Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-6065
Main Title: Direct and indirect climate change impacts in the land-use sector
Translated Title: Direkte und indirekte Klimafolgen im Landnutzungssektor
Author(s): Stevanović, Miodrag
Advisor(s): Popp, Alexander
Edenhofer, Ottmar
Referee(s): Edenhofer, Ottmar
Lotze-Campen, Hermann
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: en
Abstract: Rapid exploitation of fossil resources has resulted in a massive release of greenhouse gases (GHG) into the atmosphere. This anthropogenic perturbation of the complex climate system could result in a change of global climate patterns unprecedented in the past millennium. As such, further climatic change poses a serious threat to a broad range of natural systems and economic sectors. The land-use sector, with agriculture in particular, is greatly challenged by the new weather conditions. Hence, adequate action is required in order to adapt and also to prevent potential negative impacts on the sector’s services. This thesis aims to assess the direct and indirect impact of climate change in the land-use sector, and to evaluate the associated economic distributional effects. Direct economic impacts from climate change in the agricultural sector are manifested through alterations of crop yields and consequent shifts in agricultural markets including changes in consumer and producer rents. Beyond agriculture, changes in carbon stocks in natural vegetation and soils are also directly affected by climate change. At the same time, they offer a great GHG reduction potential in a land-based climate change mitigation policy. Mitigation measures are needed in all sectors, but they could also lead to negative economic effects and manifest as indirect impacts of climate change, since a comprehensive mitigation policy could rebound in agricultural markets by adding more pressure to production activities. Aside from the aim of assessing impacts, this thesis has a second goal, that of identifying those measures that could reduce the magnitude of such economic consequences. The assessment of direct and indirect climate change economic impacts is accomplished in a broad scenario analysis employed in the Model of Agricultural Production and its Impacts on the Environment (MAgPIE). MAgPIE is a partial equilibrium model of the agricultural sector that optimizes land-use patterns such that agricultural demand is fulfilled at the minimal production cost. Biophysical inputs for MAgPIE with climate change impacts (crop yields, water availability and carbon content) come at a high spatial resolution, and as such influence production systems subject to regionally defined economic constraints. For this thesis, the existing framework is extended by an analysis of market shocks and shifts in economic surpluses. The main findings of the thesis suggest that a strong climate change effect on crop yields could cause significant global agricultural welfare loss by the end of the century. Geographic regions will be differently affected by climate change, with more losses in tropical areas. Additionally, the weight of economic impacts will be higher for food consumers than for food producers. However, a land-use based mitigation policy could greatly contribute to the reduction of the direct impacts. Still, achieving the land-based mitigation potential could considerably affect land-use and the dynamics of terrestrial carbon stocks. Under a GHG emission tax policy, land-use change carbon emissions could be almost entirely avoided. However, residual emissions from agricultural production systems (methane and nitrous-oxide gases) would still remain even if emission taxing mechanisms were applied, while the negative mitigation policy effects would reflect strongly in higher production costs and consequently increasing food prices. Particular measures can be implemented to alleviate the negative impacts from climate change and mitigation action. More openness in international agricultural trade could considerably reduce global and regional losses. Food demand management, changing diet patterns and reducing waste, all point to ways not only of reducing GHG emissions, but also of relieving the pressure of agricultural markets. GHG reduction measures can also be diversified in order to prevent impacts of a mitigation policy; for example a lower than optimal GHG tax for the non-CO2 emissions in the agricultural sector would trigger emissions reduction to the full potential without threatening food price stability. In the context of food security, these measures should be an integral part of any policy portfolio aiming at both the mitigation of climate change and the avoidance of direct and indirect climate change impacts on the stable utilization of food.
Die rapide Ausbeutung fossiler Ressourcen hat große Mengen an Treibhausgasen in die Atmosphäre freigesetzt. Diese anthropogene Störung des komplexen Klimasystems könnte die klimatisch sehr günstigen Bedingungen des Holozäns beenden, sofern weiterhin Treibhausgase emittiert werden. Der Klimawandel stellt damit sowohl eine ernsthafte Bedrohung für natürliche Systeme als auch für die Weltwirtschaft dar. Der Landnutzungssektor, und insbesondere die Landwirtschaft, wird durch den Klimawandel vor die Herausforderung gestellt, Treibhausgase zu vermeiden, sich anzupassen, und hierdurch negative Folgen auf die Produktion und Dienstleistungen des Sektors abzuwenden. Diese Dissertation quantifiziert die direkten und indirekten Klimafolgen im Landnutzungssektor und evaluiert die damit verbundenen ökonomischen Verteilungseffekte. Direkte Klimafolgen entstehen zum einen durch eine Veränderung der landwirtschaftlichen Ertragspotentiale und deren Auswirkungen auf die Agrarmärkte, welche wiederum Folgen für Produzenten- und Konsumentenrenten haben. Weiterhin beinhalten die direkten Klimafolgen auch eine Veränderung der Kohlenstoffspeicherung in Vegetation und Böden, welche als Kohlenstoffsenke ein großes Potential zur Treibhausgasvermeidung besitzen und unter einer Klimaschutzpolitik zu einem bedeutenden Vermögenswert aufgewertet werden. Politikmaßnahmen zur Treibhausgasvermeidung können darüber hinaus erheblichen Druck auf landwirtschaftliche Märkte ausüben. Diese indirekten Klimafolgen können zu Verteilungseffekten führen, insbesondere in Bezug auf die Ernährungssicherung. Neben dem Ziel, die Klimafolgen zu quantifizieren, soll diese Dissertation darüber hinaus auch Maßnahmen identifizieren, welche negative ökonomische Verteilungsfolgen des Klimawandels reduziert. Die direkten und indirekten Klimafolgen werden durch eine Szenarienanalyse beurteilt, welche mit dem Landnutzungsmodell MAgPIE (Model of Agricultural Production and its Impact on the Environment) durchgeführt wurde. MAgPIE ist ein partielles Gleichgewichtsmodell des Agrarsektors, welches Landnutzungsmuster so optimiert, dass eine gegebene Nachfrage kostenminimal durch die Produktion gedeckt wird. Das Modell berücksichtigt die biophysikalische Beeinflussung von Erträgen, Wasserverfügbarkeit und Kohlenstoffspeicherung durch den Klimawandel auf hoher geographischer Auflösung, und simuliert die Folgen auf das Produktionssystem innerhalb der gegebenen ökonomischen Randbedingungen. In dieser Dissertation wurde das bestehende Modell um eine Analyse von Marktschocks und um Verschiebungen der ökonomischen Renten erweitert. Die Ergebnisse der Arbeit deuten darauf hin, dass die klimabedingte Veränderung der Erträge gegen Ende des Jahrhunderts einen erheblichen Wohlfahrtsverlust verursachen könnte. Die verschiedenen Weltregionen werden hierbei unterschiedlich betroffen sein, wobei insbesondere die tropischen Regionen von den Klimafolgen negativ beeinträchtigt werden. Auch werden Nachfrager von Nahrungsmitteln stärker betroffen sein als Nahrungsmittelproduzenten. Landnutzungsbasierte Vermeidung von Treibhausgasen könnte die direkten Folgen des Klimawandels erheblich abmildern. Derartige Mitigationsmaßnahmen würden allerdings die Landnutzung und die terrestrischen Kohlenstoffspeicher stark verändern. Eine Steuer auf Treibhausgase könnte die Kohlendioxid-Emissionen aus Landnutzungsveränderungen fast vollständig verhindern, während Methan- und Lachgasemissionen aus der Landnutzung auch unter einer solchen Besteuerung nicht vollständig vermieden würden. Zusätzlich zu der Erhöhung der Produktionskosten durch Treibhausgasminderung würden so auch die Kosten der Emissionssteuer auf die Nahrungsmittelkonsumenten abgewälzt, was über höhere Nahrungsmittelpreise zu unerwünschten Verteilungseffekten führen könnte. Um unerwünschte Verteilungseffekte zu vermeiden oder abzumildern, könnten verschiedene zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden. Durch freieren Handel zwischen den Weltregionen könnten Regionen, die stark vom Klimawandel betroffen sind, ihre Nachfrage kostengünstiger über Importe decken. Darüber hinaus könnte die Förderung von nachhaltigerem Konsum, insbesondere eine Reduktion von Lebensmittelverschwendung und geringerer Konsum tierischer Produkte, nicht nur die Emissionen aus der Landwirtschaft begrenzen, sondern gleichzeitig auch Druck aus den Agrarmärkten nehmen und so den Preisanstieg verringern. Schließlich könnte auch eine Differenzierung des Kohlenstoffpreises zwischen dem Landnutzungssektor und den anderen Wirtschaftssektoren vorteilhaft sein. Bereits eine geringe Besteuerung reicht aus, um das Vermeidungspotential des Landnutzungssektors größtenteils auszuschöpfen, und begrenzt zugleich Verteilungseffekte, die sich aus der Abwälzung der Steuer auf den Konsumenten ergeben. Gerade im Kontext der Ernährungssicherheit sollten diese Maßnahmen daher ein integraler Bestandteil des Politikportfolios sein, welches zugleich Treibhausgase vermeidet und die direkten und indirekten Klimafolgen reduziert.
URI: http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/6572
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-6065
Exam Date: 3-May-2017
Issue Date: 2017
Date Available: 14-Aug-2017
DDC Class: DDC::300 Sozialwissenschaften::330 Wirtschaft::330 Wirtschaft
Subject(s): climate change impacts
agriculture
mitigation
adaptation
climate change
Klimafolgen
Landwirtschaft
Klimaschutz
Klimawandel
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