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GCRI · Ciência de sistemas e modelagem

Modelação de sistemas acoplados

Water, energy, food, health, the economy and infrastructure depend on each other, so models of one system miss effects that arrive through the others. Coupled modelling links models so that drought can reduce hydropower, raise food prices and strain health services in one simulation. This page sets out how coupled models are built, where coupling introduces error, and what evidence serves the institutions that use integrated assessments.

01Registrar

Coupled systems modelling on the record.

02A pergunta

Coupled systems modelling: how the risk develops.

Linking water, energy, food, health and infrastructure models without hiding assumptions. The dossier below sets out how the risk develops, what is measured, where the data come from, how it is modelled and who decides.

Mecanismo

Feedbacks cross boundaries

Effects travel between sistemas and sometimes return, as when water scarcity raises energy demand for pumping, which raises water demand for cooling.

Mecanismo

Scales and units must match

Coupled models must reconcile different time steps, spatial resolutions and units. Mismatches create artefacts that look like results.

Mecanismo

Interfaces carry assumptions

What passes between models, and how often, is a modelling choice. Loose coupling is simpler; tight coupling captures feedback but is harder to test.

Mecanismo

Uncertainty compounds

Uncertainty in each component propagates through the chain, so coupled results can be more uncertain than any single model.

03Geografia

Perigos e exposição na América do Norte.

Densidade populacional, águas de inundação e luzes noturnas sobre a América do Norte, a partir do NASA GIBS. Cada camada traz sua própria data.

O mapa interativo requer JavaScript. A lista de camadas e as fontes estão abaixo.

Camadas 3

Perigos e exposição, para esta página

Sobre esta camada
Evidências
Estimado
Fonte
Gridded Population of the World v4.11 (NASA SEDAC (CIESIN, Universidade Columbia))
Fornecedor
NASA SEDAC (CIESIN, Universidade Columbia)
Licença
CC BY 4.0
Ano de referência
null; estimativa baseada em censo, estática (2020)
Resolução
grade de cerca de 1 km
Incerteza
Estimativa baseada em censos de pessoas por quilômetro quadrado em 2020, exibida como contexto de exposição; não é uma contagem de pessoas afetadas por qualquer ameaça.
Acessado por meio de
gibs.earthdata.nasa.gov, somente depois que você permitir o mapa ao vivo
Sobre esta camada
Evidências
Observado (as nuvens deixam lacunas)
Fonte
Produto VIIRS de inundações globais (NASA LANCE)
Fornecedor
NASA LANCE
Licença
Dados abertos da NASA
Ano de referência
diário; detecção por satélite; as nuvens deixam lacunas
Mais recentes na compilação
2026-10-14
Resolução
grade de cerca de 250 m
Incerteza
Detecção por satélite; as nuvens deixam lacunas. Raster de satélite ou de modelo como o provedor o publica. Nuvens, lacunas de faixa e erro de recuperação deixam lacunas e ruído; os valores são indicadores, não medições em um local.
Acessado por meio de
gibs.earthdata.nasa.gov, somente depois que você permitir o mapa ao vivo
Sobre esta camada
Evidências
Observado
Fonte
VIIRS Black Marble (VNP46A2) (NASA LAADS DAAC)
Fornecedor
NASA LAADS DAAC
Licença
Dados abertos da NASA
Ano de referência
diário; radiância de satélite, corrigida para luar e atmosfera
Mais recentes na compilação
2026-10-12
Resolução
grade de cerca de 500 m
Incerteza
Radiância noturna por satélite na data indicada; as luzes são um indicador indireto do uso de eletricidade e de interrupções, não uma medição de fornecimento ou acesso.
Acessado por meio de
gibs.earthdata.nasa.gov, somente depois que você permitir o mapa ao vivo
Sobre esta camada
Evidências
Observado
Fonte
VIIRS NOAA-20, refletância corrigida (NASA LANCE)
Fornecedor
NASA LANCE
Licença
Dados abertos da NASA
Ano de referência
diário; imagem de satélite
Mais recentes na compilação
2026-10-14
Resolução
grade de cerca de 250 m
Incerteza
Imagem de satélite. Raster de satélite ou de modelo como o provedor o publica. Nuvens, lacunas de faixa e erro de recuperação deixam lacunas e ruído; os valores são indicadores, não medições em um local.
Acessado por meio de
gibs.earthdata.nasa.gov, somente depois que você permitir o mapa ao vivo
Sobre esta camada
Evidências
Modelado (último ano publicado pelo GIBS)
Fonte
MODIS Terra e Aqua, cobertura do solo (MCD12Q1) (NASA LP DAAC)
Fornecedor
NASA LP DAAC
Licença
Dados abertos da NASA
Ano de referência
anual; classificação por satélite; último ano publicado pelo GIBS
Mais recentes na compilação
2024-01-01
Resolução
grade de cerca de 500 m
Incerteza
Classes de cobertura do solo por satélite para o ano indicado, incluindo terras cultivadas; uma classificação com erros conhecidos, não um cadastro de propriedades agrícolas.
Acessado por meio de
gibs.earthdata.nasa.gov, somente depois que você permitir o mapa ao vivo
Sobre esta camada
Evidências
Observado (as nuvens e o horário de passagem do satélite deixam lacunas)
Fonte
VIIRS NOAA-20 375 m (FIRMS) (NASA LANCE FIRMS)
Fornecedor
NASA LANCE FIRMS
Licença
Dados abertos da NASA
Ano de referência
diário; detecção por satélite; as nuvens e o horário de passagem do satélite deixam lacunas
Mais recentes na compilação
2026-10-13
Resolução
grade de cerca de 500 m
Incerteza
Detecções por satélite de pontos de calor no dia indicado, incluindo queimas de gás e calor industrial; não é um incêndio confirmado, um relatório de incidente nem um alerta.
Acessado por meio de
gibs.earthdata.nasa.gov, somente depois que você permitir o mapa ao vivo

Mais recente disponível

NASA GIBS / EOSDIS · ASTER GDEM (METI, NASA) · Blue Marble (NASA) · © colaboradores do OpenStreetMap (ODbL) · Natural Earth

Carregando as imagens mais recentes da NASA.

Arraste para mover. Use Ctrl ou ⌘ e role, o gesto de pinça ou os botões para ampliar. Passe o cursor para ver os valores sob o ponteiro. Redefinir volta à região.

Ameaças e exposição, enquadradas na América do Norte.Produtos de satélite e de modelos como a NASA os publica, cada um com sua própria data. São indicadores, não avaliações de nenhum lugar.

Dados: NASA GIBS · ASTER GDEM · Blue Marble · © colaboradores do OpenStreetMap · Natural Earth · NASA EONET · U.S. Geological Survey · NASA JPL OPERA DIST-ALERTFontes e licenças

  • We acknowledge the use of imagery provided by services from NASA’s Global Imagery Browse Services (GIBS), part of NASA’s Earth Science Data and Information System (ESDIS). Colours redrawn from the published colour map; values averaged into hexagonal cells where shown (modified). Dados abertos da NASA
  • We acknowledge the use of imagery provided by services from NASA’s Global Imagery Browse Services (GIBS), part of NASA’s Earth Science Data and Information System (ESDIS). Colours redrawn from the published colour map; values averaged into hexagonal cells where shown (modified). Dados abertos da NASA
  • Center for International Earth Science Information Network (CIESIN), Columbia University. 2018. Gridded Population of the World, Version 4 (GPWv4): Population Density, Revision 11. NASA Socioeconomic Data and Applications Center (SEDAC). Com licença CC BY 4.0. Cores redesenhadas a partir da paleta publicada; valores com média em células hexagonais quando mostrados (modificado). doi:10.7927/H49C6VHW. CC BY 4.0
  • Produtos VIIRS em tempo quase real (cheias, temperatura da superfície terrestre, cobertura de neve, refletância corrigida), NASA LANCE; imagens através da NASA GIBS. Cores redesenhadas a partir do mapa de cores publicado; valores agregados em células hexagonais onde apresentados (modificado). Dados abertos da NASA
  • Luzes noturnas VIIRS Black Marble, NASA Goddard Space Flight Center; distribuídas pelo NASA Level-1 and Atmosphere Archive and Distribution System (LAADS DAAC); imagens através da NASA GIBS. Cores redesenhadas a partir do mapa de cores publicado; valores agregados em células hexagonais onde apresentados (modificado). Dados abertos da NASA
  • Produtos terrestres MODIS (índices de vegetação, produção primária bruta, ocupação do solo), NASA LP DAAC e LANCE; imagens através da NASA GIBS. Cores redesenhadas a partir do mapa de cores publicado; valores agregados em células hexagonais onde apresentados (modificado). Dados abertos da NASA
  • Fire Information for Resource Management System (FIRMS) da NASA, produto de incêndios ativos VIIRS 375 m, NASA LANCE; mosaicos vetoriais através da NASA GIBS. Cores redesenhadas a partir do mapa de cores publicado; valores agregados em células hexagonais onde apresentados (modificado). Dados abertos da NASA
  • O ASTER GDEM é um produto do METI e da NASA (ASTER Global Digital Elevation Model V003, NASA LP DAAC); imagens através da NASA GIBS. Cores redesenhadas a partir do mapa de cores publicado; valores agregados em células hexagonais onde apresentados (modificado). Citar como: NASA/METI/AIST/Japan Spacesystems and U.S./Japan ASTER Science Team (2019). ASTER Global Digital Elevation Model V003. doi:10.5067/ASTER/ASTGTM.003. Dados abertos da NASA
  • Feito com Natural Earth. Dados cartográficos vetoriais e matriciais gratuitos em naturalearthdata.com. Domínio público
  • © Colaboradores do OpenStreetMap (ODbL), via NASA GIBS (costas, limites, estradas e nomes de locais). Cores redesenhadas a partir do mapa de cores publicado; valores com média em células hexagonais onde apresentados (modificado). ODbL
  • Blue Marble, NASA Earth Observatory; imagens através da NASA GIBS. Cores redesenhadas a partir do mapa de cores publicado; valores agregados em células hexagonais onde apresentados (modificado). Dados abertos da NASA
  • Contexto no globo e no mapa plano: litorais, fronteiras, estradas e nomes de lugares das camadas de referência da NASA GIBS (dados do OpenStreetMap, ODbL, © colaboradores do OpenStreetMap). Imagens Blue Marble como base opcional. Terreno 3D e leitura de elevação a partir do índice de cores de elevação do ASTER GDEM (classes de 5 m a 200 m, exageradas para facilitar a leitura). As fronteiras são desenhadas como publicadas e não implicam posição sobre nenhum território.
  • Eventos ao vivo: NASA Earth Observatory Natural Event Tracker (EONET). Os eventos são indicativos e mantêm os links para suas fontes originais.
  • Ao vivo: NASA EONET. Os eventos são indicativos, não alertas de autoridades.
  • Ao vivo: U.S. Geological Survey. Os eventos são indicativos, não alertas de autoridades.
  • Observed (EO): NASA JPL OPERA DIST-ALERT (contains modified Copernicus Sentinel data 2026). We acknowledge the use of imagery provided by services from NASA’s Global Imagery Browse Services (GIBS), part of NASA’s Earth Science Data and Information System (ESDIS).
  • NASA GIBS: We acknowledge the use of imagery provided by services from NASA’s Global Imagery Browse Services (GIBS), part of NASA’s Earth Science Data and Information System (ESDIS).
  • Previsão de vazão fluvial, 30 dias com intervalo (GloFAS via Open-Meteo): contém informações modificadas do Copernicus Emergency Management Service 2026. Não é um alerta de inundação.
  • Dados meteorológicos por Open-Meteo.com (https://open-meteo.com/), licenciados sob CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).
  • As camadas opcionais (11 fontes na lista de camadas: ao vivo, previsão, observadas e contexto) mostram o crédito do fornecedor no mapa e aqui quando ativadas; as previsões são saídas de modelos e os índices derivados são estimativas.

Camadas e datas

  • Densidade populacional, 2020: População: CIESIN, Columbia University, Gridded Population of the World v4.11 (2018), NASA SEDAC, CC BY 4.0 · estático
  • Água de inundação, composto de 3 dias: VIIRS Global Flood Product, NASA LANCE · 14 out. 2026
  • Luzes noturnas, diárias: VIIRS Black Marble (VNP46A2), NASA LAADS DAAC · 12 out. 2026
  • Cor verdadeira: reflectância corrigida VIIRS NOAA-20, NASA LANCE · 13 out. 2026
  • Tipo de cobertura do solo (IGBP), anual: MODIS Terra e Aqua cobertura do solo (MCD12Q1), NASA LP DAAC · 2024
  • Focos de incêndio ativos e anomalias térmicas: VIIRS NOAA-20 375 m (FIRMS), NASA LANCE FIRMS · 13 out. 2026

04Em todos os domínios

Coupled models are how the domains are joined in analysis.

05Simulador de gêmeo e cascata

Model coupled systems modelling as a system. Run the cascade.

Assembled from the Nexus Standards area profile Normas sobre ameaças compostas e em cascata: the hazards it names, the sistemas and sectors that carry the loss, the controls that dampen it and the data that observe it. Choose the components, pick an initiating hazard and step through the cascade. The Map view places the run on an example geography with open data. Every coupling weight is a stated assumption you can change. A teaching model, not a forecast, an assessment or a certification. To model a place of your own choosing, open the full Construtor de sistemas.

Ameaças

Controles

  • NS-0 Constituição e princípios
  • NS-3 UNIs de registros de risco (gramática, correspondência legada, autoridade de atribuição)
  • NS-9 UNIs contextuais (implantações, instâncias, instâncias de programa)
  • NS-11 Verificação e monitoramento (evidências, atestações, observação da conformidade de confiança zero)
  • NRS-H61 Família de perigos: falha em cascata (NHS-1 sys.cascade)
  • NRS-H62 Família de ameaças: eventos compostos e multiameaças (NHS-1 sys.compound)
  • NRS-H60 Família de ameaças: perturbação de cadeias de abastecimento e fluxos (NHS-1 sys.supply-chain)
  • NRS-H94 Família de perigos: eventos cibernéticos sistémicos (NHS-1 cyber.systemic-cyber)
  • NRS-H107 Família de perigos: concentração e monocultura da infraestrutura digital (NHS-1 tech.digital-concentration)
  • NRS-H7 Família de ameaças: anomalias da circulação de grande escala (NHS-1 atmo.climate-mode)

Observação

  • Copernicus EMS rapid mapping activations (listed for reference)
  • OpenStreetMap planet and replication (listed for reference)
  • ERA5 reanalysis (Copernicus Climate Data Store) (listed for reference)
  • Perdas econômicas diretas atribuídas a desastres em relação ao PIB mundial
  • Number of disruptions to basic services attributed to disasters

Geografia de exemplo

  • Bangladesh: 134 células hexagonais
  • Luzes noturnas desta noite, apagões (VIIRS Day/Night Band), NASA GIBS
  • Carbon monoxide, smoke transport (AIRS), NASA GIBS
  • Vegetation disturbance alerts, 30 m (OPERA DIST-ALERT), NASA GIBS
06Indicadores

O que é medido e com que qualidade.

Cada indicador leva sua unidade, sua periodicidade, o tipo de fonte por trás dele e a etiqueta de evidência que um valor levaria. Nenhum valor é mostrado: um programa os fornece sob sua própria autoridade.

IndicadorUnidadeCadênciaTipo de fonteRótulo
Components coupledcount of models in a coupled systemper configurationModel documentationDECLARADO
Coupling frequencyexchanges per simulated periodper configurationModel documentationDECLARADO
Conservation error at interfacesimbalance of mass or energypor execuçãoModel diagnosticsMODELADO
Coupled uncertainty rangerange of outputsper experimentEnsemble runsMODELADO
Feedbacks representedcount by typeper configurationModel documentationDECLARADO
Validation of coupled outputserror against observationsper evaluationValidation studiesESTIMADO
07Métodos e evidência

How coupled systems modelling is modelled, measured and tested.

O modelo, os seus pressupostos, os seus dados e a sua incerteza, na forma que um cientista ou engenheiro verificaria. As estruturas seguem métodos publicados. Os valores representados são ilustrativos, não conclusões.

Modelo, equações e pressupostos

The model structure used for coupled systems modelling, the assumptions it makes and how each is tested.

Risco do elemento iRi = f(Hi, Ei, Vi, Ci)ameaça, exposição, vulnerabilidade e capacidade de enfrentamento
Perda anual esperadaEAL = ∑k pk · Lksobre os eventos k com probabilidade anual pk
Sistemas acopladosxt+1 = A xt + B ut + εtA carries the couplings, u the shock, ε the error
PressupostoPorque é feitoComo é testado
A ameaça e a exposição são independentes dentro de um eventoMantém tratável o integral de perdasComparar com um ajuste de cópula sobre registros conjuntos
Os acoplamentos são lineares perto do ponto de funcionamentoPermite que os choques se propaguem através de APerturbar para além do intervalo linear e comparar
As curvas de vulnerabilidade transferem-se entre lugaresAs curvas locais raramente estão disponíveisValidar face às perdas observadas quando existam
Entradas
conjuntos de dados versionados com proveniência
Resultados
distribuições, nunca números isolados
Código
publicado com a ficha de modelo e os testes
Reprodução
mesmos dados, código, ambiente e semente
Formulações padrão de risco e de espaço de estados; os pressupostos listados são típicos do método, indicados para revisão, não resultados.
Princípios orientadores FAIR · GO FAIR e FORCE11W3C PROV · World Wide Web ConsortiumOrientação sobre o tratamento consistente das incertezas · IPCCCEOS Analysis Ready Data · Committee on Earth Observation Satellites
08Fontes

De onde vêm as evidências.

Conjuntos de dados públicos nomeados e registros institucionais, cada um com sua classe de licença. As fontes obtidas por acordo só são usadas nos seus termos e nunca são republicadas.

FonteO que ofereceClasse de licença
Integrated assessment model documentation (IAMC wiki)Structure and assumptions of integrated assessment modelsPublic, terms to check
ISIMIP cross-sectoral simulationsLinked impact model resultsOpen, licence per dataset (to check)
Coupling frameworks such as OASIS, BMI and preCICE documentationTechnical standards for linking modelsOpen source, licence per project
Water-energy-food nexus modelling literatureApproaches and case studiesLicence per publication
National integrated planning models where publishedApplied coupled modelsLicence per publisher
09Decisões

Quem decide, e a que servem as evidências.

sistemas Science and Modelling prepares evidence. The decisions below are taken by the authorities named, under their own rules, and never by the platform.

Quem decideA perguntaEvidências a que esta página serve
Planning ministries and integrated assessment teamsWhich interactions to represent in national scenariosCoupling designs; comparisons
Modelling groupsHow to link models soundlyInterface checks
Users of integrated scenariosHow much to trust coupled resultsUncertainty analyses

Produtos que este tema gera

  • Coupling designs for cross-sector scenarios
  • Interface and conservation checks
  • Coupled uncertainty analyses
  • Comparisons of coupled and uncoupled results
10Questões centrais

What experts ask about coupling.

  • Which interactions between sistemas matter enough to represent explicitly?
  • How are differences in time step, spatial resolution and units reconciled?
  • Is the coupling one-way, with outputs passed downstream, or two-way, with feedback?
  • How does uncertainty propagate across coupled models?
  • Which assumptions in one model constrain another, and are they visible?
11Mecanismos e fatores

Why coupling is difficult.

Each sector model is built for its own purpose. A hydrological model may run daily on river basins; a power system model may run hourly on grid nodes; an economic model may run annually on national sectors. Coupling them requires translating between scales, which involves aggregation and disaggregation choices that can change results.

Feedbacks matter. In a two-way coupling, reduced river flow lowers power output, which changes electricity prices, which changes water pumping demand. One-way couplings miss such loops; two-way couplings are harder to build and to stabilise numerically.

Assumptions travel silently. A demand projection embedded in one model becomes a hidden constraint on another. Without documentation, users of the coupled system may not know which assumptions drive the result.

12Métodos e dados

Métodos e seus limites.

  1. 01

    Soft and hard coupling

    Exchanging outputs between separate models, or integrating them in one framework. Hard coupling is more consistent but less flexible.

  2. 02

    Scale bridging

    Aggregation, downscaling and interpolation between resolutions. Each step adds error.

  3. 03

    Interface standards

    Shared data formats and variable definitions, drawing on engenharia de sistemas.

  4. 04

    Coupled uncertainty analysis

    Propagating uncertainty through the chain, using quantificação da incerteza. Computationally demanding.

Coupled models can show interactions that single models miss, but their complexity makes errors harder to detect. Results state which couplings were represented and which were not.

14Where this page’s references

Where this page’s references lead.

Os organismos e documentos à luz dos quais esta página é lida. O estado e as edições mudam; cada ligação leva ao organismo emissor.

15Perguntas

Perguntas e respostas.

What is a coupled model?
A set of models linked so that outputs of one become inputs to others during a simulation, representing interactions between systems.
What is the water-energy-food nexus?
The interdependence of water, energy and food systems, where decisions in one affect the others.
Why not build one large model?
Because specialised models capture each system better. Coupling them keeps that expertise while representing interactions, at the cost of interface complexity.
Should every model be coupled to every other?
No. Coupling adds complexity and error. Only interactions that matter for the question should be represented.
What is the difference between soft and hard coupling?
Soft coupling passes outputs between separate models; hard coupling integrates them in one framework with consistent equations.
How are hidden assumptions avoided?
Through documentation of each component’s assumptions and interfaces, and through sensitivity tests on the coupled system.
Does the platform maintain a coupled model?
Not yet. Its designed work is to document coupling methods and run intercomparisons.
RelatóriosContribuir

Contribua com evidências a partir desta página.

Relatórios is the Consortium’s quarterly publication. What you know about this subject can become evidence, a case or a correction in the next edition, credited to you and published under CC BY 4.0 where it is your own work.

GCRICiência de sistemas e modelagemMétodos e documentos técnicosCenários e testes de estresse
Ciência de sistemas e modelagem

Traga um método, um conjunto de dados ou uma pergunta.

A informação e os pedidos estão abertos hoje. Um pedido recebe uma referência e indica o próximo passo; candidaturas, pagamentos, alocações de computação e registros só abrem quando existem a equipa, os termos e a capacidade de revisão.