2017-03-09 09:43:33 来源：
Ronald D. Sands, Carol A. Jones, and Elizabeth Marshall 介绍 未来农业资源模型（FARM）是一个全球可计算一般均衡（CGE）经济模型，有13个世界地区，从2004年到2054年以5年为步骤。土地利用可以在作物，牧场和森林之间转换，以响应人口 增长，农业生产力的变化，以及诸如可再生投资组合标准或温室气体排放上限和交易等政策。 参见Hertel et al。 （2009a）全面概述了CGE模型中的土地利用模式。 第一个版本的FARM是在1990年代初由美国农业部经济研究服务部（Darwin et al。，1995）的Roy Darwin和其他人建造的。 通过将土地划分为土地类，这种模式在CGE模型中提供了一个独特的能力，以模拟全球范围的土地利用。 早期版本的FARM模型用于模拟气候变化对全球土地利用，农业生产和国际贸易的影响。 计划新版本的FARM于2009年开始，模型建设于2010年至2012年。新的FARM模型增加了时间维度用于分析替代气候政策，跟踪能源消耗和温室气体排放，并提供世界能源的平衡表示和农业系统。 FARM模型开发受益于参与斯坦福能源建模论坛（EMF）和农业模型比较和改进项目（Ag MIP）。参与Ag MIP需要大幅度扩展FARM的农业部分。使用柳枝稷的生物电提供能源和农业系统之间的联系。 FARM基准年是2004年，这是由普渡大学的全球贸易分析项目（GTAP）分发的全球经济数据集的基准年。本研究使用GTAP第7版中的社会账户作为主要经济框架。 GTAP 7为112个世界地区和57个生产部门提供了社会会计矩阵。然后将这些数据汇总到13个世界区域和38个生产部门。 38个生产部门保留了与初级农业，食品加工，能源转型，能源密集型产业和交通相关的所有GTAP信息。 进一步的数据处理扩大了生产部门的数量：GTAP的单个电力生产部门扩大到包括九个发电技术; 家庭运输从最终需求中消除，以创造一个新的运输服务部门; 家庭能源消耗也从最终需求中消除，以创造一个新的能源服务部门。 其他几个全球CGE模型包含与FARM相当的农业和土地利用结构。 FARM的主要优势是在能源和气候政策模拟的CGE框架内对能源和农业系统的平衡方法。 GTAP项目提供了各种各样的一般均衡模型，随着时间的推移复杂性越来越高。 GTAP-E是基本GTAP模型的早期扩展之一，其重点是能源 - 经济 - 环境 - 贸易关系（Burniax和Truong，2002）。 GTAP-AEZ模型（Hertel等人，2009b）是CGE 模型与土地分配决策和均衡市场反馈在特定的气候变化政策冲击。土地竞争集中在生长期和气候带不同的农业生态区（AEZ）。 GTAP-AEZ-GHG模型（Golub等人，2009）是一个CGE模型，其将各种类型的土地，相关的温室气体排放和碳封存来源整合到GTAP-AEZ模型中。 LEITAP通过分离来自非能源输入的能量输入来扩展GTAP-E模型，以检查生物燃料生产（Woltjer等，2007）。环境影响和可持续性应用一般平衡（ENVISAGE）模型包括能源需求规范，新能源技术和将温室气体排放与碳循环，辐射强迫和温度变化联系起来的基本气候模型（Van Der Mensbrugghe， 2008）。 生产活动 GTAP数据集每3年或4年更新一次，在每次更新时提供更多的国家和新的基准年。 然而，在每次更新时，生产部门的数量仍保持在57。 从这57个部门，我们保留了初级（表A.1（a））和加工农产品（表A.1（b））的所有GTAP详细信息。 初级农产品包括五大田作物，三种其他作物类型，反刍动物产品，非反刍动物产品，渔业和林业。 农业产品主要在加工成植物油，甜味剂，乳制品，肉制品和其他食品后消费。许多这些产品不是直接在家里消费的，而是作为远离家乡的食品一起购买的。FARM的能源方面保留了能源运营商（表A.1（c））和能源密集型产业（表A.1（d））。最近的GTAP数据集被构造为保持GTAP数据集中的能量值与来自国际能源机构（IEA）分配的能量平衡的能量量之间的一致性。这提供与一的法则一致的能量值 每个能源运输商的价格：在每个世界区域内，所有能源消费者支付相同的价格净额税和运输利润。 GTAP数据分布包括从详细的IEA能量平衡聚集的补充能量数据，其提供用于计算来自能量燃烧的二氧化碳排放的足够的能量信息。 GTAP数据分布具有与消费产品相同的生产活动数量。然而，方便的是保持生产活动和生产的商品之间的区别，允许联合产品或多个活动产生相同产品的可能性。 例如，FARM模型将油气作为联合油气生产活动的联合产品。 FARM还将牛奶和反刍动物肉视为反刍动物生产活动的联合产品。将基础生物质生产作为新的田间作物引入，然后在生物电活动中燃烧。 因此，生物质成为农业和能源系统之间的纽带。 CGE框架 新的工具和数据已经可用，因为FARM的第一版本是在20世纪90年代初构建的，最值得注意的是GTAP数据集（Hertel，1997）和在通用代数建模系统（GAMS）编程语言中使用GTAP数据的工具（Rutherford ，2010）。 因此，新FARM模型的开发并非从头开始：起点是由Rutherford（2010）提供的GAMS代码。 该软件提供了一个比较静态的全球CGE模型，与GTAP 7社会账户和世界各地区之间的双边贸易完全兼容。 该软件还提供用于将GTAP 7数据转换为GAMS编程环境的实用程序。 FARM模型使用GAMS中的PATH求解器求解，每个模型方程与模型变量配对（见表A.2）。 大多数模型方程是三种类型之一：市场清算，零利润（效率）条件和收入平衡。 市场清算方程与市场价格配对; 零利润条件与生产数量配对; 收入平衡方程与代表性代理人的支出配对。 人均粮食消费的经济模拟依赖于行为参数，特别是收入和价格弹性。 ERS的一项研究（Muhammad et al。，2011）解决了一个问题：如何使额外的美元收入在各种食品商品中分流？本研究的作者使用世界银行国际比较方案（ICP）的数据估计收入和价格弹性。这些数据清楚地表明，在从低到高人均收入排名的国家中，食品占总支出额的一美元下降。此外，谷物是边际粮食支出中人均收入增加的份额下降。这项研究为收入弹性提供了经验支持，可用于经济模型如FARM。 个别商品的消费需求是使用线性支出系统（LES）计算的。方程（A.1）和（A.2）基于Sydsaeter等人（2010）。 LES从偏移的Cobb-Douglas效用函数导出。 对单个商品的需求 β参数是购买了每种联系的最小数量后剩余收入的价值份额。 需求的收入弹性和需求的自身价格弹性可以分别通过对收入（A.3）和价格（A.4）进行区分来从等式（A.2）计算。 基准年校准需要在（A.2）中设置gamma和beta参数，以便FARM表示来自GTAP的基准年数据，包括每个商品总支出m。一种方便的校准方法是设置比率γ/ x，然后计算β参数以匹配GTAP值份额。比率γ/ x必须在区间[0,1]中，并且可以用于间接设置收入弹性，特别是对于农产品。注意，在线性支出系统中不能独立地设置收入和价格弹性：一旦设定了比率γ/ x，那么已经确定了收入和自身价格弹性。比率γ/ x接近1的水平意味着低收入和自身价格弹性。 在FARM模拟的时间框架下，人均收入在诸如中国和印度等地区增长非常快。鉴于食品产品收入份额随人均收入增长而下降的证据，我们允许收入和价格弹性随时间推移而下降，因为允许伽玛和贝塔参数随时间变化。该比率随时间变化，我们指定2004年基准年和2054年最终模拟年的这个比率。我们还允许农业产品的beta参数随着时间的推移通过设置年度百分比下降率而减少。 供应 每个生产部门被建模为嵌套的恒定弹性替代（CES）生产函数，如图A.1所示。顶部CES嵌套是中间输入和嵌套值相加的聚合。 每个中间投入的来源是：来自国内生产或来自世界其他地区的进口。 CES替代弹性从CES树的顶部增加到底部。 每个生产活动的输出在消耗或输出之前经过恒定弹性变换（CET）函数。 CET函数具有与CES生成或成本函数相同的函数形式，但弹性小于或等于零。 大多数生产活动只有一个产品，但有一些例外，如石油和天然气作为单一生产活动的联合产品。 四个弹性决定了每个生产函数的替代率：Yσ是顶巢中的替代弹性; VAσ是增值巢中的弹性; Dσ是国内生产和总进口之间的替代弹性; Mσ是进口的弹性。 这种嵌套结构体现了阿明顿假设，其中产品根据原产地进行区分（Armington，1969）。 可以通过组合由中间产品连接的两个或更多个通用生产结构来产生更复杂的生产结构。 一个很好的例子是发电，其中每个发电技术的输出被组合成一个CES嵌套（图A.2）。 每种发电技术都是固定系数的燃料，其他中间投入和增值。 每种技术产生的电力都由“母线”技术消耗，这种技术简单地是一个将所有发电技术的输出结合起来的CES嵌套。 “母线”的所有输出被用作“分布式电力”的中间产品，其具有将电力从发电厂传输到工业，商业和客户所需的资本和劳动力。图A.2中的电力结构组合了三个生产活动，其中每个活动是图A.1的通用生产结构的特殊情况。 图A.1未来农业资源模型（FARM）中的通用生产结构 FARM =未来农业资源模型。 CES =恒定的替代弹性。 资料来源：美国农业部，经济研究服务 FARM模型在许多方面已经超越了Rutherford（2010）的模型：从比较静态到具有5年步骤的动态递归框架的转换; 消费者需求系统从CES转换为线性支出系统（LES）; 允许联合产品在生产功能; 引进农林业生产土地类; 和引进发电技术。 图A.2未来农业资源模型（FARM）中的发电和分配 FARM =未来农业资源模型。 CES =恒定的替代弹性。 资料来源：美国农业部，经济研究服务。 技术变革 我们使用技术变化参数来构建到2050年为能源，农业和土地利用提出的合理的全球参考情景。所有技术变化参数都是特定投入的，并被视为投入增加。例如，劳动生产率参数用于为紧密接近共享社会经济通道（SSPs）目标路径的每个地区生成国内生产总值（GDP）路径。这些参数在四个维度上变化：模型时间步长，生产，生产部门和世界地区的输入。 增加土地的技术变化参数直接取自Ag MIP参考资料。所有生产部门和地区的资本增值技术变革均为零，除了两个例外：电力来自风能和太阳能。生产部门的能源使用效率是外部设定的，以提供能源运输公司能源消耗的合理情景：煤，精炼石油，天然气和电力。 在恒定弹性替换生产函数中的每个嵌套可以写为 其中输出q是输入x和技术系数ao至an的函数，N是生产的输入的数量。 Rho是决定替代的弹性的参数 嵌套的双CES成本函数是 CES生产函数中的所有α参数可以指定为在每个5年步骤期间具有独立的生长速率。 这类似于在一些能量模型中使用的自主能量效率改进（AEEI）参数; 但在FARM中，可以为任何生产投入指定外生技术变化率。 例如，劳动生产率参数主要用于将FARM校准到GDP增长路径。 然后使用能量生产率参数来调整能量消耗。 增加α参数代表提高技术效率。方程（A.9）描述了通过5年步长的参数的演变。 T是表示模型时间步长的整数，其中在2004年的基年期间T = 1。由于模型以5年的步长运行，T = 2表示2009年。如果t是自2004年以来的年数, 非中性技术变化提供的灵活性广泛用于在FARM中校准参考情景。 如果来自等式（A.9）的所有α参数以相同的速率变化，则技术变化是中性的。 这也可以通过仅改变a参数并且使另一参数保持恒定来实现。 农业生产力 每个土地利用生产函数（例如，小麦，稻米，粗粮）具有与每个土地类别相关联的随时间变化的技术系数。使用国际粮食政策研究所（IFPRI）通过国际粮食政策研究所（AgFP）项目提供的通过2050年产量的外生变化为本报告构建了一个参考情景。这些产量变化仅适用于土地投入，作为增加土地的技术变化。作物产量还受农产品价格变化和农业生产投入的影响。因此，FARM中的模拟作物产量是外生和价格诱发效应的组合。 IFPRI已经为2050年的参考情景和8个气候影响情景构建了产量预测。这些产量增长情景由Ag MIP项目中的10个全球经济建模小组使用，包括FARM。气候影响情景基于两种气候模式和几种作物生长模式的产出。 每个土地利用生产函数（例如，小麦，稻米，粗粮）具有与每个土地类别相关联的随时间变化的技术系数。使用国际粮食政策研究所（IFPRI）通过国际粮食政策研究所（AgFP）项目提供的通过2050年产量的外生变化为本报告构建了一个参考情景。这些产量变化仅适用于土地投入，作为增加土地的技术变化。作物产量还受农产品价格变化和农业生产投入的影响。因此，FARM中的模拟作物产量是外生和价格诱发效应的组合。 IFPRI已经为2050年的参考情景和8个气候影响情景构建了产量预测。这些产量增长情景由Ag MIP项目中的10个全球经济建模小组使用，包括FARM。气候影响情景基于两种气候模式和几种作物生长模式的产出。 土地作为生产投入 土地利用可以根据人口增长和收入变化在作物，牧场和管理森林之间转移，行为反应由价格和收入弹性决定。普渡大学分发的GTAP 7数据库包括来自粮农组织（FAO）的物理量的补充数据。基准年是2004年，GTAP数据集包括具有经济价值，总土地的土地覆盖的全球社会会计矩阵类型，八种作物类型的收获面积和五种田间作物的产量。此外，GTAP数据集提供18个农业生态区（AEZ）的土地利用。见Monfreda et al。 （2009）为GTAP的AEZ建设背景。 Lee et al。 （2009）提供了GTAP提供的土地利用数据库的描述。 FARM在每个区域运行6个土地类，它们是GTAP土地利用数据中提供的18个AEZ的总计。六个土地类代表由生长季节的长度划分的区域，这是温度和水供应的函数。 以土地为输入的FARM生产结构如图A.3所示。 每6个土地类别将土地分配给10个土地利用生产部门中的1个：5个田间作物，3个其他作物类型，反刍动物牧场和被管理森林。 在每个使用土地的生产部门中，六种土地类别的土地合并成一块土地一个CES巢。 其他嵌套结构将中间输入和增值添加到生产函数中。 输入组在顶级CES嵌套中竞争。 Hertel et al。 （2009a）提供了使用GTAP土地利用数据的CGE模型中土地利用的讨论。最常见的方法是通过CET功能从每个土地类别分配土地。这种方法的主要缺点是土地数量不被保留：进入CET巢的土地数量不等于分配给生产部门的土地数量。土地价值被保留，但土地数量不被保留。20 这为CGE建模者提出了一个困境，特别是对于土地利用是重要产出的分析。例如，土地利用变化带来的碳排放是全球温室气体排放的重要组成部分。对于这个FARM应用，我们认为每个土地类作为具有市场结算条件的移动主要因素。市场结算确保土地数量得以保留。 LANDσ小于1，以限制土地类型之间的土地移动。 动物饲料的嵌套结构如图A.4所示，这是图A.3的特殊情况。反刍动物的饲料是牧场和作物的组合。 图A.3作物和林业的生产结构 资料来源：美国农业部，经济研究服务。 图A.4反刍动物饲料生产结构 资料来源：美国农业部，经济研究服务。 未完待续……转载请注明：中物联大宗分会 农业需求和供应的全球驱动因素
