Models Globals
La prospecció del futur de la societat humana

Vicent Castellar
http:/www.uv.es/~buso

En la dècada dels anys 70, hi ha un avenç decisiu en el camp de la computació i com a conseqüència es desenvolupen programes per a realitzar simulacions mitjançant l'ordinador. També es proposaren models amb la intenció de preveure l'evolució de l'economia mundial. L'any 1.972, es presentà el Primer Informe del Club de Roma amb el títol The Limits to Growth obra de Jay Forrester i Dennis Meadow, del MIT. Els autors desenvoluparen el model World2 formulat des de la perspectiva de la Dinàmica de Sistemes. Aquest model sigué un dels primers Models Globals que s'han fet servir i també un dels més importants. El model atragué l'atenció de la comunitat dedicada a realitzar prospeccions del futur i impulsà el desenvolupament de molts models. La seua característica principal era l'habilitat per a menar i combinar elements com ara la producció insdustrial, la població, qüestions relacionades amb el medi ambient, l'alimentació i l'energia en un món a escala.

Mesarovic i Pestel avançaren en una direcció diferent i desenvoluparen el seu World Interdependence Model (WIM), el qual es feu servir en la preparació del Segon Informe del Club de Roma l'any 1.974 amb el títol Mankind at the Turning Point.

Treballs com els referits són coneguts com Models Globals: Simulacions per ordinador caracteritzades per tres trets:

El model pretén fer prospeccions del futur.

El model abasta el món sencer o, al menys, la influència entre diferents zones geogràfiques.

El model intenta mesurar i conjunir àrees diferents però relacionades com ara l'economia, el medi ambient, la població,...

Fins la dècada dels anys 60, es feien servir models economètrics per a preveure el futur de l’economia. L’abast d’aquestes prospeccions estava, quasi sense excepció, restringida a un país concret. Tanmateix, l’any 1968 Lawrence Klein comença la recerca amb el Projecte LINK per a preveure la trajectòria futura de l’economia mundial mitjançant la unió de models nacionals heterogenis

En la dècada dels anys 70, hi ha un gran avançament en el camp de la computació, el qual impulsa el plantejament de models que fan servir l’ordinador com eina fonamental. A partir de 1972 prenen un gran ímpetu aquestos models com conseqüència del Primer Informe del Club de Roma, el qual es titulava The Limits to Growth [1], per al qual Jay Forrester i Dennis Meadows, del MIT, desenvolupen el model World 2 formulat des de la Dinàmica de Sistemes [2]. Aquest model va atraure molt l’atenció per tractar-se d’un dels primers models globals, amb la pretensió d’abastar tot el planeta. La seua característica principal era l’habilitat per a menar i combinar elements com ara la producció industrial, la població, qüestions relacionades amb el medi ambient, l’alimentació i l’energia en un món a escala. Les actualitzacions World 3 i World 3/91 són obra de Dennis Meadows i es van presentar en Beyond the Limits [3].

Mesarovic i Pestel avançaren en una direcció diferent de la seguida per Forrester i Meadows al desenvolupar el seu World Interdependence Model (WIM), el qual es va fer servir en la preparació del Segon Informe del Club de Roma l’any 1974 amb el títol Mankind at the Turning Point [4]. El model es descriu en World Modeling [5] i en una sèrie d’articles. Mentre que The Limits to Growth tracta el món com una entitat única, l’equip de Mesarovic i Pestel divideix el món en regions i desenvolupa un model el qual considera les interrelacions entre aquestes per a preveure l’evolució de l’economia mundial i els canvis en el medi ambient durant un interval temporal extens. En qualsevol cas, un tret comú als models de Forrester i Meadows i al model de Mesarovic i Pestel és l’ús de la Teoria de Sistemes com alternativa a l’Econometria Clàssica.

Entre 1972 i 1981, l’International Institute for Applied System Analysis (IIASA), en Laxeburg, Àustria, és la seu anual del Global Modeling Symposiums. Desprès del model de Mesarovic i Pestel, una gran quantitat de models s’han presentat en aquest fòrum. En 1975 un grup encapçalat per Hans Linneman de la Universitat Lliure dels Països Baixos presenta World Food and Agricultural Model (MOIRA) [6]. En 1977, l’economista i premi Nobel Leontief presenta el model WIOM (World Input-Output Model), en The Future of the World Economy [7] i en nombrosos articles.

El mateix any es presenta el model japonès FUGI [8, 9, 10] (FUture of Global Interdependence) desenvolupat per Akira Onixi, Ioitxi Kaja i Iutaka Suzuki i el qual es va presentar en Global Model Simulation i en una col·lecció extensa d’articles.

En 1975 es presenta també Two-Worlds on el món se separa en dues zones: països desenvolupats i Tercer Món, presentat en l’obra Two-World Dynamics [11].

Entre els anys 1977 i 1983, en l’antiga URSS es va formular, desenvolupar i presentar el model SIM/GDP (System of Integrated Models/Global Development Processes) [12], dirigit per Sergei V. Dubovski amb la col·laboració de Dzherman M. Gvishiani i Viktor A. Gelovani al VNIISI de l’Acadèmia Soviètica de Ciències a Moscou. Es va presentar en una col·lecció d’articles.

Finalment, ja en la dècada dels 90 es presenta World 4, una evolució dels models de Forrester i Meadows desenvolupada també al MIT per W. Cummings.

Altres models són

• LAWM (Latin American World Model) [13] el qual es va presentar en Catastrophe or New Society?

• RW-III (Regional World-III).

• IWM (Integrated World Model), successor de l’anterior i també conegut com Regional World-IV.

• SAHEL [14], presentat en A Systems Analysis of Pastoralism in the West African Sahel.

• SARUM (Systems Analysis Research Unit Model) [15], i el seu successor...

• SOS (State Of the System) [16] el qual es va publicar en The State of the System (SOS) Model.

• IFS (International Futures Simulation) [17] el qual es va presentar en International Futures.

• GLOBUS (Generating Long-term Options By Using Simulation) [18], que es presentà en The GLOBUS Model i altres articles.

Treballs com els referits són coneguts com Models Globals: simulacions per ordinador caracteritzades per tres punts:

• El model pretén fer prospeccions del futur.

• El model abasta el món sencer o al menys la influència entre diferents zones geogràfiques.

• El model intenta mesurar i unir àrees diferents però relacionades. Per exemple, el medi ambient, la demografia i l’economia.

Com hem dit abans, World 2 i les següents actualitzacions World 3 i World 3/91 constitueixen el primer model integral de l’evolució del món. Estigué desenvolupat per Jay Forrester i Dennis Meadows al MIT. La tècnica utilitzada era de Dinàmica de Sistemes la qual es va presentar a l’obra Worlds Dynamics l’any 1971. El model va ésser escrit originàriament en el llenguatge DYNAMO i executat en un ordinador UNIVAC 1108. Més tard, M. R. Leavitt va escriure un codi equivalent en llenguatge BASIC per a l’ordinador IBM PC. World 2 representa el món com una entitat geogràfica única i amb àmplies projeccions fins l’any 2060.

Nivells del model.

• Població. No pot estar més clar el significat d’aquesta variable: pretén representar el nombre d’habitants de la Terra. Com valor inicial pren la població mundial de l’any 1900, és a dir, 1.650 milions.

• Capital invertit: Amb la intenció de representar l’acumulació de capital, tenint en compte com es genera i es deprecia. Es mesura en unitats de capital i se suposa que la inversió de capital per càpita l’any 1900 era 1/4 d’unitat respecte a una unitat l’any 1970. Així, el valor inicial del capital invertit és 4·10⁸ unitats.
  

• Recursos naturals: dintre d’aquest nivell, s’inclouen les matèries primes i les fonts d’energia no renovables. S’assigna una unitat de recursos naturals per càpita per a l’any 1970. Els recursos naturals només poden minvar i el model estima què, si es manté el ritme de consum, s’esgotaran desprès de 250 anys. Com la població abasta 3.600 milions d’habitants l’any 1970, al multiplicar per 250 anys, obtenim el valor inicial de 9·10¹¹ unitats de recursos.
  

• Fracció del capital invertit en agricultura. El model distingeix la fracció de capital invertit en agricultura la qual s’ajusta contínuament per a cobrir les necessitats del consum però, aquest ajustament està afectat per un retard de 15 anys. Com a condició inicial es pren el valor 1/5 per a l’any 1900.
  

• Contaminació: Es pretén representar el nivell de contaminació activa en el medi ambient entre la seua generació i la seua dissipació. Com valor inicial es pren per a 1900 la fracció 1/8 de la contaminació per càpita en 1970, resultant 0’125·1’6·10⁹ = 2·10⁸ unitats de contaminació.

Com hem mencionat, WIM és una creació de Mesarovic i Pestel els quals traslladaren al llenguatge FORTRAN les idees exposades en Mankind at the Turning Point. Va ésser Mihajlo Mesarovic qui desenvolupà el programa WIM. Entre els seus col·laboradors, Barry B. Hughes i Thomas F. Shook jugaren el paper més important. El model està format per 49 subprogrames i es desenvolupà en un ordinador ModCom IV-A. Al voltant de 21.000 valors descriuen l’estat del sistema global per a qualsevol instant. L’obra World Modeling descriu i documenta el model.

Cal assenyalar que aquesta versió de WIM ha estat superada per un nou model anomenat GlobeSight. Aquest té les dades actualitzades i processos addicionals.

WIM presenta el món dividit en dotze regions dintre de les quals s’inclouen cinc subregions. Aquestes regions són:

• Amèrica del Nord
• Japó
• Europa Occidental
• Europa Oriental
• Altres economies occidentals avançades
• Amèrica del Sud
• Àfrica
• Països d’Orient Medi rics en petroli
• Països d’Orient Medi no rics en petroli
• Sud d’Àsia
• Sud-est d’Àsia
• Xina

WIM és un dels models globals el qual integra més processos:

• Producció i consum de l’agricultura i la pesca
• Producció i consum de l’energia
• Macroeconomia
• Població
• Comerç
• Augment de la inversió
• Ajuda estrangera
• Emissions de CO₂

El món en WIM està representat per nacions i agrupacions geogràfiques. Es representen de forma individual nacions amb una població important o amb un moviment econòmic significatiu. Les nacions amb un impacte menor s’agrupen segons característiques comunes com ara l’estadi del desenvolupament econòmic o criteris culturals i ètnics. Per motius de simplicitat es fa un tractament anàleg en tots dos casos.

El sistema global no es veu com una unitat. Al contrari, es considera com una família de relacions les quals interconnecten els sistemes individuals. La importància de aquesta distinció es manifesta tant en la comprensió del processos que es desenvolupen en les diferents nacions com en la consideració de estratègies conjuntes o eventuals conflictes.

Els processos es donen en diferents nivells. El nivell més baix es representa amb models formals pel que fa als càlculs numèrics i a les relacions simbòliques. Segons augmenta el nivell dels processos, el model va exigint una intervenció més activa i precisa per part de l’usuari. El model opera en una base anual: comença amb una descripció de l’estat al principi d’un any i les relacions del model indiquen l’estat factible al final de l’any segons les assumpcions fetes per l’usuari pel que fa a l’activitat política. Per a realitzar una anàlisi de sensibilitat o reforçar la credibilitat dels nous estats, es poden estudiar diferents evolucions amb assumpcions diferents o es pot modificar l’estructura del model. L’elecció d’una família adequada de possibilitats reforça la coherència del model.

A més, el model demogràfic també permet modificar aspectes locals com ara la variació de la natalitat o de la mortalitat i la distribució de la població en zones urbanes i rústiques, o aspectes globals com ara la migració. La integració de submodels econòmics regionals s’aconsegueix amb els models de comerç internacional i de finançament internacional. Els processos comencen amb la determinació de la grandària de les demandes i de les capacitats d’exportació de cadascuna de les nacions. Amb aquestes dades es cerca una situació d’igualtat entre la suma de les exportacions i la suma de les importacions mitjançant el model de comerç.

Tot seguit, el model de finançament internacional determina el deute estranger de les diferents nacions i la variació de l’impacte en l’economia internacional. La interacció entre els models econòmics nacionals, el comerç internacional i el finançament abasta una situació coherent amb les necessitats de finançament i la situació econòmica de les nacions. Desprès, actuen els models d’energia i agricultura, els quals estan més limitats per qüestions físiques que per la situació econòmica i amb totes aquestes dades s’avaluen els indicadors. Ara el sistema es retroalimenta amb la situació dels sistemes físics i els indicadors socials per a avaluar l’impacte d’uns sistemes sobre altres. Per exemple, l’impacte de la mancança d’aliments en la mortalitat, l’impacte de la mancança d’energia en l’activitat econòmica, l’impacte del clima en la producció d’aliments...

A més d’aquestes retroalimentacions d’uns sistemes sobre els altres, les quals són necessàries per a la consistència del model, també hi ha retroalimentacions dintre d’un mateix sistema –com ara l’acció del capital ja invertit, la prospecció de fonts de matèria prima o d’energia...– i entre submodels –com ara la influència de la demografia en la història de la mancança d’aliments–. Aquestos processos mostren característiques dinàmiques del model.

La flexibilitat del model permet augmentar el nombre de regions, modificar les seues característiques i canviar les interrelacions entre el sistemes individuals. Per aquest motiu, aquest model ha estat utilitzat per a estudiar diferents problemes:

• Crisis d’alimentació
• Producció i comerç internacional del petroli
• Desenvolupament econòmic i militar en Àfrica
• Autosuficiència i educació de la dona en L’Índia
• Diferent ritme en l’emissió de gasos que provoquen l’escalfament de l’atmosfera

IFS.

Després d’estudiar el funcionament del model WIM, Barry Hughes desenvolupà un nou model reunint aspectes de WIM amb aspectes d’altres models com ara SARUM i WIOM. També IFS està escrit en llenguatge FORTRAN en un programa interactiu amb l’usuari al qual permet modificar els processos. La versió principal de IFS es va executar en un ordinador HARRIS l’any 1980 i consta de 21 subprogrames.

Durant la dècada dels anys 80, Hughes i els seus estudiants convertiren el codi FORTRAN al llenguatge BASIC, simplificaren el model i executaren el model IFS en un ordinador Apple II i en un ordinador IBM PC. Va ésser el primer model executat en un ordinador personal. Aquesta versió es va anomenar Micro-Ifs i es va distribuir per una organització dedicada a la canalització de programes educatius.

La versió inicial del model IFS representa deu regions:

• Estats Units
• Europa Occidental
• Resta de països desenvolupats
• Europa Oriental
• URSS
• Amèrica Llatina
• Àfrica
• OPEP
• Sud i Sud-est d’Àsia
• Xina

Inclou els següents processos:

• Producció i consum d’aliments
• Producció i consum d’energia
• Macroeconomia
• Població
• Comerç
• Augment de la inversió
• Ajuda estrangera
• Despeses del govern
• Emissions de CO₂
• Qualitat física de la vida
• Ús de la terra

Entre els anys 1990 i 1992 es reformà significativament el model original per a preparar IFS90. S’actualitzen els processos descrits i se’n afegeixen de nous (mobilització social, poder de l’exèrcit, despeses en armament, possibilitat de guerres...). També s’amplia el nombre de regions. Existeix una versió en llenguatge BASIC la qual pot executar-se en ordinadors amb CPU Intel. L’any 1993 aparegué la versió per a Macintosh programada en FutureBASIC.

Aquest model del món fa ús explícit d’assumpcions detallades, com ara estimacions sobre com la influència de la indústria o el govern sobre l’avanç tecnològic afectarà l’ús d’energia en sectors individuals. En aquest sentit, cal assenyalar que el valor d’un model explícit depèn de l’exactitud de les seues assumpcions.

La base de dades tridimensional (dos geogràfiques i el temps és la tercera dimensió) és molt extensa: es cobreixen cinquanta sectors econòmics per a cadascuna de les setze regions geogràfiques. L’estandardització de les dades estigué un problema difícil. Cal tindre en compte que es mesuren molts productes en tones, unitats per a la mesura d’àrids per acre, kilowatts per al consum d’energia elèctrica, dòlars per barril de petroli, parts per milió en l’emissió de gasos tòxics...

Tanmateix, el creixement de l’activitat econòmica i el desenvolupament dels països es substancial; l’evolució del preu del petroli, la variació de la natalitat i mortalitat, el canvi de les matèries primes utilitzades en la indústria i la construcció, la incorporació de tecnologies més barates, la introducció de noves tecnologies que estalvien energia... són molt difícils d’estimar. Per aquest motiu caldria analitzar situacions diferents.

IFS representa el món dividit en regions i deixa que evolucionen en camps com ara la demografia, l’alimentació i l’agricultura, l’energia, l’economia, la política i l’ambient de 1992 a 2050. Fa previsions múltiples segons varien les assumpcions respecte al funcionament del món i respecte a les opcions polítiques de govern.

Conté sis mòduls: demografia, agricultura, energia, economia, política i medi ambient.

• La població al model IFS té 17 intervals disjunts de longitud cinc unitats entre el naixement i l’edat de 85 anys i un per a representar més de 85 anys. Modela les variacions de fertilitat i mortalitat en resposta als ingressos, distribució dels ingressos i programes de planificació familiar. El mòdul també computa l’esperança de vida en l’instant del naixement i l’alfabetització. Calcula també una mesura de la qualitat física de la vida.

• El mòdul agrícola representa la producció, consum i comerç de les collites i la carn. També representa la pesca capturada i la piscicultura amb menys detall. Basa la producció de la collita en el sòl: cultivable, bosc, urbà i altres categories. Representa la demanda d’aliments en ramat i productes agrícoles. És un model que tendeix a l’equilibri i en el qual la demanda i el consum determinen la variació del preu.

• El mòdul de l’energia tracta la producció, el consum i el comerç de quatre tipus d’energia: derivats del petroli i gas natural, carbó, energia nuclear i energies renovables (energia hidràulica, solar i fusta). Representa les reserves, modela l’esgotament dels combustibles fòssils i el cost de cada forma d’energia. És també un model que tendeix a l’equilibri i en el qual la quantitat de recursos disponibles, el cost de producció i transformació i el consum determinen la variació del preu.

• El mòdul econòmic representa l’economia en cinc sectors: agricultura, matèries primes, energia, indústria i serveis. Ara es tracta d’un model d’equilibri estricte, encara que aquest equilibri està afectat per un retard. El comerç internacional es modela de forma agregada.

• El mòdul polític té dues components primàries. Dintre dels països o agrupacions geogràfiques, el mòdul representa la política fiscal: impostos i decisió de les despeses. Les categories de les despeses del govern són militars, salut, educació, ajuda estrangera i una categoria residual. Entre països o agrupacions de països, el mòdul deixa que l’usuari explore les seues interaccions en situacions d’amenaça mútua, així com els processos propis d’una situació prèvia a un conflicte potencial.

• També hi ha de forma implícita un mòdul per a considerar el medi ambient el qual està distribuït per tot el model. És possible, per exemple, rastrejar el nivell de CO₂ en l’atmosfera, l’àrea forestal i les reserves de combustibles fòssils.

Va estar desenvolupat durant la dècada dels anys 70 per Fred Kilie i Arnold Rabehl. Està constituït per un programa molt voluminós des del qual es crida a quatre subprogrames molt més xicotets. Es va desenvolupar en un IBM 370/158 i el treball amb ell finalitzà l’any 1977.

RW-3 representa 26 països o agrupacions territorials:

• USA
• Canadà
• Gran Bretanya
• Sud d’Àsia
• Alemanya
• URSS i Mongòlia Exterior
• Brasil
• Xina i Corea del Nord
• França
• Japó
• Indonèsia
• Bangla Desh
• Pakistan i Afganistan
• Nigèria
• Sud-est d’Àsia
• Àfrica Sub-Sahariana
• Orient Medi
• Amèrica Llatina
• Europa Oriental
• Europa Occidental
• Austràlia i Nova Zelanda
• Vietnam, Laos i Cambotja
• Filipines i Corea del Sud
• Turquia
• Iran
• Àfrica del Sud i Zimbabwe

RW-3 representa menys processos que WIM o IFS. Ara bé, inclou processos significatius com

• Producció i consum d’aliments
• Nivell tecnològic
• Macroeconomia
• Producció i consum de la energia
• Producció i consum de recursos naturals
• Comerç
• Població
• Ajuda alimentària

IWM.

IWM (també conegut com RW-4) és una poderosa ampliació de RW-3. Kile i Rabehl afegiren elements i modificaren l’entrada i la sortida. També es va programar en FORTRAN en un IBM 370/158. Aproximadament 49.000 variables descriuen l’estat del sistema global en qualsevol instant. El treball finalitza l’any 1980.

El codi consta de 84 subprogrames els quals conflueixen en quatre programes. Dos en són elements per a treballar de forma interactiva o no. El tercer n’és un programa per a veure de forma independent distintes zones i el quart n’és un algoritme de correcció.

IWM representa 24 països o agrupacions territorials, encara que està preparat per a dividir el món en 30.

• USA
• Canadà
• Gran Bretanya
• Índia