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Assessing adaptation to climate change and its costs in a carbon-constrained world

  • This thesis aims at improving the current representation of adaptation in economic frameworks of climate change by a) accounting for the time-dependent evolution of the adaptive capacities of countries and b) quantifying unwelcome feedbacks of the adaptation process. In this context, it is proposed that economic assessments of climate change incorporate adaptation as a cyclic and phase-dependent process while devising their cost methodologies. A phase-dependent process acknowledges the existence of adaptation barriers while a cyclic process accounts for potential unwanted feedbacks of adaptation. By analyzing economic assessments against this framework, it is shown that dependencies between phases of adaptation and phases altogether are often disregarded. Furthermore, potential negative consequences associated with adaptation are rarely considered and adaptation is generally assumed to be unconstrained. The assumption of unconstrained adaptation is only acceptable in the context of high adaptive capacity. This concept was further investigated through a review of vulnerability assessments regarding their operation of the adaptive capacity component. It was found that adaptive capacity is mostly equated to proxies that reflect the knowledge, financial and livelihood capacities of the system under analysis. With this theoretical considerations in mind, a dynamic representation of adaptive capacity was elaborated at a country-level. The Human Development Index (HDI) was used as a proxy of the adaptive capacity of countries and its evolution in time extrapolated. The time required for countries to achieve developed world standards of human development was then estimated. The results indicate that between 2005 and 2020, half of the world population will live in countries with low adaptive capacity. This percentage is then progressively reduced to 15% in the year 2050, with marked regional differences. The time required for a country to achieve an appropriate level of development sets a clear constraint on when, and to what extent, the country can engage on climate change adaptation. This does not imply that adaptation will not take place before development occurs. Rather, it calls for adaptation options to be tailored in order to t the current and future adaptive capacities of countries. Obtaining higher levels of adaptive capacity is likely to be associated with negative consequences for the climatic system. The statistical relation between HDI and per-capita emissions of countries was established and future projections made. Between 2010 and 2050 approx. 300 Gt of CO2 are estimated to be associated with the increase of adaptive capacities of current developing countries. This value represents about 30% of the allowed CO2-budgets to restrict global temperatures to an increase of 2 degrees by 2100 compared to pre-industrial times - conditional to a 25% risk of failing to meet the target. For the case of sea-level rise, the modelling framework DIVA (Dynamic Interactive Vulnerability Assessment) was used in order to illustrate the drawbacks of a simplistic representation of adaptation. The results show that adaptation via the construction of protective infrastructure might be economically feasible for particular countries. For others, modeled results fail to provide a clear choice between adaptation or inaction. The assumption of unconstrained adaptation resulted in the valuation of costly protection options whose financial and knowledge requirements can be at odds with the capacities of some coastal countries - namely developing countries. Further, infrastructural protection as adaptive measure to prevent coastal damages can have the counter-productive effect of raising the amount and value of assets at risk. This is a direct result of DIVA disregarding the potential unwelcome feedbacks of adaptation itself. In conclusion, the full potential of economic assessments of climate adaptation is likely to remain unlocked as long as adaptation continues to be misrepresented. The methodologies discussed in this work provide a way forward to alleviate this deficiency in forthcoming assessments. For the case of sea-level rise, the modeling framework DIVA (Dynamic Interactive Vulnerability Assessment) was used in order to illustrate the drawbacks of a simplistic representation of adaptation. The results show that adaptation via the construction of protective infrastructure might be economically feasible for particular countries. For others, modeled results fail to provide a clear choice between adaptation or inaction. The assumption of unconstrained adaptation resulted in the valuation of costly protection options whose financial and knowledge requirements can be at odds with the capacities of some coastal countries - namely developing countries. Further, infrastructural protection as adaptive measure to prevent coastal damages can have the counter-productive effect of raising the amount and value of assets at risk. This is a direct result of DIVA disregarding the potential unwelcome feedbacks of adaptation itself. In conclusion, the full potential of economic assessments of climate adaptation is likely to remain unlocked as long as adaptation continues to be misrepresented. The methodologies discussed in this work provide a way forward to alleviate this deficiency in forthcoming assessments.
  • Das Ziel vorliegender Dissertation ist es, die gegenwärtige Darstellung von Anpassung in ökonomischen Klimawandelstudien zu verbessern. Dies soll erfolgen durch a) die Einbeziehung der zeitabhängigen Entwicklung der Anpassungsfähigkeit von Staaten, und b) durch die Quantifizierung unerwünschter negativer Rückkopplungen eines Anpassungsprozesses. Es wird hierbei vorgeschlagen, Anpassung in ökonomischen Klimawandelstudien als einen in mehreren aufeinanderfolgenden Phasen ablaufenden, zyklischen Prozess darzustellen, und zwar eingebettet in die Methodik, die zur Erfassung der durch den Klimawandel verursachten Kosten angewandt wird. Mit einem Stufenprozess kann der Existenz von Anpassungsbarrieren Rechnung getragen werden. Durch einen zyklischen Prozess können unerwünschte Rückkopplungen berücksichtigt werden. Indem ökonomische Studien unter dieser Prämisse untersucht wurden, wird aufgezeigt, dass bisher häufig ganze Phasen der Anpassung oder zumindest Abhängigkeiten zwischen einzelnen Phasen unberucksichtigt geblieben sind. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass potentiell negative Folgen im Zusammenhang mit dem Anpassungsprozess kaum berücksichtigt wurden und dass Anpassung im Allgemeinen als unbegrenzter Prozess angenommen wird. Grundsätzlich könnte die Annahme einer unbegrenzten Anpassung im Kontext einer hohen Anpassungsfähigkeit gerechtfertigt sein. Es wurde daher näher untersucht, inwieweit Vulnerabilitätsstudien die Komponente der Anpassungskapazität operationalisieren. Es zeigte sich, dass sie meist mit Indikatoren wie Wissen, finanzieller Kapazitäten und Kapazitäten zur Existensicherungdes zu betrachtenden Systems gleichgesetzt wurde. Vor dem Hintergrund dieser theoretischen Überlegungen wurde eine dynamische Darstellung der Anpassungsfähigkeit auf der Staatenebene entwickelt. Hierfür wurde der "Human Development Index" (HDI) als Indikator für die Anpassungsfähigkeit von Staaten verwendet und dessen Werte in die Zukunft extrapoliert. Anschließend wurde die Zeit, die ein Staat benötigt, um den Entwicklungsstandard der "entwickelten Länder" zu erreichen, abgeschätzt. Die Ergebnisse zeigen auf, dass zwischen 2005 und 2020 die Hälfte der Weltbevölkerung voraussichtlich immer noch in Staaten mit einer geringen Anpassungsfähigkeit leben wird. Dieser momentan hohe Prozentsatz wird sich reduzieren, um ca. 15% bis zum Jahr 2050, allerdings mit deutlichen regionalen Unterschieden. "Entwicklung" ist zwar die unbedingte Voraussetzung für die aktive Einleitung von Anpassungsmaßnahmen. Allerdings bedeutet dies nicht, dass Anpassung nicht vor dem Erreichen eines hohen Entwicklungsniveaus (definiert nach HDI) stattfinden kann. Vielmehr macht es deutlich, dass vorgeschlagene Anpassungsoptionen auf das jetzige und zukünftige Niveau der Anpassungsfähigkeit von Staaten zugeschnitten werden müssen. Jedoch ist wahrscheinlich eine Zunahme der Anpassungsfähigkeit mit negativen Konsequenzen,wie einem Anstieg des Risikos für das Klimasystem, verbunden. Die statistische Beziehung zwischen dem "HDI" und den Pro-Kopf Emissionen von Treibhausgasen von Staaten wurde daher weitergehend untersucht und extrapoliert. Zwischen 2010 und 2050 wären circa 300 Gt an CO2 auf den erhöhten Entwicklungsstandard und damit auf eine erhöhte Anpassungsfähigkeit von Entwicklungsländern zurückzuführen. Dieser Wert stellt etwa 30% des erlaubten CO2-Budgets dar, von dem angenommen wird, dass er den globalen Temperaturanstieg auf 2 Grad bis 2100, im Vergleich zur vorindustriellen Zeit, begrenzt - unter Inkaufnahme eines 25 prozentigen Risikos, dieses Ziel zu verfehlen. Bezüglich des Meerespiegelanstiegs wurde der Modellierungsansatz DIVA (Dynamic Interactive Vulnerability Assessment) verwendet, um die Nachteile einer vereinfachten Darstellung von Anpassung tiefgehend zu diskutieren. Die Ergebnisse zeigen, dass Anpassung für manche Staaten ökonomisch sinnvoll sein kann, z.B. in Form der Errichtung schützender Infrastrukturen. Für andere Staaten hingegen liefert das Modell allerdings keine eindeutige Aussage darüber, ob eine Anpassung sinnvoll sein könnte oder nicht. Es ist in diesem Kontext zu erwähnen, dass kostenintensive Infrastrukturoptionen bevorzugt werden, deren Anforderung an finanzielle Ressourcen und Wissen mit den Kapazitäten mancher Staaten im Konfikt stehen, da Anpassung in diesem Modell nicht als Prozess verstanden wird. Darüber hinaus können infastrukturelle Optionen zur Vermeidung einer Überflutung von Küstenregionen kontraproduktive Folgen haben, nämlich z.B. einer Zunahme potentiell gefährdeter Infrastrukturen bzw. Vermögensgegenständen. Schlussfolgernd wird festgestellt, dass das volle Potenzial von ökonomischen Studien zur Anpassung an den Klimawandel nicht ausgeschöpft wird, solange Anpassung nur ungenügend einbezogen wird. Die in dieser Dissertation diskutierten Methoden zur Integration von Anpassung tragen dazu bei, diesbezügliche Defizite in zukünftigen Studien zu beheben.

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Metadaten
Author: Luís Costa
URN:urn:nbn:de:gbv:9-001636-3
Title Additional (German):Die Beurteilung der Anpassung an den Klimawandel und seine Kosten in einer Kohlenstoff-beschränkten Welt
Advisor:Prof. Dr. Klaus Eisenack, Prof. Dr. Susanne Stoll-Kleemann
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of Publication (online):2013/11/11
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2013/10/29
Release Date:2013/11/11
Tag:Adaptation, Climate Change, Economics, Process, Vulnerability
GND Keyword:Entwicklung, Klimaanpassung, Kosten, Logistische Regression
Faculties:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Geographie und Geologie
DDC class:500 Naturwissenschaften und Mathematik / 550 Geowissenschaften, Geologie