Die Modellierung sozial-ökologischer Systeme im Kontext der Nachhaltigkeitsforschung

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  • 1. Die Modellierung sozial-ökologischer Systeme im Kontext der Nachhaltigkeitsforschung Martin WildenbergMartin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 2. 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
  • 3. Sozial Ökologische Systeme Komplex AdaptivMartin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 4. Wir sind ein Teil davon Und seit gut 200 Jahren eine bestimmende Einflussgröße…Martin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 5. Willkommen im AnthropozänSteffan et al 2004; IGBPSecretariat Royal SwedishAcademy of SciencesMartin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 6. Willkommen im AnthropozänSteffan et al 2004; IGBPSecretariat Royal SwedishAcademy of SciencesMartin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 7. Lokale sozial-ökologische SystemeMartin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 8. Martin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 9. Martin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 10. Martin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 11. Martin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 12. Martin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 13. Long-Term Socioecological Research (LTSER) LTSER Ziel: Beitrag zur NachhaltigkeitsforschungMartin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 14. Themen der Sozial-ökologischen Langzeitforschung• Gesellschaftlicher Metabolismus• Landnutzung und Landschaft• Governance und Decision Making• Kommunikation, Wissensmanagment und TransdisziplinaritätMartin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 15. 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.Martin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 16. Fokus: Reichraming - eine Gemeinde in der LTSER Eisenwurzen Reichraming EisenwurzenMartin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 17. Land use 1900Martin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 18. Land use 2001Martin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 19. 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 outputsMartin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 20. Verhalten derLandwirtschaftlichen AgentenZiel der Landwirte• Flächen unter Bewirtschaftung• Minimum Einkommen• Minimum FreizeitLandwirte Berücksichtigen:• Räumliche Gegebenheiten• Förderungen• Produkt Preis• Produktionskosten
  • 21. Verhalten derLandwirtschaftlichen AgentenMögliche Reaktionen:• Ex- oder intensivieren der Produktion• Bio-Landwirtschaft• Vergrößern od. Verkleinern der Flächen• Wechsel des Betriebtypen• Mehr / weniger Nebenerwerb• Mehr / weniger Arbeitskräfte• Aufgabe der LandwirtschaftInteraktionen• via Grundstückmarkt
  • 22. Benutzer Interface
  • 23. Drei Szenarios TREND GLOB LOC + Base RunMartin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 24. TrendMartin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 25. GlobMartin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 26. LocMartin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 27. Trend Szenario Mehr Bauernhöfe Weniger Verwaldung (-15%) Mehr Haushalte (+10%) Weniger Pendler Höchste GHG & Stickstoff Emissionen Land-use todayMartin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 28. GLOB Szenario Weniger Bauernhöfe – extensive Bewirtschaftung hohe Arbeitsbelastung Mehr Verwaldung Abwanderung nimmt zu Mehr Pendler +75% Niedrigsten GHG & Stickstoff Emissionen Land-use todayMartin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 29. LOC Szenario Weniger Bauernhöfe als in Trend mehr als in GLOB – extensiv hohe Arbeitsbelastung Weniger Verwaldung Weniger Pendler Mittlere GHG & Stickstoff Emissionen. Land-use todayMartin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 30. Eine andere Region, andere Themen, ähnlicheHerausforderungen…
  • 31. RECOVER (research on coping with vulnerability to environmental risk) Singh, Adensam, Haas, Fischer-KowalskiMartin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 32. 2004 TsunamiTsunami 2004 More then 4000 dead Almost all Houses destroyed & infrastructure damaged coconut plantations destroyed Reef & coast topology changedMartin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 33. The Second Wave Wave The SecondÜber 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.Martin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 34. Work packages Recover Modelling Intervention Theory DevelopmentMartin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 35. 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 observationMartin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 36. Model KomponentenMartin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 37. 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 pp a r a m e t e r s f o r yie ld sd 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
  • 38. Martin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 39. Zeitbudgets und Landnutzungsveränderungen KamortaMartin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012 land-cover and land-use – 2005, 2015, 2025 and 2035.
  • 40. Available, required and desired working times per adult. Required working time includes time for subsistence and market oriented activities.Martin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 41. Lets get softer… a tool for integrated modelling of SESMartin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 42. 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 - HungerMartin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 43. Fuzzy Cognitive Mapping Wie funktioniert es?Martin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 44. FCMapper auf www.FCMappers.net Schnelle und einfache Berechnung und Visualisierung Ca. 1000 Anmeldungen auf unserer HomepageMartin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 45. Erfahrungen mit FCM Vulnerability of Indian cities towards extreme weather events Vergleich von sechs Casestudies in LTSER Plattformen Verwendung von FCM in der PIK SummerschoolMartin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 46. Vulnerability to climate change Collective fuzzy cognitive map of professionals interviewed in Delhi (Diana Reckien et al.)Martin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 47. Spanien: 14 FCMs mit Experten aus dem Bereich Naturschutz “Was sind die wichtigsten Einflußfaktoren (pos. und neg.) auf die Biodiversität im Donana Nationalpark?”Martin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 48. Finnland Vier Mappings – eines mit Experten drei mit lokalen Stakeholdern “Beschreiben sie ihrer Wahrnehmung der aktuellen Situation des Karvianjärvi-See”.Martin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 49. 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?”Martin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 50. 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?”Martin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 51. 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 iterationMartin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 52. Wieder die drei Szenarios TREND GLOB LOC + Base RunMartin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 53. Base RunMartin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 54. TrendMartin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 55. GlobMartin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 56. LocMartin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 57. 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 orientiertMartin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 58. Teil IIIntegrierte Modellierung
  • 59. Also, was ist ein integriertes Model?Martin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 60. Und wie kann Integration erreicht werden?
  • 61. 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)Martin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 62. 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
  • 63. Integrating people, topics and knowledge: constructingmodels 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
  • 64. 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 IntelligenceMartin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 65. 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 ManagementMartin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 66. Ausblick III The scientific community is part of the experiment of modern society, like it or not… (Haberl et al. 2006)Martin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 67. Danke für Ihre Aufmerksamkeit!Martin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 68. Decision finding process of each farm Ecological dimension Social Economic dimension dimensionMartin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 69. ODDMartin Wildenberg Rigorosum 30.03.2012
  • 70. 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.
  • 71. Results FinlandClear distinction of “Expert-map” to maps of other stakeholdersExpert map:“state of the lake”, is the central factoremphasises socio-economic factors and their connection to liveability of the rural area andthe internal loading process.Stakholder maps:More human centred maps – users view on the lakeRecreational use, particularly fishing in the lake, is accentuated.The internal loading process only mentioned by the agriculturalistExternal loading, on the other hand, was mentioned in all maps with a high centrality.Water level issuesThe ongoing discussions and the experiences of the stakeholders regarding concrete waterquality problems in the lake, as well as protection activities that have been conducted forsome time are reflected in different degrees in all of the maps.
  • 72. Results RomaniaThe experts group:characterized the study area using a large spectrum of factors related to ongoing academicdiscussions.social aspects, human factors and management issues.The map shows a very high density reflection of the notion that “every thing is connected toevery thing”.The group of local farmers and fishermenmore pragmatic, users view of their area.The farmers and fishermen discussed situations based on the extensive and severe structuralchanges in their area, which occurred during the 1960s and 1980s due to implementation ofmanagement plans.Managers and local administrationdiscussed the changes they have noticed in the last 50 years.Most central factors: “Financial resources”, “Agro-tourism” and “Biodiversity”.