largo de este siglo bajo diferentes escenarios de políticas. Usando la herramienta de clasificación de riesgos para combinar las métricas de riesgo actuales para la calidad del aire y la pobreza en un condado seleccionado en función de la población actual y los datos de calidad del aire, mostró cómo se pueden identificar rápidamente los puntos calientes de riesgo de enfermedades cardiovasculares y otras enfermedades inducidas por la contaminación del aire.

Finalmente, Alyssa McCluskey, afiliada de investigación del Programa Conjunto del MIT, profesor de la Universidad de Colorado en Boulder, mostró cómo se puede utilizar la herramienta de clasificación de riesgos para identificar los riesgos potenciales en las carreteras, vías fluviales, y líneas de distribución de energía contra inundaciones, temperaturas extremas, crecimiento de la población, y otros factores estresantes. Además, McCluskey describió cómo el desarrollo y la expansión de la infraestructura de transporte y energía pueden amenazar los hábitats críticos de la vida silvestre.

Habilitación integral, análisis específicos de la ubicación de los riesgos y puntos calientes dentro y entre múltiples dominios, Las herramientas de modelado de MSD del Programa Conjunto se pueden utilizar para informar la formulación de políticas y la inversión desde el nivel municipal hasta el global.

"MSD asume el desafío de vincular humanos, natural, y sistemas de infraestructura para informar el análisis de riesgos y la toma de decisiones, ", dice Schlosser." A través de nuestra plataforma de clasificación de riesgos y otros modelos de MSD, planeamos evaluar interacciones importantes y puntos de inflexión, y proporcionar una previsión que apoye la acción hacia un desarrollo sostenible, elástico, y mundo próspero ".