Nucleo duro, periferia instabile
I ricercatori del Fare all'ETH hanno analizzato i collegamenti aerei globali e hanno scoperto che la rete è strettamente intrecciata ma si sfilaccia ai bordi. Ciò rende le regioni periferiche della rete di volo suscettibili di interruzioni. Ciò rende a sua volta vulnerabile l'intera rete, poiché numerose regioni si frammentano in piccole isole.
L'estate è tempo di viaggi e molte persone iniziano le loro vacanze con un volo verso luoghi lontani. Le destinazioni possibili sono ormai poche e lontane tra loro, e i collegamenti aerei coprono il mondo come una ragnatela. Tuttavia, non c'è alcuna garanzia di arrivare e tornare in tempo o del tutto. Come è successo nella primavera del 2010, quando numerosi aeroporti europei sono stati chiusi a causa dell'eruzione del vulcano islandese Eyjafjallajökull. In alcuni casi, il 60% dei voli europei è stato cancellato. Centinaia di migliaia di passeggeri sono rimasti bloccati negli aeroporti e le compagnie aeree hanno subito enormi perdite finanziarie.
Quanto è stabile la rete aerea globale?
Per Trivik Verma, dottorando del gruppo di Fisica computazionale per l'ingegneria dei materiali, questa interruzione del traffico aereo lo ha spinto a indagare più in dettaglio sulla rete globale delle compagnie aeree. "Due dei miei co-autori sono stati colpiti dalle cancellazioni in quel momento", racconta. Questo li ha spinti ad approfondire la questione della reale resistenza della rete aerea globale a tali interruzioni".
A tal fine, sono state analizzate le 18.000 rotte aeree tra i 3237 aeroporti del mondo. Nella rete di voli globale, ogni aeroporto è collegato direttamente o indirettamente ad altri aeroporti. In questa rete, ci sono hub che hanno collegamenti migliori rispetto ad altre destinazioni. Infine, i ricercatori hanno "scomposto" la rete di voli utilizzando un'apposita procedura matematica, iniziando dagli aeroporti meno collegati alla rete - cioè collegati solo da un link. Nella fase successiva, il programma ha eliminato i collegamenti con gli aeroporti che avevano al massimo un triangolo. Un triangolo di questo tipo esiste quando l'aeroporto A è collegato a B, ma la destinazione B può essere raggiunta anche attraverso l'aeroporto C. Più spesso un aeroporto fa parte di questi triangoli, più è integrato nella rete globale. Di conseguenza, un aeroporto di questo tipo offre ai passeggeri un maggior numero di percorsi alternativi in caso di cancellazione del collegamento originale.
Solo 73 aeroporti formano un nucleo duro
In ogni ulteriore fase di calcolo, il numero di triangoli è stato aumentato di uno e gli aeroporti corrispondenti sono stati "chiusi". In questo modo, i ricercatori sono arrivati al centro della rete globale di rotte, un nucleo di soli 73 aeroporti che sono collegati ad altri aeroporti tramite almeno 387 collegamenti triangolari. Questi aeroporti principali includono i giganti del settore come Heathrow, Los Angeles, Dubai e Francoforte.
Il fatto che siano estremamente stabili è dimostrato da una simulazione in cui i ricercatori hanno rimosso dalla rete il 40% delle connessioni centrali (ad alto utilizzo): Tre quarti di tutti gli aeroporti del mondo sono comunque rimasti collegati. Tuttavia, l'effetto sarebbe più grave se venisse cancellata la stessa percentuale di connessioni periferiche, poiché solo un quarto di tutti gli aeroporti rimarrebbe collegato. "Questo indica che il nucleo della rete aerea globale è estremamente resistente alle interruzioni e che la rete aerea globale è una società a due livelli collegata tramite linee di traffico con una funzione di ponte", spiega Verma.
Gli hub periferici a forma di stella sono instabili
La ragione di ciò risiede nel modo in cui sono organizzati i collegamenti aerei nella periferia: Importanti aeroporti regionali collegano altre destinazioni a forma di stella. Questi sono quindi collegati a un hub regionale solo tramite una linea, ma non tramite un triangolo. Un hub di questo tipo è l'aeroporto di Tampa Bay in Florida, da cui sono servite 24 destinazioni con uno schema a stella. Se viene cancellato, i passeggeri non possono più raggiungere queste destinazioni in aereo. Ciò significa che intere regioni possono essere tagliate fuori dalla rete globale in un colpo solo.
Quello che sembra un problema per le regioni periferiche si ripercuote anche sul nucleo centrale: Nella maggior parte degli scenari in cui i ricercatori hanno riprodotto le interruzioni negli aeroporti periferici, quelli che avevano una sola connessione hanno reso instabile la rete globale del traffico aereo.
L'economia di mercato promuove la struttura
"La struttura biforcuta della rete di voli globale non è il risultato del nostro modello, ma una conseguenza del fatto che le compagnie aeree sono orientate al profitto", afferma Verma. Le compagnie aeree offrono molti collegamenti solo dove il volume dei passeggeri o il potere economico sono elevati e i tempi di volo sono brevi. I tempi di volo si riducono al massimo quando le compagnie aeree operano in una rete fitta in cui possono volare direttamente verso qualsiasi destinazione dal loro aeroporto di origine. Ciò favorisce lo sviluppo di aeroporti centrali con collegamenti multipli. In periferia, invece, solo il funzionamento di una rete a stella con un hub centrale ha senso dal punto di vista economico.
"Il raggruppamento reticolare degli aeroporti garantisce un'elevata resilienza alle interruzioni. Gli aeroporti che non hanno collegamenti alternativi con le loro destinazioni sono proprio quelli che rendono la rete globale del traffico aereo più vulnerabile", afferma Verma. La rete non è progettata per la comodità dei passeggeri, ma per l'efficienza economica".
Riferimento alla letteratura
Verma T, Araújo NAM, Herrmann HJ: Rivelare la struttura della rete mondiale delle compagnie aeree. Scientific Reports 2014, 4, 5638. doi:pagina esterna10.1038/srep05638