Modeling the climate change impacts on global coffee production

Die Untersuchung der Auswirkungen des Klimawandels auf die globale Kaffeeproduktion in einem integriertem Modell war das Ziel dieser Arbeit. Der vorwiegende Teil der globalen Kaffeeproduktion stammt von zwei Arten: dem hitzeempfindlichen Coffea arabica (Arabica) Strauch und vom frostempfindlichen Coffea canephora (Robusta). Eine zunehmende Zahl Studien zeigt, dass der Klimawandel bereits heute die Produktion mindert. Maschinenlernklassifizierung wurde hier genutzt um ein Modell der globalen Klima-Kaffee-Wechselwirkungen zu entwickeln. Zur Integration der modellierten Klimafolgen mit ökonomischen Faktoren war ein detailliertes Wissen über die räumliche Verteilung der Kaffeeproduktion notwendig. Da existierende Datensätze unzureichend waren, wurde ein neuer methodischer Ansatz auf der Grundlage der maschinenlern-basierten Anbaueignungsklassifizierung entwickelt. Diese beiden Schritte waren Voraussetzung für die Inklusion eines Modells des Kaffeesektors in dem räumlich expliziten partiellen Gleichgewichtsmodell Globiom. Auf der Hälfte der heute für den Anbau geeigneten Fläche muss bis 2050 2,5-mal so viel Kaffee produziert werden um die zukünftige Nachfrage zu sättigen. Niedrigere Ernten und höhere Preise werden das Volumen des Kaffeemarktes um über 5 Mio. Tonnen pro Jahr reduzieren. Dieser Verlust entspricht dem Marktvolumen im Modellbasisjahr. Kaffeeproduktion wird zukünftig in höheren Lagen angebaut werden müssen, sofern dort landwirtschaftliche Fläche zur Verfügung steht. Die Produktion wird größtenteils innerhalb der gegenwärtigen Breitengrade bleiben, aber wichtige Produzenten, wie Brasilien und Vietnam werden Probleme haben wettbewerbsfähig zu bleiben mit weniger betroffenen Ländern in Ost-Afrika. Modellunsicherheit auf lokaler Ebene erschwert jedoch die Entwicklung eindeutiger Anpassungsempfehlungen. Es wird also auch in Zukunft Kaffee geben, aber dieser Kaffee wird von geringerer Qualität sein und mehr kosten. To model the impacts of climate change on global coffee production in an integrated modeling framework was the objective of this thesis. The majority of coffee is produced using either one of two species which form a single market: the heat sensitive Coffea arabica (Arabica) and the cold sensitive Coffea canephora (Robusta). Recently, evidence is increasing that climate change has begun to affect production. Machine learning classification was used to develop a global biophysical impacts model for both coffee species. Integrating these biophysical effects with demand side effects required a detailed understanding of the spatial distribution of coffee production. Because existing datasets were found to be insufficient a novel methodology was developed that built upon the machine learning classification of coffee suitability. These two steps were preconditions to include a model of the coffee sector in the spatially explicit partial equilibrium modeling framework Globiom. On only half the area that is currently available for coffee production by 2050 2.5-times as much coffee will have to be produced to meet future demand. Reduced yields and increased prices were shown to reduce the coffee market by more than 5million tons per year, equivalent to the size of the baseyear market volume. Coffee production will migrate to higher elevations where area is available for agricultural production. Production will remain within current latitudinal ranges but major producers like Brazil and Vietnam will struggle to remain competitive with relatively less affected countries in East Africa. Substantial uncertainty about the impacts on local scale prevails and impedes the development of unambiguous adaptation strategies. Thus, there will be coffee on the table in 2050, but it will be of lower quality and will cost more.