Umweltinformatik

Modellbildung und Simulation ökologischer Systeme

6KP, 3 V +1 Ü, regelmäßig im Wintersemester

Das Modul „Modellbildung und Simulation ökologischer Systeme“ schlägt eine Brücke zwischen den ökologischen Modulen der Vertiefungsrichtung „Umweltinformatik“ und den Möglichkeiten der Informatik durch Modellbildung und simulative Unersuchung des Systemverhaltens ein tieferes Verständnis über ökologische Zusammenhänge zu gewinnen. Das Modul greift hierzu sowohl mathematische Modellierungsmethoden der Analysis und Stochastik und ihre Umsetzung in Simulationswerkzeuge, als auch informatische Methoden der diskreten Modellierung und Software-Entwicklung auf.

Ziele des Moduls/Kompetenzen:

Die Studierenden haben im Modul die folgenden Kompetenzen erworben bzw. vertieft:

□    Sie kennen allgemeine Methoden zur diskreten und kontinuierlichen, sowie raumbasierten Modellbildung.

□    Sie verstehen Grundkonzepte ökologischer Systeme.

□    Sie verstehen typische Eigenschaften, sowie Vor- und Nachteile verschiedener Modellierungsmethoden für ökologische Systeme und können sie kritisch bewerten.

□    Sie können die gelernten Modellierungskonzepte sinnvoll für ökologische Systeme anwenden.

□    Sie können grundlegende Simulationsmethoden insbesondere für diskrete Modelle verstehen und praktisch einsetzen,

□    Sie können sich systematisch und in kurzer Zeit in neue Simulationswerkzeuge einarbeiten,

□    Sie können Implementierungen von einfachen ökologischen Modellen durchführen,

□    Sie haben ihr Teamfähigkeit durch die Erarbeitung von Lösungen zu kleinen Aufgaben in Teams zu 2-3 Studierenden vertieft und ihre Präsentationsfähigkeit verbessert.

Inhalte des Moduls:

Methoden der Modellbildung und Simulation dienen zunächst dem Ziel eines vertieften Verständnisses von Wirkungszusammenhängen in dynamischen Systemen. Für den Anwendungsbereich der Ökologie gibt es hierzu zahlreiche methodische Ansätze wie z.B. Wirkungsgraphen, Differentialgleichungssysteme, Markov-Modelle, L-Systeme, zellulare Automaten oder individuenorientierte Modelle, die im Rahmen der Veranstaltung vorgestellt und mit Beispielen veranschaulicht werden. Hierbei werden auch Grundkonzepte ökologischer Systeme deutlich. Den Modellierungsmethoden stehen Simulationsverfahren zur Ausführung der Modelle zur Seite, die jeweils im Kontext behandelt werden.

Zur Anwendung solchen Methoden wurden und werden Software-Werkzeuge entwickelt, deren Aufbau und Funktionsweise exemplarisch behandelt wird. Insbesondere werden Werkzeuge zur Simulation mathematischer Modelle sowie zur individuenorientierten Simulation eingeführt und in Übungen eingesetzt werden.

Die Interpretation von Simulationsergebnissen führt schließlich zur Behandlung von Verfahren der Modellvalidierung und zur Diskussion der Prognosequalität von Modellen.

Das Modul „Modellbildung und Simulation ökologischer Systeme“ wird flankiert durch das Modul „Umweltinformationssysteme“, in dem Konzepte der persistenten Speicherung räumlicher Information, sowie Konzepte der Datenanalyse behandelt werden. Die Module sind jedoch inhaltlich unabhängig von einander.