Übersicht. Emissionen. 1 Klimaökonomische Modelle. 2 Abbildung von wirtschaftlicher Entwicklung und

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1 Vorlesung 3: Modellierung von Klimawandel 1/17 Übersicht 1 Klimaökonomische Modelle 2 Abbildung von wirtschaftlicher Entwicklung und Emissionen 3 Abbildung des Klimasystems und des CO 2 -Kreislaufs 4 Abbildung der Impacts von Klimawandel

2 orlesung 3: Modellierung von Klimawandel 2/17 Klimaökonomische Modelle: Modelltypen Integrated Assessment Models: Diese Modelle beschreiben das Klimasystem, wirtschaftliche Entwicklung und Auswirkungen von Klimawandel in gegenseitiger Abhängigkeit, d.h. Änderungen in einem Bereich können Änderungen in anderen Bereichen verursachen. Gegenbeispiele: Analyse der Auswirkungen vorgegebener Emissionspfade auf das Klimasystem, Analyse der Auswirkungen vorgegebener Klimaänderungen auf wirtschaftliche Entwicklung Integrated Assessment Models bestehen i.d.r. aus separaten Teilen, die wirtschaftliche Entwicklung und Klimasystem beschreiben. Häufig wird das Klimasystem dabei stark vereinfacht abgebildet. Global aggregierte vs. regionale Modelle Top-down vs. bottom-up Modelle

3 Vorlesung 3: Modellierung von Klimawandel 3/17 Klimaökonomische Modelle: Modellteile Klimasystem und CO 2 -Kreislauf Bildet den zeitlichen Verlauf CO 2 -Beständen und Temperaturen für gegebene Emissionsverläufe ab Modell wirtschaftlicher Entwicklung Bildet Produktion und Konsum und Emissionen für gegebenen Temperaturverlauf und gegebene politische Eingriffe ab Rahmenbedingungen Geben die Entwicklung exogener Variablen (z.b. Bevölkerung, technischer Fortschritt) vor Wohlfahrtsfunktion Bewertet den Zeitpfad der (wirtschaftlichen) Entwicklung mit einer Zahl

4 Klimaökonomische Modelle: Modellbildung 1 Grundstruktur des Modells (regional vs. global, top-down vs. bottom-up, ggf. berücksichtigte Sektoren und Regionen) festlegen 2 Ökonomischen Teil (Produktionsfunktion(en), Nutzenfunktion, Märkte) und Klimamodell (CO 2 -Bestände, Zusammenhang zu Temperatur) spezifizieren 3 Rahmenbedingungen und deren zeitlichen Verlauf festlegen 4 Wohlfahrtsfunktion und politische Eingriffe (Szenarien) festlegen 5 Modell mit (historischen) Beobachtungen kalibrieren 6 Szenarien simulieren und auswerten 7 Robustheit durch Sensitivitätsanalysen untersuchen 8 Ergebnisse verstehen, qualitative und quantitative Schlussfolgerungen ziehen Vorlesung 3: Modellierung von Klimawandel 4/17

5 Vorlesung 3: Modellierung von Klimawandel 5/17 Beispiel: DICE 2007 Integrated Assessment Model Top-Down Ansatz Global aggregiertes Modell Modell mit exogenem technischen Fortschritt (kein endogenes Wachstumsmodell) Klimasystem stark vereinfacht abgebildet

6 Vorlesung 3: Modellierung von Klimawandel 6/17 DICE: Wirtschaftliche Entwicklung Es gibt ein komb. Investitions- und Konsumgut. Produktionsfunktion (Cobb-Douglas, CRS): Q(t) = Ω(t) (1 Λ(t)) A(t) K (t) γ L(t) 1 γ. Produktion zu jedem Zeitpunkt gleich Konsum + Investitionen: Q(t) = C(t) + I(t). Entwicklung des Kapitalstocks: K (t) = K (t 1) + I(t) δ K K (t 1). Ähnlich zum Solow-Modell, aber keine konstante Sparquote

7 Vorlesung 3: Modellierung von Klimawandel 7/17 DICE: Wirtschaftliche Entwicklung Im DICE-Modell wird wirtschaftliche Entwicklung getrieben von: Bevölkerungswachstum (L(t)): exogen Kapitalakkumulation (I(t) δ K K (t 1)): endogen, aber nur transiente Wirkung Technischen Fortschritt (A(t)): exogen Wirtschaftliche Entwicklung wird beeinflusst von Klimawandel (Ω(t)) und Klimapolitik (Λ(t))

8 orlesung 3: Modellierung von Klimawandel 8/17 DICE: Emissionen Q(t) = Ω(t) (1 Λ(t)) A(t) K (t) γ L(t) 1 γ, E(t) = E Ind (t) + E Land (t), E Ind (t) = σ(t) (1 µ(t)) Q(t) Ω(t) (1 Λ(t)), Λ(t) = π(t) θ 1 (t) µ(t) θ 2. Mögliche Interpretation: Es wird A(t) K (t) γ L(t) 1 γ produziert. Davon wird der Anteil Λ(t) für Emissionsreduktion verwendet, dieser Anteil ist überproportional steigend in der Kontrollrate µ(t). Vom verbleibenden Output geht der Anteil Ω(t) zur Abwehr von Klimaschäden verloren.

9 Vorlesung 3: Modellierung von Klimawandel 9/17 DICE: Emissionen Exogene Vorgaben: Gesamtemissionen begrenzt durch CCum (begrenzte Vorkommen an fossilen Brennstoffen). CO 2 -Intensität σ(t) fällt im Zeitablauf durch technischen Fortschritt. Für µ(t) = 1 gibt Λ(t) = π(t) θ 1 (t) den Preis einer Backstop-Technologie an, der im Zeitablauf fällt. π(t) beschreibt Zusatzkosten, wenn nicht alle Weltregionen an Reduktionsmassnahmen optimal partizipieren.

10 Vorlesung 3: Modellierung von Klimawandel 10/17 DICE: Klimasystem und CO 2 -Kreislauf 3 CO 2 -Bestände: Atmosphäre Biosphäre und obere Schichten der Ozeane Tiefe Bereiche der Ozeane Übergänge erfolgen Konzentrationsgetrieben M AT (t) = E(t) + φ 11 M AT (t 1) + φ 21 M UP (t 1), M UP (t) = φ 22 M UP (t 1) + φ 12 M At (t 1) + φ 32 M LO, M LO (t) = φ 23 M UP (t 1) + φ 33 M LO. Dabei beschreibt φ 11 den Anteil, der in der Atmosphäre verbleibt und φ 21 den Anteil der aus Biosphäre/obere Ozeanschichten in die Atmosphäre gelangt.

11 orlesung 3: Modellierung von Klimawandel 11/17 DICE: Oberflächentemperatur Forcing: F(t) = F Ex (t) + η log 2 M AT (t) M AT (1750). Temperaturanstieg Atmosphäre: T AT (t) = T AT (t 1) + ξ 1 (F(t) ξ 2 T AT (t 1) ξ 3 (T AT (t 1) T LO (t 1))). Temperaturanstieg tiefe Bereiche der Ozeane: T LO (t) = T LO (t 1) + ξ 4 (T AT (t 1) T LO (t 1)).

12 orlesung 3: Modellierung von Klimawandel 12/17 DICE: Klimaschäden Die Kosten von Klimaschäden werden als fiktive Reduktion der Produktion dargestellt: Ω(t) = π 1 T AT (t) + π 2 T AT (t) 2. Keine Temperaturerhöhung: Ω(t) = 1. T AT (t) Ω(t) 0.

13 Vorlesung 3: Modellierung von Klimawandel 13/17 DICE: Rahmenbedingungen Anstieg der Bevölkerung auf 8.6 Milliarden mit abnehmender Wachstumsrate Zeithorizont: ca. 600 Jahre Fossile Brennstoffe für 6000 GtC-Emissionen CO 2 -Intensität nimmt anfangs um ca. 7% pro Dekade ab (ohne Massnahmen) Produktivitätswachstum von ca. 9% pro Dekade Abschreibungen: 10% p.a.

14 Vorlesung 3: Modellierung von Klimawandel 14/17 DICE: Diskussion Die Abbildung des Klimasystems ist in den meisten klimaökonomischen Modellen ähnlich (häufig sogar etwas einfacher gehalten). Wesentlich an diesem Modellteil ist vor allem der Parameter η, welcher die Relation zwischen CO 2 -Konzentration in der Atmosphäre und Temperaturenöhung wesentlich beeinflusst. Impacts: Die Impacts werden proportionaler zur Produktion modelliert. Es gibt keine Unsicherheit. Der Kapitalbestand wird nicht beeinflusst. Die Impacts sind quadratisch in der Temperaturerhöhung.

15 Vorlesung 3: Modellierung von Klimawandel 15/17 DICE: Diskussion Vermeidung: Das Modell geht von einer nennenswerten Reduktion der CO 2 -Intensität auch ohne politische Eingriffe aus. Es gibt keine strategische Reaktion von Ressourcenbesitzern auf Klimapolitik. Aggregation: Das Modell unterscheidet nicht nach Regionen. Es gibt daher keine Verteilungsaussagen.

16 Vorlesung 3: Modellierung von Klimawandel 16/17 Andere Modelle Es gibt diverse andere Modelle, z.b. PAGE, FUND, MERGE Beispiel PAGE: Grundlage des Stern Reviews 8 Regionen Einbeziehung von Unsicherheit durch Monte-Carlo-Simulationen Andere Schadensfunktion (mehr als quadratischer Impact möglich)

17 Vorlesung 3: Modellierung von Klimawandel 17/17 Nächste Woche Wohlfahrtsanalyse in klimaökonomischen Modellen und Diskontierung Bitte ansehen: Nordhaus A Question of Balance Ch. 9, sowie Dasgupta (2008)