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.
Coupled systems modelling on the record.
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.
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.
Scales and units must match
Coupled models must reconcile different time steps, spatial resolutions and units. Mismatches create artefacts that look like results.
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.
Uncertainty compounds
Uncertainty in each component propagates through the chain, so coupled results can be more uncertain than any single model.
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
Teclado, com o mapa em foco
Mantenha Ctrl ou ⌘ pressionada e role para ampliar
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
Coupled models are how the domains are joined in analysis.
Coupled analyses are designed for the Série Cenários e Testes de Estresse. Linking models multiplies uncertainty; results are reported as scenario evidence.
- Coupling interface specifications.
- Coupled model evaluations.
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
- Natech event
- Chemical spill or leak (desencadeado a jusante)
- Emergency-response overload (desencadeado a jusante)
- Toxic gas release (set off downstream)
- Industrial fire (set off downstream)
Sistemas e acoplamentos
Controles
NS-0Constituição e princípiosNS-3UNIs de registros de risco (gramática, correspondência legada, autoridade de atribuição)NS-9UNIs contextuais (implantações, instâncias, instâncias de programa)NS-11Verificação e monitoramento (evidências, atestações, observação da conformidade de confiança zero)NRS-H61Família de perigos: falha em cascata (NHS-1 sys.cascade)NRS-H62Família de ameaças: eventos compostos e multiameaças (NHS-1 sys.compound)NRS-H60Família de ameaças: perturbação de cadeias de abastecimento e fluxos (NHS-1 sys.supply-chain)NRS-H94Família de perigos: eventos cibernéticos sistémicos (NHS-1 cyber.systemic-cyber)NRS-H107Família de perigos: concentração e monocultura da infraestrutura digital (NHS-1 tech.digital-concentration)NRS-H7Família 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
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.
| Indicador | Unidade | Cadência | Tipo de fonte | Rótulo |
|---|---|---|---|---|
| Components coupled | count of models in a coupled system | per configuration | Model documentation | DECLARADO |
| Coupling frequency | exchanges per simulated period | per configuration | Model documentation | DECLARADO |
| Conservation error at interfaces | imbalance of mass or energy | por execução | Model diagnostics | MODELADO |
| Coupled uncertainty range | range of outputs | per experiment | Ensemble runs | MODELADO |
| Feedbacks represented | count by type | per configuration | Model documentation | DECLARADO |
| Validation of coupled outputs | error against observations | per evaluation | Validation studies | ESTIMADO |
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.
Ri = f(Hi, Ei, Vi, Ci)ameaça, exposição, vulnerabilidade e capacidade de enfrentamentoEAL = ∑k pk · Lksobre os eventos k com probabilidade anual pkxt+1 = A xt + B ut + εtA carries the couplings, u the shock, ε the error| Pressuposto | Porque é feito | Como é testado |
|---|---|---|
| A ameaça e a exposição são independentes dentro de um evento | Mantém tratável o integral de perdas | Comparar com um ajuste de cópula sobre registros conjuntos |
| Os acoplamentos são lineares perto do ponto de funcionamento | Permite que os choques se propaguem através de A | Perturbar para além do intervalo linear e comparar |
| As curvas de vulnerabilidade transferem-se entre lugares | As curvas locais raramente estão disponíveis | Validar 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
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.
| Fonte | O que oferece | Classe de licença |
|---|---|---|
| Integrated assessment model documentation (IAMC wiki) | Structure and assumptions of integrated assessment models | Public, terms to check |
| ISIMIP cross-sectoral simulations | Linked impact model results | Open, licence per dataset (to check) |
| Coupling frameworks such as OASIS, BMI and preCICE documentation | Technical standards for linking models | Open source, licence per project |
| Water-energy-food nexus modelling literature | Approaches and case studies | Licence per publication |
| National integrated planning models where published | Applied coupled models | Licence per publisher |
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 decide | A pergunta | Evidências a que esta página serve |
|---|---|---|
| Planning ministries and integrated assessment teams | Which interactions to represent in national scenarios | Coupling designs; comparisons |
| Modelling groups | How to link models soundly | Interface checks |
| Users of integrated scenarios | How much to trust coupled results | Uncertainty 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
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?
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.
Métodos e seus limites.
- 01
Soft and hard coupling
Exchanging outputs between separate models, or integrating them in one framework. Hard coupling is more consistent but less flexible.
- 02
Scale bridging
Aggregation, downscaling and interpolation between resolutions. Each step adds error.
- 03
Interface standards
Shared data formats and variable definitions, drawing on engenharia de sistemas.
- 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.
Como é estudado e o que os métodos não podem dizer.
- 01Engenharia de sistemasRequisitos para modelos de decisão · Controle de interfaces para modelos acopladosAplicado aqui
- 02Sistemas complexos e modelagem baseada em agentesNormas para modelos baseados em agentes · Análise de retroalimentação e de pontos de inflexão · Indicadores de alerta precoceAplicado aqui
- 03Quantificação da incerteza e validação de modelosOrçamentos de incerteza · Modelos substitutos para simulações dispendiosas · Avaliação da credibilidadeAplicado aqui
- 04Computação de alto desempenho, em nuvem e de bordaDesenho de conjuntos de simulações dentro do orçamento · Orquestração de fluxos de trabalho · Ambientes reproduzíveisAplicado aqui
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.
Perguntas e respostas.
What is a coupled model?
What is the water-energy-food nexus?
Why not build one large model?
Should every model be coupled to every other?
What is the difference between soft and hard coupling?
How are hidden assumptions avoided?
Does the platform maintain a coupled model?
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.
- E-mailPortal GW-GCRIEnvie desta páginaEvidência, uma correção, um caso, um método, uma revisão, uma tradução ou uma contribuição ao perfil. Chega marcada com esta página, de modo que o editor responsável a receba.
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Nunca envie dados pessoais, detalhes sensíveis de infraestrutura nem nada que você não tenha o direito de compartilhar. Uma contribuição é revisada antes do uso. Enviá-la não confere autoria nem direitos editoriais, e o patrocínio nunca compra uma constatação.
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.
Documentos jurídicos.
Os mapas, dados e números deste site são apresentados como contexto e informação geral. Não são aconselhamento, previsões nem avisos; os limites da informação estão expostos nos Avisos legais e nos Avisos sobre dados.