MAgPIE - MAgPIE

Для импульсного генератора см. MAGPIE.

MAgPIE[1] является нелинейной, рекурсивной, динамической оптимизацией глобальной модели землепользования и водопользования с целевой функцией минимизации затрат.[2][3]MAgPIE был разработан и используется группой землепользования, работающей в Потсдамский институт исследований воздействия на климат (ПИК). Он связывает региональную экономическую информацию с сеточными биофизическими ограничениями, моделируемыми динамической моделью растительности и гидрологии. LPJmL.[4] MAgPIE рассматривает пространственно-явные модели производства, изменения в землепользовании и водные ограничения в различных регионах мира, последовательно увязывая экономическое развитие с спросом на продукты питания и энергию.[5]

Модель

Входные данные и выходные параметры MAgPIE

Модель основана на статических функциях урожайности для моделирования потенциальной урожайности сельскохозяйственных культур и связанного с ней водопользования.[2] Для моделирования биофизического снабжения пространственно явные данные 0,5 ° агрегируются в постоянное количество кластеров. Десять регионов мира представляют собой сторону спроса модели. Требуемые калории для категорий спроса (потребление пищевых продуктов и непродовольственных энергетических ресурсов) определяются с помощью перекрестной страновой регрессии на основе прогнозов населения и доходов. Для удовлетворения спроса модель выделяет 19 посевов и 5 культур. домашний скот деятельность в отношении четко обозначенных в пространстве земельных и водных ресурсов с учетом ограничений по ресурсам, управлению и стоимости. С 1995 года MAgPIE моделирует временные интервалы в 10 лет. Для каждого периода в качестве отправной точки используется оптимальная схема землепользования из предыдущего периода.[4]

требовать

Спрос на сельхозпродукцию фиксирован для каждого региона и каждого временного шага. Движущие силы спроса на сельскохозяйственную продукцию: время, доход и рост населения. Общий спрос состоит из: потребности в продуктах питания, потребности в материалах, потребности в кормах и потребности в семенах. Спрос на продукты питания зависит от спроса на энергию в пище и от доли продуктов растениеводства и животноводства в рационе. В продукции животноводства доля различных продуктов (мясо жвачных, куриное мясо, прочее мясо, молоко, яйца) зафиксирована на уровне 1995 года. То же самое относится и к доле сельскохозяйственных культур в общем объеме пищевых калорий и материальных потребностей. Доля продуктов животноводства в общем количестве потребляемых калорий является важным фактором для сектора землепользования. Для оценки вероятных сценариев будущего используются различные статистические модели. Калибровка используется для определения доли поголовья скота в таблицах продовольственного баланса за 1995 год для каждого региона.

Корма для скота производятся в виде смеси концентратов, кормов, продуктов животноводства (например, костной муки), пастбищ, растительных остатков и побочных продуктов переработки (например, рапсового жмыха) в заранее определенных пропорциях. Эти различия в животноводческих системах вызывают разные уровни выбросов от домашнего скота.

Биофизические входы

Биофизические данные для моделирования получены из модели на основе сетки. LPJmL. Глобальная модель растительности с управляемыми землями (LPJmL) также предоставляет значения доступности воды и требований для каждой ячейки сетки, а также содержание углерода в различных типах растительности. Пахотные земли, пастбища и вода для орошения являются фиксированными расходами в ограниченном количестве в каждой ячейке сети.[4]

Типы затрат

MAgPIE принимает во внимание четыре различных типа затрат: производственные затраты на растениеводство и животноводство, инвестиции в технологические изменения, затраты на переустройство земель и внутрирегиональные транспортные расходы. Модельное решение получается путем минимизации этих четырех компонентов затрат в глобальном масштабе для текущего временного шага. Производственные затраты в MAgPIE подразумевают затраты на рабочую силу, капитальные и промежуточные затраты. Они специфичны для всех видов сельскохозяйственных культур и животных и учитываются как затраты на посевную площадь (долл. США / га) и затраты на единицу продукции скота (долл. США / тонну).

У MAgPIE есть два варианта увеличения общего объема производства в сельском хозяйстве за счет дополнительных затрат: расширение земель и интенсификация. В MAgPIE последнее может быть достигнуто за счет инвестиций в технологические изменения (TC).[4] Инвестиции в технологические изменения запускают рост урожайности, что ведет к увеличению общего объема производства. В то же время соответствующее увеличение интенсивности использования сельскохозяйственных земель приводит к увеличению затрат на дальнейшее повышение урожайности. Причина в том, что интенсификация на землях, которые уже интенсивно используются, дороже, чем интенсификация на экстенсивно используемых землях.

Другой альтернативой увеличения производства является расширение пахотных земель на несельскохозяйственные земли.[6] Переоборудование вызывает дополнительные затраты на подготовку новых земель и инвестиции в основную инфраструктуру, которые также принимаются во внимание. Внутрирегиональные транспортные расходы возникают для каждой товарной единицы в зависимости от расстояния до внутрирегиональных рынков и, следовательно, ограничивают расширение земель в MAgPIE. Это зависит от качества и доступности инфраструктуры. Внутрирегиональные транспортные расходы выше для менее доступных районов, чем для более доступных регионов. В таких случаях это приводит к более высоким общим затратам на расширение пахотных земель.[4]

использованная литература

  1. ^ Группа компаний "ПИК". "Математическое описание MAgPIE". Получено 26 марта 2012.
  2. ^ а б Lotze-Campen, H .; Müller, C .; Bondeau, A .; Рост, С .; Попп, А .; Лучт, В. (июнь 2008 г.). «Глобальный спрос на продукты питания, рост производительности и нехватка земельных и водных ресурсов: пространственно явный математический подход к программированию». Экономика сельского хозяйства. 39 (3): 325–338. Дои:10.1111 / j.1574-0862.2008.00336.x. Получено 26 марта 2012.
  3. ^ Попп, А .; Lotze-Campen, H .; Бодирский, Б. (август 2010). «Потребление продуктов питания, изменение режима питания и сопутствующие парниковые газы, не относящиеся к CO2, от сельскохозяйственного производства». Глобальное изменение окружающей среды. 20 (3): 451–462. Дои:10.1016 / j.gloenvcha.2010.02.001.
  4. ^ а б c d е Schmitz, C .; Biewald, A .; Lotze-Campen, C .; Попп, А .; Dietrich, J.P .; Бордиски, Б .; Krause, M .; Вайндл, И. (2012). «Торговля большим количеством продуктов питания: последствия для землепользования, выбросов парниковых газов и продовольственной системы». Глобальное изменение окружающей среды. 22 (1): 189–208. Дои:10.1016 / j.gloenvcha.2011.09.013.
  5. ^ Каяц, Бенджамин. «Цена земли». Потсдамский институт исследований воздействия на климат. Получено 26 марта 2012.
  6. ^ Krause, M .; Lotze-Campen, H .; Попп, А. (август 2009 г.). «Пространственно-явные сценарии глобального расширения пахотных земель и доступных лесных площадей в рамках интегрированного моделирования». Документ конференции.