Modellierung von Landnutzung im Erdsystem. Christoph Müller PIK

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Ruth Maier
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1 Modellierung von Landnutzung im Erdsystem Christoph Müller PIK

2 Was ist Landnutzung? Eine durch den Menschen gezielte Veränderung der Landoberfläche oder deren Prozesse für unterschiedlichste Zwecke Agro-Forestry Entwaldung Urbarmachung Fruchtfolgen Plänterwald Bebauung Schutzgebiet Management Renaturierung Ernte Extensivierung Bewirtschaftung Plantage Ellis & Ramankutty 2008, Front Ecol Environ Brache Zwischensaat Versiegelung Intensivierung Bewässerung Aufforstung

3 Landnutzung im Erdsystem Landnutzungsmodelle sind die eigentlichen Erdsystemmodelle Direkte und indirekte Interaktion mit vielen Erdsystemkomponenten

4 clipartguide.com GHG albedo LHF climate sea FFTE level C dust nutrients clipart.com extension.missouri.edu C cover nutrients H 2 O

5 Interaktionen im Erdsystem Strengers et al. 2010

6 Auswirkungen auf das Klima Baumbedeckung 1960er Jahre bis heute Temperatur Albedo Niederschlag Strengers et al. 2010

7 Treibhausgase 10-12% 15-17% IPCC 2007

8 Ein konzeptionelles Modell Bevölkerung Lebensstil Nachfrage Nutzungseignung Handel Bestehende Strukturen

9 Modelltypen Geographische Modelle Ökonomische Modelle Integrierte Modelle

10 Geographische Modelle Regelbasierte Modelle Empirisch-statistische Modelle Fokus auf Angebotsseite Räumliche Muster

11 Das CLUE-S Modell

14 Das CLUE-S Modell Bevölkerung Lebensstil Nachfrage = Flächen Nutzungseignung Handel Bestehende Strukturen

15 Ökonomische Modelle Land als einer von mehreren Hauptproduktionsfaktoren Rein monetäre Abbildung Probleme mit Heterogenitäten Problem der Substituierbarkeit Sehr gute Abbildung der Nachfrageseite

16 Preise und Mengen Preis Angebot p* Nachfrage q* Menge

17 Produzenten-Verhalten Produktions-Kosten (Material, Arbeit, Kapital) Annahme: alle Produzenten versuchen ihren Profit zu maximieren Ebenfalls möglich: Kosten-Minimierung

18 Konsumenten-Verhalten Verfügbares Einkommen Mögliche Alternativen Wohlstandsgewinn Relation zu anderen Konsumprodukten (wie viel muss ich für anderes ausgeben?) Annahme: Konsumenten maximieren ihren Wohlstand

19 Elastizitäten Reaktionsmaß für Preisänderungen Angebotselastizität Nachfrageelastizität Substitutionselastizität

20 Elastizitäten Preis Angebot E A =dp/dq E N =dp/dq Nachfrage Menge

21 Elastizitäten Nachfrage C1 E S =dc 1 /dc 2 Nachfrage C2

22 Elastizitäten Reaktionsmaß für Preisänderungen Angebotselastizität Nachfrageelastizität Substitutionselastizität Nicht direkt messbar Wichtiger Parameter für ökonomische Modelle

23 Ökonomische Modelle Bevölkerung Lebensstil Nachfrage = Produkte/Werte Nutzungseignung Handel Bestehende Strukturen

24 Integrierte Modelle Versuchen eine Kombination von ökonomischen (Nachfrage) und geografischen (Angebot) Modellansätzen Interdisziplinäre Ansätze Selten

Climate change (GCM) ECHAM4 CCSR -200-100 0 +100 Crop yields +200 mm Biophysical inputs Land & Water constraints MAgPIE a global land use optimisation model 2200 grid

balances, international trade technological change Kcal / Cap / Day 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 Billion 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Demography 1900 1920 1940 1960

Food consumption kcal = 802 * gdp^(0.142327) [R^2 = 0.

25 Climate change (GCM) ECHAM4 CCSR Crop yields +200 mm Biophysical inputs Land & Water constraints MAgPIE a global land use optimisation model 2200 grid cells (3 resolution), 10 economic regions 30 production activities (13 crops, livestock, irrigation, bioenergy, land conversion) rotational constraints internal feed balances, international trade technological change Kcal / Cap / Day Billion Demography Low fertility, low mortality High fertility, high mortality Central fertility, central mortality (Lutz et al. 2001) Income vs. Food consumption kcal = 802 * gdp^( ) [R^2 = 0.66] Income and diet GDP / Cap / Year kcal_cap (105 countries, 1990/2000) Socioeconomic inputs kcal_cap (fitted values) Cereals Sugar beets Oilseeds Pulses Food/Energy demand, production costs LPJ (50x50 km grid) H. Lotze-Campen et al., Agric. Econ., 2008

26 MAgPIE Anwendungen Lotze-Campen et al Suitable unused land available for cropland expansion Popp et al Krause et al. in prep.

27 Produktivitätssteigerung Lotze-Campen et al. 2008, Agric.Econ.

28 Produktivitätssteigerung Technologie Maschinen Züchtung Management Düngung Pflanzenschutz Bewässerung Klimawandel regional positive & negative Effekte CO 2 Düngung? Lotze-Campen et al. 2008, Agric.Econ.

29 Integrierte Modelle Bevölkerung Lebensstil Nachfrage = Produkte (physikalisch) Nutzungseignung = f(klima, Boden,TC) Bestehende Strukturen = Muster Handel

30 Validierung? Zensus-Daten Satelliten/Fernerkundung Tropische Entwaldungsraten: Maximale Schätzung ha/a Minimale Schätzung ha/a Ramankutty et al. 2008, GBC

31 Landnutzungsanteile Landfläche: ha 100% Deutschland : ha 0,27% Indien: ha 2,28% Landwirtschaftliche Fläche: ha 38% Deutschland : ha 48,8% (g: 0,34%) Indien: ha 60,6% (g: 3,63%) Ackerland: ha 12% Deutschland : ha 34,7% (g: 0,77%) Indien: ha 57,1% (g: 10,9%) Wiesen/Weiden: ha 26% Deutschland : ha 19,3% (g: 0,20%) Indien: ha 3,54% (g: 0,31%) Wald/Forst: ha 30% Deutschland : ha 31,8% (g: 0,28%) Indien: ha 22,8% (g: 1,71%)

32 Lebensstil

33 Lebensstile II Lotze-Campen et al. 2008, Agric.Econ.

34 Lebensstil Stehfest et al., 2009

35 Nächste Woche: PFINGSTEN Vorlesung wieder am mit Susanne Seminar heute Blockseminar Seminar am auch Blockseminar

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