Modul: Dynamische Umweltsysteme simulieren

Inhalte

Numerische Simulationsmodelle sind mächtige Werkzeuge und aus der Geoökologie nicht mehr wegzudenken. Sie erlauben es, unser Verständnis von Umweltsystemen zu formalisieren, Hypothesen zu prüfen und Experimente zu durchzuführen, die in der „wirklichen“ Welt unmöglich wären. Allerdings werden viele Modelle genutzt, ohne ihr Innenleben wirklich zu verstehen – und damit auch ihre Fehler und Grenzen. Dabei sind gerade Fehler und Modellgrenzen bestimmende Merkmale eines Modells und die Abstraktion von der „wirklichen Welt“ zur „Modellwelt“ ein wesentlicher Schritt wissenschaftlichen Denkens und Arbeitens.

Dieses Modul vermittelt den Studierenden wesentliche Konzepte der Umweltmodellierung und der Umweltsystemanalyse mit besonderem Augenmerk auf zeitabhängige Systeme, ihre Dynamik und ihre Stabilität – mit Beispielen aus Physik, Hydrologie, Limnoökologie, Umweltchemie und Ressourcenmanagement. Dabei lernen wir die gewöhnliche Differentialgleichung als universelles Werkzeug der Umweltmodellierung kennen.

Qualifikationsziele

1. Fachkompetenzen

Die Studierenden...

• sind mit wesentlichen Elementen der konzeptionellen und quantitativen Modellentwicklung und der Umweltsystemanalyse vertraut,
• kennen die Bedeutung der Gewöhnlichen Differentialgleichung 1. Ordnung und die fundamentalen Unterschiede im Verhalten linearer und nicht-linearer Differentialgleichungen,
• können das Konzept und die Relevanz stabiler und instabiler Gleichgewichte anhand unterschiedlicher Umweltsysteme erklären.

2. Methodenkompetenzen

Die Studierenden...

• sind in der Lage, unter Verwendung der Programmiersprache R gegebene Fragestellungen in Programmcode umzusetzen,
• können einfache dynamische Modelle durch geeignete Gleichungen darstellen,
• können sie mit Hilfe numerischer Näherungsverfahren lösen und mit Hilfe analytischer Methoden auf ihr Grenzverhalten hin untersuchen,
• kennen grundlegende Konzepte und Werkzeuge, um mit Hilfe von Beobachtungsdaten konzeptionelle Modellparameter zu kalibrieren und die Validität eines Modells qualitativ und quantitativ einzuschätzen.

3. Handlungskompetenzen

Die Studierenden verstehen die Potenziale und die Grenzen von Simulationsmodellen und können dieses Verständnis für den Einsatz und die Interpretation von Modellen und Modelldaten in unterschiedlichen geoökologischen Handlungsfeldern einbringen (Umweltmanagement, Szenarienanalyse, Systemdesign).

Eine Prüfung der folgenden Formen:

Klausur, 90 Minuten

Mündliche Prüfung, 30 Minuten

Bericht, 10-20 Seiten

WiSe

Empfohlen: GEE-M-MK6 Fundamente der Umweltdatenverarbeitung