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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-70697
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2014/7069/


The Economic Impacts of Climate Change and Options for Adaptation : a Study of the Farming Sector in the European Union

Die ökonomischen Auswirkungen des Klimawandels und Möglichkeiten zur Anpassung : eine Studie des Agrarsektors in der Europäischen Union

Trapp, Natalie

Originalveröffentlichung: (2014) Berichte zur Erdsystemforschung // Max-Planck-Institut für Meteorologie
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SWD-Schlagwörter: Landwirtschaft , Klima , Anpassung , Europäische Union
Freie Schlagwörter (Deutsch): Klimawandel , Anpassung , Europäische Union , Landwirtschaft
Freie Schlagwörter (Englisch): Climate change , adaptation , European Union , agriculture
Basisklassifikation: 83.12 , 83.11 , 83.66 , 83.63
Institut: Wirtschaftswissenschaften
DDC-Sachgruppe: Wirtschaft
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Lange, Andreas (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 22.10.2014
Erstellungsjahr: 2014
Publikationsdatum: 08.12.2014
Kurzfassung auf Deutsch: Eine global wachsende Bevölkerung, die steigende Nachfrage nach Nahrungsmitteln sowie die Veränderungen der Ernährungsgewohnheiten bei begrenzten Ressourcen stellt die Agrarproduktion vor wachsende Herausforderungen. Ungeachtet der steigenden Erträge durch technologische Fortschritte in der Europäischen Landwirtschaft (z.B. Gentechnologie) ist die Agrarproduktion und -produktivität direkt von den klimatischen Bedingungen und der Wettervariabilität abhängig.
Klimatische Veränderungen beeinflussen die Anbau- und Produktionsbedingungen und somit die künftige Produktion von Nahrungsmitteln wobei der Einfluss von Klima- und Wetteränderungen auf die Agrarproduktion stark von der Vulnerabilität der Technologien abhängt. Um die Anfälligkeit von Agrartechnologien gegenüber Umweltveränderungen zu reduzieren, muss die Produktion an die Veränderungen angepasst werden. Hierfür werden Prognosen benötigt, die zeigen, wie sich die Bedingungen für die landwirtschaftliche Produktion bei unterschiedlichen klimatischen Bedingungen unter Berücksichtigung von technologischem Fortschritt und Anpassungsverhalten kurz- bis langfristig verändern.
Das Ziel dieser Arbeit ist es, eine erste Einschätzung der potentiellen Auswirkungen von Wetter- und Klimaveränderungen auf die europäische Landwirtschaft zu geben. Grundlage bildet die Zusammensetzung eines neuen Paneldatensatzes von etwa 80.000 landwirtschaftlichen Betrieben in 27 EU-Mitgliedsstaaten mit monatlichen Niederschlags- und Temperaturdaten sowie qualitativen und quantitativen Bodendaten auf NUTS-Ebene. Im ersten Teil der Arbeit werden kurz- bis mittelfristige Auswirkungen künftiger Wetter- und Klimavariabilität durch retrospektive empirische Analysen der Produktion, finanziellen und operationellen Leistung landwirtschaftlicher Betriebe geschätzt, um so Betriebe in klimasensitiven Regionen zu identifizieren und effiziente Anpassungsstrategien aufzuzeigen. Um die Auswirkungen des Klimawandels unter Berücksichtigung langfristiger Anpassungsstrategien (z.B. Ausweitung der Agrarfläche) und Veränderungen am Weltmarkt zu simulieren, werden im zweiten Teil der Arbeit die Regressionsergebnisse in ein partielles Gleichgewichtsmodell integriert. Die Simulationen ermöglichen es, einen effektiveren politischen Rahmen zur Reduktion der Vulnerabilität zu bilden.
Im 2. Kapitel werden regionale Produktionsfunktionen empirisch geschätzt, um kurzfristige Auswirkungen von Wettervariabilität auf etwa 50,000 bewässerte und nicht bewässerte Getreidebetriebe zu quantifizieren. Mit Hilfe von dynamischen Panelmethoden kann erstmals auch die Anpassung landwirtschaftlicher Produktionsfaktoren an Produktivitätsschocks berücksichtigt werden. Anschließend werden die abgeschätzten Produktionsfunktionen mit Klimaszenarien des regionalen Klimamodells REMO verknüpft, um die Sensitivität der Getreideerträge für künftige Temperatur- und Niederschlagsänderungen zu bestimmen. Die Analysen zeigen, dass insbesondere süd- und osteuropäische Regionen anfällig für Temperatur- und Niederschlagsänderungen sind und ohne entsprechende Anpassung der Produktionstechnologien die Getreideerträge in den Mediterranen Regionen bis 2100 um bis zu 55% zurückgehen könnten, während die nordeuropäischen Regionen im gleichen Zeitraum von den klimatischen Änderungen profitieren könnten. Netto könnten im A2-Szenario die Erträge in der EU bis 2100 um 19% zurückgehen. Ohne klimatische Anpassung der Produktionstechnologien könnte dies erhebliche Konsequenzen für die Getreideproduktion in Europa haben und langfristig zu einer Verlagerung der Produktion in den Norden und zu entsprechenden Landnutzungsänderungen in Südeuropa führen.
Im 3. Kapitel wird ein neuer Ricardianischer Ansatz (long-differences) angewendet, der implizit Anpassungsstrategien berücksichtigt (z.B. Landnutzungsänderung) und so die mittelfristigen Auswirkungen des Klimawandels für 1000 NUTS-Regionen in 12 EU-Mitgliedsstaaten prognostizieren kann. Der long-differences Ansatz nutzt langfristige Temperatur- und Niederschlagstrends um Einflüsse wetterbedingter Schwankungen auf die Landpreise zu reduzieren und so Klimaeinflüsse besser von Wettereinflüssen unterscheiden zu können. Der Vergleich mit konventionellen räumlichen und nicht räumlichen Querschnittsanalysen zeigt, dass die Gewinne von Farmern, bei einem 0.76°C höherem Temperaturanstieg maximiert werden. Im A2-Klimaszenario könnte dies einen Rückgang der Landwerte bis 2100 um 17% mit dem long-differences Ansatz bzw. bis zu 64% mit Querschnittsmethoden zur Folge haben. Obwohl der long-differences Ansatz hier andeutet, dass Schäden, die durch klimatische Veränderungen verursacht werden, geringer sein könnten als bisher angenommen, beleuchtet er auch das Schadenspotential von Wettervariabilität. Dessen ungeachtet zeigen beide Ansätze, dass die Schäden vor allem in den südeuropäischen Regionen konzentriert sind (84% bis 92%ige Reduktion der Landwerte).
Im 4. Kapitel werden mögliche indirekte Klimaeinflüsse auf die operationelle Leistung der landwirtschaftlichen Betriebe untersucht sowie mittelfristige Möglichkeiten zur Reduktion der Anfälligkeit aufgezeigt, indem empirisch die (i) Einflüsse von Klimavariabilität auf die Effizienz und (ii) Anpassungsstrategien abgeschätzt werden. Mit Hilfe einer output-orientierten Distanzfunktion wird die Ineffizienz von mehr als 100.000 Betrieben in 12 EU-Mitgliedsstaaten abgeschätzt, wobei die Ineffizienz von den Eigenschaften des Betriebes und der Klimaerfahrung des Farmers abhängt. Die Ergebnisse zeigen, dass fehlende oder geringe Klimaerfahrung die Effizienz signifikant reduzieren kann und deshalb Temperaturveränderungen auch indirekt die Produktion beeinflussen könnten. Verschiedene Adaptionsmaßnahmen, wie die Anpassung der landwirtschaftlichen Produktionsfaktoren (z.B. Erhöhung des Düngemitteleinsatzes) oder der Produktionsstrukturen (z.B. Mix der Feldfrüchte), könnten zwar die Anfälligkeit gegenüber Temperatur- und Niederschlagsänderungen zu einem gewissen Grad reduzieren, aber fehlende Erfahrung im Umgang mit klimatischen Änderungen könnten die Effizienz und somit die Produktivität signifikant mindern. Eine exemplarische Sensitivitätsanalyse zeigt auch hier, dass primär die südeuropäischen Regionen von einer Effizienzminderung betroffen wären. Bis 2100, könnte die Effizienz ohne Erfahrungszuwachs (z.B. klimabezogene Bildung, Training) netto um bis zu 50% sinken.
Im 5. Kapitel werden die empirischen Modelle in ein partielles Gleichgewichtsmodell integriert, um den Wert und die Wirksamkeit unterschiedlicher Anpassungsstrategien für die landwirtschaftliche Produktion auf Betriebsebene (z.B. Bewässerung, Anbauportfolio, Ausbau der landwirtschaftlichen Nutzflächen) und Politikebene (z.B. Handelsliberalisierung) beurteilen zu können. Die Ergebnisse zeigen, dass einerseits landwirtschaftliche Flächen für die Nahrungsmittelproduktion signifikant durch umfangreiche Bioenergieproduktion zurückgehen, da Ressourcen für die Nahrungsmittelproduktion zur Bioenergieproduktion verwendet werden sodass Anpassungsstrategien stark an Bedeutung gewinnen. Andererseits kann Handel den Anpassungsdruck und die Landnutzungskonkurrenz zwischen Nahrungsmittel und Energiepflanzen reduzieren, da durch eine Handelsliberalisierung mehr Land virtuell importiert werden kann. Die Ergebnisse weisen besonders auf die Bedeutung der Verkettung von Handel, Anpassung und Bioenergie in Modellen zur Klimafolgenabschätzung hin, da die Interdependenzen von Entscheidungen in der Landwirtschaft und der Politik die landwirtschaftliche Produktion und Wirksamkeit von Anpassungsmaßnahmen maßgeblich beeinflussen können.


Kurzfassung auf Englisch: Future changes in the weather, climate and climate variability could alter growing and production conditions in the agricultural sector and consequently affect food production negatively if technologies and farming practices are not adapted in anticipation of regional climate change impacts. The severity of climate and weather impacts on agriculture, however, highly depends on the vulnerability of farming activities and technologies as well as on the adaptation capacities of regions and farms. Although climate change impacts have been studied extensively, the net impact of climate change on northern latitudes is yet unclear.
The objective of this thesis is to evaluate the potential impacts of climate change on European agriculture. For this purpose, a novel and unique 20-year panel of 80,000 agricultural holdings represented in all the 27 EU member states is constructed, by pairing the farm data with a gridded weather and soil dataset. In a first step (Chapter 2-4), the impacts of climate and weather variability on production, as well as the financial and the operational performance of farms are assessed and efficient adaptation strategies are derived at a farm-level. These chapters are based on a set of econometric analyses and identify the most vulnerable regions in the European Union by investigating short-term to medium-term impacts of climate change - a time frame in which adaptation is limited. In a second step (Chapter 5), long-term climate change impacts on adapted production technologies are projected using a partial equilibrium model considering world market and policy adjustments. These simulations can assist in building more effective and efficient policy frameworks to support efficient adaptation of European farms in the long-run.
Following a brief literature review, the second chapter quantifies regional weather impacts on 45,000 irrigated and rainfed cereal farms using a production function approach and dynamic panel methods, which makes the consideration of agricultural input adjustments feasible. Subsequently, the sensitivity of yields is evaluated using temperature and precipitation averages for 2021-2050 and 2071-2100 obtained from the regional climate model REMO. The analyses reveal that southern and central European cereal farms are highly vulnerable to temperature and rainfall changes (e.g. a yield decrease by up to 55%), whereas Northern Europe is more likely to benefit from a long-term warming. Overall, net cereal yields could decrease by 19% without efficient adaptation in the A2 scenario by 2100. This could have serious long-term consequences for the cereal production (e.g. shift of the production to Northern Europe).
The third chapter introduces a novel Ricardian approach to project potential climate change impacts on the welfare of European farmers. Using a 20-year panel of 1000 NUTS regions in the EU-12, three Ricardian models are estimated applying spatial and aspatial cross-sectional methods and a novel long differences approach, which exploits long-run temperature and precipitation trends and reduces inter-annual fluctuations in land values. The long differences approach suggests that maximum gains occur at a temperature of 0.76°C higher than in the cross-sectional models. In the A2 scenario, this would result in a net reduction of land value of 17% for the long-differences approach but up to 64% for the cross-sectional models. Even though the novel approach suggests that climate damages could be significantly lower than expected, it also indicates a considerable influence of short-term variability on welfare. Both methods show that most losses are concentrated in southern Europe (-84% to -92%) despite the significant differences between the approaches.
The fourth chapter investigates the impact of climate change on the operational performance of farms and potential response strategies by empirically assessing (i) the impacts of climate variability on efficiency and (ii) options for adaptation. For this purpose, an output-oriented distance function for more than 100,000 farms in 12 EU member states is estimated. The inefficiency term is explicitly modelled as a function of farm characteristics and climate variability as a proxy for climate-related experience of farmers. The results suggest that a lack of climate-related experience reduces the efficiency significantly, confirming the hypothesis that temperature variability can also affect the production indirectly. A sensitivity analysis suggests that by 2100, the average efficiency level in the EU-12 could be reduced by 28% in the A2 scenario, whereas the efficiency level could drop by up to 50% in the Mediterranean regions. The results also indicate that adaptation through input adjustments (e.g. increased fertiliser) or crop choice (e.g. higher share of fruits) is possible to a certain degree, but a drop in the efficiency could additionally reduce productivity.
The last chapter integrates the statistical results into a partial equilibrium model to assess the value and effectiveness of farm-level (e.g. irrigation, crop portfolio, cropland expansion) and macro-economic adaptation strategies (e.g. trade liberalisation) on crop production in Europe. The results suggest that farm-level adaptation, especially cropland expansion and crop portfolio adjustments, can largely mitigate negative impacts of climate change on regional crop production. The results further demonstrate that on the one hand crop production is significantly reduced by large-scale bioenergy policies because of resources shifting from crop production to bioenergy production, which can make large-scale adaptation necessary (i.e. cropland expansion), and on the other hand, that trade can play a moderating role by allowing for virtual land import which reduces domestic land use competition and pressure for extensive adaptation. Overall, the results stress the importance of linking trade, adaptation and bioenergy in climate impact assessments because of the interdependencies between farm and policy decisions and agricultural production and their influence on the value of adaptation.


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