Hvordan kan vi forhindre menneskeheden i at stagnere?

Hurtig vækst i den globale menneskelige befolkning har længe været betragtet som en stor udfordring, som menneskeheden står over for. I øjeblikket, denne udfordring bliver endnu mere alvorlig end før, især fordi mange naturressourcer skønnes at være opbrugt inden udgangen af ​​dette århundrede.

Det stigende befolkningspres på landbrug og økosystemer og miljøet mere generelt forventes at resultere i verdensomspændende fødevare- og vandmangel, forurening, mangel på boliger, fattigdom og sociale spændinger. Situationen forværres af globale klimaændringer, da betydelige arealer forudsiges at blive oversvømmet og dermed taget ud af menneskelig brug.

Det er en udbredt opfattelse, at medmindre alternative scenarier for bæredygtig befolkningstilvækst og social udvikling identificeres og implementeres, menneskeheden vil sandsynligvis opleve stagnation eller endda tilbagegang.

Befolkningstilvækst i tid suppleres med befolkningsdynamikken i rummet. Befolkningsfordelingen over rummet er enormt heterogen af ​​en række årsager, for at nævne klimaet, historien og økonomien som nogle få. Den rumlige heterogenitet kan resultere i betydelige migrationsstrømme, der igen kan have en væsentlig feedback på den lokale demografi og befolkningstilvæksten.

På en mindre skala af individuelle lande og stater, forståelse af de faktorer, der påvirker befolkningsfordelingen i rummet, er nødvendig for at sikre en passende udvikling af infrastruktur, transport- og energinetværk.

Dårligt informerede beslutninger vil sandsynligvis resultere i overbelægning og sociale problemer i byområder og/eller lavere livskvalitet i landdistrikter. Identifikation af scenarier for bæredygtig befolkningstilvækst og social udvikling på forskellige rumlige og tidsmæssige skalaer kræver god forståelse af de relevante processer og mekanismer, der påvirker både befolkningstilvæksten og befolkningsfordelingen. Formodentlig, en sådan forståelse vil næppe blive opnået uden en veludviklet teori og den tilsvarende matematiske/modelleringsramme.

Ja, matematiske modeller af menneskelig befolkningsdynamik har en lang historie, der går tilbage til det syttende århundrede. I løbet af de sidste par årtier, Behovet for en passende og effektiv matematisk teori om den menneskelige befolknings dynamik er blevet afspejlet af en støt vækst i antallet af undersøgelser, hvor problemer med demografi sammen med relaterede spørgsmål om økonomi blev overvejet ved hjælp af matematiske modeller, værktøjer og teknikker.

I vores seneste avis, vi bruger matematisk modellering til at adressere fænomenet heterogen geografisk befolkningsfordeling. Heterogenitet af geografiske træk (bjerge, skove, floder, osv.) og naturressourcer (f.eks. kul, jern- og kobbermalm) er almindeligt accepteret som faktorer, der fører til den demografiske og økonomiske heterogenitet.

Her stiller vi et spørgsmål:er denne naturlige heterogenitet den eneste underliggende årsag, eller kan der være et andet og måske mere generelt princip ansvarligt for fremkomsten af ​​heterogen befolkningsfordeling? For at besvare dette spørgsmål, Vi gennemgår først tilgængelige data om befolkningstætheden over nogle få områder i forskellige dele af verden for at vise, at i alle overvejede tilfælde, befolkningsfordelingen udviser et klart næsten periodisk rumligt mønster på trods af, at miljøforholdene er relativt ensartede. At blive inspireret af dette fund, vi overvejer derefter en ny model af koblet økonomisk-demografisk dynamik i rum og tid og bestræber os på at bruge den til at simulere den geografiske befolkningsfordeling. Modellen består af to koblede partial-differentialligninger af reaktions-diffusionstype.

Efter en lignende modelleringstilgang, der blev brugt med succes i økologi og biologi, viser vi derefter, at fremkomsten af ​​rumlige mønstre i vores model ser ud til at være mulig som følge af Turing-ustabilitet.

Selvom det ikke er vores mål at give nogen direkte sammenligning mellem de demografiske mønstre i den virkelige verden og modelegenskaberne, vi betragter den kvalitative overensstemmelse mellem modelforudsigelserne og dataene om den menneskelige befolkningstæthed som en indikation af, at den heterogene befolkningsfordeling observeret på tværs af forskellige lande på forskellige kontinenter kan, i hvert fald i nogle tilfælde, er forårsaget af endogene snarere end eksogene faktorer, dvs. kan have optrådt på grund af iboende Turing-ustabilitet i det tilsvarende økonomisk-demografiske dynamiske system.

I mange lande, befolkningsfordelingen over rummet er tydeligt heterogen, f.eks. urbaniserede områder med høj befolkningstæthed veksler med landdistrikter med lav befolkningstæthed. Tilsyneladende, rumlig variation i geografiske og klimatiske faktorer kan spille en væsentlig rolle i udformningen af ​​befolkningsfordelingen.

Vores hovedhypotese i vores papir er eksistensen af ​​en dynamisk mekanisme, der kan føre til dannelsen af ​​heterogen befolkningsfordeling uanset den geografiske heterogenitet. I vores søgen efter eksempler fra den virkelige verden fokuserer vi på de tilfælde, hvor miljøet kan betragtes, op til en vis rumlig skala, som relativt ensartede. De miljøegenskaber, som vi her betragter som proxyer for den miljømæssige heterogenitet, er højden, årsmiddeltemperaturen og årsmiddelnedbørn.