Ursprünglich veröffentlicht von Oak Ridge National Laboratory.
Die Welt ist voller „riesiger, knorriger Probleme“, wie Melissa Allen-Dumas, Forscherin und Musikerin vom Oak Ridge National Laboratory, es ausdrückt – egal, in welcher Branche Sie tätig sind. Das war sicherlich der Fall, als sie mit einem hartes Musikstück.
„Es gibt Passagen in der Musik, die viel härter sind als andere Passagen und die viel mehr Übung erfordern“, sagte Allen-Dumas, die einen Großteil ihres Lebens professionell Geige und Bratsche aufführte und unterrichtete. „Es ist wichtig, diese für sich selbst in einfachere Häppchen zu zerlegen und kleinere Probleme zu lösen.“
Große Probleme in überschaubare Teile zu zerhacken, ist, wie sich herausstellt, auch der Kern ihrer Arbeit als Computerwissenschaftlerin in der Abteilung Computational Sciences and Engineering des ORNL. Dort befasst sie sich mit dem globalen Klimawandel, indem sie Methoden entwickelt, die dieses große, knorrige Problem auf die Ebene von Städten – sogar bestimmter Stadtteile – herunterskalieren. Indem sie verschiedene Arten von Daten zusammenführt – zum Beispiel zu Wetter, Gebäudegröße und -form, Migrationsmustern und Demografie – beleuchtet sie die Auswirkungen des Klimawandels auf lokaler Ebene und wie sich Gemeinden am besten darauf vorbereiten können.
In einem 2020 lernen Allen-Dumas und ihre Koautoren nutzten beispielsweise Daten vom Campus des ORNL und einem Viertel in Chicago, um mithilfe von Computersimulationen zu projizieren, wie sich verschiedene vorgeschlagene Entwicklungen auf das Mikroklima der Baustelle auswirken würden. Sie erfuhren, dass einige Szenarien in Abhängigkeit von Variablen wie Gebäudedesign, Landnutzung und Bevölkerungsdichte zu deutlich wärmeren Mikroklimas führen würden. Darüber hinaus erstreckten sich diese Auswirkungen über die Grenzen der Bebauung hinaus in die Umgebung.
Gebäude verbrauchen drei Viertel des in den Vereinigten Staaten verbrauchten Stroms. Die Möglichkeit, die Auswirkungen ihrer Form und Größe zu beurteilen, könnte Städten also helfen, den Klimawandel besser einzudämmen. Allen-Dumas hofft, dass ihre Methoden zu Werkzeugen weiterentwickelt werden können, die Beamte, die sich mit dem Klimawandel befassen, auf lokaler Ebene verwenden können.
„Wenn ich das aus der Sicht des Klimas betrachte“, sagte sie, „bin ich fasziniert von der Idee, dass ein paar Leute einen großen Unterschied machen können, und ich würde das gerne in Aktion sehen.“
Von der Musik zur Wissenschaft
Als Kind wusste Allen-Dumas, dass die Wissenschaft die Macht hatte, einen Unterschied zu machen. Ihr Vater, Dan McGuire, war Nuklearphysiker – eine Karriere, die ihn schließlich bei ORNL landete. Obwohl sie seine Arbeit nicht im Detail verstand, wuchs sie mit einem Verständnis für die Wissenschaft und die wissenschaftliche Methode auf, ein Thema, das sich ihr Leben lang fortsetzte.
Es war jedoch die Musik, die ihre Fantasie zuerst anregte. Aufgewachsen in Nord-Colorado, absorbierte sie die Streichermusik, die sowohl auf der Stereoanlage zu Hause spielte, als auch aus den Händen von Musikern, die für Bogen- und Instrumentenreparaturen vorbeikamen, ein Nebenauftritt ihres Vaters. Im Alter von neun Jahren begann sie mit dem Geigenunterricht und erwarb schließlich einen Bachelor-Abschluss in Musikpädagogik an der University of Northern Colorado. In den folgenden Jahren trat sie auf und unterrichtete Musik und Chor.
Aber die Wissenschaft tauchte wieder als Thema in ihrem Leben auf, als sie im Alter von 30 Jahren den ORNL-Computerwissenschaftler John Allen heiratete. Nach ihrem Umzug nach East Tennessee tauchte Allen-Dumas tiefer in die Wissenschaft ein, als sie die Leidenschaft ihres neuen Mannes aufnahm, einmotorige Flugzeuge zu fliegen. Während sie ihren eigenen Pilotenschein machte, lernte sie Wind, Temperatur und Luftfeuchtigkeit kennen und wie man dieses Wissen praktisch anwendet.
“Das hat mich wirklich für die Atmosphäre und das Wetter interessiert”, sagte Allen-Dumas.
Nach dem Tod ihres Mannes im Jahr 2007 entwickelte sich dieses Interesse jedoch zu einer Mission, als Allen-Dumas begann, ihr Leben durch eine neue Linse zu sehen. Mit der Wissenschaft, dachte sie, könnte sie einen größeren Unterschied machen.
„Mir wurde klar, dass ich mich in vielerlei Hinsicht an einem Übergang in meinem Leben befand“, sagte Allen-Dumas. „Wenn ich also von der Musik zur Wissenschaft wechseln wollte, war das der Moment, in dem ich es tun sollte.“
Allen-Dumas schrieb sich an der University of Tennessee ein, wo sie einen Master in Umweltingenieurwesen erwarb. Dann durch die ORNL-angeschlossene Bredesener Zentrum für interdisziplinäre Forschung und Graduiertenausbildung, promovierte sie in Energiewissenschaften und -technik. Seitdem ist sie dem ORNL verbunden, erhielt ein Praktikum und dann ein Postdoc-Stipendium, bevor sie 2017 als wissenschaftliche Mitarbeiterin antrat.
Allen-Dumas fand ihren Groove auf dem weitläufigen Campus von ORNL nicht sofort. Als Atmosphärenwissenschaftlerin in der ehemaligen Geographic Information Science and Technology-Gruppe fühlte sie sich schon früh wie eine Geigerin im Schlagzeugbereich. Aber sie schätzte die neuartigen Ideen, die in der Zusammenarbeit mit Spezialisten aus anderen Bereichen entstehen können. Durch die Integration ihrer Klima- und Wetterdaten mit den hochauflösenden Bevölkerungsdaten ihrer Kollegen – sie könnten die US-Bevölkerung auf die Größe eines New Yorker Blocks herunterbrechen – konnten die Mitarbeiter, wie Allen-Dumas erkannte, die Auswirkungen des Klimawandels viel sehen und vorhersagen kleinere, umsetzbare Skalen.
„Wenn Sie verstehen, wo sich die Bevölkerung befindet, und Sie verstehen das Wetter und das Klima, das durch einen bestimmten Raum kommt, dann können Sie viel über die Wechselwirkungen verstehen“, sagte Allen-Dumas. „Es gibt eine riesige Chance für die Integration dieser Dinge.“
In ihre Wissenschaft hineinwachsen
Allen-Dumas hat auf dieser Gelegenheit eine Karriere aufgebaut. Ein Großteil ihrer Forschung untersucht die Klimaauswirkungen auf kritische Infrastrukturen und die einzigartigen Herausforderungen, mit denen der Südosten der USA konfrontiert ist, der mehr Kohlendioxid produziert und eine schneller wachsende Bevölkerung hat als andere Regionen des Landes.
In Eins lernen Durch die Untersuchung von Daten aus Knoxville und Atlanta demonstrierten Allen-Dumas und ihre Koautoren eine Methodik zur Planung des zukünftigen Land-, Wasser- und Energiebedarfs angesichts des Klimawandels. Die Studie präsentierte zahlreiche Szenarien für diese Städte im Detail und beleuchtete die Vorteile und Kompromisse der einzelnen Städte. Atlanta könnte seinen CO2-Fußabdruck beispielsweise durch starke Investitionen in Solarenergie reduzieren, aber dieser Weg würde erhebliche Landressourcen erfordern. Die Ergebnisse könnten Stadtplanern helfen, bessere Entscheidungen zu treffen, wenn sie langfristige Investitionen in die Infrastruktur planen.
Zu den anderen Arbeiten von Allen-Dumas gehört die Entwicklung von a Methode um festzustellen, welche Stromversorgungsgebiete im Süden der USA am anfälligsten sind, wenn die Bevölkerung wächst und die Temperaturen steigen, und Analyse der Klimamigration nach Katrina, die enthüllt, wo das Viertel der Einwohner von New Orleans gelandet ist, das die Stadt endgültig verlassen hat.
Allen-Dumas findet in ihrer Forschung auch Hinweise darauf, dass benachteiligte Gemeinschaften überproportional unter dem Klimawandel leiden, ein Thema, das die Bundesregierung anstrebt die Anschrift. In einer bevorstehenden Studie, die die Stadt Las Vegas untersuchte, stellten sie und ihre Kollegen beispielsweise fest, dass gefährdetere Bevölkerungsgruppen dazu neigen, in älteren Gebäuden im heißesten Teil der Stadt zu leben. Derzeit arbeitet Allen-Dumas an Modellen, die vorhersagen, wie die Städte der Zukunft aussehen werden und wie diese neuen urbanen Morphologien in Simulationen zum Klimawandel berücksichtigt werden können.
Die weltweit führenden Supercomputer und riesigen Datensätze von ORNL waren für ihre Arbeit von entscheidender Bedeutung, sagte Allen-Dumas. Noch wichtiger sei jedoch die Möglichkeit, mit Laborkollegen zusammenzuarbeiten, die anerkannte Autoritäten in verschiedenen Fachgebieten seien. Ihre Musikkarriere hat sie gut auf die wissenschaftliche Teamarbeit vorbereitet.
„Manchmal muss man führen – man muss den ersten Violinpart wirklich gut spielen – man muss die aufsteigende Melodie in Projekten sein“, sagt Allen-Dumas, die als Mitglied zweier lokaler Quartette mit ihrer Musik Schritt hält . „Und manchmal muss man auch eine tragende Rolle spielen – die Harmonie sozusagen – genauso gut.“
Allen-Dumas ist zunehmend daran interessiert, nicht nur ihre Wissenschaftlerkollegen, sondern auch Regierungs- und Industrievertreter vor Ort dabei zu unterstützen, Entscheidungen über die Zukunft ihrer Gemeinden zu treffen. Die Einladung dieser Stakeholder, ihre Stimme in ihre Arbeit einzubringen, könnte ihr helfen, bessere Werkzeuge für die Abwägung ihrer Optionen zu entwickeln.
“Ich denke, diejenigen von uns, die die Wissenschaft betreiben, denken, wenn wir die Ergebnisse sehen, ‘Oh, die sprechen für sich'”, sagte sie. „Aber ich bin mir nicht sicher, ob diese Dinge tatsächlich für sich sprechen, wenn die Politik Entscheidungen für morgen und nächstes Jahr und Jahrzehnte und in der Zukunft treffen muss. Ich denke, wir sind jetzt an einem Punkt angelangt, an dem wir vielleicht beginnen möchten, die Interessengruppen in die Gestaltung der Wissenschaft mit einzubeziehen.“
Denn bei dem riesigen, knorrigen Problem des Klimawandels haben wir alle eine Rolle zu spielen.
UT-Battelle verwaltet ORNL für das Office of Science des Department of Energy, den größten Einzelförderer der Grundlagenforschung in den physikalischen Wissenschaften in den Vereinigten Staaten. Das Wissenschaftsbüro arbeitet daran, einige der dringendsten Herausforderungen unserer Zeit anzugehen. Für weitere Informationen, besuchen Sie bitte energy.gov/science.
— Kristen Coyne
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