Durante um período de 36 horas em agosto, O furacão Henri causou chuvas recordes na cidade de Nova York, onde um antigo sistema de esgoto pluvial não foi construído para lidar com o dilúvio, resultando em inundações nas ruas. Enquanto isso, uma seca em curso na Califórnia continuou a sobrecarregar os aqüíferos e estender as restrições de água em todo o estado. À medida que a mudança climática amplifica a frequência e intensidade de eventos extremos nos Estados Unidos e em todo o mundo, e as populações e economias que eles ameaçam crescem e mudam, há uma necessidade crítica de tornar a infraestrutura mais resiliente. Mas como isso pode ser feito em tempo hábil, maneira econômica?

Uma disciplina emergente chamada dinâmica multissetorial (MSD) oferece uma solução promissora. O MSD aborda os riscos combinados e os pontos de inflexão em potencial em sistemas naturais e humanos interconectados. Os pontos de inflexão ocorrem quando esses sistemas não podem mais sustentar múltiplos, tensões co-evolutivas, como eventos extremos, crescimento populacional, degradação do solo, falta de água potável, poluição do ar, infraestrutura envelhecida, e aumento das demandas humanas. Os pesquisadores do MSD usam observações e modelos de computador para identificar os principais indicadores precursores de tais pontos de inflexão, fornecer aos tomadores de decisão informações críticas que podem ser aplicadas para mitigar riscos e aumentar a resiliência em infraestrutura e recursos gerenciados.

No MIT, o Programa Conjunto sobre Ciência e Política de Mudança Global vem, desde 2018, desenvolvendo experiência em MSD e ferramentas de modelagem e usando-as para explorar riscos combinados e potenciais pontos de inflexão em regiões selecionadas dos Estados Unidos. Em um webinar de duas horas em 15 de setembro, Os pesquisadores do Programa Conjunto do MIT apresentaram uma visão geral do conjunto de ferramentas de pesquisa do MSD do programa e suas aplicações.

MSD e a plataforma de triagem de risco

"A dinâmica multissetorial explora as interações e interdependências entre os sistemas humanos e naturais, e como esses sistemas podem se adaptar, interagir, e coevoluir em resposta a choques de curto prazo e influências e tensões de longo prazo, "diz o Diretor Adjunto do Programa Conjunto do MIT, C. Adam Schlosser, observando que tal análise pode revelar e quantificar riscos potenciais que provavelmente escapariam da detecção em investigações isoladas. "Esses sistemas podem experimentar efeitos em cascata ou falhas depois de cruzar os pontos de inflexão. A verdadeira questão não é apenas onde esses pontos de inflexão estão em cada sistema, mas como eles se manifestam e interagem em todos os sistemas. "

Para resolver essa questão, os pesquisadores MSD do programa desenvolveram a plataforma MIT Socio-Environmental Triage (MST), agora disponível publicamente pela primeira vez. Focado no território continental dos Estados Unidos, a primeira versão da plataforma analisa os riscos atuais relacionados à água, terra, clima, a economia, energia, demografia, saúde, e infraestrutura, e onde estes se combinam para criar pontos críticos de risco. É essencialmente uma ferramenta de visualização de nível de triagem que permite aos usuários examinar os riscos, identificar pontos críticos ao combinar riscos, e tomar decisões sobre como implantar análises mais profundas para resolver problemas complexos em nível regional e local. Por exemplo, O MST pode identificar pontos críticos para riscos combinados de inundação e pobreza na bacia do baixo rio Mississippi, e, assim, alertar os tomadores de decisão sobre onde recursos mais concentrados de controle de enchentes são necessários.

Versões sucessivas da plataforma incorporarão projeções baseadas na estrutura de Modelagem de Sistema Global Integrado (IGSM) do Programa Conjunto do MIT de como diferentes sistemas e estressores podem coevoluir no futuro e, assim, mudar o cenário de risco. Essa capacidade aprimorada pode ajudar a descobrir caminhos econômicos para mitigar e se adaptar a uma ampla gama de riscos ambientais e econômicos.

Aplicativos MSD

Cinco apresentações de webinar exploraram como os pesquisadores do Programa Conjunto do MIT estão aplicando a plataforma de triagem de risco do programa e outras ferramentas de modelagem MSD para identificar potenciais pontos de inflexão e riscos em cinco domínios principais:qualidade da água, uso da terra, economia e energia, saúde, e infraestrutura.

O cientista de pesquisa principal do programa conjunto Xiang Gao descreveu seus esforços para aplicar um modelo de qualidade da água dos EUA de alta resolução para calcular um local específico, índice de qualidade da água acima de 2, 000 bacias hidrográficas do país. Considerando as interações entre o clima, agricultura, e sistemas socioeconômicos, várias medidas de qualidade da água podem ser obtidas, desde os níveis de nitrato e fosfato até as concentrações de fitoplâncton. Esta abordagem de modelagem avança uma capacidade única de identificar potenciais pontos críticos de risco para a qualidade da água para recursos de água doce.

O cientista de pesquisa do programa conjunto Angelo Gurgel discutiu sua análise baseada no MSD de como as mudanças climáticas, crescimento populacional, mudando as dietas, melhorias na produtividade das safras e outras forças que impulsionam a mudança no uso da terra em nível global podem, em última análise, impactar como a terra é usada nos Estados Unidos. Baseando-se em dados observacionais nacionais e na estrutura IGSM, a análise mostra que, embora as tendências atuais de uso da terra nos EUA sejam projetadas para persistir ou se intensificar entre agora e 2050, não há evidências de quaisquer pontos de inflexão preocupantes surgidos ao longo deste período.

Jennifer Morris, cientista de pesquisa do programa conjunto do MIT, apresentou vários exemplos de como a plataforma de triagem de risco pode ser usada para combinar conjuntos de dados existentes nos EUA e a estrutura IGSM para avaliar riscos econômicos e de energia em nível regional. Por exemplo, agregando fluxos de dados separados sobre o emprego de combustíveis fósseis e a pobreza, pode-se almejar condados selecionados para programas de treinamento para empregos em energia limpa, à medida que a nação se move em direção a um futuro de baixo carbono.

"Nossas estruturas de modelagem e triagem de risco podem fornecer imagens de cenários econômicos e energéticos atuais e futuros projetados, "diz Morris." Eles também podem destacar as interações entre diferentes humanos, construído, e sistemas naturais, incluindo riscos combinados que ocorrem no mesmo local. "

Sebastian Eastham, afiliado de pesquisa do MIT Joint Program, um cientista pesquisador do Laboratório de Aviação e Meio Ambiente do MIT, descreveu uma abordagem MSD para o estudo da poluição do ar e saúde pública. Vinculando o IGSM a um modelo de química atmosférica, Em última análise, Eastham visa compreender melhor onde estão os maiores riscos à saúde nos Estados Unidos e como eles podem se agravar ao longo deste século em diferentes cenários de políticas. Usando a ferramenta de triagem de risco para combinar métricas de risco atuais para qualidade do ar e pobreza em um condado selecionado com base na população atual e dados de qualidade do ar, ele mostrou como é possível identificar rapidamente os pontos quentes de risco de doenças cardiovasculares e outras causadas pela poluição do ar.

Finalmente, Alyssa McCluskey, afiliada de pesquisa do MIT Joint Program, um professor da Universidade do Colorado em Boulder, mostrou como a ferramenta de triagem de risco pode ser usada para identificar riscos potenciais para estradas, hidrovias, e linhas de distribuição de energia contra inundações, temperaturas extremas, crescimento populacional, e outros estressores. Além disso, McCluskey descreveu como o desenvolvimento e a expansão da infraestrutura de transporte e energia podem ameaçar habitats essenciais da vida selvagem.

Habilitando abrangente, análises específicas de locais de riscos e pontos críticos dentro e entre vários domínios, as ferramentas de modelagem de MSD do Programa Conjunto podem ser usadas para informar a formulação de políticas e investimentos do nível municipal ao global.

"MSD assume o desafio de conectar humanos, natural, e sistemas de infraestrutura, a fim de informar a análise de risco e tomada de decisão, "diz Schlosser." Por meio de nossa plataforma de triagem de risco e outros modelos MSD, planejamos avaliar interações importantes e pontos de inflexão, e fornecer uma previsão que apóie a ação em direção a um ambiente sustentável, resiliente, e próspero mundo. "