Die Modellierung sozial-ökologischer Systeme im Kontext der Nachhaltigkeitsforschung

Die Modellierung sozial-ökologischer Systeme im
Kontext der Nachhaltigkeitsforschung

Martin Wildenberg

Martin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012

Struktur der Präsentation
- Einleitung:
- Sozial -Ökologische Systeme
- Nachhaltigkeitsprobleme
- Lokale Sozial -Ökologische Systeme

- Projekte und Fallstudien
- LTSER
- RECOVER – Kamorta ABM
- SERD
- Fuzzy Cognitive Modeling

- Integrierende Modellierung
- Lessons learned
- Ausblick

Sozial Ökologische Systeme

Komplex

Adaptiv


Wir sind ein Teil davon
Und seit gut 200 Jahren eine bestimmende
Einflussgröße…


Willkommen im Anthropozän

Steffan et al 2004; IGBP
Secretariat Royal Swedish
Academy of Sciences


Lokale sozial-ökologische Systeme


Long-Term Socioecological Research (LTSER)

LTSER Ziel:
Beitrag zur Nachhaltigkeitsforschung


Themen der Sozial-ökologischen
Langzeitforschung

• Gesellschaftlicher Metabolismus
• Landnutzung und Landschaft
• Governance und Decision Making
• Kommunikation, Wissensmanagment und
Transdisziplinarität


SERD
(Simulation of Ecological Compatibility of Regional Development)
Veronika Gaube, Heidi Adensam, Julia Lutz, Tina Kaiser, Andreas Richter, Helmut Haberl

• Analyse der sozial-ökonomische Dynamiken und
deren Wechselwirkung mit Material- und
Energieflüssen

• Ursachen und Auswirkungen von langfristigen
Veränderungen im ökonomischen und sozialen
Bereich, Landnutzung und Ökosystemen.

• Beitrag zu einer nachhaltigen lokalen Entwicklung.
Einbeziehung und Unterstützung lokaler Stakeholder.


Fokus:
Reichraming - eine Gemeinde in der LTSER
Eisenwurzen

Reichraming

Eisenwurzen


Land use 1900


Land use 2001


Model Konzept
External conditions
Socio-economic / political Environmental conditions
framework e.g. climate

Agent-based module
farms Integrated stock-flow
tourism module
firms
municipality Socio-economic stocks/flows
(humans, livestock, artifacts)

Land use Ecological stocks flows
(forests, grasslands, cropland)
Land cover

Socio- Land-use Changes in material/
economic change energy flows
change Model outputs


Verhalten der
Landwirtschaftlichen Agenten
Ziel der Landwirte
• Flächen unter Bewirtschaftung
• Minimum Einkommen
• Minimum Freizeit

Landwirte Berücksichtigen:
• Räumliche Gegebenheiten
• Förderungen
• Produkt Preis
• Produktionskosten

Verhalten der
Landwirtschaftlichen Agenten
Mögliche Reaktionen:
• Ex- oder intensivieren der Produktion
• Bio-Landwirtschaft
• Vergrößern od. Verkleinern der Flächen
• Wechsel des Betriebtypen
• Mehr / weniger Nebenerwerb
• Mehr / weniger Arbeitskräfte
• Aufgabe der Landwirtschaft

Interaktionen
• via Grundstückmarkt

Drei Szenarios
TREND

GLOB

LOC

+ Base Run


Trend


Glob


Loc


Trend Szenario

Mehr Bauernhöfe
Weniger Verwaldung (-15%)
Mehr Haushalte (+10%)
Weniger Pendler

Höchste GHG & Stickstoff
Emissionen

Land-use today


GLOB Szenario

Weniger Bauernhöfe – extensive Bewirtschaftung
hohe Arbeitsbelastung
Mehr Verwaldung
Abwanderung nimmt zu
Mehr Pendler +75%
Niedrigsten GHG & Stickstoff Emissionen

Land-use today


LOC Szenario

Weniger Bauernhöfe als in Trend
mehr als in GLOB – extensiv
hohe Arbeitsbelastung
Weniger Verwaldung
Weniger Pendler

Mittlere GHG & Stickstoff
Emissionen.

Land-use today


Eine andere Region, andere Themen, ähnliche
Herausforderungen…

RECOVER
(research on coping with vulnerability to environmental risk)
Singh, Adensam, Haas, Fischer-Kowalski


2004 TsunamiTsunami
2004

More then 4000 dead Almost all Houses destroyed & infrastructure damaged
coconut plantations destroyed Reef & coast topology changed


The Second Wave Wave
The Second
Über 60 NGOs warten in Port Blair um millionen von US$ auszugeben.
Unrepresented inflow of money & commodities.

Die Nicobaren – ein vielversprechender Entwicklungshilfe Markt?

Nebenwirkungen der Hilfsmaßnahmen:
Veränderung der Familienstruckturen, des sozialen Zusammenhalts, Konflikte über
Land, zunehmende soziale Differenzierung, Veränderung der Konsum und
Produktionsgewohnheiten.


Work packages Recover

Modelling

Intervention Theory
Development


Integration verschiedener Ebenen

Level Focus Target group Tools

Island Ecological constraints Tribal Council Integrated
Biophysical Administration Model
constraints NGOs
Market

Village Cooperate societies SIF (NGO) Village Planning
Production (best mix) council Tool
Cooperate societies

Household What do people want? Households Participative
Cultural constraints Data
Lifestyle changes Collection &
Time use
Participative
observation


Model Komponenten


Landunits
C a lc u la t e d V a r ia b le s
M a in V a r ia b le s
b u r n a b ilit y
a c t u a l la n d c o v e r

s u it a b ilit y f o r c o n v e r s io n in t o o t h e r la n d
p a s t la n d c o v e r t yp e
w o r k in g t im e r e q u ir e d
s t a t e o f n e ig h b o r yie ld p r o d u c e d

t im e s in c e la s t f ir e

t im e s in c e la s t la n d - c o v e r c h a n g e
V is ib le f o r Ag e n t

a t c o a s t ( ye s / n o )
by
d nd
n ce at a
e t
f lu l s nt
In na e
er m
in t ir o n
v
en

Ac t io n s
P a r a m e t e r s / in it ia l D a t a
In f lu e n c e d b y
C h a n g e t yp e
Ag e n t
c o o r d in a t e s
Burn
s iz e

c o lo r in m a p

p a r a m e t e r s f o r yie ld s
d e p e n d in g o n a g e a n d t yp e

La n d s c a p e e f f e c t s
v is ib le f o r u s e r s

Zeitbudgets und Landnutzungsveränderungen

Kamorta
Martin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012 land-cover and land-use – 2005, 2015, 2025 and 2035.

Available, required and desired working times per adult. Required working
time includes time for subsistence and market oriented activities.


Lets get softer…

a tool for integrated modelling of SES


Was ist eine Fuzzy Cognitive Map:

Grafische Repräsentation des Wissens über die
Wechselwirkungen zwischen wichtigen Elementen
eines Systems.

Eine FCM ist ein qualitatives Systemmodell, welches
mathematisch berechnet werden kann
+ Desire to
0,5 rest
Food
intake 1 -
Hunger


Fuzzy Cognitive Mapping
Wie funktioniert es?


FCMapper auf www.FCMappers.net

Schnelle und einfache
Berechnung und
Visualisierung

Ca. 1000 Anmeldungen auf
unserer Homepage


Erfahrungen mit FCM

Vulnerability of Indian cities towards
extreme weather events
Vergleich von sechs Casestudies in
LTSER Plattformen
Verwendung von FCM in der PIK
Summerschool


Vulnerability to climate change

Collective fuzzy cognitive map of professionals interviewed in Delhi (Diana
Reckien et al.)


Spanien:
14 FCMs mit Experten aus dem Bereich Naturschutz

“Was sind die wichtigsten Einflußfaktoren (pos. und neg.) auf die
Biodiversität im Donana Nationalpark?”


Finnland
Vier Mappings – eines mit Experten drei mit lokalen Stakeholdern

“Beschreiben sie ihrer Wahrnehmung der aktuellen Situation des
Karvianjärvi-See”.


Rumänien:
Drei Gruppen-Interviews:
1. Wissenschaftler und Naturpark Mitarbeiter
2. Bauern und Fischer
3. Manager und lokale Administraion.

“Wie wichtig sind für sie Ökosystem-Dienstleistungen, welche Faktoren
beeinflussen diese und wie wirkt sich das auf ihr Leben aus?”


Eisenwurzen LTSER
7 Interviews mit lokalen Experten aus den Bereichen Regionalmanagment,
Naturschutz und öffentliche Verwaltung

“Welche Faktoren, Akteure oder Institutionen beeinflussen die
zukünftige Entwicklung Ihrer Region?”


FCM Simulation in a nutshell
( k 1) = value of concept Ci at iteration step k+1
Ai
N
(k )
= value of concept Ci at iteration step k
( 1
k ) ()
k ()
k Ai
A i
A i
Awj
ji
(k ) = value of concept Cj at iteration step k
ji Aj
j1
w ji = weight of the link between Ci and Cj
First iteration Seconde iteration

Interaction
Activation Matrix
Vector C1 Cn
C1 C1 C1 Cn C1
C1 C1

X = =
X
Cn
Vector contains values
Cn Cn Cn Cn …
Matrix contains weights of Vector contains values
representing the state of the
relations between concepts representing the state of the
concept
concept after one iteration


Wieder die drei Szenarios
TREND

GLOB

LOC

+ Base Run


Base Run


Was bietet Fuzzy Cognitive Mapping?
• Strukturiert partizipativen Prozess

• Social learning

• Kommunikation zwischen Beteiligten

• Darstellung komplexer Systeme so wie von Stakeholder
Wahrgenommen

• Kartierung und Analyse komplexer Systeme

• Vergleichbarkeit qualitativer Daten und Information

• Modellierung und Szenarios

• Schnell und einfach anzuwenden

• Prozess orientiert


Teil II
Integrierte Modellierung

Also, was ist ein integriertes Model?


Und wie kann Integration erreicht werden?

Ein integriertes Modell integriert…

- Zwei (oder mehrere) Modelle
- Wissen verschiedner Disziplinen
- Wissenschaftler aus verschieden
Disziplinen
- Wissenschaftler und “andere”
Menschen
- Theorie und Praxis
- Verschiedene Modelierungsmethoden
(ABM, SD, GIS)
- Daten unterschiedlicher Art (qualitative
& quantitative)


Lessons learned:
• Es ist wichtig die Akteure und Stakeholder von Anfang
an in den Modellierungsprozess zu involvieren.
• Iterative Entwicklung, modularer Aufbau.
• Die Akzeptanz des Modelles bei den Stakeholdern ist
wichtig.
• Modelle helfen unterschiedlichen Stakeholdergruppen
über ihr System zu kommunizieren.
• Der Modellierungsprozess selbst trägt wesentlich zum
Verständnis des Systems bei.
• Keep it simple

Integrating people, topics and knowledge: constructing
models in iterative loops
Anfangs punkt
Is t das M odel
brauc hbar?

F orm ulierung
d e r Fra g e s te llu n g

S takeholder
P artizipation 1 Um form ulierung
d e r Fra g e s te llu n g

M odell
kom unizieren

Kom m unikation
Hypothes en
S am m eln
Beantw ortet
das M odel
Analys e des
die F rage?
M odels

4
M odell S truktur
3 aus w ählen

Im plem entierung
des M odells Konzeptuelles
Kom m unikation
M odell

2

Ausblick I
Weiterentwicklung Fuzzy Cognitive Mapper und ABM

Causale Modellierung & Mindmapping gewinnt, vor allem
in der transdiziplinären Forschung, immer mehr an
Bedeutung

Experten Systeme, Knowledge Brokerage, Lernende
Netzwerke, Artificial Intelligence


Ausblick II
Landnutzungsmodelle die:

-auf jährlich Erhobenen Daten aufbauen
-Daten Eingabeinterface direkt beim Stakeholder
-Ergebnisse direkt an Benutzer liefern
-Einbindung in Managementsysteme ermöglichen
-Großflächig Anwendbar sind
-Integration verschiedener Ebenen erlauben

Ermöglichen ein Monitoring von SES und ein darauf
aufbauendes adaptives Management


Ausblick III

The scientific community is part of the experiment of
modern society, like it or not…
(Haberl et al. 2006)


Danke für Ihre Aufmerksamkeit!


Decision finding process of each farm
Ecological
dimension

Social Economic
dimension dimension


ODD


Results Spain:

• General agreement on drivers and pressures on Doñana’s biodiversity

• Drivers are dominated by factors describing human actions, such as farming, urbanization,
land management, pollution and policy (including conservation decisions).

• High relevance given to the social perception of biodiversity and associated threats, as
well as the overall local biodiversity conservation

• Low importance given to the administrative policies effects on biodiversity.

• Missing links between socio-economic and natural drivers

• No conflicts connected to the Doñana National Park

• Corridors as a way of spreading alien species, diseases and pests, in addition to their main
connectivity of populations and species migration roles.

Results Finland

Clear distinction of “Expert-map” to maps of other stakeholders

Expert map:
“state of the lake”, is the central factor
emphasises socio-economic factors and their connection to liveability of the rural area and
the internal loading process.

Stakholder maps:
More human centred maps – users view on the lake
Recreational use, particularly fishing in the lake, is accentuated.
The internal loading process only mentioned by the agriculturalist
External loading, on the other hand, was mentioned in all maps with a high centrality.
Water level issues

The ongoing discussions and the experiences of the stakeholders regarding concrete water
quality problems in the lake, as well as protection activities that have been conducted for
some time are reflected in different degrees in all of the maps.

Results Romania

The experts group:
characterized the study area using a large spectrum of factors related to ongoing academic
discussions.
social aspects, human factors and management issues.
The map shows a very high density reflection of the notion that “every thing is connected to
every thing”.

The group of local farmers and fishermen
more pragmatic, users view of their area.
The farmers and fishermen discussed situations based on the extensive and severe structural
changes in their area, which occurred during the 1960s and 1980s due to implementation of
management plans.

Managers and local administration
discussed the changes they have noticed in the last 50 years.
Most central factors: “Financial resources”, “Agro-tourism” and “Biodiversity”.

Die Modellierung sozial-ökologischer Systeme im Kontext der Nachhaltigkeitsforschung

Recomendados

Recomendados

Mais conteúdo relacionado

Mais de Martin Wildenberg

Mais de Martin Wildenberg (11)

Die Modellierung sozial-ökologischer Systeme im Kontext der Nachhaltigkeitsforschung