1950, färre än en tredjedel av världens människor bodde i städer. Idag gör mer än hälften. År 2050, stadsområden kommer att vara hem för cirka två tredjedelar av jordens mänskliga befolkning.

"Denna omfattning och urbaniseringstakt har aldrig setts i mänsklighetens historia, "står det i en ny rapport, Hållbara urbana system:formulera en långsiktig konvergensforskningsagenda.

Dokumentet författades av medlemmar i National Science Foundation (NSF) Advisory Committee for Environmental Research and Education's (AC-ERE) Sustainable Urban Systems Subcommittee, leds av bioprodukter och biosystemingenjör Anu Ramaswami från University of Minnesota. Det fungerar som en vägledning för den riktning som forskning om städer kan ta i dag och i framtiden.

Vi lever på en urbana planet, enligt AC-ERE-rapporten, en där städer, även om den bara upptar 3 till 4 procent av jordens landyta, påverkar människors och miljöns välbefinnande på skalor från det lokala till det globala.

Målet med hållbara stadssystem

Hur når vi målet om hållbara stadssystem? "AC-ERE-rapporten är en utmärkt grund för nya vetenskapliga samarbeten om hur städer fungerar, hur de växer, och hur de kan hanteras hållbart i årtionden framöver, "säger jord- och miljövetaren Tony Janetos från Boston University, och ordförande för AC-ERE.

För att utveckla nästa generations hållbar forskning om stadssystem, står det i rapporten, "En mycket bredare och mer långsiktig forskningsagenda behövs."

Lägger till Leah Nichols, ordförande i NSF:s arbetsgrupp för miljöforskning och utbildning, "Nuvarande och tidigare NSF -investeringar har skapat en stark grund för forskningsagendan som beskrivs i rapporten. Program som innovationer vid Nexus of Food, Energi- och vattensystem; Smarta och anslutna grupper; och vetenskap, Engineering and Education for Sustainability har stött tvärvetenskapliga projekt med långtgående resultat. "

Tiden är inne

Föränderliga stadsområden "utgör en historisk möjlighet att förbättra människors och miljön, lokalt och globalt, "står det i rapporten AC-ERE.

"Forskare, branschledare och beslutsfattare erkänner en tidskänslig möjlighet att utveckla en ny konvergensvetenskap om hållbara stadssystem som är mångsidig, tvärvetenskaplig, och utvecklar partnerskap mellan vetenskap-politik och samhälle för att identifiera vägar mot en mer hållbar stads framtid. "

Städer:dubbelkantade svärd

Få utmaningar är mer övertygande än hur man gör städer hållbara, säger AC-ERE-medlemmar.

I USA., stadsområden är hem för cirka 80 procent av landets mänskliga befolkning och genererar 85 procent av bruttonationalprodukten, gör dem kritiska för lokalt och nationellt välstånd, trygghet och välbefinnande, står det i rapporten.

Medan städer och deras förorter är innovationsmotorer, de står också inför frågor som åldrande och otillräcklig infrastruktur; människors hälsorisker från föroreningar, dålig kost och stillasittande livsstil; sårbarhet för katastrofer och extrema händelser, som orkanerna Harvey, Irma, och Maria och Kaliforniens senaste skogsbränder; och ojämlikheter i ekonomiska möjligheter.

'Gränsöverskridande flöden' från städer

Komplicerar bilden, vad som händer i en stad stannar inte i en stad.

Gränsöverskridande flöden av människor, naturliga resurser, och varor och tjänster, samt avfall och föroreningar, flytta från plats till plats via handelsnätverk, infrastruktur och information. Effekterna sträcker sig långt bortom stadsgränser, uppger AC-ERE-rapporten.

Energianvändning i städer bidrar till mer än 70 procent av de globala utsläppen av växthusgaser. Vattenförsörjningen till bara 50 procent av världens största stadsområden drar nytta av vattendrag som täcker en stor del av jordens markyta:41 procent.

Regional luftförorening från städer är en faktor i mer än 6,5 miljoner för tidiga dödsfall varje år världen över. Vattenstress och extrema väderförhållanden, som värme, kyla och översvämningar, påverka människors liv och ekonomier i städer från Bangkok till New York, Phoenix till Chicago. Och regionerna runt dem.

Ingen stad är en ö.

Framsteg för nästa generations hållbara urbana systemvetenskap

Forskare behöver ny data, metoder och teorier som bedömer samspelet mellan människor, teknologi, infrastruktur och naturliga system för att förstå hur städer fungerar och förändras, enligt AC-ERE-rapporten.

Nästa generations urbana systemvetenskap kräver att forskare studerar stadsområden på sätt som förbinder hem, företag och samhällen påverkar regionala och globala skalor, anser rapportens författare.

Forskare måste leta efter gemensamma drag i storstadsområdena som skulle hjälpa städer att lära av varandra, uppger dokumentet. Och forskare måste arbeta med samhällsmedlemmar, stadschefer, lokala tjänstemän, och branschrepresentanter för att ta fram kunskap som är praktisk och användbar.

Särskilda frågor som rapporten ställer:Hur kommer innovation och ny teknik, som självkörande elfordon, förvandla städer? Hur gör vi städer säkrare, katastrofbeständig och frisk?

Vår kollektiva framtid är beroende av att hitta svar. Vi behöver veta, säger medlemmarna i AC-ERE, hur man hanterar livet på en planet som blir mer och mer urbaniserad. Oavsett om vi är redo eller inte, utmaningen är här.