Föreställ dig en värld där forskare använder datorer för att förutsäga effekterna av klimatförändringar och andra stressfaktorer på internationell livsmedelssäkerhet, migration, och inbördes konflikt, och sedan använda dessa förutsägelser för att öka tillgången på viktiga resurser.

Kelly Cobourn, biträdande professor i vattenresurspolitik vid Virginia Techs College of Natural Resources and Environment, arbetar med ett projekt som kan föra oss ett steg närmare den verkligheten.

Hon är en del av ett team av forskare från University of Southern California, Pennsylvania State University, University of Minnesota, och University of Colorado som samlar experter inom artificiell intelligens, modellkoppling, hydrologi, agronomi, och ekonomi.

Cobourns roll kommer att leda det socioekonomiska modelleringsarbetet som behövs för att utveckla ett datormodelleringssystem som hjälper till att förutsäga hur mänskliga aktiviteter kan påverka den naturliga världen, och vice versa.

Mer specifikt, hennes arbete kommer att bidra till en förståelse för livsmedelssäkerhet genom integrering av socioekonomiska och biofysiska modeller, samt effektivisering av dataverktyg som används för att bedöma livsmedelssäkerhetsfrågor.

"Livsmedelssäkerhet är en stor fråga i stora delar av världen, och det kommer förmodligen att bli en mer angelägen fråga framöver, sa Cobourn, en fakultetsmedlem vid Institutionen för skogsresurser och miljövård. "Klimatförändringar bidrar till osäkerhet om livsmedel, och osäkerhet om livsmedel bidrar till inbördes konflikter."

När man beaktar det komplexa samspelet mellan människor och miljöfrågor som klimatförändringar, forskarna arbetar med att utveckla modeller som illustrerar hur bönder fattar beslut om livsmedelsproduktion. De kommer sedan att skapa modeller för att förklara hur dessa beslut påverkar, eller påverkas av, påfrestningar på miljön och sociala system.

Det fyraåriga projektet, kallas MINT för modellintegrering, leds av Yolanda Gil, professor i datavetenskap vid University of Southern California's Information Sciences Institute. Det finansieras med ett bidrag på 13 miljoner dollar från Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) som en del av DARPA:s World Modelers -program.

Enligt Cobourn, som också är ansluten till Global Change Center inrymt i Virginia Techs Fralin Life Science Institute, frågan om livsmedelsförsörjning har också försvarsansökningar.

"Otrygghet i maten kan ofta leda till konflikter i många delar av världen. I slutändan, vi vill förstå hur olika faktorer driver livsmedelsförsörjningsresultat och hur det kan leda till civila oroligheter, " Cobourn förklarade. "Detta kan också hjälpa oss att bättre förstå vilka åtgärder som bör vidtas för att skydda mot mat osäkerhet och förhindra en del av den konflikten."

Medlemmarna i forskargruppen hoppas också kunna använda sin varierande expertis för att påskynda datainsamling och modellering av livsmedelssäkerhet.

"Just nu, modellering innebär mycket datainsamling, ”, sade Cobourn. ”En forskare som arbetar på livsmedelssäkerhet skulle samla in fältdata eller manuellt samla in dem från olika källor. Det kan ta år att samla in data och sedan ta reda på hur man kopplar modeller mellan discipliner. Detta projekt skulle skapa beräkningssätt för att hämta data från olika källor och automatisera modelleringsprocessen."

Genom att automatisera datainsamling och modellering, Teamet kommer att avsevärt minska den tid som behövs för att koppla ihop modeller över discipliner, vilket kommer att leda till en bättre förståelse av skärningspunkten mellan mänsklig aktivitet och miljön.

Under de kommande fyra åren, forskarna kommer att utveckla modeller för mänsklig aktivitet och effekter på naturresurser för att skapa förutsägelser för vissa delar av världen baserat på faktorer som klimatförändringar och grödor.

"Jag kommer i första hand att utveckla modeller och skapa mänskliga beteenden och policyscenarier, " Cobourn sa. "Beräkningsexperterna vet hur man automatiserar datainsamlingen och modelleringsprocessen, men de kanske inte har bakgrund i de discipliner som arbetar med dessa problem. De andra disciplinära experterna och jag kommer att hjälpa dem att sammanföra saker som agronomiska och ekonomiska modeller på ett vettigt sätt.

"Det är spännande att arbeta med ett så stort team av experter och fundera på hur vi kan driva framåt kopplade insatser för modellering av mänskliga och naturliga system genom att utveckla nya beräkningsverktyg, " tillade hon.