GCRI · Ciência de sistemas e modelagem
Redes e cascatas
Many systemic risks travel along networks: supply chains, power grids, financial exposures, transport and contact networks. Network models represent who is connected to whom and simulate how a failure or infection spreads. This page sets out how networks are built and analysed, how cascade models work and fail, and what evidence serves the institutions that use network analysis to manage interconnected risk.
Como decorre o trabalho.
Executor de modelos acoplados
Networks and cascades · Coupled model A · Scenario set 3
Grafo de acoplamento de modelos
nós: modelos · arestas: variáveis trocadas
Componentes acoplados
| Hidrologia | 1 day | escoamento | Sim |
| Sistema elétrico | 1 h | demanda, interrupções | Sim |
| Economia | 1 trimestre | produção, preços | Parcial |
| População | 1 year | exposição | Sim |
Saída do conjunto
Fig.Coupled model runner: example names and illustrative values, not a record or a live system.
Networks and cascades: how the risk develops.
Ciência de redes para a dependência, o contágio e a falhas em cascata. The dossier below sets out how the risk develops, what is measured, where the data come from, how it is modelled and who decides.
Structure shapes spread
Highly connected nodes, short paths and clusters determine how fast and far a cascade travels. The same shock spreads differently on different structures.
Thresholds and load matter
Nodes fail when stress exceeds a threshold, and failed nodes shift load to neighbours, which can trigger further failures.
Missing links distort results
Real networks are rarely fully observed. Missing links can make a system look more or less fragile than it is.
Networks are layered
Real sistemas form multilayer networks, such as power and communications, where failures jump between the layers.
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
- 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
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
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
- 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
- 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
- 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
- Focos de incêndio ativos e anomalias térmicas: VIIRS NOAA-20 375 m (FIRMS), NASA LANCE FIRMS · 13 out. 2026
- Tipo de cobertura do solo (IGBP), anual: MODIS Terra e Aqua cobertura do solo (MCD12Q1), NASA LP DAAC · 2024
Network models trace cascades across domains.
Network studies are designed for the série Risco e resiliência sistêmicos globais. Buldyrev and colleagues (2010) showed abrupt collapse in coupled networks; real sistemas have operators and buffers the theory omits.
- Network datasets under terms.
- Cascade case studies.
Model networks and cascades 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 |
|---|---|---|---|---|
| Network size | nodes and links | per dataset | Network data | OBSERVADO |
| Degree distribution | distribution shape | per dataset | Análise de redes | ESTIMADO |
| Centrality of key nodes | centrality score | per analysis | Análise de redes | ESTIMADO |
| Cascade size in simulation | share of nodes failed | per scenario | Cascade models | MODELADO |
| Data completeness | estimated share of links observed | per dataset | Data assessment | ESTIMADO |
| Interlayer dependencies | contagem | per dataset | Multilayer network data | DECLARADO |
How networks and cascades 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 networks and cascades, 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 |
|---|---|---|
| Published network datasets such as SNAP and Netzschleuder | Benchmark networks for methods testing | Open, licence per dataset |
| Input-output and trade networks (OECD ICIO, BACI) | Economic dependency networks | Public, OECD terms; open, Etalab licence |
| Power grid network models for research | Grid topology datasets | Licence per dataset (to check) |
| NetworkX, igraph and graph-tool | Open-source network analysis software | Open source, BSD and GPL licences |
| Network science literature on cascades | Models and validation studies | Licence per publication |
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 |
|---|---|---|
| Analysts across Nexus platforms | Which network methods suit their dependency data | Construção guides; model comparisons |
| Regulators and operators | How to read network-based risk findings | Sensitivity analyses |
| Data owners | Which links most need to be observed | Missing link sensitivity |
Produtos que este tema gera
- Network construction guides for dependency data
- Cascade model comparisons
- Sensitivity analyses for missing links
- Method notes for platforms using network analysis
What experts ask about networks.
- Which nodes or links, if removed, would cause the largest disruption?
- How does network structure, such as clustering or hubs, affect the spread of failures?
- When do small shocks trigger large cascades?
- How do interdependent networks, such as power and communications, amplify failures?
- How can redundancy and modularity make networks more robust?
How cascades happen.
Network science has shown that many real networks have heterogeneous structures, with a few highly connected hubs. Such networks are robust to random failures but vulnerable to targeted loss of hubs. The same structure that makes them efficient makes them fragile in specific ways.
Cascades occur when a failure overloads neighbours, which then fail in turn. In power grids, a line failure shifts flow to other lines; in finance, a default imposes losses on creditors; in supply chains, a missing part halts downstream production. Whether a shock stays local or spreads depends on load, capacity and connectivity.
Interdependent networks add risk. Power sistemas depend on communications for control, which depend on power. Failures can bounce between networks, producing larger collapses than either network alone would suffer.
Métodos e seus limites.
- 01
Graph metrics
Centrality, connectivity and clustering measures, using ciência de redes. They describe structure but not dynamics.
- 02
Cascade models
Simulating failure propagation with load-redistribution or threshold rules. Results depend on assumed rules.
- 03
Interdependent network models
Coupling networks to study cross-system failure. Data on real interdependencies are scarce.
- 04
Robustness optimisation
Designing redundancy, using optimisation. Trade-offs with cost and efficiency.
Network data are often incomplete or confidential, and stylised models may not capture operational detail.
Como é estudado e o que os métodos não podem dizer.
- 01Ciência de redes e contágioRepresentações comuns de redes · Comparação de modelos de contágio · Análise multicamadasAplicado 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
- 03Probabilidade e estatísticaCalibração bayesiana · Pontuação própria das previsões · Estatística de conjuntosAplicado 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 cascade in network science?
What is a multilayer network?
Why do missing links matter?
Are hubs always a weakness?
Can cascades be prevented?
What data are needed?
Do financial networks behave like power grids?
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.
- ZenodoDepósito abertoDeposite-o e envie à comunidadePublique seu próprio registro no Zenodo com seu ORCID iD e depois envie-o à comunidade Reports ali. Os curadores o revisam; o DOI continua sendo seu.
- RelatóriosGCRIVer todas as formas de contribuirOs tipos de contribuição, como cada um é revisado, o crédito que você recebe, a licença e o que nunca é aceito.
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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.