CAPRI

Version des Modells

Model revision number 11514 in SVN Branch DEproj

Betreibende Organisation

Thünen-Institut für Betriebswirtschaft, Braunschweig, Deutschland

Institut für Lebensmittel- und Ressourcenökonomik, Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn, Deutschland

Swedish University of Agricultural Sciences (SLU), Uppsala, Schweden

Link zu den betreibenden Organisationen: https://www.capri-model.org/dokuwiki/doku.php?id=capri:team

CAPRI (Common Agricultural Policy Regional Impact) ist ein wirtschaftliches Modell des Agrarsektors, welches die gesamte EU auf regionaler NUTS-2-Ebene und die globalen Agrarmärkte abdeckt. Hauptziel ist die Ex-ante-Bewertung der Auswirkungen der Agrar-, Umwelt- und Handelspolitik auf Produktion, Einkommen, Märkte, Handel und Umwelt,von der globalen bis zur regionalen Ebene. CAPRI wird unter anderem zur Projektion der Entwicklung des landwirtschaftlichen Sektors (Flächennutzung, Tierzahlen) im Projektionsbericht eingesetzt. Die Ergebnisse werden an das Modell Pygasem übergeben, das die Treibhausgasemissionen in der Landwirtschaft modelliert.

Akteure

Im CAPRI-Modell wird das aggregierte Verhalten des landwirtschaftlichen Sektors auf regionaler Ebene, beispielsweise in definierten Regionen oder Ländern, simuliert. Im Gegensatz zu agentenbasierten Modellen verwendet CAPRI einen Top-Down-Ansatz, bei dem Entscheidungen nicht auf die Ebene einzelner Akteure, wie etwa Landwirte, heruntergebrochen werden. Stattdessen werden Entscheidungen als aggregierte Verhaltensweisen dargestellt, die auf sektoralen Daten und allgemeinen Verhaltensannahmen basieren.

Dokumentation

PID/URL zur Benutzerdokumentation: https://www.capri-model.org/dokuwiki_help/doku.php

PID/URL zu einer Auswahl an Artikeln, in denen das Modell kritisch geprüft bzw. validiert wird: https://www.capri-model.org/doku.php?id=capri:capri_pub

Räumliche Abdeckung

NUTS-2-Ebene (Regierungsbezirke und Stadtstaaten) in der EU, Norwegen, dem Westbalkan und der Türkei. Außerhalb Europas werden im Marktmodell von CAPRI Länder (NUTS-0-Ebene) zu Handelsblöcken aggregiert.

Zeithorizont

Der Zeithorizont ist variabel. Typischerweise arbeitet CAPRI mit dem jeweils aktuellsten verfügbaren Jahr mit Datenverfügbarkeit zur Kalibrierung und modelliert das Zieljahr der untersuchten Politiken (z. B. 2030 oder 2050).

Zeitliche Auflösung

CAPRI hat eine jährliche Auflösung

Konzeptionelle Gestaltungsprinzipien

Das Common Agricultural Policy Regional Impact (CAPRI)-Modell ist ein globales partielle Gleichgewichtsmodell für den Agrarsektor, mit einem Schwerpunkt auf der Europäischen Union. Es wurde für die ex-ante Folgenabschätzung von agrar-, umwelt- und handelspolitischen Maßnahmen entwickelt. Das Modell umfasst ein Angebotsmodul, das die EU und einige zusätzliche europäische Länder abdeckt (regionale Programmierungsmodelle für etwa 280 europäische Regionen mit detaillierter Berücksichtigung agrarpolitischer Maßnahmen). Dieses Modul ist eingebettet in ein Marktmodul, das auch Regionen außerhalb Europas abdeckt (globales Marktmodell mit Darstellung des bilateralen Handels zwischen Handelsregionen). Das CAPRI-Modell bietet somit eine globale Abdeckung, berücksichtigt jedoch keine potenziellen Wechselwirkungen mit nichtlandwirtschaftlichen Sektoren, abgesehen von der Landnutzung.

Für weitere Informationen: https://www.capri-model.org/dokuwiki_help/doku.php?id=introduction#what_is_capri

Methodischer/mathematischer Ansatz

CAPRI ist ein modular aufgebautes komparativ-statisches Modell und besteht aus einem Angebots- und Marktmodell die iterativ in Verbindung stehen. Das Angebotsmodul besteht aus PMP (Positive Mathematical Programming)-kalibrierten Programmierungsmodellen auf NUTS-2-Ebene, die in jeder Iteration auf exogen vorgegebene Preise zurückgreifen. Ein Angebotsmodell umfasst ca. 50 pflanzliche und tierische Produktionsverfahren und ca. 50 Inputs und erzeugte Produkte für jede NUTS-2-Region in der EU. Jedes Modell maximiert das regionale bzw. Betriebsgruppeneinkommen zu gegebenen Preisen des Marktmodells und bestehenden GAP-Prämien in Abhängigkeit von Produktionsbeschränkungen wie Boden, Politikvariablen, Fütterungs- und pflanzlichen Düngemittelbedarf. Jedes regionale Programmierungsmodell definiert unter anderem, welche Menge bestimmter Futterkategorien (z. B. Getreide) oder einzelner Futtermittel (z. B. Futtermais, Gras, Stroh etc.) pro Tier in Abhängigkeit von den Futtermittelpreisen verwendet wird. CAPRI berücksichtigt dabei den Nährstoffbedarf der Tiere. Der gesamte Futterverbrauch kann regional produziert oder zu festgelegten Preisen vom Markt bezogen werden. Diese Preise ändern sich jedoch mit jeder Iteration des Marktmodells.

Das Marktmodell umfasst ca. 40.000 Gleichungen und Variablen die gleichzeitig gelöst werden. Viele Parameter, wie Elastizitäten, sind von anderen Modellen oder Publikationen übernommen. Die Angebots-, Verarbeitung-, Futternachfrage- und Konsumnachfragefunktionen sind flexibel, um auf extern gegebene Eigen- und Kreuzpreiselastizitäten kalibriert zu werden. Das Modell unterstellt Profitmaximierung für Produzenten und Nutzenmaximierung für Konsumenten. Das Marktmodell ermittelt den Markträumungspreis. Das Angebotsmodell optimiert das Einkommen der Landwirte mit dem letzten Markträumungspreis des Marktmodells. Die iterative Kopplung zwischen Angebotsmodellen und Marktmodell erzeugt somit einen quasi endogenen Preis für die Angebotsmodelle.

Für weitere Informationen: https://www.capri-model.org/dokuwiki_help/doku.php?id=introduction#what_is_capri

OpenSource

Das CAPRI Modell ist open source und kann unter folgender URL heruntergeladen werden: https://www.capri-model.org/dokuwiki_help/doku.php?id=getting_started_with_capri

Parameter

Die wichtigsten Parameter in CAPRI umfassen die Anbauflächen, die Landnutzung, die Herdengrößen, die Düngemittelanwendung und die Futterzusammensetzungen. Weitere Parameter werden nach Möglichkeit aus historischen Daten abgeleitet, ergänzt um Literaturrecherchen und Expertenschätzungen.

Programmiersprache

CAPRI ist technisch in GAMS (General Algebraic Modeling System) geschrieben und wird gesteuert mittels eines grafischen Nutzerinterfaces, welches in Java programmiert ist.

Programmtechnische Gestaltungsprinzipien

CAPRI ist ein modular aufgebautes komparativ-statisches Modell und besteht aus einem Angebots- und Marktmodul die iterativ in Verbindung stehen. Durch den modularen Aufbau von CAPRI können beispielsweise regionale Angebotsmodelle für einen bestimmten Mitgliedstaat der EU zu festen exogenen Preisen ohne Marktmodul ausgeführt werden.

Für weitere Informationen: https://www.capri-model.org/dokuwiki_help/doku.php?id=scenario_simulation#overview_of_the_system

Räumliche Auflösung

CAPRI arbeitet in der EU27, Norwegen, dem Westbalkan und der Türkei auf NUTS-2-Ebene (Regierungsbezirke und Stadtstaaten). Außerhalb Europas werden im Marktmodell von CAPRI Länder (NUTS-0-Ebene) in Handelsblöcken zusammengefasst.

Sektoren

CAPRI bildet den landwirtschaftlichen Sektor in Europa detailliert auf NUTS-2-Ebene und für Nicht-EU Länder auf nationaler Ebene (NUTS-0-Ebene) und Handelsblöcken ab

Software

CAPRI ist technisch in GAMS (General Algebraic Modeling System) geschrieben und wird gesteuert mittels eines grafischen Nutzerinterfaces, welches in Java programmiert ist. Der GAMS Programmierungscode sowie alle Daten sind mittels Subversion kontrolliert über TortoiseSVN.

Techniken

Im CAPRI-Modell stehen zahlreiche Technologien in der EU zur Verfügung, die zur Reduzierung der landwirtschaftlichen Treibhausgasemissionen beitragen können. Dazu gehören unter anderem die Präzisionslandwirtschaft sowie Biogasanlagen, die ausschließlich Gülle zur Energiegewinnung nutzen. Weitere Optionen umfassen den Einsatz von Nitrifikationsinhibitoren und Fütterungsmaßnahmen. Basierend auf einer nichtlinearen Kostenfunktion wird der Implementierungsanteil jeder Technologie endogen für jede Region bestimmt. Da alle Technologien im Modell miteinander konkurrieren, hängt die Entscheidung über den Umfang der Einführung einer bestimmten Technologie von regionsspezifischen Faktoren ab. Zu diesen Faktoren zählen Kosten, Nutzen, die Verfügbarkeit von Wirtschaftsdünger und andere relevante Parameter.

Die Implementierung der Technologien wurde vom Joint Research Centre im Auftrag der Europäischen Kommission in das CAPRI-Modell integriert. Für mehr Informationen: https://dx.doi.org/10.2760/4668

Treibhausgasemissionen

CAPRI berechnet endogen die landwirtschaftlichen Treibhausgasemissionen der EU auf NUTS-2-Ebene basierend auf den Input- und Output-Daten der Produktionsaktivitäten im Angebotsmodul. Das CAPRI-Modell integriert ein detailliertes Stoffflussmodell pro Aktivität und Region (einschließlich expliziter Fütterungs- und Düngungsaktivitäten, d. h. des Abgleichs von Nährstoffbedarf und -verfügbarkeit) und berechnet die Erträge pro landwirtschaftlicher Aktivität. Auf dieser Grundlage werden die Treibhausgasemissionen gemäß den IPCC-Richtlinien (IPCC 2006) berechnet. Die aktivitätsbasierten Emissionsfaktoren werden mithilfe des Tier-2-Ansatzes berechnet. Falls entsprechende Informationen fehlen, wird der Tier-1-Ansatz verwendet (z. B. beim Reisanbau). Die Quantifizierung von Methanemissionen aus enterischer Fermentation und Güllemanagement erfolgt bei der Rinderhaltung nach dem Tier-2-Ansatz, während bei Schweinen, Geflügel, Schafen und Ziegen der Tier-1-Ansatz angewendet wird.

Weitere Informationen zur Berechnung der Treibhausgasemissionen finden sich in der Dokumentation des CAPRI-Modells: https://www.capri-model.org/dokuwiki_help/doku.php?id=the_capri_data_base#input_allocation

Zudem stehen im CAPRI-Modell zahlreiche Technologien in der EU zur Verfügung, die zur Reduzierung der landwirtschaftlichen Treibhausgasemissionen beitragen können. Dazu gehören unter anderem die Präzisionslandwirtschaft sowie Biogasanlagen, die ausschließlich Gülle zur Energiegewinnung nutzen. Weitere Optionen umfassen den Einsatz von Nitrifikationsinhibitoren und Fütterungsmaßnahmen.

Für mehr Informationen: https://dx.doi.org/10.2760/4668

Unsicherheit

Das Common Agricultural Policy Regional Impact (CAPRI)-Modell ist ein globales partielle Gleichgewichtsmodell für den Agrarsektor und berücksichtigt dadurch keine potenziellen Wechselwirkungen mit nichtlandwirtschaftlichen Sektoren, abgesehen von der Landnutzung.

Unsicherheiten werden nicht explizit abgebildet und werden in der Regel im Rahmen von Sensitivitäten aufgezeigt.

Visualisierung des Modells und dessen Funktionsweisen

Modellierungsprozess

Datenflüsse im Kontext des Modellierungsprozesses von CAPRI

Dieser Graph zeigt woher (und wieviele) Datensätze direkt oder indirekt in CAPRI fließen.

flowchart LR
classDef default text-decoration:none
lawienmod["LaWiEnMod"]
click lawienmod href "/Modell/lawienmod/"
capri["CAPRI"]
click capri href "/Modell/capri/"
style capri fill:#9d579a,stroke:#9d579a;
capri__output(["2"])
click capri__output href "/Modellierungsprozess/capri__output/"
output(("Ergebnisdaten"))
parametrisierungstabelle(["Instrumentenausgestaltung für die Treibhausgas-Projektionen 2025 (Datentabelle)"])
click parametrisierungstabelle href "/Datensatz/parametrisierungstabelle/"
datentabelle(["Datentabelle für die Treibhausgas-Projektionen 2025 für Deutschland"])
click datentabelle href "/Datensatz/datentabelle/"
pygasem["Py-GAS-EM"]
click pygasem href "/Modell/pygasem/"
input(("Eingangsdaten"))
instrumentenwirkung(["Treibhausgasminderungswirkung der Instrumente der Treibhausgas-Projektion 2025 für Deutschland (Datentabelle)"])
click instrumentenwirkung href "/Datensatz/instrumentenwirkung/"
capri__pygasem(["1"])
click capri__pygasem href "/Modellierungsprozess/capri__pygasem/"
input__capri(["10"])
click input__capri href "/Modellierungsprozess/input__capri/"
capri__lawienmod(["1"])
click capri__lawienmod href "/Modellierungsprozess/capri__lawienmod/"
input --> input__capri
capri --> capri__pygasem
capri__lawienmod --> lawienmod
capri --> capri__output
capri__output --> output
parametrisierungstabelle --> capri
capri --> instrumentenwirkung
capri --> datentabelle
capri --> capri__lawienmod
input__capri --> capri
capri__pygasem --> pygasem

Direkte Datenflüsse zu CAPRI

Dieser Graph zeigt an, welche Datensätze direkt in CAPRI fließen oder durch CAPRI ausgegeben werden.

flowchart LR
classDef default text-decoration:none
capri_zukuenftige_entwicklung_landwirtschaftlicher_ertraege_und_preise(["Zukünftige Entwicklung landwirtschaftlicher Ertraege und Preise"])
click capri_zukuenftige_entwicklung_landwirtschaftlicher_ertraege_und_preise href "/Datensatz/capri_zukuenftige_entwicklung_landwirtschaftlicher_ertraege_und_preise/"
capri_tiere_in_oekologischer_haltung(["Code: 41141-0108 Landwirtschaftliche Betriebe mit ökologischem Landbau, Tiere in Betrieben mit ökologischem Landbau, Tiere in ökologischer Haltung: Bundesländer, Stichtag, Tierarten"])
click capri_tiere_in_oekologischer_haltung href "/Datensatz/capri_tiere_in_oekologischer_haltung/"
capri_mineralduengerseinsatz_landwirtschaft(["0111160-0000  Flächenbilanz von 1990 bis 2021 -  kt N"])
click capri_mineralduengerseinsatz_landwirtschaft href "/Datensatz/capri_mineralduengerseinsatz_landwirtschaft/"
capri_preise_und_preisindizes_fuer_landwirtschaftliche_produkte(["Agricultural prices and price indices (apri)"])
click capri_preise_und_preisindizes_fuer_landwirtschaftliche_produkte href "/Datensatz/capri_preise_und_preisindizes_fuer_landwirtschaftliche_produkte/"
capri["CAPRI"]
click capri href "/Modell/capri/"
style capri fill:#9d579a,stroke:#9d579a;
capri_naehrstoffbilanzen(["Gross nutrient balance (aei_pr_gnb)"])
click capri_naehrstoffbilanzen href "/Datensatz/capri_naehrstoffbilanzen/"
parametrisierungstabelle(["Instrumentenausgestaltung für die Treibhausgas-Projektionen 2025 (Datentabelle)"])
click parametrisierungstabelle href "/Datensatz/parametrisierungstabelle/"
datentabelle(["Datentabelle für die Treibhausgas-Projektionen 2025 für Deutschland"])
click datentabelle href "/Datensatz/datentabelle/"
capri_oekologisch_bewirtschaftete_flaeche(["Code: 41141-0107 Landwirtschaftliche Betriebe mit ökologischem Landbau, Fläche, Ökologisch bewirtschaftete Fläche: Bundesländer, Jahre, Bodennutzungsarten"])
click capri_oekologisch_bewirtschaftete_flaeche href "/Datensatz/capri_oekologisch_bewirtschaftete_flaeche/"
capri_landwirtschaftliche_gesamtrechnung_aact(["Economic accounts for agriculture (aact)"])
click capri_landwirtschaftliche_gesamtrechnung_aact href "/Datensatz/capri_landwirtschaftliche_gesamtrechnung_aact/"
instrumentenwirkung(["Treibhausgasminderungswirkung der Instrumente der Treibhausgas-Projektion 2025 für Deutschland (Datentabelle)"])
click instrumentenwirkung href "/Datensatz/instrumentenwirkung/"
capri_lw_umfaenge_tierzahlen(["LW Umfänge Tierzahlen"])
click capri_lw_umfaenge_tierzahlen href "/Datensatz/capri_lw_umfaenge_tierzahlen/"
pygasem_inputdaten_landwirtschaft_zukunft(["Landwirtschaft Zukunft"])
click pygasem_inputdaten_landwirtschaft_zukunft href "/Datensatz/pygasem_inputdaten_landwirtschaft_zukunft/"
capri_produktionsstatistiken_landwirtschaft(["Production / Crops and livestock products (FAO)"])
click capri_produktionsstatistiken_landwirtschaft href "/Datensatz/capri_produktionsstatistiken_landwirtschaft/"
capri_landwirtschaftliche_flaechennutzung_tierzahlen_ertraege(["Capri Landwirtschaftliche Flaechennutzung Tierzahlen Erträge"])
click capri_landwirtschaftliche_flaechennutzung_tierzahlen_ertraege href "/Datensatz/capri_landwirtschaftliche_flaechennutzung_tierzahlen_ertraege/"
capri_landwirtschaftliche_gesamtrechnung_aact --> capri
capri_zukuenftige_entwicklung_landwirtschaftlicher_ertraege_und_preise --> capri
capri_produktionsstatistiken_landwirtschaft --> capri
capri --> pygasem_inputdaten_landwirtschaft_zukunft
capri --> instrumentenwirkung
capri --> datentabelle
capri --> capri_lw_umfaenge_tierzahlen
capri_tiere_in_oekologischer_haltung --> capri
capri_mineralduengerseinsatz_landwirtschaft --> capri
capri_oekologisch_bewirtschaftete_flaeche --> capri
capri_preise_und_preisindizes_fuer_landwirtschaftliche_produkte --> capri
capri_naehrstoffbilanzen --> capri
parametrisierungstabelle --> capri
capri_landwirtschaftliche_flaechennutzung_tierzahlen_ertraege --> capri