V. Wenzel, PIK - Abt. Integrierte Systemanalyse

IMA-Sprachentwurf für GLOWA-Elbe

Für den Sprachentwurf sind zunächst die Basis-Kategorien einzuführen, die zur Beschreibung spezifischer Anwendungen des Integrierten Methodischen Ansatzes (IMA) benötigt werden. 

Jede Kategorie steht für eine endliche, für Ergänzungen aber offene Anzahl von Repräsentanten. 

Mit den Kategorien sind die Dimensionen für den Lösungsansatz eines Projektes im wesentlichen benannt. Und mit der Angabe einer Liste konkreter Repräsentanten für jede Kategorie wird Inhalt und Komplexität für ein Projekt abgegrenzt und in erster Näherung dargestellt.

1. Definition des Alphabets der unterschiedlichen IMA-Kategorien 
	als Grundlage für den Sprachentwurf

   • REG 	- REGionen, Geographische Objekte der Untersuchung
   • TIV 	- ZeiTInterValle, Simulationsintervalle für Szenarien
   • TEH 	- ZeiTEinHeiten, Zeitschritte von Modellen
   • MSZ 	- MasterSZenarien: Regionale Probleme, Konflikte, Themen, Aufgabenstellungen
   • STA 	- STAkeholder: Interessenvertreter bzw. -gruppen, Institutionen
   • EXO 	- EXOgene Dynamik: Komponenten des Globalen Wandels, Triebkräftedynamik
   • ALT 	- ALTernative Handlungsstrategien
   • HFD 	- HandlungsFelDer, Felder für Management-Aktivitäten
   • HOP 	- HandlungsOPtionen 
   • MOD 	- MODelle, Methoden, Instrumente
   • IND 	- Einzel-INDikatoren, Variablen, Zustandsgrößen
   • IDX 	- InDeX-Variablen, Aggregierte Indikatoren 
   • KRI 	- KRIterien zur integrierenden Bewertung
   • AvK 	- Alternativen vs. Kriterien: Impaktmatrix bzw. Multikriterienanalyse
   • AvS 	- Alternativen vs. Stakeholder: Equitymatrix bzw. Konfliktanalyse

Sprachlich und symbolisch zu unterscheiden sind für jede Kategorie (z.B. Stakeholder): 

	- einzelne Repräsentanten 	STA, STA1, STA2, ...
	- Mengen von Repräsentanten	STA1, STA2, ...
	- Gesamtheit der Repräsentanten	STA. (ohne Index)

Es gilt also z.B.:  		   STA1  e  STA1  <  STA

2. Definition und mögliche Repräsentanten für die Basis-Kategorien

Zur Gewährleistung logischer Konsistenz, insbesondere zur Vermeidung von zyklischen Definitionen (Tautologien) werden die Basis-Kategorien für die Struktur von IMA in einer bestimmten Reihenfolge eingeführt. Dazu wird in Klammern angegeben, auf welche zuvor eingeführten Kategorien bei der Definition direkt Bezug genommen wird. Diese Beziehungen sind rekursiv, d.h. indirekte Abhängigkeiten (noch früher definierte Kategorien) werden nicht mehr mit erwähnt.
 
2.1 Regionen   REG
Bisher festgelegte geographische Objekte für unterschiedliche Teilprojekte von GLOWA-Elbe:
  - Gesamt-Elbe-Einzugsgebiet, 
  - Spree-Havel-Einzugsgebiet, 
  - Obere Spree-Region, 
  - Spreewald-Region, 
  - Ballungsraum Berlin,
  - Unstrut-Einzugsgebiet.

2.2 Zeitintervalle   TIV
  - Zeitlicher Rahmen des Gesamt-Projekts: 2000 - 2050 
    (Dimension des Szenario-Trichters)
  - Zeitliche Reichweite von Teilstudien und Szenarien: bis 2025, 2020 - 2050, ...
    (Einordnung in Szenario-Trichter)
  - Simulationsintervalle für modellgestützte Szenariorechnungen

2.3 Zeiteinheiten   TEH
  - Eigenzeiten dynamisch modellierter Objekte: Tag, Woche, Monat, Jahr, Pentade, ...
  - Zeitschritte für Szenariorechnungen: dito
  - Zeitschritte für Resultatreihen: pragmatisch, willkürlich
  - Zeitschritte für Datenreihen im allgemeinen, 
     insbesondere als Input oder Output von Modellenrechnungen: s.o.

2.4 Masterszenarien   MSZ (REG,TIV)
Thematische Festlegungen / Abgrenzungen von Teilzielen und -zwecken für REG, 
die sich als Optimierungsaufgaben innerhalb TIV behandeln lassen:
  - zu lösende Probleme oder Aufgaben
  - durch Kompromisse aufzulösende Konflikte
  - zu beantwortende Fragen
  - zu beleuchtende Themen mit spezifischen Problemlagen oder Konfliktpotentialen ...

2.5 Stakeholder   STA (MSZ)
Eigentlich Vertreter von Interessengruppen (Verwalter kollektiver Wetteinsätze);
allgemein benutzt als Bezeichnung für die Träger /Akteure der Partizipation, 
die einem MSZ zuzuordnen sind; sie stehen deshalb für:
  - passiv betroffene Interessengruppen
  - Vertreter solcher Interessengruppen
  - Institutionen mit Möglichkeiten zur aktiven Einflußnahme 
     bzw. mit Kompetenzen für regionenspezifisches Management
  - Vertreter solcher Institutionen

2.6 Exogene Dynamik   EXO (REG,MSZ)
Dynamik der von außen wirkenden, innerhalb von REG nicht beeinflußbaren Triebkräfte und Komponenten des Globalen Wandels, von denen MSZ abhängt: 
  - Klimaänderung
  - Marktliberalisierung
  - Auftreten und Verbreitung neuer Technologien,
  - Änderung von Verhaltensweisen
  - Bevölkerungsentwicklung
  - Urbanisierung ...

2.7 Handlungsfelder   HFD (MSZ,STA)
Sektoren, Politikbereiche oder private Bereiche im potentiellen Entscheidungsraum (auch durch  STA mitbestimmt) , innerhalb derer im Sinne von MSZ relevante Optionen für Managementaktivitäten existieren. Beispiele:
  - Regenwasserbewirtschaftung
  - Umweltschutzmaßnahmen ...

2.8 Handlungsoptionen   HOP (HFD)
Quantitative Komponente des potentiellen Entscheidungsraumes; quantitativ abzustufende Optionen aus einem HFD zur Steuerung der Entwicklung von REG im Sinne von MSZ. Subkategorien für solche Optionen sind:
  - Kapazität
  - Räumliche Verteilung bzw. Allokation
  - Leistung

2.9 Alternative Handlungsstrategien   ALT (HOP)
Kombination bestimmter  HOP aus verschiedenen HFD aus dem Entscheidungsraum zur Realisierung einer im Sinne von MSZ zielgerichteten Strategie 

2.10 Einzel-Indikatoren   IND (ALT,STA)
Zustandsgrößen, Variablen oder Indikatoren, die im Konsens mit allen Stakeholdern STA zur vergleichenden Bewertung der Auswirkungen aller Alternativen Strategien ALT eines MSZ herangezogen werden sollen.

2.11 Modelle   MOD (IND)
Modelle, Methoden oder Instrumente zur Durchführung der Impaktanalyse, durch die sich jeweils ein oder mehrere Einzelindikatoren IND bestimmen lassen.

2.12 Index-Variablen   IDX (IND)
Aggregierte Indikatoren oder komplexere Index-Variablen als integrative Verknüpfungen von Einzelindikatoren IND. 

2.13 Bewertungskriterien   KRI (IDX)
Von Index-Variablen und Einzelindikatoren abgeleitete Bewertungskriterien, z.B. durch Anwendung von Normierungen und Bezug auf Schwellenwerte.

2.14 Impaktmatrizen   AvK
Jedes Elemente einer solchen Matrix ist die Bewertung der Auswirkungen (Impakts) einer Alternativen Strategie ALT gemäß einem Kriterium KRI. 

2.15 Equitymatrizen   AvS
Jedes Elemente einer solchen Matrix ist die Bewertung einer Alternativen Handlungsstrategie ALT durch einen Stakeholder STA.

3. Relationen zwischen Repräsentanten unterschiedlicher Sprachkategorien

Spachlich zu unterscheiden sind zwei Formen von Relationen:
	• bezieht sich auf  ( ... )
	• setzt sich zusammen aus   [ ... ]

Die erste Form von Relationen bezeichnet Definitionen, die sich durch Eindeutigkeit der zugeordneten Argumente auszeichnen. Diese Form ist weiter oben bei der Einführung der Kategorien schon benötigt und benutzt worden, z.B.
MSZ ist erst festlegbar, wenn die Representanten der Kategorien REG und TIV schon eingeführt sind und auf ein bestimmtes REG und ein bestimmtes TIV bezogen werden kann:
	MSZ bezieht sich auf REG und TIV       
	kurz  referiert als MSZ(REG,TIV).

Die zweite Form von Relationen betrifft Definitionen, die  in flexibler Weise Vieldeutigkeit einschließen und ausdrücken sollen, weil in definierter Form Variabilität zugelassen werden soll.
Beispiel: 	 ALT1 setzt sich zusammen aus HOP1[HOP11, HOP21, ... , HOP51]
	 kurz referiert als ALT1[HOP1]

4. IMA im Sprachkalkül

Mit Hilfe dieses Kalküls können  nun die wesentlichen Teilaspekte des IMA-Algorithmus rekursiv dargestellt werden.
Dabei lassen sich innerhalb desselben 5 Ebenen unterscheiden, die qualitativ unterschiedliche Szenarien als Experimente, Variantenrechnungen und Sensitivitätsanalysen repräsentieren:
	
 • P[MSZ1, MSZ2, ...]  
 - Im Projekt P werden ein oder mehrere Masterszenarien behandelt:    

---> 1. Szenarien-Ebene: Unterschiedliche Masterszenarien

 • MSZi[EXOi,STAi, HFDi, KRIi]    
- Das Masterszenario MSZi besteht aus je einer Menge von 
   Triebkraftkomponenten, Stakeholdern, Handlungsfeldern und Bewertungskriterien. 

---> 2. Szenarien-Ebene: Unterschiedliche Ensembles exogener Komponenten 
	(des Globalen Wandels)

 • HDFi[HOPi]    
- Das Handlungsfeld HFDi beteht aus einer Menge von Handlungsoptionen
    HOPi[HOPi1, HOPi2, ...].

 • Sei HOP = HOP[HOP11, HOP12, ... , HOP21, HOP22, ..., ... , HOPn1, HOPn2,...] 
   die Gesamtheit aller Handlungsoptionen aus allen Handlungsfeldern. 
   Dann wird durch jede sinnvoll interpretierbare Teilmenge HOPj < HOP 
   eine Handlungsstrategie ALTj definiert:

 • ALTj[HOPj]    
- Die Alternative Handlungsstrategie ALTj entspricht einem Bündel von
   Handlungsoptionen HOPj aus beliebigen Handlungsfeldern.

 • Entwicklungsszenario heißt die Kombinationen eines Ensembles exogener Komponenten
   der 2. Szenarien-Ebene mit einer Alternativen Handlungsstrategie.

 • Zweck eines Masterszenarios MSZ ist Bewertung und Vergleich von
   durch die Stakeholder STA ausgewählten Alternativen Handlungsstrategien.

---> 3. Szenarien-Ebene: Unterschiedliche Ensembles Alternativer Handlungsstrategien

 • Voraussetzung für die Bewertung ist eine durch die Modelle MOD unterstützte Impaktanalyse.

---> 4. Szenarien-Ebene: Unterschiedlich komplexe Teilstudien mit Modellen aus MOD

 • Grundlage für die Bewertung ist eine Menge von Einzelindikatoren IND,
    auf die sich die Stakeholder STA geeinigt haben.

 •  MODi = MODi(INDi)   
- Jedes MODi bezieht sich auf eine bestimmte Teilmenge von Einzelindikatoren
   INDi[INDi1, INDi2, ... ]

 • IDXj(INDj)   
- Die komplexere Indexvariable IDXj integriert eine Menge INDj von Einzelindikatoren
   zu einem aggregierten Indikator. 

 • KRIj(IDXj)    
- Das Bewertungskriterium KRIj bezieht sich auf den aggregierten Indikator IDXj

 • AvKi(MSZi)    
- Die Impaktmatrix AvKi bezieht sich auf das Masterszenario MSZi, 
   das seinerseits (s.o.) durch eine Menge von Alternativen ALTi 
   und einer Menge von Bewertungskriterien KRIi mitdefiniert wird;
   sie bilden die Zeilen bzw. Spalten von AvKi.

 • AvSi(MSZi)    
- Die Equitymatrix AvSi bezieht sich auf das Masterszenario MSZi,
   das seinerseits (s.o.) durch eine Menge von Alternativen ALTi
   und einer Menge von Stakeholdern STAi mitdefiniert wird;
   sie bilden die Zeilen bzw. Spalten von AvSi.

 • Multikriterille Analyse und Equityanalyse
    werden mit Unterstützung von Softwaresystemen durchgeführt (NAIADE, PROMETHEE),
   die Vaiantentenrechnungen durch Rekalibrierung von Systemparametern gestatten.

---> 5. Szenarien-Ebene: Unterschiedliche Kalibrierungen von NAIADE, PROMETHEE

5. Anwendung desKalküls für Teilprojekte

Die Anwendung des Sprachkalküls soll die Kommunikation verbessern und eine klare Ergebnispräsentation erlauben. Dazu sind folgende Schritte notwendig:
	- Aufstellung je einer Liste aller Repräsentanten für die primären 
	   Sprachkategorien (kann jederzeit ergänzt werden) 
	- Angabe der Relationen zur Definition der Repräsentanten 
	   der sekundären Sprachkategorien
...
..... Beispiele ...

6. Glossar für den weitergehenden Sprachgebrauch

Aggregierter Indkator

Komplexere Indexvariable, die eine Menge thematisch zusammengehörender naturräumlicher, ökonomischer, sozialer und gesetzlich-normativer Einzelindikatoren integrierend verknüpft.

Bevölkerungsszenario

Szenario, für das (zunächst) nur die Dynamik für den Teilaspekt ‘Bevölkerung’ festgelegt ist

Bewertungskriterium

Explizit zur Bewertung der Impakts einer Alternativen Handlungsstrategie genutzter Maßstab; basiert auf (i.d.R. mehreren) daher implizit wirksam werdenden Einzelindikatoren; 
definiert eine Zeile in der Impaktmatrix eines Masterszenarios 

business as usual (b.a.u.)

Entwicklungsszenario ohne Handlungsoptionen und ohne Änderung der exogenen Triebkräfte ; zum Zwecke der Bewertung müssen die Ergebnisse der Impaktanalysen aller anderen Entwicklungsszenarien mit denen dieses Szenarios verglichen werden;
auch Referenzszenario

Einzelindikator

Zustandsgröße, Variable oder Schätzgröße, die im Konsens mit den Stakeholdern zur Bewertung der Impakts von Alternativen Handlungsstrategien herangezogen wird. 

Energieszenario

Szenario, für das (zunächst) nur die Dynamik für den Teilaspekt ‘Energie’ festgelegt ist

Entscheidungsraum

Gesamtheit der Möglichkeiten für  Managementaktivitäten oder steuernde Eingriffe zur Beeinflussung der naturräumlichen, wirtschaftlichen und sozialen Entwicklungen im Untersuchungsgebiet (Region)

Entwicklungsrahmen

Teil eines Entwicklungsszenarios, der die Triebkraftdynamik abbildet, die im Rahmen des verfügbaren Entscheidungsraumes nicht beeinflußt werden kann; dazu gehören sozioökonomische und naturräumliche Prozesse des Globalen Wandels, die nicht auf singuläre Entscheidungen zurückzuführen sind bzw. Folgen von Entscheidungen auf übergeordneten Skalenebenen darstellen 

Entwicklungsszenario

Kombination eines definierten Entwicklungsrahmens und einer Handlungsalternative zu einem i.d.R. modellgestützten Wenn-Dann-Experiment; es stellt im Rahmen des IMA von GLOWA-Elbe ein Szenario umfassendster Art dar, weil alle zu betrachtenden Teilaspekte (Attribute) wirklich festgelegt sind

Equityanalyse

Analyse der Beurteilungen der Alternativen Handlungsstrategien eines Masterszenarios durch die Stakeholder; Messen der Abweichungen zwischen den einzelnen Fuzzy-linguistischen Bewertungen; iterative Anwendung zur Ermittlung von Kompromißlösungen.

Equitymatrix

Matrix mit den Alternativen Handlungsstrategien eines Masterszenarios als Spalten und den konsultierten Stakeholdern als Zeilen; Input für die Konfliktanalyse zwischen Interessengruppen

Globaler Wandel

Veränderungen des Erdsystem, die den Charakter dieses Systems zum Teil irreversibel modifizieren und deshalb direkt oder indirekt die natürlichen Lebensgrundlagen für einen Großteil der Menscheit spürbar beeinflussen (WBGU 1993)

Handlungsalternativen

Kombinationen von Handlungsptionen verschiedener Handlungsfelder im Entscheidungsraum zur Beschreibung einer Strategie der gezielten Einflußnahme auf die Entwicklung einer Region

Handlungsfelder

Qualitative Komponente des Entscheidungsraumes;  Politikbereiche oder private Bereiche bzw. Sektoren, in denen entscheidungsrelevante Optionen  für Managementaktivitäten existieren (Handlungsoptionen)

Handlungsoptionen

Quantitative Komponente des Entscheidungsraumes; verschiedene quantitativ abgestufte Optionen aus einem  Handlungsfeld zur Steuerung der Entwicklung einer Region

Hierarchie des IMA

Abfolge von für den Problemlösungsprozeß relevanten Ebenen, auf denen Möglichkeiten zu Auswahl und Variation im Sinne der Definition von Szenarien existieren; 
5 Hierarchie-Ebenen werden für IMA unterschieden:
	- Ebene der Probleme und Konflikte (Masterszenarien)
	- Ebene der exogenen Entwicklungsprozesse (globaler Wandel und exogene Triebkräfte)
	- Ebene der alternativen Management-Strategien zur Problemlösung 
	- Ebene der i.d.R. modellgestützten Impaktanalysen 
	- Ebene der Sensitivitätsanalyse und Variantenrechnungen zur Multikriteriellen Analyse
	   und zur Konflikt-Analyse

IMA - Integrierter Methodischer Ansatz für GLOWA-Elbe

Wissenschaftliches Konzept, im Rahmen von GLOWA-Elbe allgemeingültige Vorgehensweise zum Erreichen der Projektziele, insbesondere zur Lösung wasserspezifischer Probleme und Konflikte im Elbeeinzugsgebiet

Impaktmatrix

Matrix mit den Alternativen Handlungsstrategien eines Masterszenarios als Spalten und den Bewertungskriterien als Zeilen; Input für die Multikriterielle Bewertung von Handlungsstrategien

Indikator   siehe Einzelindikator, Aggregierter Indikator

Ist-Zustand

Ausgangszustand zu Beginn der Simulationsperiode eines Entwicklungsszenarios;
auch Referenzzustand

Klimaszenario

Szenario, für das (zunächst) nur die Dynamik für den Teilaspekt ‘Klima’ festgelegt ist

Konfliktanalyse  siehe Equityanalyse

Kriterium   siehe Bewertungskriterium

Liberalisierungsszenario

Szenario, für das (zunächst) nur die Dynamik für den Teilaspekt ‘Liberalisierung’ festgelegt ist

Masterszenario

Problemlage oder Konfliktkonstellation innerhalb eines räumlich schon definierten Untersuchungsobjektes, für die Lösungen gefunden werden sollen;
Festlegung auf ein Masterszenario realisiert die oberste Hierarchie-Ebene des IMA

Nachhaltige Entwicklung

Eine Entwicklung, die den Bedürfnissen der heutigen Generation entspricht, ohne die Möglichkeiten zukünftiger Generationen zu gefährden, ihre eigenen Bedürfnisse zu befriedigen und ihren Lebensstil zu wählen (Brundtland-Kommission 1987) 

Referenzszenario

Entwicklungsszenario ohne Handlungsoptionen und ohne Änderung der exogenen Triebkräfte ; zum Zwecke der Bewertung müssen die Ergebnisse der Impaktanalysen aller anderen Entwicklungsszenarien mit denen des Referenzszenarios verglichen werden;
auch business as usual (b.a.u.)

Referenzzustand

Ausgangszustand zu Beginn der Simulationsperiode eines Entwicklungsszenarios;
auch Ist-Zustand

Szenario

Versuchsanordnung, insbesondere im Falle computergestützter Wenn-Dann-Experimente unter Einsatz von einem oder mehreren (mathematischen) Modellen; 
es entspricht also gerade dem ‘Wenn’ solcher Experimente;
als Schlüsselbegriff für den in GLOWA-Elbe benutzten Ansatz ist Szenario mehrdeutig und darf deshalb nur zusammen mit zusätzlichen Attributen für die Identifikation von Teilaspekten eines vollständigen Entwicklungsszenarios verwendet werden;
diese Attribute können entweder durch Benutzung weiterer Begriffe dieses Glossars eingeführt werden oder durch genauere Beschreibung des aktuellen Topos innerhalb eines Kontextes, z.B. die Hierarchie-Ebene innerhalb des IMA;
dabei ist es  möglich, im Unterschied zu vollständigen Entwicklungsszenarien z.B. auch von Klimaszenarien zu sprechen, bei denen also nur zu einem bestimmter Teilaspekt (Klima) für die Entwicklung Aussagen gemacht werden, während alle anderen Teilaspekte unerwähnt und damit offen bleiben 

Technologieszenario

Szenario, für das (zunächst) nur die Dynamik für den Teilaspekt ‘Technologie’ festgelegt ist

Trend

Lineare Beschreibung einer zukünftigen Entwicklung zwischen Ist-Zustand und Zielzustand

Verhaltensszenario

Szenario, für das (zunächst) nur die Dynamik für den Teilaspekt ‘Verhalten’ festgelegt ist

Versiegelungsszenario

Szenario, für das (zunächst) nur die Dynamik für den Teilaspekt ‘Versiegelung’ festgelegt ist

Zielzustand

Zustand am Ende eines Entwicklungszeitraumes / einer Simulationsperiode

Textpassage zur Rolle von IMA 

Der Integrative Methodische Ansatz IMA dient zunächst dazu, die Integration als den zentralen und wichtigsten Anspruch des GLOWA-Projektes durch Anwendung eines verbindlichen Algorithmus praktisch zu organisieren. Integration ist dabei in mehrfacher Hinsicht zu leisten als 
die Verknüpfung von
   - Instrumenten und Teilergebnissen aus unterschiedlichen Fachdisziplinen 
	(interdisziplinärer Aspekt), 
   - naturräumlichen, ökonomischen und sozialen Gesichtspunkten (Nachhaltigkeitsaspekt),
   - durch Partizipation einbezogenen Prioritäten und Bewertungen betroffener Interessengruppen
	(transdisziplinärer Aspekt). 
Gleichzeitig stellt der Ansatz ein unverzichtbares Hilfsmittel für die Kommunikation zwischen den beteiligten Wissenschaftlern, Akteuren und Stakeholdern dar, die sehr unterschiedliche Spezialkenntnisse und einen je spezifischen Sprachgebrauch mitbringen. Eine nicht stringent genug geleitete  Kommunikation führt erfahrungsgemäß zu häufigen Mißverständnissen, die sogar die Erreichung des Projektziels selbst gefährden können. Die Anforderungen gehen deshalb weit über die Vereinbarung einer normierten Zerlegung der Studienobjekte und die Verabredung einer einheitlichen Modellierungssprache hinaus, weil schon die obengenannten Aspekte sich darin nicht alle gleichzeitig in erforderlichem Maße repräsentieren und bedienen lassen.
Durch seine verdichtete Darstellung als formalisiertes Sprachkalkül läßt sich die Konsistenz der Strukturen schließlich auch in logischen Kategorien darstellen und absichern, so dass auch die Mißverständlichkeit nahezu auszuschließen ist.
Wenn ein solcher Ansatz bereits zu Beginn einer Projektbearbeitung wirksam wird, können auch die Projektstrukturen selbst, die Bearbeitungspotentiale, Arbeitsabläufe und ihre Koordination weniger redundant und mit geringeren Reibungsverlusten organisiert werden, wie das für ein so vielschichtiges Projekt wie GLOWA-Elbe auch erforderlich ist.