Umweltinformatik

Aufgabe und Einordnung

Umweltinformatik ist eine Spezialdisziplin der Angewandten Informatik. Sie setzt Methoden und Techniken der Informatik ein, um Informationsverarbeitungsverfahren zu analysieren, zu unterstützen und mitzugestalten. Diese Verfahren sollen helfen, Umweltbelastungen und Umweltschäden zu untersuchen, zu beheben, zu vermeiden oder zu minimieren.

Ihre wichtige Brückenfunktion besteht darin, die komplexen Wechselwirkungen zwischen Mensch, Natur und Technik interdisziplinär zu analysieren, zu beschreiben und zu verstehen. Wie Bio- und Geoinformatik verarbeitet sie Umweltphänomene mit informatischen Mitteln. Sie unterscheidet sich jedoch dadurch, dass sie normative Ziele verfolgt: etwa politische Ziele des Umweltschutzes, der Umweltplanung und der Nachhaltigkeit. Diese Zielbindung beeinflusst auch die Wahl ihrer Methoden. Die numerische Wettervorhersage ist zwar ein frühes und wichtiges Beispiel für Computersimulation von Umweltphänomenen, verfolgt aber nicht diese normative Ausrichtung.

Umweltinformationssysteme und Ziele

Gegenstand der Umweltinformatik sind Umweltinformationssysteme (UIS). Ein UIS ist ein „DV-gestütztes System, welches Daten, die über die natürliche Umwelt erhoben werden, integriert abspeichert und leistungsfähige Zugriffs- und Auswertungsmethoden anbietet.“ DV-gestützt bedeutet hier: durch Datenverarbeitung mit Computern unterstützt. UIS bereiten Umweltdaten für Umweltschutz, Umweltplanung, Umweltforschung und Umwelttechnik auf. Betriebliche Umweltinformationssysteme (BUIS) sind ein Spezialfall.

Nach Jaeschke und Bossel bauen die Ziele der Umweltinformatik aufeinander auf:

• Zuerst beschafft sie Daten und Informationen über Zustand und Entwicklung der Umwelt. Besonders wichtig sind Informationen, mit denen unerwünschte Veränderungen vermieden oder begrenzt und erwünschte Veränderungen unterstützt werden können.
• Anschließend wertet und analysiert sie die Daten. Dadurch verbessert sie das Verständnis der Umwelt sowie der Wechselwirkungen von Natur, Technik und Gesellschaft und unterstützt umweltrelevante Entscheidungen.
• Darauf aufbauend ermöglicht sie Systemkorrektur, also die Beeinflussung einer Entwicklung. Sie hilft, Wirkungen und Nebenwirkungen möglicher Maßnahmen abzuschätzen, und stellt Werkzeuge für Planung, Durchführung und Kontrolle von Maßnahmen bereit.

Entstehung und besondere Datenanforderungen

Als Ausgangspunkt gilt das Simulationsmodell World3, das Grundlage der Studie The Limits to Growth war und Umweltinformationen für Szenarien der globalen Entwicklung nutzte. Mitte der 1980er Jahre wuchs das Interesse, Umweltschutz als Anwendungsgebiet der Informatik zu strukturieren. 1986 erschien Informatik im Umweltschutz. Anwendungen und Perspektiven. Die Bezeichnung „Umweltinformatik“ kam um 1993 auf; deshalb wird ihre Entwicklung meist den 1990er Jahren zugeordnet. 1993 entstand in Cottbus der erste Universitätslehrstuhl für Umweltinformatik, 1994 der Sammelband Umweltinformatik. Informatikmethoden für Umweltschutz und Umweltforschung. Die Entwicklung wurde vor allem von der deutschen Informatik angestoßen. Der englischsprachige Band Environmental Informatics von 1995 beruht inhaltlich zu großen Teilen auf dem deutschen Sammelband von 1994.

Ein Beitrag zum World Computer Congress der IFIP 1994 beschrieb das Problem als große Mengen verfügbarer Daten, während die wirklich relevanten Daten trotzdem fehlen könnten. Umweltinformatik reagiert außerdem auf besondere Eigenschaften von Umweltdaten:

• Datenstrukturen sind wegen verschiedener Prozesse und Sichtweisen, etwa Gewässerschutz, Immissionsschutz oder Gefahrstoffe, sehr heterogen.
• Datenbanken sind ebenfalls heterogen, weil Umweltdaten oft interdisziplinär erhoben und dargestellt werden.
• Anforderungen ändern sich durch regionale, nationale und internationale Gesetze häufig; genannt werden Länderverordnungen im Gewässerschutz, Bundesimmissionsschutz-Verordnungen und REACH.
• Viele Objekte sind mehrdimensional und benötigen komplexe geometrische Darstellungen durch Kurven oder Polygone.
• Daten können unsicher, unpräzise oder unvollständig sein, etwa bei Hochrechnungen und Prognosen.

Für Umweltmanagement entstand dadurch ein neues Wissensparadigma: Umweltinformatik entwickelt eigene Konzepte, Methoden und Techniken und ist nicht nur die Anwendung bestehender Informations- und Kommunikationstechnologie auf Umwelttechnik.

Nachhaltigkeit und verwandte Bereiche

Seit etwa 2000 wurden Nachhaltigkeit und Nachhaltige Entwicklung stärker in die Umweltinformatik einbezogen. Das Memorandum Nachhaltige Informationsgesellschaft des Arbeitskreises Nachhaltige Informationsgesellschaft der Gesellschaft für Informatik e. V. (GI) von 2004 formulierte Empfehlungen für eine human-, sozial- und naturverträgliche Informationsgesellschaft. Es verwies einerseits auf große, aber ungleich verteilte Möglichkeiten für Bildung, Teilhabe und interkulturelle Verständigung. Andererseits thematisierte es Material- und Energieverbrauch der Informations- und Kommunikationstechnologie sowie die entstehende Abfallmenge.

Die systematische Erfassung, Verarbeitung und Analyse von Umweltdaten soll Umweltüberwachung und Umweltmanagement verbessern und eine nachhaltige Bewirtschaftung natürlicher Ressourcen fördern. Themen der Umweltinformatik seit den 1980er Jahren sowie weiterentwickelte Fernerkundungsmethoden werden beispielsweise in Umweltinformationssystemen der Länder eingesetzt. Seit 2007 wird das Fach auch als „Informatik für Umweltschutz, Nachhaltige Entwicklung und Risikomanagement“ bezeichnet.

Green IT, Umweltinformatik und Information and Communications Technologie for Sustainability (ICT4S) liegen im Überschneidungsfeld von Informatik und Nachhaltiger Entwicklung. Umweltinformatik konzentriert sich auf Umweltinformationssysteme und damit auf Erfassung, Speicherung, Wiedergabe, Analyse und Bewertung von Daten. Green IT richtet den Blick vor allem auf die IT-Infrastruktur und deren möglichst geringe Umweltauswirkungen. ICT4S ist breiter ausgerichtet: Es untersucht Chancen und Risiken der Digitalisierung für Nachhaltige Entwicklung allgemein sowie die gesellschaftliche Gestaltbarkeit der Digitalisierung.

Mit Bio- und Geoinformatik teilt Umweltinformatik die computergestützte Verarbeitung von Umweltinformationen, unterscheidet sich aber vor allem in den Methoden und durch ihre normative Zielsetzung. Besonders eng ist die Verbindung zur Geoinformatik: Geografische Informationssysteme (GIS) sind eine Basistechnologie für raumbezogene UIS, und Fernerkundung erweitert die Möglichkeiten des Umweltmonitorings.

Fachliche Vernetzung

Die Entwicklung seit den 1990er Jahren wurde wesentlich durch Konferenzen und deren Proceedings geprägt. EnviroInfo besteht seit 1986 und findet mit Ausnahmen jährlich statt. Das International Symposium on Environmental Software Systems (ISESS) besteht seit 1995 und wurde bis 2020 zwölf Mal veranstaltet. Der International Congress on Environmental Modelling and Software (iEMSs) findet seit 2002 alle zwei Jahre statt. Die International Conference on Information Technologies in Environmental Engineering (ITEE) bestand von 2003 an und fand bis 2013 sechs Mal statt. Environmental Information Management wurde nur 2008 und 2011 durchgeführt. Die International Conference on ICT for Sustainability (ICT4S) besteht seit 2013 und findet mit Ausnahmen jährlich statt.

Zur fachlichen Veröffentlichung gehören die Buchreihen Environmental Informatics bei Springer seit 2021, Berichte aus der Umweltinformatik beim Shaker Verlag seit 2000 sowie Umweltinformatik aktuell bei Metropolis von 1993 bis 2003. Fachzeitschriften sind unter anderem Computers and Electronics in Agriculture, Earth Science Informatics, Environmental Modelling and Software, Environmental Monitoring and Assessment, International Journal of Agricultural and Environmental Information Systems, Journal of Environmental Informatics und Journal of Environmental Informatics Letters.