Systemanalyse

Wie sind soziale, ökonomische und ökologische Faktoren in der Umweltpolitik miteinander verknüpft? Wie beeinflusen sie sich gegenseitig? Welche Rückkopplungen gibt es? Dies untersucht die Systemanalyse, um mögliche Reaktionen beziehungsweise das Verhalten des Systems beschreiben zu können. So kann die potenzielle Wirksamkeit von politischen Maßnahmen bewerten werden.

Inhaltsverzeichnis

 

Was ist Systemanalyse?

Die Umwelt- und Nachhaltigkeitspolitik ist ein komplexes und vernetztes System aus verschiedenen Akteuren und Interessen. Sie ist eingebettet in ein ebenso komplexes ökologisches System. Vereinfacht gesagt, bildet unsere Umwelt eine Basis, in der sich alle (Inter-)aktion von uns Menschen abspielt. Eine nächste Ebene ist das soziale System, das den Menschen und seine Bedürfnisse, Aktivitäten und Wünsche beschreibt. Ein besonderes Teilsystem des menschlichen Handelns ist das wirtschaftliche System, dass den Austausch der lebensnotwendigen Güter organisiert. Jede Systembeschreibung stellt eine Vereinfachung der Realität dar. So wie eine Wetterkarte nur die wesentlichen Strömungen und Temperaturen abbildet, ohne das komplexe Klima- und Wettersystem detailgetreu abzubilden.

Charakteristisch für derartig komplexe Systeme ist der hohe Vernetzungsgrad. Dies hat zur Folge, dass das Verhalten des Systems schwer zu schätzen oder vorherzusehen ist. In den seltensten Fällen gibt es direkte lineare Ursache-Wirkung-Verknüpfungen. Vielmehr gilt es, indirekte Effekte, Zeitverzögerungen, ambivalente Wirkungen und Rückkopplungen zu erkennen. Ein gutes Beispiel, um Zeitverzögerungen von Ursachen und Wirkungen zu erkennen, ist das Ozonloch:  In der hohen Atmosphäre über der Antarktis wird das Ozon durch Fluorchlorkohlenwasserstoffe  (FCKW) abgebaut. Dies setzt die Filterfunktion von schädlichen UV-Strahlen herab. Trotz Verbot von FCKW seit 1989 sind die Substanzen nach wie in der Umwelt und führen weiterhin zu dem Auftreten des Ozonlochs. Erst in der zweiten Hälfte dieses Jahrhunderts wird der Effekt deutlich abgenommen haben.

Die Bewertung der potenziellen Wirksamkeit von politischen Maßnahmen ist ein wichtiger Bereich der strategischen Zukunftsforschung und ein „Kerngeschäft“ der politischen Beratung. Welche der gewählten Maßnahmen ist besonders wirksam für die Zielerreichung? Und wovon hängt der Erfolg der Maßnahmen ab? Hierbei spielen Simulationen und Modellrechnungen eine wichtige Rolle, ebenso wie qualitative Ansätze die mit Beschreibungen, Schätzungen und „Weicher Logik“ (englisch: fuzzy logic) schon zu belastbaren Aussagen führen können.

 

Methoden der qualitativen Systemanalyse

Als Methoden der Systemanalyse nutzen wir im Umweltbundesamt zum Beispiel die qualitative Modellierung (explorativ und deskriptiv), die morphologische Analyse oder auch die Cross-Impact-Bilanzanalyse. Diese Methoden werden in der Regel nicht isoliert verwendet, sondern sind – zum Teil auch in Kombinationen – Bestandteil von komplexen Zukunftsanalysen. Dabei werden die Methoden häufig partizipativ, das heißt in Gruppen eingesetzt.

Qualitative Modellierung 

Bei der qualitativen Modellierung sind deskriptive und explorative Ansätze zu unterscheiden. Sowohl in der deskriptiven als auch explorativen Modellierung werden Visualisierungen genutzt, indem Kästchen mit Pfeilen verbunden werden. Der Pfeil deutet einen kausalen Zusammenhang an. Dieser Zusammenhang kann erhöhend/gleichgerichtet (+) oder erniedrigend/gegengerichtet (-) sein. Zudem kann der Zusammenhang unmittelbar oder verzögert wirken. Als dritte Information kann der Verbindung eine Wirkungsstärke (stark - mittel - schwach) zugeordnet werden. Mit diesen „weichen“ Informationen können sehr zuverlässig Ambivalenzen, Verzögerungen und die potenzielle Wirkungsstärke erfasst werden. 

Bei der deskriptiven qualitativen Modellierung geht es darum, mit möglichst wenigen Faktoren ein System zu beschreiben. Eine Stoffanreicherungen im Boden hängt zum Beispiel davon ab, wie viel von einer Substanz eingetragen wird, und wie viel ausgetragen wird – im Prinzip eine einfache Gleichung. Die qualitative Modellierung konkretisiert nun, welche Prozesse zu einem Eintrag führen (zum Beispiel über den Regen, als Staub oder gar künstlich eingebracht), und welche Prozesse zu einem Abbau oder Austrag führen (beispielsweise durch die Aufnahme in Lebewesen oder eine chemische beziehungsweise biologische Zersetzung). 

Eine bekannte Darstellungsform ist die Causal-Loop-Analyse, bei der es vor allem darum geht, Rückkopplungen innerhalb eines Systems zu erkennen und zu bewerten, wie diese das Systemverhalten beeinflussen. Hierzu wurde eine Reihe an immer wiederkehrenden Mustern, sogenannten Archetypen, formuliert. Berühmtes Beispiel ist der Archetyp „Overshoot and Collapse“ (Überschreiten von Grenzen und Zusammenbruch), wie er in dem bekannten Buch von D. Meadows et al. „Grenzen des Wachstums“ beschrieben ist. Es können auch noch weitere so genannte Systemarchetypen unterschieden werden, aus denen sich auch ohne Kenntnis von konkreten Zahlen ein grundsätzliches Verhalten des Systems vorhersagen lässt.  Die deskriptive qualitative Modellierung kann einen wichtigen Schritt für die Entwicklung von Simulationsmodellen darstellen.

Bei der explorativen qualitativen Modellierung geht es darum, durch eine geeignete Fragetechnik ein zentrales Problem zu erfassen und zu verstehen. Rückkopplungen werden nicht „gesetzt“, sondern gefunden, während das Modell entsteht. Die explorative Modellierung ist für die Bewertung von Maßnahmen und Konzepten besonders geeignet. Beispielsweise kann in einem qualitativen Modell gefragt werden, „Was fördert beziehungsweise hindert die Entwicklung hin zu einer nachhaltigen Gesellschaft?“. In erster Näherung könnte man die bald schon triviale Antwort geben, dass ein nachhaltiges Verhalten der Wirtschaft und der Bürgerinnen und Bürger eine nachhaltige Gesellschaft nach sich ziehen. An dieser Stelle muss man aber konkretisieren und nachfragen: Wovon hängt eine nachhaltige Wirtschaft oder der nachhaltige Bürger ab? Damit Wirtschaft nachhaltig sein kann, braucht es zum Beispiel entsprechende Produkte (und die Entwicklung eben dieser) und eine entsprechende Nachfrage seitens der Konsumentinnen und Konsumenten. Auch hier kann man für jeden Faktor (Produkt, Nachfrage der Bürger etc.) weiter fragen, wovon dieser abhängt. Diese Befragung kann sehr gut in partizipativen Format stattfinden, so dass auch die Sichtweisen und Kenntnisse verschiedener Experten einbezogen werden können.

Morphologische Analyse 

Die Morphologische Analyse (Morphologie, Lehre des geordneten Denkens) ist eine analytische Kreativitätstechnik, die von Fritz Zwicky 1956 entwickelt wurde. Ein Problem wird in Teilaspekte zerlegt und mehrdimensional klassifiziert. Alle Ausprägungen (Gestaltungsmöglichkeiten) der Teilaspekte (auch genannt: Faktoren, Deskriptoren) werden in einer Tabelle dargestellt und systematisch miteinander kombiniert. Anschließend erfolgt eine Analyse der neuen potenziellen Lösungswege, die sich durch die Kombination der einzelnen Merkmale ergeben. 
Der Vorteil des Morphologischen Kastens liegt unter anderem darin, dass die systematische Zerlegung von Problemen auch die Fähigkeit fördert, Problemstrukturen zu erkennen. Zudem lassen sich Schwächen bisheriger Lösungen relativ schnell ausfindig machen und „neue“ Kombinationen aufdecken.
Die Morphologische Analyse wird häufig noch mit einer Konsistenzprüfung kombiniert: Bei dieser Konsistenzprüfung werden alle Kombinationen paarweise bewertet, inwieweit jeweils die beiden Elemente sinnvollerweise gleichzeitig auftreten können. Diese Art der Konsistenzprüfung wird auch zur Erstellung von qualitativen Szenarien verwendet. Auf diese Art werden sich gegenseitig ausschließende Kombinationen von der Menge aller theoretisch möglichen Kombinationen ausgenommen. Ohne ein solches Ausschlusskriterium wären zum Beispiel in einer morphologischen Analyse mit zehn Teilaspekten mit jeweils vier Ausprägungen bereits vier hoch zehn Kombinationen möglich, das sind bereits über eine Million Kombinationen. Die morphologische Analyse mit Konsistenzprüfung haben wir beispielsweise im Projekt „Integrierte Nachhaltigkeitsszenarien“  eingesetzt.

Cross-Impact-Bilanzanalyse (CIB) 

Ein typisches Einsatzgebiet von CIB ist die Szenariotechnik. Bei der Erstellung von Szenarien müssen häufig Entwicklungen in vielen unterschiedlichen Einzelfeldern (z.B. wirtschaftliche, politische, soziale oder technologische Entwicklungen) untersucht werden. Für die Einzelfelder gibt es oft jeweils fundierte Vorstellungen über den Spielraum der möglichen Entwicklung. Bei der Entwicklung konsistenter Szenarien muss aber identifiziert werden, welche Kombinationen dieser Varianten durch die zwischen ihnen wirkenden Wechselbeziehungen gefördert werden. Dieses Zusammenführen von Einzelinformationen zu konsistenten Gesamtbildern in einer Szenarioanalyse kann mit Hilfe von CIB durchgeführt werden.
Das Vorgehen ist dabei ähnlich zum morphologischen Kasten, nur dass die wechselseitige kausale Verknüpfung der Ausprägungen untersucht wird. Durch die Bewertung von Ursache/Wirkung zwischen den jeweiligen Faktoren ist eine tiefere und umfassende Auswertung des Systems möglich.

 

Modelle und Simulationen

Modellentwicklungen und Simulationen werden mit unterschiedlichen Modellierungsmethoden und in verschiedenen Bereichen eingesetzt. Hervorzuheben sind:

  • Luftreinhaltung,
  • Wirkungen von Luftschadstoffen auf Ökosysteme,
  • Treibhausgasminderungen,
  • Wirtschaftliche Effekte von Umweltpolitik,
  • Energiewirtschaftliche Simulationen,
  • Treibhausgasminderungen im Verkehr.