Los investigadores anticipan y ayudan a prevenir las consecuencias de las crisis climáticas para la seguridad nacional

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Publicado originalmente por Laboratorio Nacional Oak Ridge.

Utilizando conjuntos de datos y sistemas informáticos novedosos, los investigadores del Laboratorio Nacional de Oak Ridge del Departamento de Energía están simulando cómo el cambio climático afecta la seguridad del país. Esta investigación puede ayudar a los tomadores de decisiones y de políticas a nivel federal, estatal y local a identificar rápidamente los factores de riesgo y desarrollar estrategias de mitigación del mundo real.

Durante más de dos décadas, los científicos de ORNL han modelado factores ambientales, como la temperatura y la precipitación, y la distribución de la población. Actualmente, los investigadores están estudiando cómo el cambio climático afecta la densidad de población, la infraestructura crítica y la seguridad para comprender mejor cómo los eventos climáticos extremos pueden amenazar la seguridad física y desencadenar un efecto dominó de ramificaciones económicas y otros desafíos de seguridad nacional.

En algunos casos, el aumento de las temperaturas que reduce las oportunidades agrícolas puede provocar migraciones masivas lejos de las comunidades en apuros. En otros casos, los huracanes violentos y las tormentas invernales pueden interrumpir las operaciones de la red eléctrica, interrumpiendo el acceso a la electricidad y otros servicios públicos mucho después de que haya pasado la amenaza climática inicial.

“Estamos interesados ​​en contextualizar las consecuencias tangibles que fenómenos como el aumento del nivel del mar y los cambios de temperatura y precipitación tienen en los humanos”, dijo Carter Christopher, quien dirige la Sección de Dinámica Humana de ORNL en la Dirección de Ciencias de Seguridad Nacional. “La seguridad humana es una función de la seguridad y la resiliencia de una comunidad, ya sea un condado rural, un pueblo pequeño o una ciudad importante, a nivel nacional o internacional”.

Los investigadores de la Dirección de Ciencias de la Seguridad Nacional y de todo el laboratorio están estudiando la relación entre el cambio climático y la seguridad nacional desde múltiples perspectivas, lo que arroja resultados importantes que los tomadores de decisiones pueden utilizar para diseñar estrategias sobre la mejor manera de proteger a las personas antes de que terminen en situaciones peligrosas.

Evaluar el riesgo y la resiliencia

Bandana Kar, quien lidera el Grupo de Caracterización del Entorno Construido de ORNL, o BEC, Group, se enfoca en examinar y pronosticar el riesgo y la resiliencia de las ciudades y los sistemas de infraestructura crítica de la nación. Utilizando conceptos y tecnologías de la ciencia de la información geográfica, incluida la teledetección satelital, el modelado geoespacial y los conjuntos de datos, y la ciencia computacional, el equipo de Kar evalúa e identifica los factores de riesgo presentes en las comunidades y ciudades, así como el acceso a recursos como la energía en esas áreas, que es crucial para la resiliencia y la recuperación ante desastres.

Los resultados del Modelo de modelos (un modelo de conjunto) entrenado en modelos hidrológicos casi en tiempo real y resultados de observación de la tierra revelaron qué regiones de África tenían más probabilidades de sufrir inundaciones graves en 2020. Crédito: NASA y Pacific Disaster Center

Debido a que los sistemas de infraestructura crítica de la nación están interconectados, preocupaciones aparentemente no relacionadas, como el aumento de los costos de envío y el suministro limitado de gasolina u otras fuentes de combustible, podrían afectar las cadenas de suministro y las comunidades que dependen de ellas.

Tener acceso a conjuntos de datos geoespaciales e información de conciencia de la situación antes de que ocurra un desastre permite a los administradores de emergencias planificar evacuaciones u otras medidas de mitigación según sea necesario. El grupo BEC genera conjuntos de datos de infraestructura crítica y desarrolla modelos y algoritmos adaptados a comunidades y escenarios específicos para ayudar a pronosticar los impactos climáticos y prevenir pérdidas económicas, así como lesiones y muertes.

El proyecto Global Flood Modeling and Alerting proporciona información sobre las áreas de Asia que pueden necesitar prepararse para inundaciones disruptivas en 2021, con niveles de riesgo que van desde un aviso (amarillo) hasta un reloj (naranja) y una advertencia (rojo). Crédito: NASA y Pacific Disaster Center

“Estamos analizando la resiliencia desde las dimensiones físicas, socioculturales y tecnológicas”, dijo Kar. “Evaluar las condiciones físicas de la infraestructura en el contexto de las condiciones climáticas y los factores socioculturales nos permite estudiar cómo estos factores cambian y afectan a las personas en diferentes escenarios en un lugar determinado”.

Actualmente, Kar está estudiando cómo los eventos hidrometeorológicos afectan a las personas y la infraestructura energética a lo largo del tiempo. Junto con sus colaboradores, identifica los puntos débiles potenciales a lo largo de la cadena de suministro de energía, donde las interrupciones inesperadas durante los eventos climáticos extremos podrían provocar cortes de energía.

Kar también es parte de la Modelado y alerta de inundaciones globales proyecto, que está financiado por el programa de desastres de la NASA. Utilizando algoritmos que combinan modelos hidrológicos y conjuntos de datos de teledetección, el equipo del proyecto pronostica la gravedad de las inundaciones e identifica regiones en todo el mundo que tienen una alta probabilidad de sufrir inundaciones en función de eventos climáticos anteriores y niveles de precipitación típicos.

Este estudio genera alertas de gravedad de inundaciones que se difunden internacionalmente a los residentes y a los responsables políticos a través de DesastreAWARE, una plataforma creada por investigadores de la Universidad de Hawaii que tiene 2 millones de usuarios y proporciona pronósticos diarios para más de 15 tipos de eventos climáticos.

Como parte de los proyectos de Conciencia Situación-Temporal para Sistemas Integrados de Petróleo y Gas Natural y Restauración de Cortes de Energía por Interrupciones Climáticas Severas en un área amplia financiados por la Oficina de Ciberseguridad, Seguridad Energética y Respuesta a Emergencias del DOE, o CESER, Kar contribuye al desarrollo de modelos y simulaciones que ayuden a estimar el tiempo necesario para restaurar la energía después de un evento climático extremo, así como la duración de la disponibilidad de combustible líquido en las estaciones de servicio en las rutas de evacuación y en toda la cadena de suministro. Estos proyectos contribuyen al programa de CESER de Medio Ambiente para el Análisis de la Información Energética Geolocalizada.

Modelado de la población a una escala sin precedentes

Los científicos del Grupo de Geografía Humana de ORNL aplican la ciencia de datos geográficos y métodos computacionales para comprender mejor la distribución y la dinámica de las poblaciones de todo el mundo. Las tendencias históricas y actuales de la población basadas en distribuciones demográficas y comportamientos relacionados con la movilidad humana durante el día y la noche proporcionan una línea de base para las comunidades en riesgo de enfrentar peligros ambientales.

“El Grupo de Geografía Humana está en una posición única para abordar la seguridad humana global a través de nuestro modelado e investigación de población escalable para exponer las desigualdades y vulnerabilidades actuales y futuras en todo el panorama humano”, dijo la líder del grupo Marie Urban. “Nuestro objetivo es continuar liderando la investigación sobre la dinámica de la población, no solo en apoyo de la misión de seguridad nacional del DOE, sino también en apoyo de la comunidad humanitaria, los responsables políticos y las partes interesadas en el desarrollo de un futuro más sostenible”.

ORNL’s LandScan El programa de modelado de población, que está financiado por la Agencia Nacional de Inteligencia Geoespacial, se basa en los datos del censo de EE. UU. para proporcionar una imagen más detallada de las poblaciones en áreas residenciales, edificios de oficinas, escuelas y otros destinos comunes para los viajeros. Los investigadores de LandScan desarrollan algoritmos para evaluar los movimientos de población basados ​​en horarios diarios, así como patrones de migración a largo plazo.

Estos algoritmos modelan la actividad humana, teniendo en cuenta diferentes factores socioculturales, económicos y demográficos en todo el mundo que influyen en la ubicación de las personas a lo largo del día. Los diversos patrones en todo el paisaje, en particular los cambios que ocurren entre el día y la noche, se capturan en LandScan para proporcionar una mejor comprensión de la distribución de la población. El análisis de estas rutinas ayuda a los investigadores a estudiar cómo las poblaciones no advertidas en el hogar, en el trabajo, en el aula y en cualquier otro lugar de una ciudad determinada se enfrentarían a las amenazas de seguridad repentinas causadas por la rápida aparición de un desastre climático.

“LandScan fue diseñado para ayudar a los gobiernos y científicos a planificar con anticipación y estudiar los impactos potenciales de desastres naturales, como huracanes, tsunamis, terremotos y deslizamientos de tierra, y desastres tecnológicos, como derrames de petróleo”, dijo Amy Rose, directora del programa LandScan. “Por ejemplo, algunos de nuestros usuarios federales integran conjuntos de datos de LandScan con pistas y pronósticos de huracanes, así como otros datos de infraestructura crítica, para proporcionar a los responsables de la formulación de políticas estimaciones de cómo afectará el huracán a la población residencial y la economía de una comunidad”.

El equipo de LandScan también examina cómo el aumento del nivel del mar y otros fenómenos pueden alterar el crecimiento de la ciudad y la topología costera a largo plazo.

Construyendo hacia la energía y la justicia ambiental

Utilizando el marco UrbanPop, el investigador Joe Tuccillo desarrolla recreaciones de alta resolución de la composición social de los grupos de bloques del Censo que contienen entre 600 y 3000 personas. Estos datos pueden ayudar a los defensores de la energía y la justicia climática a identificar vecindarios y comunidades que pueden carecer de acceso a fuentes de energía limpia o que se vean perjudicados de manera desproporcionada por desastres naturales y otras consecuencias ambientales y de seguridad nacional del cambio climático a lo largo del tiempo.

UrbanPop, que ha recibido fondos a través del programa de Investigación y Desarrollo Dirigido por Laboratorios de ORNL y del Laboratorio Nacional de Biotecnología Virtual del DOE, utiliza respuestas de encuestas de muestra proporcionadas por la Encuesta de la Comunidad Estadounidense de la Oficina del Censo de EE. UU. Para estimar la composición de estos grupos. Estos datos permiten a los investigadores estudiar las características demográficas generales y las tendencias de comportamiento de las personas en diferentes áreas geográficas, información que se puede utilizar para evaluar el riesgo y la preparación de un grupo para las amenazas relacionadas con el clima, al tiempo que se preserva la privacidad de los encuestados individuales.

“El objetivo es crear representaciones agregadas de cómo son las comunidades en términos de comportamiento y demografía individual, que brinden información sobre los patrones de actividad colectiva”, dijo Tuccillo.

La científica investigadora Christa Brelsford se centra en las interacciones entre el ser humano y el medio ambiente desde otro ángulo. Ella modela cómo la ubicación y la disposición de los edificios en el año 2050 afectarán los factores ambientales como la temperatura, la humedad y la velocidad del viento en todo el mundo.

Ella está particularmente interesada en aprender cómo estos cambios pueden influir en la vida diaria, especialmente para las comunidades ubicadas en áreas económicamente y físicamente desfavorecidas que pueden ser más susceptibles a las inundaciones, la contaminación del aire y otros peligros ambientales.

“Es importante para nosotros considerar que las peores implicaciones de todos estos efectos climáticos adversos probablemente las sentirán las personas que ya son las más vulnerables”, dijo Brelsford.

Además de desarrollar nuevos marcos de modelado integrados, Brelsford está examinando las proyecciones de población existentes para determinar la huella ambiental de las principales ciudades dentro de más de 30 años.

La afluencia esperada de millones de nuevos residentes a ciudades de todo el mundo tendrá numerosas consecuencias, incluidos cambios significativos en el “microclima” de cada ubicación. Estos fenómenos a pequeña escala pero potencialmente devastadores podrían incluir olas de calor e islas de calor urbano, que ocurren cuando las ciudades soportan temperaturas más altas que las áreas circundantes debido a la prevalencia de estructuras manufacturadas que absorben más calor que las superficies naturales.

La investigación de Brelsford está respaldada por el proyecto Integrated Multisector Multiscale Modeling, que está financiado por el área del programa MultiSector Dynamics en la oficina de Investigación Biológica y Ambiental del DOE.

A través de estos esfuerzos de investigación, Christopher, Kar, Urban, Rose, Tuccillo, Brelsford y muchos otros en ORNL tienen como objetivo proporcionar a los líderes de todos los niveles los datos y la información que necesitan para mitigar las amenazas ambientales y tomar decisiones informadas sobre seguridad nacional, tanto a nivel nacional como internacional. .

UT-Battelle administra el Laboratorio Nacional de Oak Ridge para la Oficina de Ciencias del DOE, el mayor patrocinador de la investigación básica en ciencias físicas en los Estados Unidos. La Oficina de Ciencias del DOE está trabajando para abordar algunos de los desafíos más urgentes de nuestro tiempo. Para más información visite https://energy.gov/science.– Elizabeth Rosenthal

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