《面向行动的数学：支持基于科学的决策》71页工具手册

当今世界面临着一系列令人生畏的复杂和相互关联的挑战。粮食不安全、不平等、传染性病原体、气候变化、土地退化、生物多样性丧失、大规模移民、冲突和政治动荡等问题给发展带来了障碍，并使全世界的社会面临风险。此外，人口增长模式和气候变化影响预计将加剧这些挑战。

地球数学

近十年前，数学界发起了 "2013年地球数学"（MPE2013），这是一个为期一年的倡议，旨在展示数学科学在解决这些全球问题方面的作用。在这一年里，MPE2013发展成为一个由150多个科学协会、大学、研究机构和专业组织组成的国际伙伴关系。MPE2013强调了地球所面临问题的多学科性质，并强调了解决这些问题的多学科伙伴关系。

在2013年底，一个新的结构被设计出来，以支持正在进行的研究工作并保持该倡议的势头。这本出版物--《面向行动的数学：支持基于科学的决策》是这些工作的众多成果之一。

“面向行动的数学”是一个简报集，强调了数学在解决全球相关问题中的作用。由来自世界各地的32位数学家和思想领袖撰写，这26篇简报展示了三类主题：

• 成功案例--数学概念和工具推动了日常问题的解决，如监测和预测流行病的传播。

• 数学启示录--帮助我们理解和描述现实世界进程的数学概念。

• 数学的重大挑战和机遇--数学可以帮助解决的紧迫问题，从食品系统的复原力到气候变化。

工具包的路线图

联合国所有会员国在2015年通过的《2030年可持续发展议程》为人类、地球、繁荣和和平提供了一个共同的行动计划。17项可持续发展目标激励着未来15年在对人类至关重要的领域采取行动。这26份简报是按这些目标组织的，涉及17个目标中的11个：

目标1：消除各地一切形式的贫困。《贫困的可视化》详细介绍了收集和绘制贫困数据的数学技术--这些技术比传统的调查方法更准确、更有效。

目标2：消除饥饿，实现粮食安全和改善营养，促进可持续农业。《加强粮食安全》描述了有助于识别冲击和设计最佳缓解和适应战略的数学方法，以建立粮食系统的复原力。

目标3：确保所有年龄段的人都享有健康的生活和促进福祉。五篇简报涉及与Sars-CoV-2大流行有关的主题。《传染病建模》为如何对传染病进行数学建模以及从这些模型中可以学到什么奠定了基础。《利用数据的力量》详细介绍了非洲正在进行的一些以数学为基础、以地方为导向的大流行应对工作。《改进大流行病预测》描述了如何利用天气预报中的最先进技术来提高COVID-19模型的预测准确性。《加强疫苗设计》描述了数学帮助加速新疫苗设计、测试和监测的新方法，包括Sars-CoV-2疫苗。最后，《疫苗犹豫症建模》考虑了在疫苗犹豫症背景下被称为 "搭便车 "的现象，以及这对决策者意味着什么。

目标4：确保包容性和公平的优质教育，促进所有人的终身学习机会。《数学教学》反映了数学教育的重要性以及数学教师在提高学生的学习成绩和社会经济流动性方面的作用。

目标5：实现性别平等并赋予所有妇女和女孩权力。《追踪性别平等》研究了用于衡量和追踪造成性别差距的法律、经济、社会和文化因素的指标的数学和统计基础。

目标6：确保为所有人提供和可持续管理水和卫生设施。《管理水资源》强调了被称为贝叶斯定理的统计工具如何用于量化风险和确定管理供水的适当方案。《湖泊浑浊度的变化》强调了数学如何深入了解驱动浅水湖泊从清澈到浑浊的机制，并支持有效的、具有成本效益的、持续的恢复清澈的方法。

目标9：建设有弹性的基础设施，促进包容和可持续的工业化，并促进创新。《应对不确定性》分享了负责任的数学建模的经验，可以帮助社会要求从数学建模中获得所需的质量。

目标11：使城市和人类住区具有包容性、安全性、复原力和可持续性。《为危机做准备》论述了数字化系统的复原力，并介绍了一些数学方法和工具，这些方法和工具被证明对解决关键系统和过程中的脆弱性以及建立更具复原力的系统和社会非常有价值。

目标12：确保可持续的消费和生产模式。《重视自然资本》考虑了将生态系统服务的价值纳入国家发展框架的努力，并描述了数学在加强这些努力中的作用。《分配稀缺资源》说明了数学如何支持粮食-能源-水关系管理和决策的综合方法，包括基于模型的解决方案，以确定投资的优先次序和优化。

目标13：采取紧急行动，应对气候变化及其影响。有五份简报涉及气候变化问题，其中许多方面都与数学交织在一起。《气候建模》强调了能量平衡模型，这是一个简单但强大的数学模型，可以帮助政府、政策制定者和公众了解地球过去、现在和未来的气候状况。《面对未来的气候》描述了数学模型如何为与政策相关的和针对具体地区的决策提供信息，使各国能够扩大和加快适应和减灾活动。《预测气旋》描述了数学模型如何用于预测热带气旋的路径和强度及其预测影响。《极端天气的归因》详细介绍了事件归因的新科学，它使科学家们能够就人类引起的全球变暖对特定的个别极端天气事件的影响作出定量陈述。最后，《准确定位印度季风》描述了数学模型如何被用来预测印度夏季季风的到来、强度和持续时间，这种现象对印度社会、农业、旅游业和经济发展至关重要。

目标14：养护和可持续利用海洋和海洋资源，促进可持续发展。《可持续渔业》描述了较新的综合数学模型，这些模型能够反映渔业的经济、社会和生态驱动因素，并有望改善对可持续渔业管理和决策的支持。

目标15：保护、恢复和促进陆地生态系统的可持续利用，可持续地管理森林，防治荒漠化，制止和扭转土地退化，制止生物多样性的丧失。衡量生物多样性着眼于量化的多样性指数，并描述了选择这些措施以及收集和处理生物多样性数据的创新数学工具。《倾听野生动物的声音》描述了创新的数学技术，可以提供一种快速、有效的方式来处理野生动物的声音数据，并最终更好地支持生物多样性保护工作。《与入侵者的斗争》强调了可以帮助科学家预测入侵物种对本地物种的影响并量化控制和消除破坏性入侵种群所需的努力的数学模型。

目标16：促进和平和包容性社会的可持续发展，为所有人提供诉诸司法的机会，并在各级建立有效、负责任和包容性的机构。保护隐私涉及联邦学习，这是一种新的数学技术，支持建立以分布式方式训练的模型，使私人数据不离开特定的参与者或机构。这一进展将对医学、银行和其他数据隐私至关重要的领域产生重大影响。最后，《寻找失踪者》描述了复杂的网络如何帮助寻找因武装冲突、其他暴力事件、移民和自然灾害而失踪的人。

虽然这26份简报涵盖了各种数学应用，但这绝不是详尽的。但它确实说明了数学可以通过许多不同的方式来促进可持续发展。