Contribuições para o desenvolvimento de uma teoria da dinâmica de sistemas espaciais.

Abstract

Embora o paradigma de modelagem Dinâmica de Sistemas (do termo em inglês System Dynamics - SD) venha sendo utilizado com frequência para modelar e simular sistemas geoespaciais, as atuais extensões desse paradigma ainda limitam ou dificultam a representação das componentes espaciais do comportamento desses sistemas. As simplificações e a diversidade de abordagens ameaçam a confiabilidade e a reprodutibilidade de muitos estudos ambientais fundamentados na SD. Elas permitem que um dado modelo conceitual de qualquer fenômeno produza resultados distintos quando implementados e simulados pela adoção de diferentes extensões/ferramentas. Não raramente, as ferramentas que implementam estas extensões da SD demandam que os modeladores codifiquem as estruturas de controle que garantirão coerência às simulações de fluxos simultâneos e, em geral, exigem que os modeladores sejam experts na construção de simuladores, pois é deles a responsabilidade de tratar incertezas intrínsecas aos algoritmos de integração numérica e de realizar o correto controle dos ciclos de retroalimentação. Este cenário justifica-se pela inexistência de consenso sobre quais seriam os conceitos e princípios básicos que especializariam a Dinâmica de Sistemas para o melhor entendimento das dinâmicas e dos padrões espaciais que emergem das interações entre os sistemas naturais e/ou sociais. É neste contexto que este trabalho apresenta uma análise crítica das extensões espaciais de SD encontradas na literatura e, em seguida, descreve o desenvolvimento de uma álgebra para a especificação formal de modelos dinâmicos espacialmente-explícitos baseados na Dinâmica de Sistemas. Esta álgebra possui tipos, operadores e regras sintáticas de rígida semântica que permitem que os aspectos espaciais do comportamento de modelos ambientais sejam simulados sem ambiguidade em diferentes linguagens de programação ou frameworks de modelagem, contribuindo para a reprodutibilidade dos avanços científicos no tema. Como uma prova de conceito, a especificação formal de um modelo hidrológico espacialmente-explícito é apresentada e os resultados de sua simulação analisados como uma maneira de ilustrar o uso e a expressividade desta álgebra e, principalmente, verificar a correção dos progressos alcançados. Então, a álgebra é utilizada para aprofundar o entendimento acerca dos impactos da espacialização de estoques, fluxos e feedbacks em arquétipos e modelos básicos da SD cujos comportamentos são previamente conhecidos. Estes estudos de caso contribuem para a criação de uma biblioteca de modelos e um guia de orientações que servem de suporte ao desenvolvimento um ambiente de aprendizado em modelagem, incentivando a reutilização e criação de modelos espaciais da SD a partir da composição de modelos e arquétipos cujos comportamentos são conhecidos e desejados. Os estudos de caso também evidenciam que a álgebra permite que os modeladores foquem seus esforços na modelagem conceitual da realidade, sem se preocuparem com detalhes de implementação dos modelos.