Innovations and limits in methods of forecasting global environmental change

Environmental science has developed a diverse set of theories, analytical tools and models to understand and predict ecological responses to human impacts. We review recent innovations in the family of methods used to forecast global environmental change, and offer constructive critiques of five common approaches: phenomenological projections, storyline scenarios, integrated assessment models, decomposition-identity approaches, and global climate simulations. Overall, there is a lack of coherent, empirically based validation for many methods and their assumptions, and only partial incorporation of underlying uncertainties in both parameter estimates and interrelationships of model components. The greatest improvements in global environmental forecasting will likely come from a more systemic approach to quantifying the aggregate socio-economic drivers of the agents of change, along with better integration of multi-disciplinary approaches.

ZusammenfassungDie Umweltwissenschaft hat vielfältige Theorien, analytische Methoden und Modelle entwickelt, um ökologische Reaktionen auf anthropogene Einflüsse zu verstehen und vorherzusagen. Wir untersuchen hier jüngste Innovationen aus der Familie der Methoden zur Vorhersage von globalen Umweltveränderungen und unterbreiten konstruktive Kritik zu fünf verbreiteten Forschungsansätzen: phänomenologische Projektion, “storyline”-Szenarien, integrierte Schätzmodelle, Ansätze zur Zerlegungsidentität, und Simulationen des globalen Klimas. Insgesamt herrscht ein Mangel an kohärenter Empirie-gestützter Validierung bei vielen Methoden und ihren Annahmen. Und die zugrunde liegenden Unsicherheiten, was sowohl. Parameterschätzung als auch Beziehungen zwischen den Modellkomponenten angeht, werden nur teilweise eingearbeitet. Die größten Verbesserungen für globale Umweltvorhersagen werden wahrscheinlich mit einem mehr systemischen Ansatz zur Quantifizierung der aggregierten sozio-ökonomischen Treiber der bestimmenden Kräfte des Wandels erreicht werden, in Verbindung mit einer engeren Integration von multi-disziplinären Forschungsansätzen.