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Entwicklung von Simulationsmodellen WS 2007/08 Dr. Falk-Juri Knauft Mittwoch 9.15 Uhr – 10.00 Uhr S25 Praktikum zur Entwicklung von Simulationsmodellen:

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1 Entwicklung von Simulationsmodellen WS 2007/08 Dr. Falk-Juri Knauft Mittwoch 9.15 Uhr – Uhr S25 Praktikum zur Entwicklung von Simulationsmodellen: Mittwoch Uhr – Uhr GEO CIP-Pool Modul: 22a

2 Entwicklung von Simulationsmodellen WS 2007/2008 – Überblick I Einführung, Ziele, Definition System, Model Systemanalyse vs. –simulation, Zustandsbeschreibung Diskretisierung, Auswertung der Excel-Simulation Programmierparadigmen Klassische Wachstumsmodelle Stabilität Delay, Delay-Modellanwendung Klee-Weidelgras Weltmodell nach Forrester Individuen-orientiertes Populationsmodell Fuchs

3 Das Weltmodell von Forrester Jay Wright Forrester ( ) 1944 Auftrag zur Entwicklung eines Flug-Simulators 1949 Erster Supercomputer Whirlwind 1956 MIT Sloan School of Management (Modellierung sozialer Systeme) 1970 Welt-Modell für Wachstumsprognosen im Auftrag des Club of Rome: World1 World2 -> erste Veröffentlichungen: J.Forrester World dynamics (deutsch: Der teuflische Regelkreis, 1971) World3 -> Meadows et al. Die Grenzen des Wachstums, 1972 World3/91 -> Meadows et al. Die neuen Grenzen des Wachstums, Erfindung der Ferrit-Kern-Speicher für Whirlwind

4 Umwelt- verschmutzung Bodenfruchtbarkeit Nahrungsmittel- produktion Bevölkerung Nicht-regenerative Ressourcen Landentwicklung und Landverlust Industrieoutput Dienstleistungen Arbeitsplätze World3

5 Dynamics of growth in a Finite World (Meadows et al., 1974) Auf 637 Seiten: Formeln und und numerischen Werte der Koeffizienten Liste aller Gleichungen Einstellungen aller Szenarien aus Die Grenzen des Wachstums World3/91 Anpassungen der Parameter für: Landwirtschaft (Erosion, Einträge) Bevölkerung (Geburten-, Sterberate, Gesundheit) Ressourcen (Bedarf pro Kopf) Technologie (Koeffizienten-Wechsel von abrupt nach adaptiv)

6 World3/91 Grundannahmen: Wenn Wachstum von Bevölkerung und/oder Wirtschaft, dann exponentiell. Quellen und Senken sind physisch begrenzt. Von Begrenzung kündende Signale erreichen (oder wirken auf) Menschen und Wirtschaft verzögert. System erodiert, wenn es überlastet oder übermäßig genutzt wird.

7 World3/91 Positive und negative Rückkopplungen Geburten Bevölkerungen Todesfälle Investitionen Industriekapital Kapitalabnutzung Grenzen Ertrag pro Flächeneinheit Nicht regenerative Ressourcen Verzögerungen Information und Reaktion Flüsse

8 World3/91 Möglichkeiten der Systemreaktion: unbegrenzt logistisch einschwingend zusammen- brechend

9 World3/91 Zweck:Wie bringen menschliche Aktivitäten die Menschheit an die Grenzen der Tragfähigkeit der Erde? Welches Verhaltensmuster wird das Bevölkerungs- und Wirtschaftswachstum wahrscheinlich annehmen? Welche Bedingungen und Maßnahmen machen einen allmählichen Übergang in den Gleichgewichtszustand an der Tragfähigkeitsgrenze wahrscheinlich?

10 World3/91 Das Problem: Grenzüberziehung und Zusammenbruch Die Alternative: Grenzüberziehung mit Einschwingen

11 World3/91 Szenario 1 Verhalten wie bisher Umweltbelastung und Ressourcenmangel beenden Wachstum (zu wenig Investitionen) Folgend sinken auch Nahrungsmittel- und Dienstleistungsversorgung Absinken der Lebenserwartung und steigende Sterblichkeit

12 World3/91 Szenario 2 Annahme: Verdopplung der Ressourcen Wachstum etwa 20 Jahre länger Bevölkerung um 2040 etwa 9 Milliarden Stark ansteigende Umweltverschmutzung Absinken der landwirtschaftlichen Erträge Nahrungsmittelknappheit verursacht sinkende Lebenserwartung

13 World3/91 Szenario 3 Annahme: Verdopplung der Ressourcen + Emissionsbekämpfung Ziel von 1995: innerhalb von 20 Jahren Technologien entwickeln, die den Schadstoff- ausstoß je Produkt-Einheit jährlich um 3% senken Trotzdem ansteigende Umweltverschmutzung Absinken der landwirtschaftlichen Erträge Investitionsmittel-Knappheit drosselt Industrie- produktion

14 World3/91 Szenario 4 Annahme: Verdopplung der Ressourcen + Emissionsbekämpfung + Ertragsförderung Ziel von 1995: innerhalb von 20 Jahren Technologien entwickeln, die die Erträge um 2% pro Jahr steigern Degradierung der Böden Absinken der landwirtschaftlichen Nutzfläche Erosion! Überfordert den Kapitalsektor

15 World3/91 Szenario 5 Annahme: Verdopplung der Ressourcen + Emissionsbekämpfung + Ertragsförderung + Erosionsschutz Ziel von 1995: innerhalb von 20 Jahren Technologien entwickeln, die die globale Ero- sion um 30 % reduzieren (ohne Kapitalbedarf) Langes Bevölkerungswachstum Krise durch Übernutzung der Ressourcen, Umweltverschmutzung und Bodenerosion

16 World3/91 Szenario 6 Annahme: Verdopplung der Ressourcen + Emissionsbekämpfung + Ertragsförderung + Erosionsschutz + Ressourcen-Effizienz Ziel von 1995: innerhalb von 20 Jahren Technologien entwickeln, den Ressourcen- Bedarf je Produkt-Einheit um 3% jährlich bis auf das Niveau von 1975 senken Wachstum bis Mitte des 21.Jhd. Nahrungsmittelproduktion nimmt ständig zu Bevölkerungsstabilisierung bei 10 Milliarden Steigende Sterberaten! Lebensstandard und Dienstleistung (med. Versorgung) sinken – zu teuer!

17 World3/91 Szenario 7 Annahme: Verdopplung der Ressourcen + Emissionsbekämpfung + Ertragsförderung + Erosionsschutz + Ressourcen-Effizienz Ziel von 1995: Technologien innerhalb von 5 Jahren entwickeln Industriewachstum noch 20 Jahre länger Bevölkerung steigt auf 12,5 Milliarden allmähliches Absinken von Lebensstandard und Dienstleistung zunehmende Kosten zur Einhaltung der Umweltgrenzen beenden das Wachstum der Industrie

18 World3/91 Diskussion Keine Unterscheidung von armen und reichen Regionen Modell zu optimistisch Reaktionen oft stärker verzögert (begrenzte technische Möglichkeiten in Krisen-Regionen) Perfekter Markt im Modell Keine Streitkräfte, die Ressourcen und Kapital verbrauchen; keine Kriege Keine Aufstände, Streiks, Korruption, Überschwemmungskatastrophen, Erdbeben Kein Tschernobyl oder AIDS Trotzdem: Wachstum stößt auf Grenzen; Grenzen sind mehrschichtig Verschiebung von Grenzen führt oft zum gleichzeitigen erreichen mehrerer neuer Grenzen Kosten für Grenzverschiebung steigen überproportional (z.B. Abgasreinigung bei Autos)


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