Fallstudie 3. Grenzen des Wachstums oder Weltmodell 2. Andreas Fischlin, ETH Zurich

Transkript

1 Fallstudie 3 Grenzen des Wachstums oder Weltmodell 2

2 Was Sie lernen werden: Systemanalyse eines hoch-komplexen Systems (Grenzen des Wachstums) Modellkonstruktion à la System Dynamics Vermaschte Regelkreise Vor- und Nachteile der Aggregation Interpretation von Simulationsergebnissen Modelleinsatz zu Projektionszwecken ( damit diese Zukunft nicht wahr wird ) 2

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4 Weltbevölkerung Weltbevölkerung heute: heute: 6,056,528,577 6,727,990,129 4

5 Das Modell, das den Goldpreis erschütterte 5

6 Dennis Meadows Keynote Speech (Alliance for Global Sustainability Meeting, Barcelona) 6 Summarized by François Cellier, ETH Zurich

7 Cont. D. Meadows Keynote Speech (Alliance for Global Sustainability Meeting, Barcelona) 7 Summarized by François Cellier, ETH Zurich

8 Vorgehen? Wie gewohnt gehen wir in etwa folgendermassen vor: 1! Problemstellung formulieren 2! Sichten von Fakten und Daten Schema Systemanalyse 3! Verbales Modell 4,5! Mathematisches Modell Kalibrierung 6,7! Simulationsmodell 8! Simulationsexperimente 9! Auswertung u. Interpretation der Simulationsresultate 10! Modell- und Parameteridentifikation 11! Modellvalidierung 12! Modellanwendung! 8

9 1. Schritt: Problemstellung 9

10 Weltbevölkerung 2005: 6,439,191,244 Weltbevölkerung 2006: 6,584,155,919 Weltbevölkerung 2007: 6,660,647,801 Weltbevölkerung 2008: 6,727,990,129 10

11 Weltbevölkerung - Quo vadis? 11

12 Hunger? Aids? Naturkatastrophen? Alles Ok? Das Paradies bloss für einen Teil der Menschheit?? 12

13 Problemstellung Gibt es Grenzen des Wachstums? oder Wie sieht die Zukunft der menschlichen Bevölkerungsentwicklung aus? Was bedeutet diese Entwicklung für die Umwelt? oder Wieviele Menschen können auf der Erde nachhaltig ernährt werden? 13

14 2. Schritt: Daten Sichten, Zusammenhänge analysieren 14

15 3. Schritt: Verbales Modell 15

16 Relationengraph Weltmodell G S=(X,R) R X Abstraktion 16

17 Relationengraph «Weltmodell 2» 17

18 Forresterdiagramm «Weltmodell 2» 18

19 4. Schritt: Mathematisches Modell 19

20 Forrester Diagramme Zustandsvariable Ableitung nach der Zeit t Material- u. Informationsflüsse (~Signalflüsse) Quellen und Senken Hilfsvariablen (Funktionen) Modellparameter Tabellenfunktion 20

21 Natalität und Mortalität Materialfluss Zustandsvariable Materialfluss Quelle Geburtenrate Sterberate Senke = B (x(t)) - D (x(t)) δx δt 21

22 Natalität und Mortalität (linear) Materialfluss Geburten -rate Zustandsvariable Sterberate Materialfluss Quelle Informationsfluss Modellparameter δx = b x(t) - d δt x(t) Senke 22

23 Hilfsgrösse δx = + b x(t) m b (t) δt! - d x(t) m d (t) Informationsfluss Natalität und Systemeinfluss Modellparameter Mortalität (allg.) 23

24 Forresterdiagramm «Weltmodell 2» 24

25 5., 6. und 7. Schritt Kalibrierung Simulationsmodell Anfangswerte und Randbedingungen 25

26 Alles schon vorbereitet 26

27 8. Schritt: Simulation 27

28 Simulationsprogramm 28

29 Standardlauf Bevölkerungszusammenbruch der den Goldpreis erschütterte 29

30 9. Schritt: Interpretation der Simulationsresultate 30

31 Resultate bedeuten Weltuntergang? Nichts Ernsthaftes Ein neues Problem, das wir problemlos lösen werden Wie? 31

32 Schritte 4,5,6,7 und 8 mit neuer Modellvariante wiederholen 32

33 Ihre Eingriffsmöglichkeiten Ausmass der Veränderung Zeitpunkt der Veränderung 33

34 Bevölkerungszusammenbruch Das muss doch einfach hinhauen! Ressourcenschonung NRUN1 = 0.25 (statt 1) Umweltschutz POLN1 = 0.7 (statt 1) 34

35 Lässt sich die Welt nicht doch verbessern? Versuchen Sie es!

36 Courseware «Weltmodell 2» Einleitung inklusive Lernziel Theorie (Allgmeines u. Spezielles) Programmbeschreibung (Einführungsbeispiel Tutorial) Aufgabe 36

37 Greifen Sie ein, verbessern Sie die Welt! Iterative Lösungen sind oft die besten. Sie bilden mit den Schritten 4-9 eine Schleife: 1! Problemstellung formulieren 2! Sichten von Fakten und Daten Schema Systemanalyse 3! Verbales Modell 4,5! Mathematisches Modell Kalibrierung 6,7! Simulationsmodell 8! Simulationsexperimente 9! Auswertung u. Interpretation der Simulationsresultate 10! Modell- und Parameteridentifikation 11! Modellvalidierung 12! Modellanwendung! 37

38 Wer schafft es, bis zum nächsten Mal die Welt zu verbessern? Es könnnen nur wenige Parameter frei verändert werden: Ausmass der Veränderung Zeitpunkt der Veränderung BRN1 ~ Geburtenkontrolle NRUN1 ~ Ressourcenverschleiss CIGN1 ~ Wirtschaftswachstum POLN1~ Umweltschutz FC1~ Landwirtsch. Überproduktion 38