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Alors que le changement climatique amplifie la fréquence et l’intensité des ouragans et autres événements extrêmes aux États-Unis et dans le monde, et que les populations et les économies qu’ils menacent croissent et changent, il est impératif de rendre les infrastructures plus résilientes. Une nouvelle plate-forme de « triage des risques » développée par le programme conjoint du MIT sur la science et la politique du changement mondial pourrait aider les décideurs à prendre des mesures pour atténuer et s’adapter aux risques multiples et aggravants auxquels la nation est confrontée. Crédit : Image reproduite avec l’aimable autorisation de Severe Weather Europe
L’outil de modélisation met en valeur les émergents AVEC La recherche du Programme conjoint se concentre sur les dynamiques multisectorielles.
Sur une période de 36 heures en août, l’ouragan Henri a produit des précipitations record à New York, où un système d’égout pluvial vieillissant n’a pas été construit pour gérer le déluge, entraînant des inondations dans les rues. Pendant ce temps, une sécheresse continue en Californie a continué de surcharger les aquifères et d’étendre les restrictions d’eau à l’échelle de l’État. Alors que le changement climatique amplifie la fréquence et l’intensité des événements extrêmes aux États-Unis et dans le monde, et que les populations et les économies qu’ils menacent grandissent et changent, il est impératif de rendre les infrastructures plus résilientes. Mais comment le faire de manière opportune et rentable ?
Une discipline émergente appelée dynamique multisectorielle (MSD) offre une solution prometteuse. MSD se concentre sur les risques aggravants et les points de basculement potentiels à travers les systèmes naturels et humains interconnectés. Les points de basculement se produisent lorsque ces systèmes ne peuvent plus supporter de multiples stress évolutifs, tels que des événements extrêmes, la croissance démographique, la dégradation des terres, les pénuries d’eau potable, la pollution de l’air, le vieillissement des infrastructures et l’augmentation de la demande humaine. Les chercheurs de MSD utilisent des observations et des modèles informatiques pour identifier les indicateurs précurseurs clés de ces points de non-retour, fournissant aux décideurs des informations essentielles qui peuvent être appliquées pour atténuer les risques et renforcer la résilience des infrastructures et des ressources gérées.
Au MIT, le Programme conjoint sur la science et la politique du changement global développe depuis 2018 Expertise MSD et outils de modélisation et les utiliser pour explorer les risques aggravants et les points de basculement potentiels dans certaines régions des États-Unis. Dans un webinaire de deux heures (vidéo intégrée ci-dessous) le 15 septembre, les chercheurs du programme commun du MIT ont présenté un aperçu de l’ensemble d’outils de recherche MSD du programme et de ses applications.
MSD et la plateforme de triage des risques
“La dynamique multisectorielle explore les interactions et les interdépendances entre les systèmes humains et naturels, et comment ces systèmes peuvent s’adapter, interagir et co-évoluer en réponse aux chocs à court terme et aux influences et contraintes à long terme”, explique le directeur adjoint du programme conjoint du MIT. C. Adam Schlosser, notant qu’une telle analyse peut révéler et quantifier des risques potentiels qui échapperaient probablement à la détection dans des enquêtes cloisonnées. « Ces systèmes peuvent subir des effets en cascade ou des défaillances après avoir franchi des points de basculement. La vraie question n’est pas seulement de savoir où se trouvent ces points de basculement dans chaque système, mais comment ils se manifestent et interagissent dans tous les systèmes. »
Pour répondre à cette question, les chercheurs MSD du programme ont développé le MIT Socio-Environmental Triage (MST), désormais accessible au public pour la première fois. Centrée sur la zone continentale des États-Unis, la première version de la plateforme analyse les risques actuels liés à l’eau, à la terre, au climat, à l’économie, à l’énergie, à la démographie, à la santé et aux infrastructures, et où ils se combinent pour créer des points chauds à risque. Il s’agit essentiellement d’un outil de visualisation au niveau du filtrage qui permet aux utilisateurs d’examiner les risques, d’identifier les points chauds lors de la combinaison des risques et de prendre des décisions sur la manière de déployer une analyse plus approfondie pour résoudre des problèmes complexes aux niveaux régional et local. Par exemple, MST peut identifier les points chauds pour les risques combinés d’inondation et de pauvreté dans le bassin inférieur du fleuve Mississippi, et ainsi alerter les décideurs sur les endroits où des ressources de contrôle des inondations plus concentrées sont nécessaires.
Les versions successives de la plate-forme incorporeront des projections basées sur la modélisation intégrée du système mondial du programme commun du MIT (IGSM) cadre de la façon dont différents systèmes et facteurs de stress peuvent co-évoluer dans le futur et ainsi modifier le paysage des risques. Cette capacité améliorée pourrait aider à découvrir des voies rentables pour atténuer et s’adapter à un large éventail de risques environnementaux et économiques.
Applications MSD
Cinq présentations de webinaires ont exploré comment les chercheurs du programme commun du MIT appliquent la plate-forme de triage des risques du programme et d’autres outils de modélisation MSD pour identifier les points de basculement et les risques potentiels dans cinq domaines clés : qualité de l’eau, utilisation des terres, économie et énergie, santé et infrastructure.
La chercheuse principale du programme conjoint Xiang Gao a décrit ses efforts pour appliquer un modèle américain de qualité de l’eau à haute résolution afin de calculer un indice de qualité de l’eau spécifique à l’emplacement sur plus de 2 000 bassins fluviaux du pays. En tenant compte des interactions entre le climat, l’agriculture et les systèmes socio-économiques, diverses mesures de la qualité de l’eau peuvent être obtenues, allant des niveaux de nitrate et de phosphate aux concentrations de phytoplancton. Cette approche de modélisation fait progresser une capacité unique d’identifier les points chauds potentiels de risque pour la qualité de l’eau pour les ressources en eau douce.
Le chercheur scientifique du programme conjoint Angelo Gurgel a discuté de son analyse basée sur le MSD sur la façon dont le changement climatique, la croissance démographique, l’évolution des régimes alimentaires, l’amélioration des rendements des cultures et d’autres forces qui entraînent le changement d’utilisation des terres au niveau mondial peuvent en fin de compte avoir un impact sur l’utilisation des terres aux États-Unis. États. En s’appuyant sur les données d’observation nationales et le cadre IGSM, l’analyse montre que même si les tendances actuelles de l’utilisation des terres aux États-Unis devraient persister ou s’intensifier d’ici 2050, il n’y a aucune preuve de points de basculement préoccupants survenant tout au long de cette période.
La chercheuse scientifique du programme conjoint du MIT, Jennifer Morris, a présenté plusieurs exemples de la façon dont la plate-forme de triage des risques peut être utilisée pour combiner les ensembles de données américains existants et le cadre IGSM pour évaluer les risques énergétiques et économiques au niveau régional. Par exemple, en agrégeant des flux de données distincts sur l’emploi des combustibles fossiles et la pauvreté, on peut cibler des comtés sélectionnés pour des programmes de formation professionnelle dans le domaine des énergies propres alors que la nation se dirige vers un avenir à faible émission de carbone.
«Nos cadres de modélisation et de tri des risques peuvent fournir des images des paysages économiques et énergétiques actuels et futurs», explique Morris. « Ils peuvent également mettre en évidence les interactions entre différents systèmes humains, construits et naturels, y compris les risques aggravants qui se produisent au même endroit. »
Sebastian Eastham, affilié au programme commun de recherche du MIT, chercheur au laboratoire du MIT pour l’aviation et l’environnement, a décrit une approche MSD pour l’étude de la pollution de l’air et de la santé publique. Relier l’IGSM à un modèle de chimie atmosphérique, Eastham vise finalement à mieux comprendre où se trouvent les plus grands risques pour la santé aux États-Unis et comment ils peuvent s’aggraver tout au long de ce siècle selon différents scénarios politiques. En utilisant l’outil de triage des risques pour combiner les mesures de risque actuelles pour la qualité de l’air et la pauvreté dans un comté sélectionné sur la base des données actuelles sur la population et la qualité de l’air, il a montré comment identifier rapidement les points chauds de risque de maladies cardiovasculaires et autres maladies induites par la pollution atmosphérique.
Enfin, Alyssa McCluskey, affiliée à la recherche du programme conjoint du MIT, chargée de cours à l’Université du Colorado à Boulder, a montré comment l’outil de tri des risques peut être utilisé pour identifier les risques potentiels pour les routes, les voies navigables et les lignes de distribution d’électricité dus aux inondations, aux températures extrêmes, à la croissance démographique. , et d’autres facteurs de stress. De plus, McCluskey a décrit comment le développement et l’expansion des infrastructures de transport et d’énergie peuvent menacer des habitats fauniques essentiels.
Permettant des analyses complètes et spécifiques à l’emplacement des risques et des points chauds dans et entre plusieurs domaines, les outils de modélisation MSD du programme conjoint peuvent être utilisés pour éclairer l’élaboration des politiques et les investissements du niveau municipal au niveau mondial.
« MSD relève le défi de relier les systèmes humains, naturels et d’infrastructure afin d’éclairer l’analyse des risques et la prise de décision », déclare Schlosser. «Grâce à notre plate-forme de triage des risques et à d’autres modèles MSD, nous prévoyons d’évaluer les interactions importantes et les points de basculement, et de fournir une prévision qui soutient l’action vers un monde durable, résilient et prospère.»
Cette recherche est financée par l’Office of Science du Département de l’énergie des États-Unis dans le cadre d’une projet.
