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Virtuelle Landwirte

27.05.2015

Computersimulation zur Anpassung an den Klimawandel

Der Klimawandel beeinträchtigt nicht nur unsere Umwelt und viele Pflanzen, sondern wirkt sich auch auf die Landwirtschaft und damit indirekt auch auf unsere Nahrungsversorgung aus. Wie Landwirte ihre Anbaupläne den veränderten Klimabedingungen anpassen, haben Forscher nun mit einem Computermodell simuliert.

Um vermehrte Einbußen in Menge und Qualität ihrer Ernte zu vermeiden, müssen Landwirte umdenken und andere, resistentere, Feldfrüchte anbauen. Doch genau diese veränderte Landnutzung beeinflussst wiederum das regionale Klima. Wenn genaue Prognosen und Analysen zum Klimawandel getroffen werden sollen, muss daher neben der Anpassung von Pflanzen an die veränderten Bedingungen letztlich auch der Faktor Mensch berücksichtigt werden. Dem Team der Forschergruppe Regionaler Klimawandel (FOR 1695) ist es nun erstmals gelungen, virtuelle Landwirte zu programmieren, die selbstständige Anbau- und Produktionsentscheidungen treffen. Es handelt sich um das erste Computermodell, das sowohl die Anpassung der Pflanzen als auch die der Menschen simuliert und beide Faktoren in die Klimaprognosen miteinbezieht.

Wechselbeziehung zwischen Landnutzung und Klima

Es erscheint leicht nachvollziehbar, dass Landwirte ihre Landbewirtschaftung dem Klimawandel anpassen und sich beispielsweise für den Anbau von Feldfrüchten entscheiden, die besser mit höheren Temperaturen, einer höheren CO2-Konzentration in der Luft oder mit Witterungsextremen wie langen Hitzeperioden, Starkregen und Hagelschauer zurechtkommen. Doch die Tatsache, dass sich diese Anbauentscheidungen am Ende auch wieder auf das Klima einer Region auswirken, wird oftmals vergessen. Genau diese Wechselwirkung erklärt jedoch Prof. Dr. Thomas Berger, Leiter des Fachgebiets Ökonomik der Landnutzung in den Tropen und Subtropen an der Universität Hohenheim und Mitglied der Forschergruppe Regionaler Klimawandel: "Je nach Farbe reflektieren die Pflanzen mehr oder weniger Licht, und je nach Sorte verdunsten sie mehr oder weniger Wasser." Dies beeinflusse auch die Wolkenbildung und damit eben auch Niederschlagsverteilung und -mengen.

Daten von 3.700 Betrieben

Da sich das menschliche Verhalten der Landwirte aber natürlich nicht so einfach beobachten oder gar messen lässt wie die verschiedenen Klimawerte, hat das Forscherteam zunächst die Daten zu Anbau und Produktion von 3.700 landwirtschaftlichen Betrieben in Baden-Württemberg aufbereitet. Diese anonymisierten Daten wurden dann in das Computermodell eingespeist. Bei diesem Modell handelt es sich um ein sogenanntes Multiagentensystem, das aus einer Vielzahl virtueller Landwirte besteht. In verschiedenen Simulationen treffen diese dann die Entscheidungen zu Landnutzung und Produktion, vor denen auch ihre realen Kollegen regelmäßig stehen.

wikimedia/JanRehschuh
Landmaschine
Universität Hohenheim
Solarmodule in einem Feld
Universität Hohenheim
Bildgrafik

Klimaforschung an der Uni Hohenheim

Universität Hohenheim
Klimawandel auf der Alb?

Täuschend echte Simulation

Wie realistisch die Entscheidungen der virtuellen Landwirte sind, zeigte sich in einem sogenannten Turing-Test. Bei diesem Test wurden 27 Landwirten aus den Untersuchungsregionen Kraichgau und Schwäbische Alb Kennzahlen zu vier landwirtschaftlichen Betrieben mit jeweils sechs möglichen Anbauplänen vorgelegt. Während fünf dieser Pläne durch das Computermodell programmiert worden waren, stammte nur einer von einem echten Landwirt. Selbst die Experten konnten nicht unterscheiden, welche Pläne menschengemacht waren und welche maschinell errechnet worden waren.

Bei der Forschergruppe Regionaler Klimawandel (FOR 1695) handelt es sich um einen interdisziplinären Verbund von elf Wissenschaftlern der Universität Hohenheim, dem Helmholtz-Zentrum München und der Justus-Liebig-Universität Gießen. Zunächst liegt der Schwerpunkt zwar auf den Untersuchungsregionen Kraichgau und Schwäbische Alb. Doch langfristig hat sich das Team zum Ziel gesetzt, Computermodelle zu entwickeln, die weltweit und dabei vor allem auch in besonders betroffenen Ländern wie Ghana und Äthiopien einsetzbar sind. Das Projekt wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für drei Jahre mit insgesamt 3,1 Mio. Euro gefördert.

Anbaupläne der Landwirte beeinflussen das regionale Klima

wikimedia/JanRehschuh
Landmaschine

Glossar

Multiagentensystem: Unter einem Multiagentensystem, kurz MAS, versteht man ein System aus mehreren gleichartigen oder auch unterschiedlichen Einheiten, die parallel an der Lösung eines Problems arbeiten. Im Bereich der Technik handelt es sich bei diesen Einheiten um Software-Agenten. Vorbild für die Optmierung technischer Prozesse mittels Multiagentensystemen ist die Biologie.

Computermodell: Bei einem Computermodell handelt es sich um ein hochkomplexes mathematisches Modell, das nur noch mithilfe eines Computer ausgewertet werden kann. Unter Auswertung kann hierbei einerseits die Berechnung einer näherungsweisen Lösung oder auch die grafische Darstellung eines Systems verstanden werden. Diese Auswertung erfolgt jeweils mit einer speziellen Simulationssoftware. Bei der Erstellung von Klimamodellen, die den Klimawandel prognostizieren sollen, sind Computermodelle besonders beliebt.

Turing-Test: Der Turing-Test stammt aus der Fachrichtung Informatik, genauer gesagt aus dem Bereich der Künstlichen Intelligenz. Mit diesem von Alan Turing entwickelten Test wird festgestellt, ob das Denkvermögen einer Maschine tatsächlich gleichwertig dem eines realen Menschen ist.

Computersimulation für die Landwirtschaft

rido/winterling
Virtueller Landwirt