| UBT Spektrum Heft 2/1999 | |
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Ökologische Modellbildung am BITÖK Wissenschaftliche Computerspiele oder theoretische Alchemie? |
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Was wurde inzwischen aus den komplizierten und vermeintlich realistischen
Prozessmodellen mit ihrer Parameterflut? Wie kann ihr grösster Nachteil,
die Beliebigkeit und Leichtigkeit der Anpassung an relativ einfache
Beobachtungen, in einen Vorteil gewandelt werden? Dazu muss ein
Modellmonster zuerst "eingefangen und gezähmt werden".
Für die differentialgleichungsbasierten Stofftransportmodelle haben wir keine solche Möglichkeit gefunden. Anders sieht es mit Modellen aus, die explizit biologische Phänomene beschreiben sollen. Dabei wurde auch traditionell auf die explizite Beschreibung von Prozessen in der Regel verzichtet; es dominieren regelbasierte Modelle. Der Prototyp für die Umgestaltung eines solchen Modells ist am BITÖK der Wald-Wachstumssimulator TRAGIC++. Die Arbeitsgruppe um A. Kastner-Maresch und W. Dörwald entwickelte eine Modelloberfläche, durch die hindurch alle Teile eines Simulationsmodelles auch während der Laufzeit darstellbar und einer Analyse zugänglich sind. Dabei werden vor allem Methoden der interaktiven Visualisierung von Modellvariablen bis hin zur aktuellen Bestandesstruktur eingesetzt. Messtechnische Begrenzungen, wie sie bei realen Ökosystemen alltäglich sind, konnten für TRAGIC++ virtuell aufgehoben werden. Ein Waldbestand aufgebaut aus individuellen Bäumen ist bis hinunter zu den einzelnen Nadeljahrgängen eines Baumes beobachtbar. Ein wesentlicher Vorteil des Modells besteht darin, dass die forstliche Umtriebszeit von über hundert Jahren auf wenige Minuten reduziert werden kann. Die Zeitbegrenzung kommt vor allem durch das Ökosystem-Management zustande; so muss die Simulation für regelmässige Durchforstungen angehalten werden. Die Wachstumsstrategien der einzelnen Bäume können durch diese kurzen Laufzeiten sogar in einen evolutionären Kontext gestellt werden. So muss sich etwa das Höhenwachstum der Fichten in TRAGIC++ auf der Zeitskala vieler Baumgenerationen in der Konkurrenz um Licht und Nährstoffe bewähren, bevor es in einer forstlichen Simulation zur Beschreibung eines konkreten Bestandes benutzt wird. Dazu wird in TRAGIC++ eine parametrisierte Höhenwachstumsstrategie verwendet, die Mutationen unterworfen ist. Damit ergeben sich an ein und demselben Modell sehr unterschiedliche Zugänge: Der waldbaulich erfahrene Förster kann versuchen, seine Erfahrung auf dem Weg über die Visualisierung des Bestandes darzustellen. Im Unterschied zu Prozessmodellen wird die simulierte Waldstruktur, die Grafik des Bestandes, zur wichtigtsen Inputseite des Modelles. Dabei erlaubt die interaktiv kalibrierte Simulation, die subjektive Wahrnehmung des Försters wiederzugeben, unabhängig davon, ob es derartig beschriebene Waldbestände überhaupt gibt. Solche Versuche zeigen, dass die menschliche Wahrnehmung von komplizierten Strukturen im Wald den bisher üblichen stark aggregierten forstlichen Indizes weit überlegen ist. Das Modell muss also nicht mehr versuchen, den Praktiker in einem Aspekt zu ersetzen, der visuellen Wahrnehmung von Strukturen im Raum, in dem der Mensch dem Computer weit überlegen ist. Das Modell kann auf einen Bereich fokussiert werden (Erzeugung und Dokumentation, damit die Erinnerung der zeitlichen Entwicklung dieser Strukturen), in dem der Mensch Computern bereits heute unterlegen ist. Weitere Zugänge zu diesem Modell sind die detaillierte Sicht der Prozessforschung auf einzelne interne Variablen und die globale Sicht auf die Stoffbilanz für das komplette Ökosystem. Die Öffnung gegenüber der praktischen Nutzung von Ökosystemen geht hierbei noch weiter als im zweiten Ansatz. Die praktische Nutzung definiert überhaupt erst, welche Aspekte eines Ökosystemes aus einer nicht wiederholbaren und unvorhersagbaren Naturgeschichte herausgenommen und durch menschliche Eingriffe reproduzierbar gestaltet werden können. Erst dann, wenn Reproduzierbarkeit plausibel ist, lohnt sich der Einsatz von komplizierten Modellen, die dann allerdings "nur" ein schwieriges Kommunikationsproblem lösen. Der Versuch, ein offenbar unlösbares (Re)Konstruktionsproblem zu lösen, wird dagegen aufgegeben. |