一、 城市运行的复杂性
所有城市无论大小，都涉及到安全、地方经济、能源与配水系统、各种基础设施、交通运输及环境等问题。全面了解一个城市的运转情况，就可为评估诸如地震、飓风等自然灾害或人为造成的恐怖事件的易损性提供更好的方法。为了城市的安全和可持续发展，我们必须实施长期城市安全计划和危险性评估方法，而不是依赖于无效的决策。这些方法必须是以对城市环境中许多复杂的变化过程之间的相互关系作出正确评估为基础的。
当灾害袭击一座城市时，其后果是复杂的，且影响很大。随着城市的持续发展和现代化程度提高，城市成为相互依存的、有效发挥作用的、独立的基础设施的组合点。例如，当洛杉矶遭受一次较大地震的冲击时，会立即产生明显的后果，如立体高速公路主干道遭到严重破坏，这会影响该市的应急响应和经济活动，延缓对变电所和通讯线路的抢修。由于地面道路（当时的优选路线，因为高速公路已被损坏）的交通流量完全依靠由电力控制的交通管理信号灯来指挥，因此电力问题也反馈到交通问题上来。要减少这些问题及其他复杂?quot;反馈"过程就需要一套综合方法。用这套综合方法可将自然过程和一系列基础结构变化过程放在一起进行检验。在洛斯阿拉莫斯国家实验室的城市安全计划中正在研究这种方法。
二、数字化模拟城市
城市安全计划首先采用计算机模拟和地理信息系统（GIS），模拟城市各部分受损时情形，并提出相应评估和对策。目前正在研制的分布式计算体系结构，可使用户对自然或基础设施进行大范围的过程模拟。如果各种计算机可模拟不同过程，那么这些计算机就可通过最初设置的单个接口相互"对话"，用户只需与单个接口互相配合即可。GIS根据实际数据和接收到的模拟输出信号为模拟提供初始条件和边界条件，这样，实际数据和模拟数据可在编好的格式中进行比较。另外，如果数据从一个过程传递到另一个过程（例如，从地震地面运动到高速公路的易损性），那么，GIS还可用于比较不同的模拟。
这种方法有助于实现城市安全计划的一些目标，其中之一是编制模拟灾害情况的程序。这些程序有助于在灾害发生前制定减灾计划和培训计划。另一个目标就是在灾害发生后能快速地利用模拟结果，以便最大限度地发挥应急响应的作用。
洛斯阿拉莫斯的城市安全研究小组的成员有：环境工程师、地质学家、软件工程师、自然灾害专家、数学家、水文专家、土木工程师、气象科学家、化学家、GIS专家，以及与学术界和政府部门的城市规划者和环境科学家开展合作研究的运输专家。
三、最新进展
该计划的总体目标是在构成一座城市的所有子系统模型之间建立联系。在过去的两年里，该计划已在5个方面开展工作。
城市空气和水传输途径
为了观察水和空气的污染情况，研究小组正在连接适用于城市地区的交叉科学的子系统模型和编写接口模块，研究小组把重点放在硝酸盐的迁移和演变上。目前，研究小组正在洛杉矶盆地模拟硝酸盐的演变问题，从硝酸盐的产生，如自动散发和产生过程，到它们的分散和化学演变，因为它们通过区域的风传播，最后以湿的或干的物质的形式沉淀。暴雨过后，我们跟踪探测它们进入地表水和雨水系，然后进入沼泽地中的轨迹，它们在沼泽地中产生分散和生物学上间接的化学反应。
地震与城市基础设施
较大地震会破坏道路和桥梁，造成大范围停电，使水和煤气总管破裂，通常还会给整座城市造成混乱。各种系统的潜在破坏会使应急响应、减灾和恢复计划的实施更为麻烦。分析方法必须包括高质量的地震地面运动模拟，先进的灾害评估方法和已遭破坏系统的模拟。要做这些工作就必须建立一个将地球物理学与工程学联系在一起的多层GIS数据库。作为第一步，洛斯阿拉莫斯、南加州地震中心和洛杉矶水电局（Los
Angeles Water and Power）正在合作开展较大地震对洛杉矶盆地内电力分布系统的影响的分析。
城市恢复与发展
模拟地震后洛杉矶的恢复和发展也需要一个综合的"系统"方法。研究小组采取的策略是，根据土地使用、地面倾斜、人口统计、道路出入口等参数制订发展规则。现正在模拟这种城市动态系统以评价它们对决策计划的响应。研究小组打算将这些以环境变化过程为基础的模型及它们的相互作用结合起来研究。
空气传播的有毒物质泄漏及其对车辆的影响
研究小组将洛斯阿拉莫斯研制的流体力学模型与交通模拟结合起来，并运用它们来研究城市环境中烟雾的消散及其对汽车的影响。作为适用范围的一个例子，应急响应工作人员可用这些方法测试，当车辆无意中穿过因一辆运载化学品的车辆倾翻而散发出有毒烟雾的地区时，车辆承受毒雾的量。如果化学制剂或生物萍猎谀质星孤擞蒙鲜龇椒ㄑ芯空庑┲萍潦窃跹拥模拥绞裁吹胤街罩梗鞫某盗居执吡硕嗌佟?br>
结构设计
过去，洛斯阿拉莫斯国家实验室的模拟研究工作只在很小的范围内进行，现有模型的连接工作也很单调乏味，并且不能通用，新的先进技术使解决这一问题成为可能。城市安全计划使用一台计算机服务器和过去计算出的相关数据及已应用的服务器进行模拟和一些其他工作，如可视化和数据分析，同时使用为用户提供图形界面的用户计算机。这样的设计能将原有模型和新模型连接起来，通过多种语言和工作平台进行模拟，检索过去的模拟结果，重复并修改过去的计算结果，保证安全可靠地管理这些庞大的数据。这种设计是平台式的，没有语言障碍，任何人都可通过Internet进行访问，支持分布系统部分，并可与新的或原有的模块直接联系。
洛斯阿拉莫斯的城市安全计划的长期目标是将这5个方面与其他城市系统的模型连接起来，建成一个"系统的系统"，用于对应急响应人员进行虚拟环境下的培训、应急响应，以及制定长期的城市规划。这些方法适用于不同层次的各种用户--从城市规划者到民防官员。目标是，在开发提高美国乃至全球城市的防灾能力的方法方面有一个较大的突破。