新中心展示了弗吉尼亚理工大学在全球可持续发展方面的优势

凯兰·凯里（Cayelan Carey）和奎因·托马斯（Quinn Thomas）多年来一直在领导和开展应对气候变化、土地使用和其他污染影响的努力。

但是，当他们在2018年结合各自的专业知识时，他们翻转了剧本，开始思考如何应对全球变暖，而不是追逐随之而来的破坏。

如今，作为新成立的弗吉尼亚理工大学生态系统预测中心的联合主任，两人不仅努力领先于生态危害，而且还广泛地扩大了努力，以涵盖国内外的合作伙伴。

“展望未来，我们需要通过与全球合作伙伴接触来应对人类面临的这些关键挑战，同时让决策者和利益相关者参与进来，就像这个新中心已经在做的那样，”高级副总裁兼首席研究与创新官Dan Sui在上个月的启动仪式上表示。

该中心以其深入研究、创新软件、全球合作伙伴关系和参与以及广泛的教育和培训机会而具有独特的优势，将凯里对全球湖泊和水库的广泛研究以及托马斯的技术创新和数据科学研究与弗吉尼亚理工大学的赠地使命相结合。它已经拥有来自大学多个部门和学院的附属教师，并在国际上享有盛誉，最近获得美国国家科学基金会全球中心规划拨款就证明了这一点。

“这正是与我们校园优先事项完全一致的事情——利用我们教师的卓越和专业知识，使我们的社区更具可持续性，并为我们的学生提供参与实践研究的机会，”凯文皮茨说，理学院院长，这是该中心的行政所在地。

新的开始

与气象学家预测天气的方式类似，生态预报员收集和分析环境数据，建立和共享生态模型和软件，创建和评估各种预报方法，然后翻译和传达预报，为最终用户决策提供支持。

生物科学教授凯里（Carey）和森林资源与环境保护副教授托马斯（Thomas）于2018年开始与西弗吉尼亚州水务局合作预测淡水生态系统。通过与水务管理人员共同开发预测工具和可视化，该中心已经能够用基于研究的见解来补充西弗吉尼亚州水务局使用的现有操作指南，以帮助为公众提供安全的饮用水。

随着气温升高和其他污染，全球许多淡水生态系统越来越多地表现出更大的变异性和退化，例如有毒浮游植物大量繁殖、营养物质和污染物浓度不安全、鱼类死亡、缺氧或低氧水平。这些影响使湖泊和水库的水对游泳和渔业有害。

为了在弗吉尼亚州西南部水库开始退化之前先发制人，托马斯和凯里开发了一个最先进的预报系统，以提供每日预报并告知水资源管理人员未来的水质状况。这使他们能够预测和减轻影响，并通过各种方式提供最佳水质，包括从其他水库引水、添加化学物质以遏制有毒水华、发布游泳和渔业建议以及增加水流量以防止缺氧。

该中心的团队成员是淡水生态系统预测专家。除了为弗吉尼亚州的管理人员制定每日预测外，他们还为从阿拉斯加到佛罗里达州的美国各地的湖泊生成每日预测，并与新罕布什尔州的一个湖泊协会合作，该协会在过去三年中赞助了学生交流。迄今为止，他们已经获得了10项联邦拨款，总额超过600万美元，用于为世界各地的湖泊和水库开发淡水生态系统预测。

该中心的预报方法超越了淡水湖泊和水库，广泛适用于所有因气候和土地利用变化而经历快速变化的生态系统。托马斯领导国家生态观测站网络生态预测挑战赛，这是一项横跨美国 81 个地点的大陆规模预测挑战赛。在这个项目中，该中心团队与弗吉尼亚理工大学和其他大学的其他研究人员合作，积极制定预测，使用与淡水类似的方法估计未来的碳封存、媒介传播疾病、蜱虫种群和甲虫多样性。

全球参与

该中心与全球的研究人员建立了联系。

2022 年，Carey 以富布赖特未来学者的身份前往澳大利亚，与西澳大利亚大学的研究人员合作，他们开发了一个开源湖泊和水库模型，用于对历史条件进行长期模拟。从那时起，凯里、托马斯和澳大利亚的几位研究人员合作创建了一个升级的软件系统，该系统不仅可以进行日常预报，还可以模拟人类活动对饮用水质量的影响。

澳大利亚阿德莱德大学（University of Adelaide）校长贾斯汀·布鲁克斯（Justin Brookes）在该中心的正式启动仪式上表示：“该中心是及时的，因为我们正面临着日益严峻的挑战，即提供饮用水以保护水生生态系统，并支持灌溉农业和其他水上经济。“现在，我们终于拥有了计算能力、机器学习、基于流程的模型以及显着推进美国、澳大利亚和全球水资源管理所必需的关系的融合。”

该中心的软件是开源的，这不仅提高了透明度，而且有助于可访问性，并鼓励与世界各地的科学家和管理人员合作。最终用户，包括水资源管理人员、学生和研究人员，可以访问不断更新的迭代数据和模型。

“我们是一个以行动为导向的研究中心，与管理者、决策者和公众合作开发和应用生态系统动态预测，”生物科学系罗杰·摩尔和莫伊德·哈塔姆-摩尔教职研究员、全球变化中心和弗拉林生命科学研究所的教职员工凯里说。

作为生态预测倡议（Ecological Forecasting Initiative）和全球湖泊生态观测站网络（Global Lake Ecological Observatory Network）的创始成员，这两个由跨学科研究人员组成的国际基层网络，在共享的开源数据、模型和软件上进行合作，该中心的团队已经建立了关系，加强了研究人员的工作和他们的国际同事的工作。

教育和培训

多年来，该中心团队一直将本科生和研究生、研究人员和管理人员的教育和培训作为优先事项。Carey和Thomas与博士后助理Mary Lofton一起开发了一系列名为Macrosystems EDDIE的实践教学模块，代表环境数据驱动的探究和探索。自 2017 年创建以来，这些模块已在全球 40 多所大学实施。

“我们很高兴能成为一个活动中心，专注于数据科学和建模、环境科学、决策科学和工程交叉领域的各种生态系统，”理学院数据科学研究员托马斯说。“请继续关注包括培训机会和尊贵的校园访客在内的活动。”

托马斯（Thomas）是全球变化中心（Global Change Center）和弗拉林生命科学研究所（Fralin Life Sciences Institute）的附属教师，他还为弗吉尼亚理工大学的研究生教授一门名为“生态建模和预测”的新课程，该中心团队还赞助了弗吉尼亚理工大学计算建模和数据分析专业的顶点项目。

中心的愿景

弗吉尼亚理工大学生态系统预测中心旨在帮助满足对气候和其他环境变化的预测见解的需求，这是该大学所有主要环境中心和倡议的组成部分。该中心是实现知识转移的基础，将继续在环境科学、数据科学、统计学、决策科学、计算机科学和其他学科之间提供不可或缺的联系。

作为一个由教师、博士后研究员、研究生、数据科学家、传感器技术人员和项目经理组成的团队，该中心准备解决前沿环境问题，这些问题可以在重视创新和解决问题的大学中得到独特的解决。

托马斯说：“通过成为技术和方法开发的先锋，我们的目标是利用我们在大学的地位来探索我们可以可靠预测哪些生态系统变量的局限性，并为一系列合作伙伴提供新的生态系统模型、软件和决策支持工具。

在理学院、自然资源与环境学院、森林资源与环境保护系、弗拉林生命科学研究所和慈善支持的支持下，新的弗吉尼亚理工大学生态系统预测中心将继续在当地和全球产生影响。