CIMEARTH...Philosophy,*Models,*and*Evalua3on* CIMEARTH * Joshua Elliott, Ian Foster, Meredith...

Philosophy,  Models,  and  Evalua3on  

CIM-­‐EARTH  

Joshua Elliott, Ian Foster, Meredith Franklin, Kenneth Judd, Sam Kortum, Elisabeth Moyer, Kenneth Judd, Todd Munson,

Fernando Pérez-Cervantes, and David Weisbach

CIM-­‐EARTH  Framework  

Commi@ed  to  open-­‐source  philosophy  

Open-­‐Source  Philosophy  

•  What  is  open  source?  License  allowing  others  to  –  Read  the  code    –  Modify  the  code  –  Redistribute  modified  code  

•  Why  do  we  open  source?  –  Belief  in  the  free  exchange  of  ideas  embodied  in  code  –  Improve  transparency  and  encourage  experimenta3on  –  Increase  compe33on  and  innova3on  in  the  field  –  Ease  cost  of  contribu3ons  from  a  diverse  community  

•  How  do  we  plan  achieve  open  source?  –  Make  code  and  data  accessible  –  Document  the  code  to  make  it  understandable  –  SoOware  engineering  to  make  code  extensible  and  modifiable  

State  of  CIM-­‐EARTH  Framework  

•  Modeling  –  Myopic  computable  general  equilibrium  model  –  Nested  constant  elas3city  of  subs3tu3on  –  Support  for  homogenous  commodi3es  –  Ad  valorem  and  excise  taxes  –  Export  and  import  du3es  –  Endogenous  tax  rates  

•  Implementa3on  –  AMPL  specifica3on  framework  –  Preprocessing  and  calibra3on  capabili3es  –  Automa3c  dynamic  genera3on  of  instances  –  Solu3on  of  instances  using  the  PATH  algorithm  –  Output  of  detailed  reports  to  files  for  further  processing  

CIM-­‐EARTH  Data  and  Trajectories  

•  GTAP  Version  7  –  2004  base  year  –  Energy  volume  data  –  Expenditure  and  revenue  data  

•  Es3ma3on  of  labor  dynamics  –  2008  UN  popula3on  database    –  2006  ILO  economic  ac3vity  rate  database  –  2008  US  Bureau  of  Labor  Sta3s3cs  produc3vity  database  

•  Es3ma3on  of  land  and  natural  resource  dynamics  –  2008  UN  Food  and  Agriculture  Organiza3on  database  –  2007  World  Energy  Council  survey  of  energy  resources  

Popula3on  Size  •  2008  UN  popula3on  database  

–  Historical  informa3on  1950-­‐2008  –  Forecasts  2009-­‐2050  

Labor  Force  Par3cipa3on  •  2006  ILO  economic  ac3vity  database  

–  Historical  informa3on  1980-­‐2006  –  Forecasts  2007-­‐2020  –  Extrapola3on  2021-­‐2025  

Labor  Endowment  

•  Popula3on  size  3mes  ac3vity  rate  

Labor  Produc3vity  

•  US  Bureau  of  Labor  Sta3s3cs  –  Historical  informa3on  1950-­‐2008  –  Extrapola3on  2009-­‐2025  

A  Simple  Study  

Importers  and  Transporta3on  •  Three  types  of  transport  •  Each  is  a  homogenous  good  •  Leon3ef  nest  for  transport  

Carbon  Accoun3ng  

Carbon  Accoun3ng  

•  System  has  more  variables  than  equa3ons    –  Regions*(Sectors+Factors)  variables  –  Regions*Sectors  equa3ons  

•  Ignore  contribu3ons  from  factors  •  Fix  carbon  amounts  for  energy  sectors  

–  Use  energy  volume  data  –  Standard  conversion  factors  

•  Solve  remaining  system  of  equa3ons  –  Compute  known  parameters  –  Use  fixed  trajectories  to  obtain  linear  system  –  Exploit  structure  to  obtain  approximate  solu3on  

Carbon  Accounts  for  2004  

Units  are  million  tonnes  CO2  

Uncertainty  in  Emissions  

Emissions  with  varying  elas3city  of  subs3tu3on  Ensemble  contains  5,000  realiza3ons  

Future  Direc3ons  •  Framework  improvements  

–  Public  and  private  learning  –  Research  and  development  –  Capital  and  product  vintages  – Overlapping  consumer  genera3ons  – Household  produc3on  func3ons  – Nonseparable  u3lity  func3ons  – Heterogeneous  beliefs  

•  Addi3onal  types  of  models  –  Fully-­‐dynamic  computable  general  equilibrium  – Dynamic-­‐stochas3c  computable  general  equilibrium  

Conclusion  •  Leakage  has  a  nontrivial  impact  on  mi3ga3on  policy  

–  ~20%  of  reduc3ons  in  Annex-­‐B  cancelled  by  increases  in  others  –  Border  tax  adjustments  recoup  the  cancelled  reduc3ons  –  Results  in  increased  domes3c  produc3on  

•  Model  es3mates  carbon  tax  of  $25-­‐30/tCO2  for  17%  reduc3on  •  These  results,  however,  should  be  taken  with  a  large  grain  of  salt  

–  Need  rigorous  parameter  es3ma3on  and  valida3on  using  3me-­‐series  data  –  Lack  of  3me-­‐series  data  and  the  funding  to  generate  it  is  a  major  problem  –  Significant  uncertain3es  will  s3ll  exist  and  will  need  to  be  reported  –  Studies  of  these  uncertain3es  with  large  ensembles  are  required  –  Many  more  policy  scenarios  also  need  to  be  run  

•  Openness  is  essen3al  for  transparency  –  Leakage  instances  are  available  at  www.cim-­‐earth.org  –  Generators  and  preprocessing  code  available  soon  –  Documenta3on  being  wri@en  as  code  is  developed  –  Framework  is  extensible  and  modifiable  by  others  

Outline  

•  Overview  of  philosophy  and  framework  •  Model  details  for  the  carbon  leakage  study  

•  Distribu3onal  impacts  on  trade  for  scenarios  

•  Conclusion  

Labor  Produc3vity  Growth  Rate  

•  US  Bureau  of  Labor  Sta3s3cs  –  Historical  informa3on  1950-­‐2008  –  Extrapola3on  2009-­‐2025  

Business  as  Usual  Scenario  2020  

Units  are  million  tonnes  CO2  

Carbon  Tax  Scenario  

•  Uniform  carbon  tax  in  Annex-­‐B  countries  –  Starts  in  2012  and  held  constant  –  Industries  taxed  on  fossil  inputs  

•  Coal  •  Crude  oil  •  Natural  gas  

–  Taxable  amounts  based  on  •  Energy  volume  data  •  Standard  conversion  factors  

•  No  carbon  taxes  elsewhere  

Emission  Flows:  Carbon  Tax  $28.5/tCO2  

Units  are  million  tonnes  CO2  

Trade  Impacts:  Carbon  Tax  $28.5/tCO2  

Units  are  billion  2004  dollars  

Emissions:  Carbon  Tax  $28.5/tCO2  

Units  are  million  tonnes  CO2  

Border  Tax  Adjustment  Scenario  

•  Uniform  carbon  tax  in  Annex-­‐B  countries  –  Starts  in  2012  and  held  constant  –  Industries  taxed  on  fossil  inputs  

•  Border  tax  adjustments  on  imports  to  Annex-­‐B  –  Starts  in  2012  and  held  constant  –  Carbon  concentra3ons  are  

•  Calculated  from  data  for  non-­‐BTA  scenario  •  By  approximately  solving  system  of  equa3ons  •  Accounts  for  fossil  fuel  usage  across  all  inputs  

– Only  applied  to  imports  from  non  Annex-­‐B  countries  •  No  carbon  taxes  elsewhere  

Emission  Flows:  Carbon  Tax  $28.5/tCO2  with  Border  Tax  

Units  are  million  tonnes  CO2  

Trade  Impacts:  Carbon  Tax  $28.5/tCO2  with  Border  Tax  

Units  are  billion  2004  dollars  

Emissions:  Carbon  Tax  $28.5/tCO2  with  Border  Tax  

Units  are  million  tonnes  CO2  

Percent  Emission  Reduc3on  for  U.S.  Consumers  

Uncertainty  in  Regional  GDP  

Rela3ve  GDP  with  varying  elas3city  of  subs3tu3on  Ensemble  contains  5,000  realiza3ons  

Future  Direc3ons  •  Study  improvements  

–  Improve  region  and  sector  details  –  Incorporate  revenue  recycling  policies  –  Endogenous  tax  rates  that  differ  by  region  –  Endogenous  computa3on  of  carbon  amounts  –  Account  for  land,  labor,  and  capital  carbon  –  Imperfect  border  tax  adjustments  –  Distribu3onal  consumer  impacts  

•  Framework  improvements  –  Public  and  private  learning  –  Research  and  development  –  Capital  and  product  vintages  –  Overlapping  consumer  genera3ons  –  Household  produc3on  func3ons  –  Nonseparable  u3lity  func3ons  –  Heterogeneous  beliefs