145
D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 1 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. Grant agreement no. 776479 COACCH COdesigning the Assessment of Climate CHange costs H2020SC520162017/H2020SC52017OneStageB D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade Work Package: 2 Due date of deliverable: M22 (SEP/2019) Actual submission date: 28/OCT/2019 Start date of project: 01/DEC/2017 Duration: 22 months Lead beneficiary for this deliverable: Fondazione Centro EuroMediterraneo sui Cambiamenti Climatici (CMCC) Contributors: Jessie Ruth Schleypen (CA), Shouro Dasgupta (CMCC), Stefan Borsky (UNI GRAZ), Martin Jury (UNI GRAZ), Milan Ščasný (CUNI), Levan Bezhanishvili (CUNI) Disclaimer The content of this deliverable does not reflect the official opinion of the European Union. Responsibility for the information and views expressed herein lies entirely with the author(s).

Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

  • Upload
    others

  • View
    0

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 1   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

        

 

Grant agreement no. 776479 

 COACCH 

 

CO‐designing the Assessment of Climate CHange costs   

H2020‐SC5‐2016‐2017/H2020‐SC5‐2017‐OneStageB  

D2.4  Impacts  on  Industry,  Energy,  Services,  and Trade 

Work Package:  2 

Due date of deliverable:  M22 (SEP/2019) 

Actual submission date:  28/OCT/2019 

Start date of project:   01/DEC/2017 

Duration:  22 months 

Lead beneficiary for this deliverable:  Fondazione  Centro  Euro‐Mediterraneo  sui Cambiamenti Climatici (CMCC) 

Contributors:  Jessie  Ruth  Schleypen  (CA),  Shouro  Dasgupta (CMCC),  Stefan Borsky  (UNI GRAZ), Martin  Jury (UNI  GRAZ),  Milan  Ščasný  (CUNI),  Levan Bezhanishvili (CUNI) 

Disclaimer 

The content of this deliverable does not reflect the official opinion of the European Union. Responsibility  for  the  information  and  views  expressed  herein  lies  entirely  with  the author(s). 

   

Page 2: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 2   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

Dissemination Level PU  Public  x CO  Confidential, only  for members of 

the  consortium  (including  the Commission Services) 

 

CI  Classified,  as  referred  to  in Commission Decision 2001/844/EC   

   Suggested citation 

Schleypen,  J.R., Dasgupta, S., Borsky, S.,  Jury, M., Ščasný, M., Bezhanishvili, L.  (2019). D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade. Deliverable of the H2020 COACCH project. 

    

Page 3: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 3   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

Table of contents  1.  Impacts on Labour Productivity.................................................................................... 6 1.1.  Introduction ........................................................................................................... 6 1.2.  Data ....................................................................................................................... 9 1.2.1.  Socioeconomic Data ....................................................................................... 9 1.2.2.  Climate Data ................................................................................................. 12 

1.3. Methodology ....................................................................................................... 13 1.3.1.  Historical response of sectoral productivity to climatic conditions ............. 13 1.3.2.  Impact Projections ........................................................................................ 15 

1.4.  Results ................................................................................................................. 15 1.4.1.  Historical response ....................................................................................... 15 1.4.2.  Projected impacts ......................................................................................... 17 

1.5.  Conclusion ........................................................................................................... 18 1.6.  References ........................................................................................................... 20 

2.  The role of global supply chains in the transmission of weather induced production shocks  23 2.1.  Introduction ......................................................................................................... 23 2.2.  Related literature and conceptual discussion ..................................................... 25 2.3.  Empirical Implementation ................................................................................... 27 2.4.  Data and summary statistics ............................................................................... 28 2.4.1.  Supply chain connectivity ............................................................................. 30 2.4.2.  Natural disaster data..................................................................................... 32 2.4.3.  Sectoral supply chain shocks ........................................................................ 34 2.4.3.1.  Supply chain shock index ....................................................................... 36 

2.5.  The results ........................................................................................................... 38 2.5.1.  Sectoral decomposition ................................................................................ 40 2.5.2.  Projections .................................................................................................... 40 2.5.2.1.  Country‐specific predicted impacts ....................................................... 42 2.5.2.2.  Sector‐specific projected SCS impacts ................................................... 48 

2.6.  Conclusions .......................................................................................................... 49 2.7.  References ........................................................................................................... 51 2.8.  Appendix .............................................................................................................. 55 

3.  Climate change and wind power in Europe ............................................................... 58 3.1.  Introduction ......................................................................................................... 58 3.2.  Data ..................................................................................................................... 59 3.4.  Econometric framework ...................................................................................... 61 3.5.  Results ................................................................................................................. 62 3.6.  Impact of future climate change ......................................................................... 64 3.7.  Discussion and conclusion ................................................................................... 66 3.8.  References ........................................................................................................... 67 

4.  Vulnerability of Global Hydropower to Climate Change ............................................ 69 4.1. Introduction .......................................................................................................... 69 4.3.  Hydropower and climatic data ............................................................................ 72 

Page 4: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 4   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

4.4.  Econometric Framework ..................................................................................... 74 4.4.1.  Non‐stationarity and cointegration .............................................................. 75 

4.5.  Empirical Results.................................................................................................. 75 4.6.  Impacts of future climate change........................................................................ 77 4.6.1.  The case of Europe ....................................................................................... 78 

4.7.  Discussion and conclusion ................................................................................... 79 5.  Impact on energy demand in Europe ......................................................................... 82 5.1. Introduction .......................................................................................................... 82 5.2. Trends in Energy Demand in Europe .................................................................... 83 5.3. Data and Methodology ........................................................................................ 84 5.4. Results .................................................................................................................. 85 5.4.1. Spatial heterogeneity climate change impacts ............................................. 86 

5.6. Discussion and conclusion .................................................................................... 89 5.7. References ............................................................................................................ 91 

6.  Impacts on Tourism .................................................................................................... 92 6.1.  Theoretical Framework ....................................................................................... 92 6.2.  Data ..................................................................................................................... 93 6.2.1.  Tourism and Socioeconomic Data ................................................................ 93 

6.3. Methodology and Results .................................................................................... 95 6.3.1.  Temperature effect on tourism: monthly‐data analysis .............................. 95 6.3.2.  Temperature and climate extremes effect on tourism: country‐pairs analysis 109 

6.4.  Conclusion ......................................................................................................... 113 Appendix: Effects of Climate Change on Tourism: A Review ........................................ 117 

  

Page 5: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 5   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

Version log  

Version  Date  Released by   Nature of Change 

1.1  30/SEP/2019  CA  First Draft 

1.2  01/OCT/2019  CA  Second Draft 

1.3  07/OCT/2019  CA  Third Draft 

1.4  09/OCT/2019  CMCC  Revised by the coordinator 

1.5  28/OCT/2019  CA  Final version 

 Deliverable Summary  This task used econometric approaches to analyse the adverse  impacts of climate changes including extreme events (specified in Task 1.3) on production and productivity for different sectors of the economy in Europe at higher spatial resolution (NUTS2) compared to previous studies.  Future  impacts  (short‐term  to  long‐term) under  varying  socio‐economic  scenarios was projected by combining the estimated responses with the RCP scenarios selected with stakeholders in WP1. Due to the absence of subnational projections in the SSPs, the authors present  the  results  as  a  percent  reduction  in  the  dependent  variable  relative  to  the reference  period. Data  from  Eurostat  at NUTS2  level,  as well  as  survey  data  such  as  the newly  released EU‐LFS2, will be used  to estimate  the  response of  labour productivity and economic activity  indicators across economic  sectors –  including  tourism  ‐  in Europe  (CA, CMCC, CUNI). International supply chain risks under extreme events for European industrial sectors were  assessed  by  determining  inter‐sectoral  linkages  using  input‐output  data,  as from the OECD STAN database (UNIGRAZ). These linkages are then used in a gravity model of international  trade  to  determine  the  degree  of  cross  sectorial  and  transboundary transmission of extreme weather  impacts to the EU  industrial sectors. The analysis focuses on  selected  impact  chains  (e.g.  supply  chain  disruptions  of  raw materials,  or  decreased export  demand  due  to  climate  change  in  other  world  regions)  as  identified  in  the stakeholder  engagement  process  (Task  1.3).  Impacts  on  energy  supply  (CMCC)  were assessed  using  geo‐referenced  data  on  the  distribution  of  power  plants  in  European countries3 and accounting  for changes  in the  future energy mix. Energy needs  in the built environment for cooling and heating across different sectors of the economy were analysed by combining empirically‐estimated response functions using data from ENERDATA with the set of chosen scenarios.  The effect of climate change on tourist demand for European region over more than last 15 years (2000‐2016) has been analysed econometrically based on monthly and annual country‐level data provided by EUROSTAT. Two major regression models are discussed in the report. Approach 1 considers the tourism data recorded for the destination of tourists only, while in Approach 2 country of origin  is additionally  indicated. Results are  the basis  for projections that will feed the macroeconomic assessment next part of COACCH research. 

Page 6: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 6   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

1. Impacts on Labour Productivity 

1.1.  Introduction 

The  European  Union  (EU), made  up  of  28  countries,  functions  as  a  single market,  and contributes about 23 percent  to  the world economy despite having only 7 percent of  the world population. The  industry and services sectors make up 22% and 66% of the total EU Gross Domestic Product (GDP), respectively. 1 Being a single market with a single currency, the  countries within  the EU have abolished all border  controls and  trade barriers, making mobility of goods and services, as well as people more  fluid. Having a single currency also unifies efforts to maintain price stability2. More than 64% of the EU’s total trade take place between countries within the Union.3  

Despite  the  EU  being  an  economic  powerhouse,  its  economy  is  still  at  risk  of  dangerous climate  change.  About  98%  of  the  increase  in  temperature,  in  relation  to  Europe’s  2014 record,  can  be  attributed  to  anthropogenic  climate  change  (Kam  et  al.,  2015;  EURO4M, 2015; Füssel et al., 2016). According to the IPCC AR5 report on Europe (Kovats et al., 2014)4, observed  trends  and  future  projections  show  increases  in  mean  temperature  and  high temperature extremes across Europe, particularly in Southern Europe; and there is minimal evidence that resilience to heat waves and fires has  improved. Precipitation  is expected to increase in Northern Europe but expected to decrease in the South. These changes will have large implications for human health through increases in heat waves, and can greatly affect sectors such as agriculture, forestry, energy, transport, and tourism5. 

Stern  (2007) wrote  that  "climate  change will  affect  the  basic  elements  of  life  for  people around the world", such that global warming can directly affect water availability, glacial and polar  ice melting, widespread of heat  stress,  sea‐level  rise; which  could  lead  to  issues on food  security,  health,  reduction  in  habitable  land  area,  and  environmental  sustainability. Among the channels through which climate affects the day‐to‐day  lives of  individuals  is the loss  in  labor  productivity,  and  ultimately,  the  loss  in  income.  Research  on  occupational health risk from increasing temperatures using changes in ambient temperature point to the reduction  in  labour  productivity  in  higher  temperatures  as  a  result  of  natural  human responses  to  avoid damages  to health, e.g., workers  slow down,  take more breaks  to  re‐hydrate,  and  cool  down  (Kjellstrom  et  al.,  2009;  Parsons,  2014;  Dell  et  al.,  2014; UNDP, 2016);  or  in  cases  of  severe  temperature  increases,  excessive  body  temperature  and 

                                                       1 Cited information is based on 2018 GDP in constant 2010 USD and population data from the World Bank WDI. EU working population (ages 15‐64) constitutes 6.7% of the world population, while total EU population including children below 15 and elderly above 65 constitutes 6.8% of the world population. Data was extracted on 11 Sept 2019.  2 Source: https://www.ecb.europa.eu/mopo/html/index.en.html. Accessed on 12 Sept 2019. 3 Source: https://europa.eu/european‐union/about‐eu/figures/economy_en 4 Source: IPCC AR5 Ch 23 Europe. https://www.ipcc.ch/site/assets/uploads/2018/02/WGIIAR5‐Chap23_FINAL.pdf 5 Source website: Adaptation to Climate Change – How we will be affected. Link: https://ec.europa.eu/clima/policies/adaptation/how_en. Accessed on 09 September 2019.  

Page 7: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 7   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

dehydration  can  cause, not only  slower worker but also workers  to make more mistakes, have  increased  accidental  injuries  (Bouchama  and  Knochel,  2002;  Schulte  et  al.,  2016; Schulte  and  Chun,  2009).  Temperature  shocks  that  are  unmitigated  through  adequate thermoregulatory  infrastructure,  such  as  air  conditioning,  cause poor  countries  to  remain poor  due  to  productivity  losses  from  an  already  heat‐stressed workforce  (Heal  and  Park, 2013).  

Economic projections of  climate  change  impacts  for  Europe  amount  to  a  total household welfare  loss of €190 billion or 2% of EU GDP by 2080s  if current climate conditions persist, and  no  public  adaptation  occurs  (Ciscar  et  al.,  2014).  In  2015,  the  Conference  of  Parties brought  global  leaders  into  the  Paris  Agreement,  which  aim  "to  strengthen  the  global response to the threat of climate change by keeping a global temperature rise this century well below 2 degrees Celsius above pre‐industrial  levels and  to pursue efforts  to  limit  the temperature  increase even further to 1.5 degrees Celsius". According to the Climate Action Tracker,6 current policies in place can only bring the global temperature to 3.4°C above pre‐industrial  levels.  Considering  the  unconditional  pledges  of  countries  in  their  Nationally Determined Contributions (NDCs), global temperature increase will likely be limited to 3.2°C. Meeting the 2°C target alone significantly reduces the estimated  impacts to the EU by €60 billion, or  a  reduction  in GDP of 1.2%  (Ciscar et  al., 2014).  Europe has experienced more severe  heatwaves  in  most  recent  years.  According  to  the  Copernicus  Climate  Change Programme  data,  Europe  in  July  2019  experienced  temperatures  that  is  already  1.2°C warmer  than pre‐industrial era7, with France, Germany, Netherlands,  the UK and Belgium experiencing day temperatures of over 40°C. The Ministry of Health in France recorded 567 deaths due to the June 2019 heatwave, when temperature reached 46°C and additional 868 during the July 2019 heatwave, when temperature reached 42.6°C. The 2003 heatwave was reported to have caused 70,000 more deaths than previous years8. According to the recently launched PESETA III report (Gosling et al., 2018)9, if climate change remains unmitigated and no adaptation occurs,  labor productivity  in outdoor  labor  could decline by 10‐15% by  the end  of  the  century  compared  to  present‐day  in  southern  European  countries  such  as Bulgaria, Greece, Italy, Macedonia, Portugal, Spain, and Turkey; while the northern countries such  as  Denmark,  Estonia,  Finland,  Norway,  and  Sweden  will  have  an  estimated  2‐4% decline.  

Among the three main economic sectors, the outputs of agriculture and industry sectors are most affected by  rising  temperatures, and only  the  services  sector  seems  to be protected from weather and climatic shocks.  (Dell et al., 2012; Burke et al., 2015;  IMF, 2017). While 

                                                       6 The Climate Action Tracker is produced by Climate Analytics, NewClimate Institute, and Ecofys. Link accessed on 12 December 2018. Source link: https://climateactiontracker.org/publications/warming‐projections‐global‐update‐dec‐2018/ 7 Source: https://public.wmo.int/en/media/news/july‐matched‐and‐maybe‐broke‐record‐hottest‐month‐analysis‐began. Accessed on 13 Sept 2019. 8 Source: https://www.bbc.com/news/world‐europe‐48756480. Accessed on 13 Sept 2019. 9 Source: Gosling S.N., Zaherpour J., Ibarreta D., PESETA III: Climate change impacts on labour productivity, EUR 29423 EN, Publications Office of the European Union, Luxembourg, 2018, ISBN 978‐92‐79‐ 96912‐6, doi:10.2760/07911, JRC113740.  https://ec.europa.eu/jrc/en/publication/peseta‐iii‐climate‐change‐impacts‐labour‐productivity 

Page 8: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 8   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

rising temperatures are seen to be detrimental to most economic activity, there may still be positive  impacts  on  some  sectors.  For  instance,  some  crops  that  prosper  in  warmer conditions  and  summer  tourism  could  benefit  from  this  change  (Bosello,  et  al.,  2012; Grillakis, et al., 2016). Barrios and Ibañez (2015) estimate a modest annual increase of 0.32% of GDP for Northern Europe, while Southern Europe could experience a reduction by 0.45% of GDP per year given current climate conditions. 

While  economic  systems  are  bound  by  political  borders  that  define  a  country,  state,  or region, the atmosphere does not follow the same boundaries, and thus spatial entities close to each other will  likely experience  similar climates. Given a wide  set of  studies providing evidence  of  the  non‐linear  relationship  between  climate10  and  economic  productivity11, simultaneous impacts could likely happen. In a closely knitted regional economic union such as  the  EU,  simultaneous  impacts  could  spillover  across  regions.  That  is,  negative  impacts from climate shocks could have a ripple effect on the rest of the countries within the union, as well as, positive spillovers may occur such as knowledge sharing on adaptation practices, similar  sociodemographic  characteristics  that  point  to  higher  levels  of  resilience  (i.e., educational attainment of the population, gender equality, etc.)  

Due  to  the  EU’s  strong  economic  integration,  the  lack  of  economic  studies  looking  into indirect  effects  of  climate  change,  and  the  explicit  expression  of  interest  from  key stakeholders of the project, the authors of this research contribute to the existing economic studies by acknowledging the possibility and role of spillovers to and from countries within the  EU.  Furthermore,  this  research  makes  use  of  sub‐national,  sub‐sectoral  data  to disaggregate  further  the  differentiate  impacts  within  a  country.  The  results  show  that regions belonging  to  the  same  country  could be at  the  losing and winning end of  climate change, owing also to the difference  in vulnerability of economic sectors to varying climate conditions. The results have strong policy relevance, because  it provides scientific evidence to  support  informed decisions on how  adaptation  in  a  country  should be prioritized  (i.e., which  sector  and  which  region)  and  designed  (i.e.,  adaptation  action  to  reduce  direct impacts would  likely differ from action to prevent a negative spillover from an  impact on a neighbouring  spatial unit).    For  instance,  if  a  country  is highly  sensitive  to  the  impacts of another,  then  it  would  suggest  strengthening  sectors  closely  tied  between  the  two  to prevent  the  spreading  of  impacts.  Furthermore,  in  view  of  global  cooperation  in  fighting climate change, information on spillover effects incentivizes neighboring countries to ensure critical  hubs  do  not  experience  severe  and  lasting  impacts,  should  they  also  be  at  the receiving  end of  the negative  spillovers;  therefore, preventing  a domino‐effect of  climate impacts. 

                                                       10 Mainly referring to temperature and precipitation. 11  See  papers  from Dell  et  al.  (2014),  and  Tol  (2018)  for  a  review  of  economic  impacts  of  climate  change literature. 

Page 9: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 9   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

 

1.2. Data  

1.2.1. Socioeconomic Data 

We use EUROSTAT data on sectoral gross value‐added (GVA)12 in million Euros from 255 sub‐national regions (NUTS‐2) of 28 EU member states between 2000 ‐ 2015. The three sectors are defined as  follows;  (1) agriculture, which  includes agriculture,  forestry, and  fishing;  (2) industry,  which  includes  mining,  manufacturing,  construction,  and  utilities  (electricity, water,  gas);  and  (3)  services,  which  includes  wholesale  and  retail  trade;  transport; accommodation and  food  service activities;  information and communication,  financial and insurance  activities;  real  estate  activities;  professional,  scientific  and  technical  activities; administrative  and  support  service  activities,  and  public  administration  and  defense; compulsory  social  security;  education;  human  health  and  social  work  activities;  arts, entertainment and recreation, repair of household goods and other services. Adhering to the focus of this task, we only present results for industry and services sectors. 

                                                       12 The sectoral breakdown follows the European Classification of Economic Activities(NACE R2): [1] "Total ‐ all NACE  activities";  [2]  "Agriculture,  forestry  and  fishing";  [3]  "Industry  (except  construction)";  [4] "Manufacturing; [5] "Construction; [6] "Wholesale and retail trade, transport, accommodation and food service activities”; [7] "Wholesale and retail trade; transport; accommodation and food service activities;  information and  communication”;  [8]  "Information  and  communication”;  [9]  "Financial  and  insurance  activities"  ;  [10] "Financial  and  insurance  activities;  real  estate  activities;  professional,  scientific  and  technical  activities; administrative  and  support  service  activities;  [11]  "Real  estate  activities”;  [12]  "Professional,  scientific  and technical  activities;  administrative  and  support  service  activities";  [13]  "Public  administration,  defense, education, human health and social work activities”; [14] "Public administration and defense; compulsory social security;  education;  human  health  and  social work  activities;  arts,  entertainment  and  recreation,  repair  of household  goods  and  other  services";  [15]  "Arts,  entertainment  and  recreation;  other  service  activities; activities of household and extra‐territorial organizations and bodies"                                             

Page 10: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 10   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

Figure 1.1.1: Average Gross Value Added, 2000‐2015, EU NUTS‐2 regions 

 

 

Industry GVA. The  largest contributors to average  industrial GVA (2000‐2015) are Germany (24.2%), France (12.8%), the United Kingdom (12.5%), Italy (12.1%), and Spain (9.3%). 

Page 11: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 11   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

Figure 1.1.2: Average Industry Gross Value Added, 2000‐2015, EU NUTS‐2 regions 

 

Industry  is mainly driven by manufacturing, of which  the  regions with  the  largest average industrial GVA and above 50% share of manufacturing are the regions of Lombardia which includes Milan  in  Northwest  Italy  (ITC4),  Île  de  France  which  includes  Paris  (FR10)  and Auvergne‐Rhône‐Alpes  (FR71),  Stuttgart  (DE11),  Oberbayern  (DE21),  Düsseldorf  (DEA1)  in Germany, Catalonia in Spain (ES51).  

The region of Lombardia has a comparative advantage on manufacturing of metal products, production of base metals, wearing apparel, media printing and reproduction, and wooden products.13 The  region of  Île de France  is  the  richest  in  the  country, whose key  industries include  electronics  and  ICT,  aeronautics,  biotechnologies,  finance,  mobility,  automobile, pharmaceuticals, and aerospace14; while the region of Auvergne‐Rhône‐Alpes, located in the eastern  central  part  of  France,  is  home  to  large  chemical  and  plastics  industry  rubber production  mechanical  engineering  industries  and  agro‐food  industries.  The  region  also 

                                                       13 Source link: https://ec.europa.eu/growth/tools‐databases/regional‐innovation‐monitor/news/innovation‐policy‐lombardy‐top‐manufacturing‐region‐europe. Accessed on 10 Sept 2019.  14 Information taken from InvestParisRegion (2017) and cited in the EC website. Source link: https://ec.europa.eu/growth/tools‐databases/regional‐innovation‐monitor/base‐profile/ile‐de‐france. Accessed on 10 Sept 2019.  

Page 12: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 12   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

specializes  in  high‐tech  industries  such  as  pharmaceutics,  nutrition  and  health, biotechnology and ICT.15 

Services GVA.  Similar  to  the  industry  sector,  the main  contributing  countries  in  EU’s  the average  services  sector  GVA  are  Germany  (19.7%),  France  (16.6%),  the  UK  (16%,  Italy (12.4%),  and  Spain  (8.4%).  The  services  sector  is mainly  driven  by  trade  and  transport16, public administration17, and finance18 subsectors. 

Figure 1.1.3: Average Services Gross Value Added, 2000‐2015, EU NUTS‐2 regions 

 

 

1.2.2. Climate Data 

Our historical climatic data comes from the Global Land Assimilation System (GLDAS v2.1), this  is  a  re‐analysed  gridded  climatic  dataset,  with  0.25°  x  0.25°  spatial  and  3‐hourly 

                                                       15 Source link: https://ec.europa.eu/growth/tools‐databases/regional‐innovation‐monitor/base‐profile/auvergne. Accessed on 10 Sept 2019.  16 NACE R2 sector ‐ Wholesale and retail trade; transport; accommodation and food service activities; information and communication 17 NACE R2 sector ‐ Public administration, defence, education, human health and social work activities 18 NACE R2 sector ‐ Financial and insurance activities; real estate activities; professional, scientific and technical activities; administrative and support service activities 

Page 13: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 13   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

temporal  resolution. We  begin with  the  gridded  3‐hourly  data  and  compute  the  various aggregated indicators at the NUTS‐2 level.  A Global Circulation Model (GCM) has a typical resolution of 200 km which is not suitable for the application at  sub‐national  scale; hence,  for  future projections, we opted  to use data from  four  high‐resolution  Regional  Climate Models  (RCM):  KNMI  RACMO22E,  IPSL‐CM5A‐MR,  MPI‐ESM‐LR,  and  CNRM‐CM5.    Based  on  the  stakeholder  interests  established  in COACCH  D1.5,  we  have  focused  our  projections  on  the  Representative  Concentration Pathway (RCP) 4.5 as the likely scenario and closest to the proposed Nationally Determined Contributions (NDC) pathway, and an extreme scenario RCP 8.5, which represents the worst possible case.   Table 1 below provides the descriptive statistics for some of the relevant variables.  Table 1.1.1 Descriptive statistics of key variables (2000‐2015) 

Variables  Mean  Min  Max 

Industrial GVA (€ million)  10367.9  90.5  92709.5 Services GVA (€ million)  29285.6  585.0  505670.6 Mean Temperature (°C)  10.2  ‐1.6  26.1 Max Temperature (°C)  14.2  1.6  31.9 

Total Precipitation (mm)  2.5  0.4  7.1 WBGT (°C)  9.5  2.5  20.0 

WSDI (number of days)  9.3  0.0  346.0 

 

1.3. Methodology 

1.3.1. Historical response of sectoral productivity to climatic conditions 

Non‐spatial benchmark model  Following Burke  et  al.  (2015)  and Newell  (2018), we use  a  fixed‐effects panel  regression, wherein our dependent variable  𝑙𝑛𝑦   is  the  log of  labor productivity defined by GVA per hours worked, GVA per person employed, and GVA per working population  in region 𝑖  in a given year 𝑡 for sector 𝑠. f(C) includes the non‐linear relationship between the temperature and  productivity,  controlled  for  by  including  both  the  linear  and  its  squared‐term;  an acclimatization variable ‘𝑡𝑑𝑒𝑣’ that we introduce in this study, computed as the difference of the  mean  temperature  from  a  rolling  average  of  four  periods  prior19;  total  annual precipitation  (and  its second‐degree polynomial), heat extremes represented by the Warm Spell Duration  Index  (WSDI)20. All our  specifications  include  region 𝛼  and year 𝛾   specific fixed‐effects,  and  a quadratic  time  trend 𝜃 𝑡 𝜃 𝑡   to  capture non‐linear  technological changes.  

                                                       19 The length of the rolling average is an arbitrary value and was guided by the observable length of a business cycle in EU regions 20 Annual count of days with at least 6 consecutive days when daily maximum is greater than 90th percentile. The 90th percentile was determined from months June‐August in years 1981‐2010 as the baseline years, and applied to summer months – May to October – for years 2000‐2015 to count the number of days exceeding this threshold. 

Page 14: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 14   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

 𝑙𝑛𝑦 𝑓 𝐶 𝛼 𝛾 𝜃 𝑡 𝜃 𝑡  

  where 𝑓 𝐶 𝛽 𝑡𝑒𝑚𝑝 𝛽 𝑡𝑒𝑚𝑝 𝜑𝑡𝑑𝑒𝑣 𝛿 𝑝𝑟𝑒𝑐 𝛿 𝑝𝑟𝑒𝑐 𝜎𝑊𝑆𝐷𝐼 

 Given  existing  findings on  the non‐linear  and  inverse U  ‐shaped  relationship of  economic performance and  in particular  local  temperatures, we expect  for  the  set of coefficients of temperatures that   𝛽 0,𝛽 0. In this case, the results indicate a non‐linear relationship with an "optimal" value of the local temperature computed as 𝑡𝑒𝑚𝑝 | 𝛽 / 2 ∗ 𝛽 |  for all economic sectors.   Spatial Econometrics  According to the  first  law of geography, “Everything  is related to everything else, but near things are more related than distant things” (Tobler 1970). Using the Moran's  I test to test for  the  presence  of  spatial  correlation,  the  null  hypothesis  of  spatial independence/randomization  is  rejected  for  all  the  climatic  and  productivity  variables, suggesting that the climatic stressors and productivity  in a given NUTS‐2 region  is spatially dependent on those in the neighbouring NUTS‐2 regions. Thus, not controlling for the spatial dependence between NUTS‐2 regions will  likely provide biased results. Hence, we utilize a binary  spatial weight with  the  distance  threshold  set  to  150  KM  based  on  the  greatest Euclidean  distance  measured  between  two  places  on  a  Cartesian  plane.  The  spatial dependence  between  NUTS‐2  regions  decays  as  distance  between  them  increases.  By incorporating the spatial weights, we control for spatially lagged climatic stressors and run a Spatial Durbin Model (SDM) model of the following form;  

𝑙𝑛𝑦 𝜔𝑾𝑦 𝑓 𝐶 𝑾𝑓 𝐶 𝛼 𝛾 𝜃 𝑡 𝜃 𝑡  

 where W𝑓 𝐶 𝛽 𝑡𝑒𝑚𝑝 𝛽 𝑡𝑒𝑚𝑝 𝛽 𝑾𝑡𝑒𝑚𝑝 𝛽 𝑾𝑡𝑒𝑚𝑝 𝜑 𝑡𝑑𝑒𝑣 𝜑 𝑾𝑡𝑑𝑒𝑣

𝛿 𝑝𝑟𝑒𝑐 𝛿 𝑝𝑟𝑒𝑐 𝛿 𝑾𝑝𝑟𝑒𝑐 𝛿 𝑾𝑝𝑟𝑒𝑐 𝜎 𝑊𝑆𝐷𝐼 𝜎 𝑾𝑊𝑆𝐷𝐼   W  is  the  spatial weights matrix21, 𝜔  is  the  spatial  coefficient of  the  spatial autocorrelated dependent variable, 𝛽 ,𝛽 , 𝛿 , 𝛿 ,𝜑 ,𝜎  are the spatial coefficients of the spatially‐weighted independent  variables, and  the  term W𝑓 𝐶  measures  the potential  spillovers effect  that occurs  in climatic stressors across NUTS‐2 regions (Baltagi 2003) while 𝑾𝑦  measures the possible spillover effect  in productivity across the NUTS‐2 regions. The SDM specification  is also  completely  specified  and  allows  us  to  investigate  the  impact  of  both  direct (contemporaneous)  and  indirect  effects  (spatial  lags)  of  climatic  stressors  on  labour productivity.   

                                                       21 We use a binary spatial weight matrix with a distance threshold of 150 km. 

Page 15: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 15   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

1.3.2. Impact Projections 

In order  to estimate  the  impacts of  future warming on sectoral, sub‐national productivity, we  combine our  spatial non‐linear econometric estimates with gridded  climate data  from four different regional climate models (KNMI RACMO22E, IPSL‐CM5A‐MR, MPI‐ESM‐LR, and CNRM‐CM5) under  two different warming scenarios. We use  the Delta method  (Dasgupta, 2018)  to  combine  the  econometric  estimates with  future  climate  data with  the  resulting impacts  being  percentage  change  in  productivity  due  to  future  climate  change. We  have opted not to use any of the SSP scenarios due to two main reasons: (1) the results already presented as percentage change in the labor productivity, given a unit change in the climate variables, which will remain the same for all SSP; and (2) our results are disagreggated to the NUTS‐2 level, in which case, weights need to be assigned in order to match the country‐level SSPs.  

1.4. Results  

1.4.1. Historical response  

We  have  considered  three  dependent  variables  to  represent  labor  productivity  and  have found  GVA  per  working  population  the  most  satisfactory.  An  alternative  to  working population  could  have  been  the  number  of  hours worked which,  unfortunately,  are  not available  for Belgium  and Croatia. Another possibility  could be offered by  the number of employees  at  the  sectoral  level,  which  are  not  available  for  Lithuania  and  Ireland. Furthermore, exploratory regressions conducted both at the country‐level and NUTS‐2 level for the  latter two  labor productivity definitions produced results that were not statistically significant, or identifying optimal temperatures inconsistent with existing studies, or out‐of‐sample; thus, providing no basis for projections.  In  line with previous  studies,  (Burke et al. 2015;  IMF 2017), we  find non‐linear  impacts of temperature and total precipitation on productivity for all the industry and services sectors considered,  except  for manufacturing.  The  derived  optimal  spatially  lagged  temperatures maximizing industry, and construction are 10.8°C, 10°C, respectively. For labour productivity in  the  services  sector,  the  spatially  lagged  temperature  is  not  statistically  significant, however,  the contemporaneous  temperature  is statistically significant with an optimum of 16.3°C.  Our  results  suggest  that,  while  productivity  increases  with  initial  increases  in temperature,  beyond  a  certain  threshold,  further  increases  in  temperature  results  in  a negative  impact. As expected,  the optimal  temperature  for  the  industry  and  construction sectors  are  comparatively  lower  than  services,  as  the  workers  in  this  sector  are  more exposed  to outside  temperatures. The  lower  impacts experienced  in  the  services  sector  is consistent  with  existing  evidence  (IMF,  2017).  The  derived  optimal  temperature  for  the services  sector  is  above  the  sample's mean  temperature,  and  therefore  provides weaker evidence of the downward‐sloping productivity beyond the computed optimal temperature. The difference in estimated impacts for each sector suggests that economic structures play a significant role in determining the overall economic impact of climate change.   

Page 16: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 16   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

 Figure 1.4  Nonlinear relationship between mean temperature and productivity 

 Non‐linear  relationship  between  mean  temperature  and  productivity  (dark  navy  line)  at  the  NUTS‐2  level  with  95% confidence  interval  (light  blue  spikes).  Left‐panel  shows  the  impact  on  the  industrial  sector while  right‐panel  shows  the impact on  the construction  sector. Specification controls  for mean  temperature  (and  its  second‐degree polynomial),  total precipitation  (and  its  second‐degree  polynomial),  temperature  shock,  WSDI,  income  group‐maximum  temperature interaction‐term, and year and region fixed‐effects. 

 We also find a non‐linear direct impact of temperature for construction with an optimum of 13°C,  suggesting  that  temperature  has  both  direct  and  indirect  adverse  beyond  a  certain threshold  in this sector. Our estimates also suggest that there  is significant negative direct impact  of  temperature  shock  and  indirect  impact  of  WSDI  on  both  industrial  and construction labour productivity.   Table 1.2 Regression results 

  (1)  (2)  (3)  (4)   Industry  Construction  Manufacturing  Services 

Spatial lag of industrial GVA  0.789***         (0.000)       

Spatial lag of construction GVA    0.899***         (0.000)     

Spatial lag of manufacturing GVA      0.614***         (0.000)   

Spatial lag of service GVA        0.597***         (0.000) 

WSDI  0.001***  0.001**  0.001**  0.000   (0.000)  (0.036)  (0.026)  (0.584) 

Temperature deviation  ‐0.027**  ‐0.054***  ‐0.007  ‐0.071***   (0.031)  (0.001)  (0.628)  (0.000) 

Total precipitation  0.116***  0.153***  0.087*  0.003   (0.004)  (0.004)  (0.062)  (0.916) 

Total precipitation‐squared  ‐0.019***  ‐0.024***  ‐0.015*  ‐0.000   (0.006)  (0.008)  (0.052)  (0.938) 

Mean temperature  0.056***  0.063**  0.019  0.077***   (0.004)  (0.014)  (0.389)  (0.000) 

Mean temperature‐squared  ‐0.001*  ‐0.002***  ‐0.000  ‐0.002***   (0.084)  (0.009)  (0.945)  (0.000) 

Spatial lag of WSDI  ‐0.003***  ‐0.003***  ‐0.003***  ‐0.002***   (0.000)  (0.000)  (0.000)  (0.000) 

Spatial lag of temperature deviation  0.004  0.016  ‐0.010  0.023*   (0.812)  (0.422)  (0.547)  (0.054) 

Spatial lag of total precipitation  0.018  0.015  0.019  0.170***   (0.755)  (0.850)  (0.777)  (0.000) 

Spatial lag of total precipitation‐squared  ‐0.006  ‐0.006  ‐0.004  ‐0.031***   (0.605)  (0.684)  (0.741)  (0.000) 

Spatial lag of mean temperature  0.049**  0.051*  0.050*  0.013   (0.034)  (0.096)  (0.060)  (0.466) 

Spatial lag of mean temperature‐squared  ‐0.002**  ‐0.003*  ‐0.002  0.000   (0.021)  (0.052)  (0.174)  (0.741) 

Constant  ‐5.453***  ‐6.875***  ‐3.961***  ‐3.761***   (0.000)  (0.000)  (0.000)  (0.000) 

Page 17: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 17   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

Observations  3,067  3,067  2,875  3,067 R‐squared  0.680  0.737  0.518  0.744 

Number of regions  256  256  240  256 

robust p‐value in parentheses 

*** p<0.01, ** p<0.05, * p<0.1 

 Neither  the  direct  or  indirect  effects  of  temperature  are  statistically  significant  for  the manufacturing  sector,  however,  spatially  lagged  WSDI  has  a  negative  impact  on manufacturing labour productivity, suggesting that extreme climatic events are more critical in  this sector. Thus, we have evidence  that both gradual and extreme  temperature events have significant negative  impacts on  labour productivity. Finally,  the spatial  lag of sectoral GVA in all the three sectors are positive and statistically significant. These provides evidence of adaptation based on increasing output taking place (Dasgupta and Bosello, 2016). 

1.4.2. Projected impacts  

Using  a multi‐model mean  of  four  RCMs,  the  results  suggest  that  under  an  unmitigated warming  scenario  of  RCP8.5,  future  climate  change  will  result  in  a  decline  of  industrial productivity  by  4.3%  by  2070. While  labour  productivity  in  the  construction  sector  will decline  by  6.6%  by  2070.  For  both  industrial  and  construction  productivity,  the  highest declines will occur in Greece (Peloponnese, Thessaly, and Attica), Italy (Puglia), Spain (Region of Murcia  and  Andalusia),  and  Portugal  (Algarve) while  some  regions  in  Austria,  Estonia, Finland, Sweden, and the north‐eastern and north‐western Italian regions will gain.    Figure 1.5 Impact projections 

 Future  impact under RCP8.5 on  industrial  (left‐panel) and construction productivity  (right‐panel) by 2070. The impacts are computed using the Delta method and a reference period of 1985 ‐ 2005. 

 It  should  be  noted  that  these  estimated  future  impacts  are  solely  driven  by  changes  in climatic  stressors  and  do  not  consider  any  possible  adaptation,  although  there  is  little evidence of adaptation taking place (Burke et al., 2015).  

Page 18: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 18   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

As  a  comparison we  also  compute projections  for  a more moderate warming  scenario of RCP4.5. Our results suggest that  industrial productivity will decline by 2.7% by 2070, while labour productivity in the construction sector will decline by 3.1%.  

1.5. Conclusion 

This  paper  investigated  the  impacts  of  both  gradual  and  extreme  climatic  stressors  on sectoral  productivity  in  Europe  using  sub‐national  (NUTS‐2)  data  combined  with  high‐resolution  climatic data. Employing  spatial econometric  techniques, we  find differentiated and  non‐linear  impacts  of  temperature  across  sectors  and within  countries.  Econometric estimates  suggest  that  a  significant  part  of  the  total  impacts  to  sectoral  output  are transmitted  through  losses  in  productivity  from  extreme  heat  and  warming;  which  are experienced  in  large part by workers whose occupational environment are hard to control, e.g. construction. The estimates suggest that temperature that maximizes productivity in the industry, construction, and services sectors are 10.8°C, 10°C, and 16.3°C,  respectively. The results are consistent with existing publications that the relationship between temperature and economic productivity is non‐linear; however, we find insufficient evidence to generalize the idea of a non‐linear relationship for all the economic sectors. The weak argument for the use of the quadratic form is drawn from the results of the services sector analysis, in which case, the derived optimal temperature  is higher than any of the mean temperatures  in the sample.  The  lack  of  evidence  to  support  the  presence  of  the  downward‐sloping  curve, therefore, suggests further inquiry in generalizing predefined forms of equation to represent the temperature‐productivity relationship. The paper also finds significant adverse effects of extreme heat events using WSDI and temperature shocks using the acclimatization variable, suggesting that both gradual and extreme climatic change affect productivity.   To quantify the  impacts of  future climate change, we combine our non‐linear econometric estimates with future warming scenarios that consistent  in the Paris Agreement. Assuming that  the  computed optimal  temperature holds  for years  in  the  future,  the  results  suggest that under an unmitigated warming scenario of RCP8.5, future climate change will result in a decline of industrial productivity by 4.3% and construction labour productivity by 6.6%. Due to  future warming,  regions  in Greece  (Peloponnese, Thessaly,  and Attica),  Italy  (Basilicata and Puglia), Spain  (Region of Murcia and Andalusia), and Portugal  (Algarve) will suffer  the highest  declines while  some  of  the  colder  regions  in  Estonia,  Finland,  northern  Italy,  and Sweden  will  experience  gains.  Under  a  more  moderate  warming  scenario  of  RCP4.5, industrial  productivity  will  decline  by  2.7%  by  2070,  while  labour  productivity  in  the construction  sector  will  decline  by  3.1%.  These  declines  in  productivity  due  to  climate change  will  likely  be  transmitted  through  overall  economic  activity  and  have  negative multiplier effects.   Our results provide evidence in support of strong mitigation action. Which show that under more moderate warming scenario and avoiding extreme climatic change, decline  in  labour productivity  will  be  around  3%,  significantly  lower  than  the  damages  projected  under RCP8.5. While the estimates of a scenario with the current NDCs are  lower than estimated 

Page 19: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 19   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

impacts of current climate conditions, as Ciscar et al.,  (2014) have estimated;  there  is still room for significant reduction in impacts through mitigation action. Furthermore, in order to protect  industries  that have developed  in  regions with  comparative advantage  (e.g.,  from abundance  in natural resources, technological advantage, etc.), adaptation action needs to be  strengthened  in  light  of  anticipated  climate  changes  and  corresponding  estimated impacts. The results of this study could, therefore, be further utilized to support cost‐benefit analyses of avoided climate change  losses against the additional  investment; as well as the estimation of adaptation costs, given avoided costs from mitigation.  

   

Page 20: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 20   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

1.6. References 

Baccini, M., Biggeri, A., Accetta, G., Kosatsky, T., Katsouyanni, K., Analitis, A., Michelozzi, P. (2008). Heat Effects on Mortality in 15 European Cities. Epidemiology, 19(5), 711–719. https: //doi.org/10.1097/EDE.0b013e318176bfcd  

Barrios, S., and Ibañez, J. N. (2015). Time is of the essence: adaptation of tourism demand to climate change in Europe. Climatic Change, 132(4), 645–660. https://doi.org/10.1007/ s10584‐015‐1431‐1  

Bosello, F., Eboli, F., and Pierfederici, R. (2012). Assessing the Economic Impacts of Climate Change. Retrieved from http://papers.ssrn.com/abstract=2030223  

Bouchama, A., and Knochel, J. (2002). Heat Stroke. The New England Journal of Medicine, 346, 1978–1988. https://doi.org/10.1056/NEJMra011089 Burke, M., Hsiang, S. M., and Miguel, E. (2015). Global non‐linear effect of temperature on economic production. Nature, (1), 1–16. https://doi.org/10.1038/nature15725  

Burke, M., S. Hsiang, and E. Miguel. (2015). Global non‐linear effect of temperature on economic production. Nature; 527,235–239, doi:10.1038/nature15725.  

Ciscar, J., Feyen, L., Soria, A., Lavalle, C., Raes, F., Perry, M., Ibarreta, D. (2014). Climate Impacts in Europe. The JRC PESETA II Project (JRC Scientific and Policy Reports No. EUR 26586EN). Seville, Spain. https://doi.org/10.2791/7409  

Dell, M., Jones, B. F., and Olken, B. A. (2014). What Do We Learn from the Weather. The New Climate‐ Economy Literature. Journal of Economic Literature, 52(3), 740–798. https: //doi.org/10.3386/w19578   

Grillakis, M. G., Koutroulis, A. G., Seiradakis, K. D., and Tsanis, I. K. (2016). Implications of 2°C global warming in European summer tourism. Climate Services, 1, 30–38. https://doi. org/10.1016/j.cliser.2016.01.002  

Heal, G., and Park, J. (2013). Feeling the heat: temperature, physiology and the wealth of nations (No. 19725). NBER Working Paper Series (Vol. 12). https://doi.org/10.1007/ s13398‐014‐0173‐8.3  

IMF. (2017). The effects of weather shocks on economic activity. How can low income countries cope (Chapter 3). Global Economic Outlook: Seeking sustainable growth. Retrieved from https: //www.imf.org/en/Publications/WEO/Issues/2017/09/19/world‐economic‐outlook‐october‐ 2017#Chapter3  

Zivin, J.G., Hsiang, S.M., Neidell, M. (2018). Temperature and Human Capital in the Short and Long Run, Journal of the Association of Environmental and Resource Economists, University of Chicago Press, vol. 5(1), pages 77‐105.  

Kjellstrom, T., Kovats, R. S., Lloyd, S. J., Holt, T., and Tol, R. S. J. (2009). The direct impact of climate change on regional labour productivity. Archives of Environmental and Occupational Health, 64(4), 217–227. https://doi.org/10.1080/19338240903352776  

Page 21: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 21   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

Kjellstrom, T., Otto, M., Lemke, B., Hyatt, O., Briggs, D., Freyberg, C., and Lines, L. (2016). Climate Change and Labour: Impacts of Heat in the Workplace. Retrieved from Climate Change and labour: Impacts of Heat in the Workplace  

Millar, R. J., Fuglestvedt, J. S., Friedlingstein, P., Rogelj, J., Grubb, M. J., Matthews, H. D., Skeie, R.B., Forster, P.M., and Frame, D.J., Allen, M. R. (2017). Emission budgets and pathways consistent with limiting warming to 1.5C. Nature Geoscience, 10(10), 741–747. https: //doi.org/10.1038/ngeo3031  

Newell, R.G., Prest, B.C. and Sexton, S.E. (2018). The GDP Temperature Relationship: Im‐ plications for Climate Change Damages. RFF Working Paper Series, WP 18‐17 REV. Available at http://www.rff.org/research/publications/gdp‐temperature‐relationship‐implications‐ climate‐change‐damages  

Parsons, K. C. (2014). Human Thermal Environment. The Effects of Hot, Moderate, and Cold Environments on Human Health, Comfort, and Performance (3rd editio). New York: CRC Press. https://doi.org/10.4324/9780203302620  

Rogelj, J., and Knutti, R. (2016). Geosciences after Paris. Nature Geoscience, 9, 187–189. https://doi.org/10.1038/ngeo2668 

Rogelj, J., Mccollum, D. L., and Riahi, K. (2013). The UN’s ‘Sustainable Energy for All’ initiative is compatible with a warming limit of 2°C. Nature Publishing Group, 3(6), 545–551. https://doi.org/10.1038/nclimate1806  

Sahu, S., Sett, M., and Kjellstrom, T. (2013). Heat exposure, cardiovascular stress and work  

productivity in rice harvesters in India: implications for a climate change future. Industrial Health, 51(4), 424–31. https://doi.org/10.2486/indhealth.2013‐0006  

Schleussner, C. F., Lissner, T. K., Fischer, E. M., Wohland, J., Perrette, M., Golly, A., and Schaeffer, M. (2016). Differential climate impacts for policy relevant limits to global warming: the case of 1.5°C and 2°C. Earth System Dynamics, 7(2), 327–351. https://doi.org/10.5194/esd‐ 7‐327‐2016  

Schulte, P. a, and Chun, H. (2009). Climate change and occupational safety and health: es‐ tablishing a preliminary framework. Journal of Occupational and Environmental Hygiene, 6(April 2015), 542–554. https://doi.org/10.1080/15459620903066008  

UNDP (2016). Climate Change and Labour: Impacts of heat in the workplace. Retrieved from  

http://www.thecvf.org/wp‐content/uploads/2016/04/Climate‐and‐Labour‐Issue‐Paper_28‐ April‐2016_v1_lowres‐1.pdf   

 

 

 

 

Page 22: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 22   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

   

Page 23: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 23   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

2. The role of global supply chains in the transmission of weather induced production shocks 

2.1. Introduction 

Every year numerous natural disasters happen worldwide. In 2018 only, 315 natural disaster occurred, which resulted in 11,804 deaths, 68 Million people affected and 131,7 billion USD in  direct  economic  damages  (CRED  2019).22  Besides  direct  social  impacts  and  economic damages,  natural  disasters  also  have  a widespread  secondary  or  indirect  impact  on  the economy. There  is a fair amount of  literature focusing on the sectoral and macroeconomic outcomes of natural disasters  (e.g., Raddatz 2007, Noy 2009, Skidmore & Toya 2002, Dell, Jones & Olken 2012, Cavallo, Galiani, Noy & Pantano 2013, Hsiang & Jina 2014, Felbermayr, Gröschl,  Sanders,  Schippers &  Steinwachs  2018).23 Additionally,  literature  has  focused  on weather and disaster effects on agriculture (e.g., Schlenker & Roberts 2009, Burke & Emerick 2016), health (e.g., Deschenes, Greenstone & Guryan 2009), labor (e.g., Graff Zivin & Neidell 2014),  social  conflict  (e.g.,  Hsiang,  Meng  &  Cane  2011,  Hsiang,  Burke  &  Miguel  2013), migration (e.g., Missirian & Schlenker 2017).  

Few articles exist, which determine the impact of disasters on international trade.24 Jones & Olken  (2010)  analyze  the  impact  of  temperature  and  precipitation  on  a  country's  export growth.  For  an  increase  in  temperature  they  find  a  reduction  in  exports  for  low  income countries. Based on a gravity model of trade Oh & Reuveny (2010) and Gassebner, Keck & Teh (2010) analyze the impact of large natural and technological disasters on bilateral trade. Accounting  for  the  size  of  the  affected  country  and  its  political  environment,  the  find  a negative effect on a country's trade activity. Felbermayr & Gröschl (2013) use the impact of natural disasters on international trade in an instrumental variable procedure to consistently estimate the  impact of  international trade on per capita  income. Their results suggest that depending on  the degree of  financial  integration  large natural disasters decrease  exports and increase imports. Recent articles by Oh (2017) and EL‐Hadri, Mirza & Rabaud (2018) find that  the potential negative  impact of a disaster depends on  the  type of affected  industry, country size and its level of development and the intensity of the disaster. 

In  addition,  countries  can  be  affected  by  large  natural  disasters  abroad,  which  are propagated globally over economic network  structures. Economies  today are organized  in fine  interweaved networks of production units ‐ each commonly receiving  input flows from their suppliers to produce products, which are then often used as inputs in other production units  (Carvalho  2014).  Idiosyncratic  shocks,  which  are  triggered  for  example  by  natural disasters, and affect only a specific production unit, can be widely dispersed in the economy 

                                                       22 The year 2018 was below the 10‐year average, which is 348 natural disasters, 67,752 deaths, 198,8 million affected and 166,7 billion in direct economic damages. 23 The year 2018 was below the 10‐year average, which is 348 natural disasters, 67,752 deaths, 198,8 million affected and 166,7 billion in direct economic damages. 24 For a recent review of the literature on the impacts of natural disasters on international trade, see Osberghaus (2019). 

Page 24: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 24   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

through  inter‐industry  linkages.  In course of this dispersion, the  impact of a single shock  is significantly multiplied. A prominent example of such an event is the 2011 flood in Thailand, which affected 14,500 companies for automobiles and computers situated in the inundated area  around  Bangkok.  After  the  event,  Nissan  and  Toyota  had  to  suspend  production worldwide, because of problems in obtaining parts from Thailand. Also, global prices of hard disks  doubled,  because  almost  half  of  the  world's  hard  disk  supply  were  produced  in Thailand  (Liverman  2016).  Another  event,  which  is  thoroughly  studied  in  the  recent literature,  is the 2011 Tōhoku Earthquake  in Japan, which had  large, significant  impacts on the US manufacturing  industry (Barrot & Sauvagnat 2016, Boehm, Flaaen & Pandalai‐Nayar 2019, Carvalho, Nirei, Saito & Tahbaz‐Salehi 2016). Recent studies, which study the role of production  networks  in  the  propagation  of  shocks  across  sectors  (Acemoglu,  Carvalho, Ozdaglar &  Tahbaz‐Salehi  2012,  Puzzello &  Raschky  2014)  or within  sectors  across  firms (Barrot &  Sauvagnat  2016,  Boehm  et  al.  2019,  Carvalho  et  al.  2016)  give  some  empirical evidence on this aggregating relationship. The extend of this effect depends on the  in‐ and outdegree distribution  in  the production network,  i.e.  the degree of connectivity between the production units. 

In this paper, we provide empirical evidence of the effect of disruptions in the supply chain, which are caused by natural disasters, on a country's export activity. In particular, following Puzzello &  Raschky  (2014) we  analyze  how  natural  disasters  propagate  through  sectors, which  are  strongly  interconnected  via  input‐output  linkages,  from  country  to  country.  To analyze  the  role of  the global production networks  in  the propagation of  shocks, we  first construct  a  measure,  which  captures  the  degree  of  input‐output  connectivity  between sectors  and  countries. We  obtain  information  on  input‐output  linkages  for  a  large  set  of countries from 1990‐2015 from the EORA global supply chain database (Lenzen, Kanemoto, Moran & Geschke  2012,  Lenzen, Moran,  Kanemoto & Geschke  2013).  Second, we  use  a subset of extreme weather indices defined by the Expert Team on Climate Change Detection and Indices (ETCCDI, Karl, Nicholls & Ghazi 1999, Sillmann, Kharin, Zhang, Zwiers & Bronaugh 2013) based on daily temperature and precipitation data, to construct proxies for historical and  projected  future  natural  disasters.  Finally,  combining  our  variable  of  supply‐chain interlinkages and our proxy for natural disasters, gives us a measure of supply chain shocks to a sector and country, which is then used in a fixed‐effect model to estimate its impact on a sector's export performance.  In a  further step, as  the  frequency and  intensity of natural disasters will increase in future due to climate change (e.g. Sillmann, Kharin, Zwiers, Zhang & Bronaugh 2013), we give  insights  in the future sectoral exposure to natural disaster shocks transmitted over the supply chain. 

Our results highlight that supply chain disruptions, caused by large natural disasters abroad, significantly reduces a sector's export value. A one standard deviation increase in our supply chain  shock measure  reduces  a  sector's  export  value  by  around  11  percent.  Further, we show that this negative effect is mainly driven by the manufacturing and agricultural sector. Finally, predicting future supply chain shocks we find a potentially strong  impact of climate change on the extension of the negative effects of supply chain shocks on a sector's export value. Depending on the global circulation model and the representative emission pathway climate change reduces exports via supply chain shocks by about 8 percent  to 26 percent. 

Page 25: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 25   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

The  impact of climate change  is heterogenous between countries and sectors and depends on the extend of a sectors global production network and the strength of increase in natural disaster in that region. Our results suggest, that it is countries in the tropics and subtropics, which will be particularly negative affected by these shocks in future.  

This  paper  contributes  to  the  literature  on  the  role  of  production  networks  in  the propagation of shocks across sectors. Our  study  is based on sector  level  information  for a large number of countries over a  long period of time. Although, we are  less disaggregated than  recent  studies  based  on within  sectors  across  firm’s  variation  (Barrot  &  Sauvagnat 2016,  Boehm  et  al.  2019,  Carvalho  et  al.  2016) we  are  able  to  consider  a multitude  of different natural disaster shocks happening all over the globe. This allows us to account for country and sectoral specificities to deal with supply chain disruptions. Further, to the best of our knowledge this is the first study to examine a country and sectoral exposure to supply chain shocks taking climate change  induced changes  in the occurrence of natural disasters into account. Finally, our study relates to the literature studying the macroeconomic impacts of natural disasters  (e.g., Cavallo et  al. 2013,  Felbermayr et  al. 2018, Mohan, Ouattara & Strobl  2018). We  add  one  potential mechanism  how  disasters  can  affect macroeconomic outcomes even in regions outside of the disaster affected area. 

The  insights of this study have  important policy  implications. Adaptation policies to current natural disasters as well as potential future disaster exposure need to take the vulnerability of  sectors  to  supply  chain  disruptions  into  account.  Pro‐active measures  to mitigate  the impact of supply chain shocks can be based on  information campaigns, regulation or  firm‐level  insurance.  At  individual  level,  firms,  for  example,  can  increase  their  level  of geographical diversification in their global production network or intensify the use of storage facilities. Re‐active, post‐disturbance measures could be based on direct disaster relief aid to shorten  the  recovery period  in  the affected  region and decrease  the  length of  the  supply chain disruption. However, the success of these post‐disturbance measures relies on several country level‐factors, like the quality of political and financial institutions. 

The  report  is  structured  as  follows.  Section  2  gives  a  conceptional  discussion  on  the mechanism  how  natural  disasters  propagate  through  the  supply  chain.  Further,  a  short review  of  the  recent  literature,  which  analyse  the  role  of  input‐output  linkages  as  a propagation mechanism of idiosyncratic productivity shocks, is given. Section 3 presents the empirical framework. In section 4 the data on supply chain vulnerability as well as the data on extreme weather events is introduced. Section 5 discusses the main results for the impact of supply chain vulnerability and present  the climate change predictions. Finally, section 6 concludes. 

 

2.2. Related literature and conceptual discussion 

Natural  disasters  affect  the  productivity  level  of  firms  in  a  sector  in  different ways.  They destroy  tangible  assets  such  as  buildings  and  equipment  as  well  as  inventories,  e.g., intermediate products and raw materials. Natural disasters can cause significant short‐term 

Page 26: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 26   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

population changes due to reallocation and by this directly affect the available labor supply (e.g., Belasen & Polachek 2008, Kirchberger 2017). Finally, firms can be affected by demand effects due to a reallocation and loss of existing customers.25 Depending on the vulnerability of firms in regard with these channels, natural disasters can be fatal to the firms and result in them being forced to close down and exit the market. Based on a European sample of firms Leiter, Oberhofer & Raschky (2009) find that firms' employment growth and accumulation of physical  capital  were  significantly  higher  in  regions  that  had  experienced  a major  flood event. In a recent paper, Cole, Elliott, Okubo & Strobl (2019) use damage information of the 1995  Kobe  earthquake  and  geo‐coded  plant‐location  data  for  Japan  to  show  that  a  large idiosyncratic shock significantly reduces the number of firms in an affected market. Similarly, Basker & Miranda (2018) analysing the impact of Hurricane Katrina's damage to firms at the Mississippi  coast  in  2005,  show  that  especially  small  and  less  productive  firms  exit  the market in the post‐disaster period.  In  the  case a  firm  is directly  affected by  a natural disaster,  its productivity  shock may be propagated  through  the  production  network  to  its  customers  as  well  as  suppliers  and, thereby, indirectly affect firms beyond the disaster region. To conceptualize this relationship, we build on the model of Carvalho et al.  (2016), who examine the propagation of disaster shocks in the supply chain. In this model, a negative disaster shock to firm j can impact firms downstream  in  the production network,  i.e., customers of  firm  j, and upstream  firms,  i.e., suppliers of firm j. Downstream firms are affected via two channels. First, a disaster shock to firm  j  decreases  its  productivity, which  increases  its  price.  Downstream  firms  buying  its product have, therefore, to scale back production, which leads to a smaller output. Second, due  to  the price  increase of  firm  j  the downstream  firm can  substitute  the affected  input with  labor, which, depending on  the  size and  sign of  the  substitution elasticity  leads  to a further production decrease of  the downstream  firm.  The  effect on upstream  firms  ‐  the suppliers to firm j ‐ depends on whether labor and the affected inputs are gross substitutes or complements. The mechanism of the upstream propagation comes from the price change of firm  j. As prices  increases downstream firms buy  less products, which  leads the firm  j to reduce  its own  input demand.  Finally,  the propagation  effect decays  in distance,  i.e.,  the further away the downstream or upstream firm is from firm j in the supply chain, the smaller is the potential  indirect disaster  impact. This comes from the fact that the  importance of a firm  in  an  input‐output  relationship  decreases  the more  intermediate  steps  are  between these two firms.  Recently, a couple of studies came out, which analysed the role of input‐output linkages as a propagation mechanism of  idiosyncratic productivity shocks.26 Carvalho et al.  (2016), using an extensive dataset of supplier‐customer  relationships of  Japanese companies, show  that the  2011  earthquake  in  Japan  had  significant  negative  impacts  on  the  output  of  firms downstream as well as upstream of the affected firms, with a  larger negative effect for the 

                                                       25 A change in demand can change the productivity level of firms in case firms face increasing economies of scale. 26 This literature can in turn be placed in the larger strand of papers dealing with the microeconomic origins of macroeconomic fluctuations (e.g., Acemoglu et al. 2012, Acemoglu, Ozdaglar & Tahbaz‐Salehi 2017). For a recent overview see Carvalho (2014). 

Page 27: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 27   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

downstream firms. Barrot & Sauvagnat (2016) based their research on US data and find that a shock to suppliers propagate within the country and  leads to substantial output  losses at their direct customers. In an earlier cross‐country study Puzzello & Raschky (2014) find on a sectoral level a significant negative effect of supply chain shocks on a sector's export value in that  year.  More  recently,  Boehm  et  al.  (2019)  base  their  analysis  on  between‐country transmission of  shocks using a database of American affiliates of  Japanese multinationals. They  show  large  output  reductions  in  these  companies  compared  to  not‐affiliated companies  in  the US  in  the months  following  the  2011  earthquake  in  Japan.  Finally,  in  a recent working  paper  Kashiwagi,  Todo & Matous  (2018)  analyze  the  impact  of  hurricane sandy on the output of 110.000 major firms worldwide. They find large propagation effects between  firms within  the  country, but do not  find  significant  impacts on output between firms across countries. They argue, that internationalized firms can more easily substitute for their  suppliers  and  customers  and  are,  therefore,  able  to  mitigate  the  propagation  of shocks.27  

2.3. Empirical Implementation 

To answer our research questions, we specify a generic model that accounts for the impact of a natural disaster transmitted over the supply chain on a sector's exports as follows:  𝒀 𝒉𝒊𝒕 𝜷 𝟎 𝜷 𝟏 𝑺𝑪𝑺 𝒉𝒊𝒕

𝜷 𝟐 𝑿 𝒉𝒊𝒕 𝝀 𝒉𝒕 𝜽 𝒉𝒊 𝜻 𝒊𝒕 𝜺 𝒉𝒊𝒕     ( 1) 

 where 𝑌  is the export value of sector, ℎ, in country, 𝑖, and year, 𝑡. 𝑆𝐶𝑆 , is our parameter of interest and is the measure of the degree of a natural disaster shock transmitted over the supply  chain  to  sector, ℎ,  country,  𝑖,  in  year,  𝑡. Based  on  our  discussion  on  supply  chain propagation of disaster shocks in Section 2, we expect 𝛽  to be statistically significant. A non‐zero coefficient estimate of 𝑆𝐶𝑆  implies that a sector's export performance is affected by disasters happening abroad and being transmitted over the supply chain. We expect 𝛽  to be negative as supply chain shocks reduce the average productivity of the firms  in an affected sector. 𝑋  is a vector of all sector characteristics in country 𝑖, which affect a sector's export intensity and which vary over  time, e.g., disasters abroad, which  serve as a proxy  for  the degree  of  foreign  competition  and  could  affect  a  sector's  export  performance  but  is  not covered by our supply chain shock measure. 𝜆 ,  is a sector‐year dummy, which covers all factors that vary over sectors in a specific year and influence the export activity of a sector, e.g., business  cycles. 𝜃   is a  country  sector dummy, which  controls  for  all  sector  specific factors  in  a  country, which  are  invariant  over  time,  e.g.,  the  capital  intensity  of  specific sectors  in a country, which makes them relatively  inelastic to adopt to short‐term demand changes, or the degree of returns to scale. 𝜁   is a country‐year dummy, which captures all country  specific  factors, which  change over  time, and have an effect on a  sector's export 

                                                       27 Another strand of literature uses simulation analysis based on CGE or agent‐based modeling to asses the impact of supply chain shocks on a firm's output. See, for example, Otto, Willner, Wenz, Frieler & Levermann (2017), Inoue & Todo (2019a) and Inoue & Todo (2019b). 

Page 28: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 28   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

performance, e.g.,  the occurrence of a domestic disaster or  the  financial crisis  in  the year 2008. Finally, the error term, 𝜀 , is assumed to be i.i.d. and heteroscedasticity robust.  Based  on  our  fixed  effect  structure, we  should  be  able  to  disentangle  the  impact  of  an exogenous  short‐term  supply  chain  shock on  the exporters' productivity and  the  resulting export decision  from other confounding  factors. Our  identification of an exogenous  short‐term supply chain shock comes by comparing the export performance of different sectors, which are differently exposed to supply chain shocks as they are differently embedded in the global supply chain network, in the same country as well as with the export performance of the same sector in different countries.  Finally,  the coefficient estimate of 𝑆𝐶𝑆 may be biased,  if  important variables are omitted, which  are  correlated  with  our  supply  chain  shock  measure  and  influence  the  export performance of a sector. In general, we are able to control for most of confounding variation through our very strict fixed effect structure. However, for instance, the size and experience of exporters could influence the way how supply chain shocks affect the export performance of a sector. Large and experienced exporters may have a more efficient management of their supply chains, which makes  them more able  to better  react  to  supply chain  shocks.  In an extension of our model as specified in equation (1) we are controlling for exporter size and experience.  

2.4. Data and summary statistics 

We utilize an unbalanced panel data set of 12 sectors from 174 countries around the world for the year 1990 to 2015.28 Information on a country's worldwide export flows stems from the World  integrated  Trade  Solutions  (WITS)  data  base,  which  itself  relies  on  the  UN's commodity trade statistic database.29 Data on a country's domestic and international input‐output  structures  is  taken  from  the  EORA  global  supply  chain database.  The  EORA  global supply chain database  is based on  the supply‐use  tables  from  the  full EORA multi‐regional input‐output  tables, which  have  been  converted  to  symmetric  product‐by‐product  input‐output  tables using  the  industry  technology assumption and aggregated  to a common 26‐sector  classification.30  To  establish  concordance  between  the  26  sectors  in  the  EORA database and the UN's commodity trade statistic database we rely on Engel (2016). Table A2 in  the  appendix  gives  information  on  the  sectors  covered  in  our  final  dataset  and  their concordance with the  ISIC Rev.3 classification  in our export dataset. Finally,  information to construct our proxy for disaster occurrence comes from five global climate models (GCMs) of the Coupled Model  Intercomparison Project phase 5 ensemble  (CMIP5, Taylor, Stouffer & Meehl  2012), which  have  been  bias  corrected within  in  the  Inter‐Sectoral  Impact Model Intercomparison  Project  2A  (ISIMIP2A,  Hempel,  Frieler,  Warszawski,  Schewe  &  Piontek 2013). Additionally, we use data from the emergency event database provided by the Center 

                                                       28 For a detail list of countries and sectors covered see Table A1 and Table A2 in the appendix. 29 http://wits.worldbank.org/wits/   30 Please see Lenzen et al. (2012), Lenzen et al. (2013) and https://worldmrio.com/eora26/ for a more detailed description. 

Page 29: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 29   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

of Research on the Epidemiology of Disasters at the University of Louvain.31 The emergency event database captures disaster events, for which at least one of the following criteria has been realized: (1) ten or more people died due to the disaster; (2) at least 100 people were affected; (3) a state of emergency has been declared; or (4) a call for international assistance has been made. For each disaster the type, information on the number of fatalities, the total number of people affected, and the total amount of estimated direct damages in US dollars is reported in the database.   Table 2.1 Summary statistics 

   Table  2.1  depicts  the  summary  statistics.  On  average  the  value  of  a  country's  sectoral exports amounts to 5,761,478 US$ per year and is led by China, which has an average export value above 1 billion US$  in  the  "Electrical and Machinery"  sector  for  the year 2013 until 2015. Our variable of  interest, a sectoral productivity shock  in a country due to disruptions transmitted over the supply chain, lies between 0 and 1 with an average value of 0.399 for a country, sector and year. The proxy for foreign competition, measured as output weighted disasters abroad per sector, country and year, varies between 0.061 and 0.824, where the maximum of a foreign competition shock is in the "Electricity, Gas and Water" sector in the year 1997. Finally, a sector's size and export experience might affect its ability to cope with a productivity  shock  transmitted over  the  supply  chain. The  gross output of  a  given  sector, which  serves  as  a measure  of  sectoral  size,  is  led  by  China's  "Electrical  and Machinery" sector. Our measure of export experience, a country's sector exports relative  to  the world exports  in  the previous  year,  is on  average  1%  and  lead by  France's  "Electricity, Gas  and Water" sector, which had an export share of around 54% in the year 1996.  In Table 2.2 the number of observations per world region and sectoral group are shown. The manufacturing sector is in all world regions the sector where most countries are active each year, which is then followed by the agricultural sector. The energy sector is the least traded sector.  All  in  all,  Table  2.2  makes  us  confident  that  we  have  enough  observations  per 

                                                       31 https://www.emdat.be/  

Page 30: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 30   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

country, sector and year to identify the impact of supply chain shocks on a country sector's export performance.   Table 2.2 Observations by region and sector 

   

2.4.1.  Supply chain connectivity 

From  EORA's  26  sector  multi‐regional  input‐output  tables,  we  use  values  for  the intermediate  good  sales  between  each  sector  and  country,  which  contain  both  inputs sourced domestically  and  inputs  sourced  abroad. We,  then, divide  the  intermediate  good sales matrix by the total output of each sector. This gives us a so‐called technical coefficient matrix, A, where each column of this matrix represents an industrial recipe used to produce a single industry's good. Finally, the total, i.e., direct and indirect, amount of inputs used in one  sector's  production  from  all  other  sectors,  is  given  by  the  Leontief  inverse, which  is calculated as  

𝐿 𝐼 𝐴 ,  and summarizes the network effects generated when final output changes. Each element of the  Leontief  inverse,  𝑙 ,  summarizes  all direct  and  indirect effects  created  in  sector  𝑖  to supply a single unit of final demand for sector 𝑗 in year 𝑡.  Using this framework, we are able to classify each country's sector according to its degree of spatial  connectivity.  Thereby,  production  of  sector  𝑗  can  have  two  effects  on  the  other sectors  in an economy.  If  sector  𝑗  increases  its output,  i.e.,  the demand will be  increased from  sector  𝑗  for  goods  produced  in  other  sectors  𝑗  used  as  inputs  to  production.  The degree of interconnection of sector 𝑗 with those upstream sectors  𝑗 from which it derives its inputs is called "backward linkage". Formally, it is given as  

𝐵𝐿1

1𝑛 ∗ 𝑚 1

 

Page 31: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 31   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

where  𝑛  being  the  number  of  sectors  and 𝑚  being  the  number  of  countries.  Increased output of sector 𝑗 means  that more goods produced by sector  𝑗 are available as  inputs  to production for all downstream sectors. The term "forward linkages" measures the degree of interconnection of a sector with those sectors to which it sells its outputs.32 It is given as  

𝐹𝐿𝐺 1

1𝑛 ∗ 𝑚 1 𝐺 1

 where  𝐺  stands  for  the  Goshian  inverse,  which  is  the  transposed  Leontief  inverse  and pictures a  supply‐side view of  the  input‐output  relationships. Both measures, 𝐵𝐿  and 

𝐹𝐿  captures direct and  indirect effects as well as  intra‐ and  interregional  linkages. The 

larger 𝐵𝐿  and 𝐹𝐿   the stronger  is a sectors degree of spatial  interconnectivity.  In 

Figure 1, we plot  these measures of  spatial  linkages  for each  sector  in our  sample  for  six different points  in  time. The y‐axis depicts  the degree of backward  linkages and  the x‐axis the  degree  of  forward  linkages.  Sectors,  which  are  below  one  in  both  measures,  are generally seen as  independent and not strongly connected to other sectors. Sectors with a forward  linkage measure, which  is  larger  than one, can be classified as  sectors, which are dependent on  interindustry demand. Whereas,  sectors with  a backward  linkage measure, which  is  larger than one can be classified as sectors, which are dependent on  interindustry supply. Finally, sectors with both measures larger than one are seen as generally dependent and strongly connected to other sectors. Sectors in the European Union are marked red and the depicted number corresponds to the sector number as given in Table A2.  

                                                       32 For an excellent introduction into input‐output analysis see Miller & Blair (2009). 

Page 32: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 32   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

Figure 2.1 Sectoral forward and backward linkages over time 

  

Overall,  it  can  be  seen  that  the majority  of  sectors  are  not  strongly  interconnected with other  sectors  domestically  as  well  as  internationally.  However,  overtime  the  number  of sectors, which  are  depended  on  interindustry  demand,  supply  or  both  is  increasing  over time. In case a natural disaster is occurring, the spillover effects over the supply chain will be much stronger if these strongly interconnected sectors are affected.  

2.4.2. Natural disaster data 

 To  construct  our  natural  disaster  index,  we  use  daily  2‐meter  air  temperature  and precipitation  rate  measures  of  the  WATCH  Forcing  Data  ERA‐Interim  (WFDEI,  Weedon, Balsamo, Bellouin, Gomes, Best & Viterbo 2014) provided on a 0.5° x 0.5°  regular  latitude longitude  grid.  Climate  extreme  indices  have  been  calculated  using  the  ClimPACT2 

Page 33: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 33   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

package.33  Only  indices,  which  provide  continuous  information,  in  contrast  to  absolute indices based on day counts, have been used. An overview of used indices per disaster type is given in Table 2.3, a description of the single indices can be found in the Appendix (Table A3 and Table A4).   Table 2.3 Disaster types and associated indices 

  

 There is a large spatio‐temporal scale gap between our different data sources, where input‐output  connectivity  is measured  at  country‐sector‐year  level  and WFDEI data  is based on daily temperature and precipitation values on a 0.5° x 0.5° regular latitude longitude grid. In the process constructing the natural disaster measure, we start using daily temperature and precipitation values of WFDEI to calculate monthly  indices on the gridpoint scale.  In a next step,  all  grid  points within  a  country's  borders  have  been  aggregated  in  three ways,  the unweighted mean,  the minimum/maximum  value34,  and  a weighted mean  based  on  the within country spatial distribution of population (GPWv3 2005). In a next step, we calculated for  every  country,  i,  and  every  month,  m,  standardized  anomalies  from  the  long  term monthly mean between the years, t, from 1990 to 2015, which is given as   

γ𝑋 𝑋

σ, 

 where X  corresponds  to  the  climate extreme  index of  interest. For  some  climate extreme indices, we introduced additional conditions on the monthly values in order to prevent false detections  in  the  subsequent  analysis.  This  means  that  for  all  coldwave  indices  mean minimum  temperature  had  to  be  below  0  °C  and  that  for  all  heatwave  indices  mean                                                        33 This is a freely available R software package (https://github.com/ARCCSS‐extremes/climpact2), which uses climdex.pcic and climdex.pcic.ncdf. It was developed by the Pacific Climate Impacts Consortium and its development was overseen by the World Meteorological Organisation's Expert Team on Sector‐specific Climate Indices (ET‐SCI). 34 This is depending on which distributions tail we were interested in. For instance, minima values of mean minimum temperature were considered for coldwaves, whereas maxima values of mean maximum temperature were used for heatwaves. 

Page 34: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 34   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

maximum temperature had to be above 30 °C. For all flooding  indices the maximum 1‐day precipitation rate had to be at least 10 mm day‐1. And for all drought indices the respective SPI/SPEI had to be below ‐0.1. By this procedure we generated Nindices x Naggregations datasets for every disaster index. In a next step, we generated a disaster time‐series by selecting data values above a certain percentile threshold (p90, p95, p97.5 and p99). Finally, to select the indices, which best predict a potential disaster in a country, we calculated a score measuring the relative success rates in predicting disasters reported in the EM‐Dat database published by the Centre for Research on the Epidemiology of Disasters (EM‐DAT 2019). 35   Table 2.4 Summary statistics ‐ Disasters 

  

Table 2.4 depicts for each disaster type the number of affected sectors for each country and year. On average 10 percent of all observations are either affected by a drought, heatwave, coldwave or flash‐flood event. Only, riverine‐floods with 1 percent on average happen  less often. In total around 38 percent of our observations are on average affected by a disaster event.  In  the right panel of Table 2.4  the predicted natural disasters per disaster  type and period are shown. The occurrence of nearly all disaster  types  increases  in  future, with  the strongest increase in droughts, heatwaves and riverine floods. 

2.4.3. Sectoral supply chain shocks 

In  a  further  step,  we  now  combine  the  information  of  interindustry  linkages  and  the occurrence of natural disasters (see Figure 2).    

                                                       35 Table 3 in the appendix shows the best predictive indices and scores for the single disaster types. We do not use a disaster measure directly based on events reported in the EM‐Dat database out of following reasons. First, as the focus of this analysis is based to predict future ‐ climate change induced – impacts of disasters on a country’s export performance, we would not be able to project future disaster based on EM‐dat events, as the information of these events are mainly based on insurance claim reporting. Second, the EM‐dat database itself recently came under some critique as the probability and quality of reporting is not independent of a country's level of economic development and is, therefore, susceptible to potential endogeneity issues. 

Page 35: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 35   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

Figure 2.2 Sectoral forward and backward linkages and disaster shocks 

   As before, the y‐axis depicts the degree of backward  linkages and the x‐axis the degree of forward  linkages.  Sectors, which  are  below  one  in  both measures  are  generally  seen  as independent and not  strongly connected  to other  sectors. Sectors, which are marked  red, are sectors in countries a natural disaster, as determined by our natural disaster indices and as  laid  out  in  Section  4.2,  has  happened.  In  all  years,  sectors,  which  are  strongly interdependent in the supply chain, i.e., sectors with a value above one in the forward‐ and backward  linkage measures, are hit by natural disasters. These sectors, due to their spatial linkages, have a  large potential to transmit natural disaster shocks to many other countries and  sectors  over  the  supply  chain.  Finally,  the  number  of  independent  sectors  hit  by  a natural disaster is increasing over time.  

Page 36: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 36   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

2.4.3.1. Supply chain shock index 

 To construct our measure of  supply chain  shock, we combine each element of our  supply chain connectivity matrix, 𝐿, with our measure of natural disasters as laid out in Section 4.2. For  each  sector, ℎ,  in  country,  𝑖,  the  proportion  of  inputs  potentially  affected  by  natural disasters at year, 𝑡, is given as  

𝑺𝑪𝐒𝐡𝐢𝐭 ∑ ∑𝐋𝐣𝐢𝐭 𝐠,𝐡

𝐋𝐢𝐭 𝐡𝐆𝐠 𝟏

𝐍𝐣 𝐢 𝐍𝐃𝐣𝐭,    ( 2) 

 

where 𝑔 1,2, … ,𝐺 is the domestic or imported input used in the production of country 𝑖's good ℎ and 𝐿 ℎ   is  the  total per unit use of  inputs  in country  𝑖's sector ℎ at  time 𝑡. Our disaster index, 𝑁𝐷 , is one, whenever country 𝑗 is hit by a natural disaster, as determined by 

one of our disaster  indices.36 Equation 2  shows  that  the  level of  shock  a  country's  sector receives depends on two factors: First, how strongly the sector  is connected to each other sector at home and abroad. The stronger the interdependence the larger the transmission of a disturbance. And second, how many of  its  trading partners are hit by a natural disaster. This means  that  a natural disaster, which hits only one  sector, but  this  sector  is  strongly connected to sector ℎ in country 𝑖, can have the same impact on sector ℎ, as many sectors, which are hit by natural disasters, but which are not strongly connected to sector ℎ. 

 

Figure 2.3 plots  the distribution of  the  SCS  index  for different  large  regions  in  the world. Overall, the SCS measure of supply chain shocks features a bimodal distribution, with more of its density concentrated at the lower end of the support. The reason for this distribution lies  in  the  general  structure  of  intra‐  and  intercountry  supply  chain  linkage.  In  general, domestic inputs form the largest share in total inputs of a production process. Therefore, a disaster happening at home has not only a  large direct  impact on the sector  itself, but also indirectly over the domestic supply chain (Kashiwagi et al. 2018). This leads to a larger value in the SCS index and explains part of the higher concentration of values at the higher end of the  support.  Whereas,  inputs  from  abroad  form  a  smaller  share  of  total  inputs  in  the production process and, therefore, disasters happening abroad will have a smaller value  in the SCS measures and  is part of the higher concentration of values at the  lower end of the support. 37  

 

                                                       36 Potential disaster are heatwave, coldwave, drought, springflood and riverineflood (see Section 4.2).  37 For more discussion on this distributional feature see Puzzello & Raschky (2014). 

Page 37: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 37   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

Figure 2.3 Distribution of supply chain shock index for different world regions 

 

The  bimodal  distribution  can  be  seen  for  all  large  regions  in  the world. However,  in  the European Union the mass of values in the lower and medium end of support is higher than for other regions. This can be explained that due to the single market and stronger export orientation countries in the European Union are more strongly interconnected, which means that these countries are more often receiving disasters happening abroad. Whereas, sectors in North America  are  receiving  a  large  degree  of  inputs  domestically, which  explains  the smaller mass  of  observation  at  the  lower  end  of  the  support  compared  to  the mass  of observations at the higher end of the support. 

In Figure 2.4 the exposure of 4 different sector groups for countries  in the European Union compared  to  sectors  in all other  regions  is depicted. The  left panel of Figure 4  shows  the distribution of the SCS index for sectors in the European Union. In the right panel of Figure 4 the SCS measure for sectors  in all other regions  is plotted. Interestingly, the manufacturing sector  is  the sector, which  is particularly exposed  to shocks  in  the supply chain happening abroad.  This  can  be  explained,  that  intermediate  goods  for  the manufacturing  sector  are traded  internationally and,  in  the  last years  in particular Asian countries have  significantly gained in the market share of intermediate goods production, e.g., the production of inputs for  consumer electronics  in China. Regarding  regional differences,  it  can be  seen  that  the manufacturing  sector  in  the  European Union  is  stronger  exposed  to  international  supply chain shocks compared to the manufacturing sector in the other regions. 

 

Page 38: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 38   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

Figure 2.4 Distribution of supply chain shock index for different sectors for the EU and other regions 

 

Finally,  in  Figure 2.5  the  change  in  the distribution of  the  SCS  index over  time  is plotted. Overall,  the  bimodal  distribution  of  the  SCS measure  can  be  found  over  the whole  time frame of our sample with an increase in the values at the higher end of the support, which is explained by  the  increasing degree of  input outsourcing over  time and  the  increase  in  the occurrence of natural disasters. 

Figure 2.5 Distribution of supply chain shock index over time 

 

 

2.5. The results 

Table 5 presents the results, which are based on specification 1. Model (1) in Table 5 shows the outcome based on country‐year and sector‐year fixed effects. In all the other models (2‐6)  in Table 5 the results are based on the full fixed effect structure,  including country‐year dummies,  country‐sector  dummies  and  sector‐year  dummies.  Productivity  shocks transmitted over  the  supply  chain  significantly  reduce a  sector's export performance. The country‐sector specific control variables are as expected. A decrease in foreign competition, 

which  is  depicted with  a  large 𝑁𝐿𝐷   value,  increases  the  export  value.  Larger  sectors, measured  by  the  gross  output  in  that  year,  tend  to  export more. With  including  our  full fixed‐effect structure, as shown  in column (2) of Table 5, the  impact of productivity shocks transmitted  over  the  supply  chain  becomes  slightly  smaller  but  remains  statistically 

Page 39: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 39   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

significant.  A  one  standard  deviation  increase  in  the  SCS  measure  decreases  a  sector's exports by around 11 percent. This is our preferred specification.   Table 2.5 Estimation results ‐ Supply chain shocks and a country's exports 

   To ensure our estimated coefficients are not biased due to the omission of variables, which are  correlated  with  the  SCS measure  and  could  influence  the  export  performance  of  a country, in column (3) we include a sector's export share in the previous year as a proxy for experience. More experienced exporters may manage the supply chain more efficiently and, therefore,  are  able  to  switch  to  alternative  suppliers  in  case  the  supply  chain  is  hit  by  a natural  disaster.  Our  parameter  of  interest,  SCS$_{hit}$,  remains  robust  in  size  and significance.  In  column  (4) we  use  a  stricter  definition  of  the  standard  errors  and  cluster them at country‐sector  level.  In column  (5) we re‐estimate specification 1 using a pseudo‐poisson maximum  likelihood  estimator  as  suggested  by  Silva &  Tenreyro  (2006), which  is able  to  deal  with  0  in  the  export  variable  and  allows  a more  flexible  treatment  of  the standard errors  in regard with heteroscedasticity. Our estimate of  the 𝑆𝐶𝑆   impact stays robust.  Finally,  in  column  (6) we  use  an  alternative  definition  of  natural  disasters, which takes  the  intensity of  the natural disaster events  into account.38 Using a disaster  intensity measure we  find  that  a one  standard deviation  increase  in  the  SCS measure decreases  a sector's value of exports by around 13 percent.  

                                                       38 This means the 𝑁𝐷  in equation 2 is the sum of the standard deviations for each index and country. In 

contrast, in our baseline definition 𝑁𝐷  is just defined by dummy, which is 1 whenever a disaster occurred in a 

country. 

Page 40: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 40   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

2.5.1. Sectoral decomposition 

 The  effect  of  productivity  shocks  due  to  supply  chain  disruptions  may  be  different  for different sectors, e.g., the number and origin of  inputs  in the manufacturing sector may be different compared to the agricultural sector.    

Table 2.6 Estimation results ‐ Sectoral decomposition 

  Further,  as we  have  seen  in  Section  4.3.1  the  distribution  of  the  SCS measure  varies  for different sector groups, and points to the potential  internationalization of  input sourcing  in the manufacturing sector. Table 2.6 presents the results, when we re‐estimate specification 1 for four large sector groups, i.e., the agricultural, manufacturing, energy and mining sector. Our estimates  show  that  the negative effect of a  supply  chain  shock on a  sector's export value is mainly driven by the agriculture and, in particular, manufacturing sector. This is due to the different composition and number of inputs used in the production of the good being exported. The  larger the number of  inputs the higher the potential  impact of supply chain shocks.  

2.5.2. Projections 

 We next turn to the impact of supply chain shocks on a sector's export performance taking future exposure  to natural disasters due  to  climate  change  into  account.  To  this end, we combine  the  estimated negative  relationship between  supply  chain  shocks  and  a  sector's export performance with predictions about future climate change.  

Page 41: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 41   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

We  estimated  future  natural  disasters,  i.e.,  coldwaves,  heatwaves,  droughts  as  well  as riverine  flooding  and  flash  floods, using  temperature  and precipitation data of  five  global circulation models  (GFDL‐ESM2M,  HadGEM2‐ES,  NorESM1‐M,  IPSL‐CM5A‐LR  and MIROC‐ESM‐CHEM) of the CMIP5 ensemble (Taylor et al. 2012) bias corrected within the  ISIMIP2A project (data denoted ISIe in Hempel et al. 2013) for the two emission scenarios39 following the approach described  in Subsection 4.2. Populations dynamics on the regular  ISIMIP grid (0.5° x 0.5, lat x lon) have been accounted for using GPWv3 (2005) for the observable past, and  data  from  Jones  &  O'Neill  (2016)  for  the  future  under  the  shared  socioeconomic pathway 2  (SSP2). The percentile  limits have been estimated over  the period 1990‐‐2015, using data of the CMIP5 models historic experiment until 2005 and the respective RCPs from 2006.  Subsequently,  disasters  for  future  time  periods  have  been  obtained  for  monthly country values exceeding the respective percentile threshold. The monthly country disasters have been collapsed for each year and country, which results in the final yearly time‐series.  To predict supply chain impacts of climate change on a sector's export performance, we use the regression coefficient estimate based on specification 2 and the SCS measures based on natural  disaster  predictions  for  each  global  circulation  models  and  the  two  emission pathways. We  then calculate  the predicted difference  in  the SCS measure  for  three  future periods  (2020‐2040; 2041‐2070; 2071‐2100) and  the baseline period  (1990‐2015)  for each country and sector in our sample and multiply it by the estimated regression coefficient.  It has to be noted that these calculations are based on strong assumptions. While, we allow for  changes  in  the occurrence  in natural disasters due  to  climate  change and account  for population dynamics, in all predictions we keep all other determinants, which could affect a sectors export performance fixed to mean values over our sample period from 1990 to 2015. The  input‐output relationships to construct our SCS measure are based on the 2015  input‐output network. Therefore,  the predictions can be  seen as upper  limits of climate change impacts,  in particular  for the time periods  further  in  future,  if only very  limited adaptation process takes place.40  The predicted impacts of climate change for the three future time periods (2020‐2040; 2041‐2070; 2071‐2100) are shown  in Table 7. All results have to be  interpreted as mean annual change to the baseline period (1990‐2015). Depending on the global circulation model and the representative concentration pathway additional supply chain impacts of climate change on  a  sector's  export  performance will  be  in  the  range  of  ‐  8%  to  ‐11%  in  the  short‐term 

                                                       39 The emission scenarios used in this study are the representative concentration pathways 2.6 (RCP2.6) and RCP4.5. This follows the scenario choices discussed in deliverable D 1.5 of the H2020 COACCH project (Hof et al. 2018), where RCP 2.6 – SSP2 and RCP 4.5 ‐ SSP2 are decided as core scenarios. These two scenarios are based on a low‐ and medium level emission development assumption. Other scenarios as discussed in deliverable D 1.5would also be possible and would lead to potentially stronger negative impacts of supply chain shocks due to an increase in natural disasters in future. As our projection exercise is based on strong assumptions regarding potential adaptation processes, we base this analysis only on these two representative concentration pathways to stay conservative in our predicted impacts. 40 To account for potential adaptation measures, long‐differences could be estimated. For a discussion on this issue see Dell, Jones & Olken (2014). However, as the time frame of our dataset is limited such an approach is unfortunately not feasible. 

Page 42: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 42   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

period (2020‐2040), ‐8% to ‐15% in the medium‐term period (2041‐2070) and ‐8% to ‐16% in the long‐term period (2071‐2100) with strong differences for the single country and sector, which  can  be  seen  at  the  minima  and  maxima  values.  The  intuition  behind  the  large differences  for  the  single  countries  and  sectors  is  the  interdependence of  a  sector  in  the global production network as well as the exposure of its trading partners to natural disasters in the future.  To account  for not only  the occurrence but also  the  intensity of  future natural disaster,  in Table 8 we present predicted  impacts of climate change  for  the  three  future  time periods (2020‐2040;  2041‐2070;  2071‐2100)  using  the  intensity  of  natural  disasters  in  the predictions. The supply chain  impacts of climate change on a sector's export performance are large and will be in the range of ‐19% to ‐29% in the short‐term period (2020‐2040), ‐19% to ‐46%  in the medium‐term period (2041‐2070) and ‐19% to ‐43%  in the  long‐term period (2071‐2100).  Again,  very  large  differences  between  the  single  country  and  sector  can  be observed.  

2.5.2.1. Country‐specific predicted impacts 

 As  indicated  in Table 2.7  there  is a considerable heterogeneity  in  the strength of a supply chain shock on a sector's export value. The value of the SCS measure  is determined by two factors ‐ by the degree of connectivity between two sectors and if a sector is hit by a natural disaster. Therefore,  the combination of a sector's  trading partners  in  the supply chain and the change in the occurrence of natural disaster due to climate change determine the mean annual  impact of our SCS measure  for  the  future  time periods  considered  in our analysis. Figure 2.6 and Figure 2.7 show the additional change in the average annual export value of a country for the RCP2.6 and the RCP4.5 scenarios, respectively. The predictions are based on the mean value of all five global circulation models and on the sector‐level predictions  laid out  before.  Thus,  the  country‐specific  predictions  reported  here  represents  the  effect  of country‐level heterogeneity in the    

Page 43: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 43   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

Table 2.7 Projected SCS impacts 

 

Page 44: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 44   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

 

Table 2.8 Projected SCS impacts ‐ Disaster Intensities 

 

Page 45: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 45   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

 

predicted changes  in  the natural disaster occurrence and  its global production network.  It does not account for possible heterogeneity  in the historical relationship between a supply chain shock and average export value in a country. Plotting the average annual impacts over time gives an interesting picture for both RCPs. All countries' sectoral exports are negatively affected by climate change. However, the strongest effects can be found for countries in the tropics  and  sub‐tropics  as  this  is  the  region, which will  observe  strong  adverse weather changes due to climate change, which are then transmitted over  interregional supply chain connections.    

Table 2.9 Projected SCS impacts ‐ Country‐specific impact 

   

Table 2.9 lists the five countries with the strongest predicted impact, and the five countries with the weakest predicted impact for the three periods and 2 representative concentration pathways considered in the study. In both representative concentration pathways countries less strongly hit by supply chain shocks in future, i.e., countries with a reduction in average export  value  between  zero  percent  and  9  percent,  are  countries  with  a more  localized production network, e.g., Afghanistan, or   

Page 46: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 46   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

  

Figure 2.6 Projected export change (mean over 5 GCMs) ‐ RCP 2.6 

  

Page 47: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 47   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

Figure 2.7 Projected export change (mean over all GCMs) ‐ RCP 4.5 

 countries with  a  regionally  concentrated  production  network  in  regions  less  affected  by climate change, e.g., Slovenia, Island and Denmark. Whereas countries, which are situated in regions more strongly affected by climate change also have a stronger SCS impact on mean annual exports in future, which is a reduction between seventeen and twenty‐four percent. These countries are, for example, Congo, Libya and Eritrea.  Finally, Table 2.10  lists the  impact of supply chain shocks on European Union countries for the two representative emission pathways and the three future time periods considered  in 

Page 48: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 48   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

this  study. All  in  all,  countries  in  the  European Union  are  differently  affected  by  disaster induced shocks transmitted over the supply chain. Whereas, Austria, Slovenia and Hungary are less affected by climate induced shocks to the supply chain, countries like France, Spain, Netherlands  and  Portugal  are  strongly  affected  by  these  shocks.  The  reasons  of  these differences  lie  in  the regional exposure  to climate change  induced disaster shocks and  the composition of the global production network. Austria, for example, has an intensive supply chain connectivity with Germany, a country which will not be as strongly affect by climate change  induced disaster  shocks  as other  southern European  countries  in  the near  future. However,  these  difference  in  the  supply  chain  shocks  will  decrease  the  further  the projections are in future.   

Table 2.10 Projected SCS impacts ‐ Country‐specific impact (EU countries) 

 

2.5.2.2. Sector‐specific projected SCS impacts 

The  impacts of a climate change  induced  increase  in supply chain shocks may differ across sectors because of different exposure to the global production network and the geographical distribution of  climate  change  shocks. To explore heterogeneity  across  sectors Table 2.11 shows  the mean,  the minimum and  the maximum value  for each  representative emission pathway for the twelve sectors considered in this study.  

Page 49: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 49   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

 

Table 2.10 Projected SCS impacts ‐ Sectors 

 

It has to be noted that the outcomes in Table 2.11 are based on the regression coefficient of our  𝑆𝐶𝑆  measure  for  the whole  sample,  i.e.,  it  represents  a mean  annual  impact  of  a supply  chain  shock over  all  sectors  in  the baseline period.  The  combination of  the  input‐output  connections  and  natural  disaster  predictions  are  based  on  country‐sector  level. Alternatively,  specification  1  could  be  estimated  for  each  sector  separately, which would allow to consider heterogenous responses of each sector to supply chain shocks. However, given our stringent fixed effect structure unfortunately this is not possible for the individual sectors  in  our  sample.  That  is  a  limitation  and  in  interpreting  the  results  in  Table  10  the uniform  sectoral  response  to  shocks  has  to  be  considered.  Thus,  the  sector‐specific predictions represent the effect of country‐level heterogeneity  in the predicted changes  in the natural disaster occurrence and the sectors role in the global production network. 

On average the annual export value per sector over the whole time period, i.e., from 1920 to 2100, is additionally reduced by around 11 percent compared to the baseline period for the RCP 2.6 and thirteen percent for RCP 4.5 scenario. Within each sector the heterogeneity  is large and economic significant, meaning that, for example, in the "Wood and Paper" sector Eritrea will have an additional average  reduction of around  twenty‐two percent. Whereas, Afghanistan will  have  in  the  same  sector  no  additional  or  even  a  slight  decrease  in  the average negative impact for the same time period.  

2.6. Conclusions 

Today,  the  production  of  a  final  good  in  a  country  is  based  on  numerous  input‐output interlinkages domestically as well as increasingly internationally. Disturbances in one country 

Page 50: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 50   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

can be propagated over the supply chain  leading  indirectly to a change  in other countries' macroeconomic outcomes. This report addresses the  impact of one potential shock, which can  be  transmitted  over  the  supply  chain  ‐  namely  natural  disasters.  Combining  a  large dataset  of  input‐output  connections with  a  natural  disaster  dataset, we  find  that  a  one standard deviation increase in supply chain shocks decreases a sector's export by 11 percent. Further,  we  show  that  this  negative  effect  is  mainly  driven  by  the  manufacturing  and agricultural sector. Finally, predicting future supply chain shocks we find a potentially strong impact of climate change on the extend of the negative effects of supply chain shocks on a sector's export value. Although, the impact depends on the global circulation model in most of  the  cases  it  reduces exports  and  it  is  considerably  large.  Finally,  the  impact of  climate change  is  heterogenous  between  the  countries  and  depends  on  the  extend  of  a  sectors global production network and the strength of increase in natural disaster in that region. Our results suggest,  that  it  is countries  in  the  tropics and subtropics, which will be particularly negative affected by these shocks in future.  These findings are economic  important. We show that countries, which are regularly hit by natural disasters are also strongly interdependent in global production networks. Regarding domestic  disasters,  policy  makers  need  to  the  take  the  prevalent  risk  of  supply  chain disruptions due to natural disasters into account. At national level, pro‐active measures, like zoning  and  building  standards,  could  be  implemented.  Public  information  campaigns  on disaster  risk  could  incentivize  private  adaptation measures  and  insurance  uptake. After  a disaster has happened, financial disaster relief aid and solid financial institutions could speed up the disaster recovery period and decrease the length of the supply chain disruption. For disaster  happening  abroad,  information  campaigns  could made  companies  aware  of  the potential risk of supply chain disruptions, which could incentivize companies, for example, to increase  their  level  of  geographical  diversification  in  their  global  production  network  or intensify the use of storage facilities.  At the global  level one major contributor to natural disaster occurrence  is climate change. International coordinated policy, which reduces the amount of greenhouse gases, will also reduce the future risk of natural disasters and therefore, will decrease the potential negative impact of future supply chain disruptions.    

Page 51: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 51   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

2.7. References 

Acemoglu, D., Carvalho, V. M., Ozdaglar, A. & Tahbaz‐Salehi, A. (2012), The network origins of aggregate fluctuations, Econometrica 80(5): 1977‐2016. 

Acemoglu,  D.,  Ozdaglar,  A.  &  Tahbaz‐Salehi,  A.  (2017),  Microeconomic  origins  of macroeconomic tail risks, American Economic Review 107(1): 54‐108. 

Barrot,  J.‐N. &  Sauvagnat,  J.  (2016),  Input  Specificity  and  the Propagation of  Idiosyncratic Shocks  in  Production Networks,  The Quarterly  Journal  of  Economics  131(3):  1543‐1592. 

Basker,  E.  & Miranda,  J.  (2018),  Taken  by  storm:  business  financing  and  survival  in  the aftermath of hurricane katrina, Journal of Economic Geography 18(6): 1285‐1313. 

Belasen, A. R. & Polachek, S. W.  (2008), How hurricanes affect wages and employment  in local labor markets, American Economic Review 98(2): 49‐53. 

Boehm, C. E., Flaaen, A. & Pandalai‐Nayar, N. (2019), Input linkages and the transmission of shocks:  Firm‐level  evidence  from  the  2011  tohoku  earthquake,  The  Review  of Economics and Statistics 101(1): 60‐75. 

Botzen, W.  J. W., Deschenes, O. &  Sanders, M.  (2019),  The  economic  impacts  of  natural disasters:  A  review  of  models  and  empirical  studies,  Review  of  Environmental Economics and Policy 13(2): 167‐188. 

Burke, M. & Emerick, K. (2016), Adaptation to climate change: Evidence from US agriculture, American Economic Journal: Economic Policy 8(3): 106‐40. 

Carvalho, V. M. (2014), From micro to macro via production networks, Journal of Economic Perspectives 28(4): 23‐48. 

Carvalho,  V. M., Nirei, M.,  Saito,  Y. &  Tahbaz‐Salehi,  A.  (2016),  Supply  chain  disruptions: Evidence  from  the  great  east  japan  earthquake,  Becker  Friedman  Institute  for Research  in  Economics  Working  Paper  No.  2017‐01(1):  1‐46,  URL: http://dx.doi.org/10.2139/ssrn.2893221 

Cavallo,  E.,  Galiani,  S.,  Noy,  I.  &  Pantano,  J.  (2013),  Catastrophic  natural  disasters  and economic growth, The Review of Economics and Statistics 95(5): 1549‐1561. 

Cole, M.  A.,  Elliott,  R.  J.  R.,  Okubo,  T.  &  Strobl,  E.  (2019),  Natural  disasters  and  spatial heterogeneity in damages: the birth, life and death of manufacturing plants, Journal of Economic Geography 19(2): 373‐408. 

CRED (2019), Natural Disasters 2018, Brussels:CRED . Dell, M.,  Jones,  B.  F.  &  Olken,  B.  A.  (2012),  Temperature  shocks  and  economic  growth: 

Evidence  from  the  last  half  century,  American  Economic  Journal: Macroeconomics 4(3): 66‐95. 

Dell, M., Jones, B. F. & Olken, B. A.  (2014), What do we  learn  from the weather? The new climate‐economy literature, Journal of Economic Literature 52(3): 740‐98. 

Deschenes,  O.,  Greenstone,  M.  &  Guryan,  J.  (2009),  Climate  change  and  birth  weight, American Economic Review 99(2): 211‐17. 

EL‐Hadri, H., Mirza, D. & Rabaud, I. (2018), Natural disasters and exports: New insights from a new (and an old) database, The World Economy, forthcoming. 

EM‐DAT (2019), The Emergency Events Database', Universite catholique de Louvain (UCL)  ‐ CRED, D. Guha‐Sapir ‐ www.emdat.be, Brussels, Belgium. 

Page 52: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 52   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

Engel, J. (2016), Analysis of value‐added trade and intermediates exports of commonwealth countries and  comparator groups,  International Trade Working Paper 2016/11, 1  ‐ 14, Commonwealth Secretariat, London. 

Felbermayr, G. & Gröschl, J. (2013), Natural disasters and the effect of trade on  income: A new panel IV approach, European Economic Review 58, 18 ‐ 30. 

Felbermayr, G., Gröschl, J., Sanders, M., Schippers, V. & Steinwachs, T. (2018), Shedding light on the spatial diffusion of disasters, CESifo Working Papers (7146), 1‐71. 

Gassebner, M., Keck, A. & Teh, R.  (2010),  Shaken, not  stirred: The  impact of disasters on international trade, Review of International Economics 18(2), 351‐368. 

GPWv3 (2005), Gridded population of the world, version 3 (gpwv3): Population count grid. URL: http://sedac.ciesin.columbia.edu/data/set/gpw‐v3‐population‐count Graff‐Zivin, J. & Neidell, M. (2014), Temperature and the allocation of time: Implications for 

climate change, Journal of Labor Economics 32(1), 1‐26. Hempel, S., Frieler, K., Warszawski, L., Schewe,  J. & Piontek, F.  (2013), A  trend preserving 

bias correction &amp;ndash; the ISI‐MIP approach, Earth System Dynamics 4(2): 219‐236. 

Hof, A., van Vuuren, D., Watkiss, P., Hunt, A.  (2018), D1.5  Impact and policy scenarios co‐designed with stakeholders, Deliverable of the H2020 COACCH project. 

Hsiang,  S. &  Jina,  A.  (2014),  The  causal  effect  of  environmental  catastrophe  on  long‐run economic growth: Evidence  from 6,700 cyclones', NBER Working Paper  (20352), 1  ‐ 69. 

Hsiang, S. M., Burke, M. & Miguel, E. (2013), Quantifying the influence of climate on human conflict, Science 341(6151).  

Hsiang, S. M., Meng, K. C. & Cane, M. A. (2011), Civil conflicts are associated with the global climate, Nature 476: 438‐441. Inoue,  H.  &  Todo,  Y.  (2019a),  Firm‐level  propagation  of  shocks  through  supply‐chain 

networks, Nature Sustainability 2(9): 841‐847. Inoue, H. & Todo, Y. (2019b), Propagation of negative shocks across nation‐wide firm networks, PLOS ONE 14(3): 1‐17. Jones, B. F. & Olken, B. A.  (2010), Climate shocks and exports, American Economic Review 

100(2), 454‐59. Jones, B. & O'Neill, B. C. (2016), Spatially explicit global population scenarios consistent with 

the Shared Socioeconomic Pathways, Environmental Research Letters 11(8): 084003. Karl,  T. R., Nicholls, N. & Ghazi, A.  (1999), CLIVAR/GCOS/WMO Workshop  on  Indices  and 

Indicators for Climate Extremes Workshop Summary, Springer Netherlands, Dordrecht, pp. 3‐7. Kashiwagi, Y., Todo, Y. & Matous, P.  (2018),  International propagation of economic shocks 

through global supply chains, Technical Report No.E1810, WINPEC Working Paper. Kirchberger,  M.  (2017),  Natural  disasters  and  labor  markets,  Journal  of  Development 

Economics 125: 40 ‐ 58. Leiter, A. M., Oberhofer, H. & Raschky, P. A. (2009), Creative disasters? Flooding effects on 

capital,  labour and productivity within European firms, Environmental and Resource Economics 43(3): 333‐350. 

Lenzen, M., Kanemoto, K., Moran, D. & Geschke, A.  (2012), Mapping  the  structure of  the world economy, Environmental Science & Technology 46(15): 8374‐8381. 

Page 53: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 53   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

Lenzen, M., Moran, D., Kanemoto, K. & Geschke, A.  (2013), Building EORA: A global multi‐region  input‐output  database  at  high  country  and  sector  resolution,  Economic Systems Research 25(1): 20‐49. 

Liverman, D.  (2016), U.S. national climate assessment gaps and  research needs: Overview, the economy and the international context, Climatic Change 135(1): 173‐186. 

Miller, R. E. & Blair, P. D. (2009), Input‐Output Analysis: Foundations and Extensions, 2 edn, Cambridge University Press. 

Missirian,  A.  &  Schlenker,  W.  (2017),  Asylum  applications  respond  to  temperature fluctuations, Science 358(6370): 1610‐1614. 

 Mohan, P. S., Ouattara, B. & Strobl, E.  (2018), Decomposing the macroeconomic effects of 

natural  disasters:  A  national  income  accounting  perspective,  Ecological  Economics 146: 1 ‐ 9. 

Noy,  I.  (2009),  The  macroeconomic  consequences  of  disasters,  Journal  of  Development Economics 88(2): 221 ‐ 231. 

Oh, C. H. (2017), `How do natural and man‐made disasters affect international trade? A country‐level and industry‐level analysis', Journal of Risk Research 20(2), 195‐217. Oh, C. H. & Reuveny, R.  (2010), Climatic natural disasters, political  risk,  and  international 

trade', Global Environmental Change 20(2), 243 ‐ 254. Osberghaus,  D.  (2019),  `The  effects  of  natural  disasters  and  weather  variations  on 

international  trade  and  financial  flows:  a  review  of  the  empirical  literature, Economics of Disasters and Climate Change, forthcoming.  

Otto, C., Willner, S., Wenz, L., Frieler, K. & Levermann, A. (2017), Modeling loss propagation in the global supply network: The dynamic agent‐based model acclimate, Journal of Economic Dynamics and Control 83, 232 ‐ 269. 

Puzzello, L. & Raschky, P. (2014), Global supply chains and natural disasters: implications for international trade,  in Asia and Global Production Networks, Chapters, Edward Elgar Publishing, chapter 4, pp. 112‐147. 

Raddatz,  C.  (2007),  Are  external  shocks  responsible  for  the  instability  of  output  in  low income countries?, Journal of Development Economics 84(1), 155 ‐ 187. 

Schlenker,  W.  &  Roberts,  M.  J.  (2009),  Nonlinear  temperature  effects  indicate  severe damages  to  U.S.  crop  yields  under  climate  change,  Proceedings  of  the  National Academy of Sciences 106(37), 15594‐15598. 

Sillmann, J., Kharin, V. V., Zhang, X., Zwiers, F. W. & Bronaugh, D. (2013), Climate extremes indices  in the CMIP5 multimodel ensemble: Part 1. Model evaluation  in the present climate', Journal of Geophysical Research: Atmospheres 118(4), 1716‐1733.  

Sillmann, J., Kharin, V. V., Zwiers, F. W., Zhang, X. & Bronaugh, D. (2013), Climate extremes indices  in  the  CMIP5  multimodel  ensemble:  Part  2.  Future  climate  projections, Journal of Geophysical Research: Atmospheres 118(6), 2473‐2493. 

Silva, J. S. & Tenreyro, S. (2006), The  log of gravity, The Review of Economics and Statistics 88(4), 641‐658. 

Skidmore, M. & Toya, H. (2002), Do natural disasters promote  long‐run growth?, Economic Inquiry 40(4), 664‐687. 

Taylor, K. E., Stouffer, R. J. & Meehl, G. A. (2012), An overview of CMIP5 and the experiment design, Bulletin of the American Meteorological Society 93(4), 485‐498. 

Page 54: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 54   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

Weedon, G. P., Balsamo, G., Bellouin, N., Gomes, S., Best, M.  J. & Viterbo, P.  (2014), The WFDEI meteorological forcing data set: WATCH Forcing Data methodology applied to ERA‐Interim reanalysis data, Water Resources Research 50(9), 7505‐7514. 

    

Page 55: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 55   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

2.8. Appendix 

  

Page 56: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 56   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

  

Page 57: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 57   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

           

Page 58: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 58   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

3. Climate change and wind power in Europe 

3.1. Introduction  

Renewable energy sources for electricity generation relates to three of the five pillars of the Energy Union  (EU)  and wind  energy  currently  accounts  almost  one‐fifth  of  the  EU’s  total installed  power  generation  capacity  (Eurostat,  2018)  and  covered  14%  of  EU’s  electricity demand in 2018, while globally, the share of wind power mix increased to 7.5%. In order to meet the EU’s binding renewable energy target of at least 32% of final energy consumption by 203041 will require continued focus on power generation from wind. Wind energy  is the second  highest  contributor  of  power  generation  capacity  in  the  EU with  a  total  installed capacity of 178.8 GW in the EU. However, wind power generation is both dependent on and vulnerable to changes in wind speed. Wind speeds and patterns across Europe are expected to change in the future with regional differences (Christensen et al., 2013). 

 Figure 3.1 Total power generation capacity in the EU, 2008‐2018 

 

Future  climate  change will  likely  alter  both mean  and  extreme wind  speeds  over  Europe (Pryor and Barthelmie, 2010;  Fischer‐Bruns et al., 2005;  Stone et al., 2001), however,  the changes will be heterogenous in nature (Karnauskas et al., 2017; Pryor et al., 2012; Brayshaw et  al.,  2011)  Extreme wind  speeds  can  have  a  negative  impact  on  the  longevity  of wind turbines  (Manwell  et  al.,  2009)  and  gale‐force wind  speeds  reduces  turbine  integrity  and energy output. 

Near‐surface wind  conditions are affected by  changes  in wind  circulation,  land  cover, and changes  in storm  intensity  (Tobin et al., 2016; Pryor and Barthelmie, 2013; Hueging et al., 2013). Studies that have investigated the impact of climate change on regional wind speeds and the wind power sector have tended to  focus on wind energy potentials  (Reyers et al., 2016; Tobin et al., 2016; Hueging et al., 2013) or have mostly compare historical and future wind  speeds  to  estimate  changes  in  energy  potential. Moemken  et  al.  (2018)  use  nine different global and regional climate models and find relatively minor increase in annual and winter energy outputs  in Europe but  significant decreases during  the winter. Weber et al. (2018)  find  a  change  in wind  speed  distribution  over  Europe which may  lead  to  reduced 

                                                       41 https://ec.europa.eu/energy/en/topics/energy‐strategy‐and‐energy‐union/2030‐energy‐strategy  

Page 59: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 59   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

energy output in the future. Onba (2019) uses downscaled regional climate models for Japan and concludes that wind energy outputs will decline over southern and central Japan due to climate change.  

Changes in wind patterns due to climate change can affect wind power generation through increased  variability  in  generation,  damages  to  wind  turbines  due  to  extreme  weather events,  intermittency  in generation  leading to  increased firm backup capacity, and  icing on wind  turbines  (Chandramowli  and  Felder,  2014;  Pryor  and  Barthelmie,  2010).  Results  are highly uncertain and characterized by strong seasonality. Carvalho et al. (2017) is one of the few studies that examines the effect of climate change on European wind power resources systematically  with  different  climate  models.  Tobin  et  al.  (2014)  assessed  the  potential impacts of climate change on wind generation, finding that mean energy yields will reduce by  less  than  5%  by  2050  (2°C  scenario).  Other  studies  have  focused  predominantly  on Northern Europe or the UK (Pryor et al., 2005; Hdidouan and Staffel, 2017). 

However,  the  literature  lacks analysis combining high‐temporal and spatial  resolution data to investigate the impacts of climate change on winder energy output. This paper seeks to fill this  gap  by  empirically  analyzing  the  impact  of  changes  in  wind  speed  on  wind  power production using hourly data at the NUTS‐2  level  in Europe.  In a second step, we combine our  econometric  response  functions  with  future  Regional  Climate Models  (RCMs)  under various warming scenarios to estimate the impact of future climate change on energy output in Europe. The rest of the paper  is organized as follows; section 2 provides a description of the wind power generation and the climatic data, section 3  introduces the methodological and econometric frameworks, the empirical results are described in section 4, while section 5 provides  the  future vulnerability assessment of wind power due  to  climate  change, and section 6 concludes.  

3.2. Data 

We merge high frequency (hourly) wind speed, air density, and wind energy output data at the  NUTS‐2  level  for  Europe  for  30  years  to  estimate  historical  response  functions  and compute impacts of future climate change. 

3.3. European Meteorological derived high‐resolution renewable energy source (EMHIRES) 

Our  wind  energy  output  data  comes  from  EMHIRES,  which  provides  renewable  energy generation data  for  the EU‐28, Norway, Switzerland, and  the non‐EU  the Western Balkans countries42.  The wind  power  data  are  available  at  the  hourly  level  for  1986‐2015  at  the country‐level along with at various levels of sub‐national aggregation (NUTS‐1 and NUTS‐2). The full load hours across Europe is rather heterogenous (Figure 2), with Sweden being the best performer by a significant margin (0.69), followed by Ireland (0.31) and Belgium being the worst performer in terms of load hours (0.12).  

                                                       42 https://setis.ec.europa.eu/publications/relevant‐reports/emhires‐dataset‐part‐i‐wind‐power‐generation  

Page 60: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 60   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

Figure 3.2 Full load hours  

 Full load hours ‐ the ratio between the sums of the energy produced (GWh) and the maximum possible generation (installed capacity (GW)*8760h (GWh)) per country 

EMHIRES  combines  wind  power  generation  data  from  more  than  21,000  wind  farms (reconstructed  by  gap  filling  and  statistical  techniques)  with  meteorological  data  from NASA’s Modern Era Retrospective‐Analysis for Research and Applications (MERRA) and uses power to generate electrical power output. The wind power generation data are validated compared against the actual wind power generation outputs provided by the Transmission System Operators  (TSOs)  for  2015  as  a  validation measure  and  to  correct  any  systematic errors.  The  reconstructed  database  contains  16,171  wind  farms  located  in  European countries, of which 85 are offshore. Finally, the database  is aggregated to the country and sub‐national levels43. 

Figure 3.3 Wind farms locations across Europe (left) and wind average wind load factor capacity (right) 

      

 3.3.1. Climatic data 

                                                       43 See Gonzalez Aparicio (2016) for a detailed description of the methodology used to construct EMHRES wind database. 

Page 61: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 61   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

Our  climatic  data  comes  from  ERA544  hourly  data  on  single  levels,  a  fifth‐generation atmospheric  reanalysis  dataset  from  the  European  Centre  for  Medium‐Range  Weather Forecasts  (ECMWF).  ERA5  provides  data  at  hourly  intervals  from  1979  onwards  at 0.25°×0.25° spatial resolution. We extract instantaneous 10‐meter wind gust for 255 NUTS‐2 regions, mean  temperature  and  surface  pressure  data  are  also  extracted  to  compute  air density. The  final merged dataset has more  than 67 million observations. The descriptive statistics of the main variables in the analysis is provided in Table 1 below. 

Figure 3.4 Wind speed distribution (left) and air density distribution (right) 

    

Table 3.1 Descriptive statistics of the main variables Variable  Mean  Min  Max 

Wind speed (m/s)  6.93  0.08  45.89 Air density (kg/m3)  1.21  0.97  1.51 

Mean temperature (°C)  10.31  ‐41.74  45.72 Load factor capacity (%)  25  0.00  100 

  

3.4. Econometric framework 

We run a panel regression with location (NUTS‐2) and multiple time (year, month, and hour) fixed‐effects. The location fixed‐effects allow us to control for time‐invariant NUTS‐2‐specific heterogeneity  (e.g.  geographic  factors)  while  time  fixed‐effects  control  for  unspecified exogenous influences that affect all the regions. Wind turbines require optimal condition to operate produce the highest energy output, to compute the optimal wind speed, we control for 10‐m instant wind gust and its second‐degree polynomial (Fan and Miao, 2015; Pieralli et al.,  2015;  Carta,  2012). We  also  include  air  density  as  relatively  denser  air  exerts more pressure on the rotors resulting in higher power output Fan and Miao (2015). 

   𝑦 𝑓 𝐶𝑙𝑖𝑚𝑎𝑡𝑒 𝛿𝑋 𝛼 𝜖                                                                 (1) 

𝑦 : log of hourly wind factor capacity in NUTS‐2 region i 

𝑓 𝑐𝑙𝑖𝑚𝑎𝑡𝑒 :  10‐m  instant wind  gust  (and  its  second‐degree  polynomial)  and  air density at time t 

                                                       44 https://cds.climate.copernicus.eu/cdsapp#!/dataset/reanalysis‐era5‐single‐levels?tab=overview  

Page 62: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 62   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

𝛼 : time‐invariant NUTS‐2 fixed‐effects 

𝛾 : year, month, and hourly fixed‐effects 

As  our  dependent  variable,  wind  power  factor  capacity,  positive,  continuous,  and  right‐skewed – we utilize a  gamma Generalized  Linear Model with  a  log‐link. Along with being more  flexible  compared  to  an  Ordinary  Least  Squares  type  specification,  the  gamma regression also has a better fit to our data.  

We compute the potential  impacts of  future climate change on wind energy production  in Europe by combining the estimated parameters from Equation (1) with two Representative Concentration Pathway  (RCP4.5 and RCP8.5) trajectories simulated using multiple RCMs to obtain  the  ratio  of wind  power  generation with  climate  change  relative  to wind  power generation under  the current climate. Future climatic data  in our analysis are a  from  four high‐resolution  Regional  Climate Models  (RCM):  KNMI  RACMO22E,  IPSL‐CM5A‐MR, MPI‐ESM‐LR, and CNRM‐CM5.   Based on the stakeholder  interests established  in COACCH D1.5, we have focused our projections on the Representative Concentration Pathway (RCP) 4.5 as the  likely scenario and closest to the proposed Nationally Determined Contributions  (NDC) pathway, and an extreme scenario RCP 8.5, which represents the worst possible case.  

3.5. Results 

We find that wind load factor capacity in Europe is maximized at 10.1 m/s (≈36.4 KM/hour) when considering the full panel. This optimal condition is on the lower‐bound of 10–15 m/s suggested by the technical literature on wind speed and wind power generation (Li and Zhi, 2016; Dixon and Hall, 2014; Le Gouriérès, 1982). This result suggests that wind  load  factor capacity over Europe peaks at 10.1 m/s, beyond which the generation declines. As expected, air  density  has  a  positive  impact  on  load  factor  capacity,  as  increased  air  density  exerts added pressure on the turbines, thereby increasing power generation. 

 Figure 3.5 Non‐linear relationship between hourly wind speed and log of load factor capacity 

 

Page 63: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 63   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

Figure 3.5: Non‐linear relationship between hourly wind speed and log of load factor capacity (dark navy line, relative to the optimum condition) during 1986‐2015 with 95% confidence interval (blue, with robust standard errors, N= 66,531,935). 

Specification includes air density, and NUTS‐2, year, month, and hour fixed‐effects. Histogram shows hourly distribution of wind speed. Marginal‐effects of wind speed impacts on wind load factor capacity 

We also segregate the data by seasons45 and find varying optimal conditions by season. The optimal wind  speed maximizing wind  load  factor capacity during Summer  in Europe  is 9.7 m/s while in the Winter, the optimal speed increases to 16.6 m/s. 

                                                       45 Spring: March, April, May; Summer: June, July, August; Fall/Autumn: September, October, November, Winter: December, January; February.  

Page 64: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 64   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

Table 3.2 Regression results    (1)  (2)  (3) 

Dependent variable: Growth of wind power generation 

   Full‐sample  Summer  Winter 

Hourly wind speed  0.047  0.131  0.090 

  (0.000)  (0.000)  (0.000) Hourly wind speed squared  ‐0.002  ‐0.007  ‐0.003 

  (0.000)  (0.000)  (0.000) Air density  0.364  0.055  2.819 

  (0.000)  (0.000)  (0.000) Constant  ‐1.378  ‐2.014  ‐2.037    (0.000)  (0.000)  (0.000) 

Observations  66,531,935  16,632,984  16,632,984 

Number of NUTS‐2 regions  234  234  234 

Robust p‐value in parentheses 

*** p<0.01, ** p<0.05, * p<0.10, + p<0.15 

All specifications include NUTS‐2, year, month, and hour fixed‐effects 

 

3.6. Impact of future climate change 

We compute the impacts of future climate change by combining our econometric estimates with various warming scenarios  (equation 2) under Representative Concentration Pathway (RCP4.5  and  RCP8.5)  simulated  using  four  different  regional  climate  models  (KNMI RACMO22E,  IPSL‐CM5A‐MR, MPI‐ESM‐LR,  and CNRM‐CM5). We define  current  and  future climate  as  the mean of  the  climatic  variables between  1986‐2005  (historical),  2030‐2050, and 2050‐2070,  respectively. We  combine  the daily mean of  instant wind  speed with  the fitted  response  from  equation  (1)  to  obtain  the  ratio  of  future  to  current  wind  power generation; 

                                                                              ∈

∈𝑒𝑥𝑝 ∑ 𝛽 ∆𝑊𝑆 ∈                                                                                           

(2) 

Our  results show  that, under RCP4.5  load  factor capacity  from wind power will decline by 5.6% by 2050 compared the reference period of 1986‐2005, while and by 2070 the reduction will be 7.3%. The biggest declines in load factor capacity due to changing wind patterns will be  in  northern  Austria,  northeast  Italy,  and  eastern  Switzerland,  while  wind  power generation will increase in parts of the United Kingdom and Ireland.   

Page 65: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 65   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

Figure 3.6 Impact of future changes in wind speed on load factor capacity from wind power under RCP4.5 

   

Figure 3.7 Impact of future changes in wind speed on load factor capacity from wind power under RCP8.5 

    

Under an unmitigated climate change scenario of RCP8.5, load factor capacity is projected to decline by 6.9% by 2050 while by 2070, the declines are projected to be 9.7%. These declines are higher than the  impacts suggested by Tobin et al. (2014) who found that mean energy yields will reduce by less than 5% by 2050 (2°C scenario). Under this climate change scenario, the highest declines in wind power generation will be in eastern and western Sweden, and in Andalusia, Spain. Weber et al. (2018) found a high probability for low wind power generation in  Sweden  in  the  future. Our methodology  to  compute  the  projected  changes  to  future 

Page 66: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 66   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

changes in wind pattern has certain limitations; we only consider the changes in wind speed and patterns and not any changes in technology.  

3.7. Discussion and conclusion 

Wind  energy  currently  accounts  for  20%  of  the  EU’s  total  installed  power  generation capacity while covering for 14% of EU’s electricity demand in 2018. Meeting the EU’s binding renewable  energy  target  will  require  continued  focus  on  power  generation  from  wind, however, wind power generation  is both dependent on and vulnerable to changes  in wind speed and patterns.  Investigating and understanding  the  impacts of  future climate change on wind speed and wind pattern and the consequent  impact on wind power generation  is critical  for  the  future  renewable energy management  in Europe. Most of  the  literature on the  impact  of  changing wind  patterns  due  to  climate  change  on wind  power  generation focus mainly on energetic resources and not on energy system impacts and is there are very few European‐wide studies. Using hourly load factor capacity and climatic data at the NUTS‐2  level, this paper seeks to fill this gap. Our analysis from a GLM gamma regressions shows that wind power generation  in Europe  is maximized at around 10 m/s and  that  there are significant seasonal (Summer and Winter) differences in optimal climatic conditions.  

In a second step, we combine our non‐linear econometric estimates with future wind speed patterns from a multi‐model mean under two warming scenarios (RCP4.5 and RCP8.5). The results suggest that under RCP4.5, wind power generation is projected to decline by 5.6% by 2050 and by7.3% by 2070. Under an unmitigated climate change  scenario of RCP8.5,  load factor  capacity of wind power  is projected  to decline by 6.9% by 2050 while by 2070  the declines are projected to be 9.7%  in Europe. The future  impacts on wind power generation will be highly heterogenous with the northern regions of Austria and Italy, eastern regions of Switzerland and Sweden, and the Andalusian regions of Spain projected to suffer the highest decline  in wind  power  generation.  However,  similar  to most  of  climate  change  impacts, there will also be  regions  that will gain  in‐terms of  increased wind power generation. The findings  from  this paper are essential  for  the  future planning of wind energy networks  in Europe,  especially  to  prepare  for  a  reduction  in  wind  energy  generation  under  future warming. 

 

   

Page 67: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 67   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

3.8. References 

Brayshaw,  D.J.,  Troccoli,  A.,  Fordham,  R., Methven,  J.  (2011).  The  impact  of  large‐scale atmospheric  circulation  patterns  on  wind  power  generation  and  its  potential predictability: A case study over the UK. Renew Energy, 36, 2087–2096. 

Carta,  J.A.  (2012). Wind  Power  Integration  in  Sayigh,  A.  (ed.)  Comprehensive  Renewable Energy; pp. 569‐622. 

Carvalho, D.,  Rocha, A., Gómez‐Gesteira, M.,  Silva  Santos,  C.  (2017).  Potential  impacts  of climate change on European wind energy resource under the CMIP5  future climate projections. Renewable Energy, 101, 29‐40. 

Chandramowli, S.N. & Felder, F.A.  (2014).  Impact of climate change on electricity  systems and markets ‐ A review of models and forecasts. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 5, pp. 62–74. 

Christensen J. H., Kanikicharla K. K., Marshall G., and Turner J.  (2013). Climate phenomena and  their relevance  for  future regional climate change. Cambridge University Press, Cambridge, UK. 

Dixon, S.L., and Hall, C.A.  (2014). Wind Turbines  in Dixon, S.L., and Hall, C.A.  (ed.)  in Fluid Mechanics and Thermodynamics of Turbomachinery, pp. 419‐485. 

Fan, L., and Miao, Z.  (2015). AC Machine Modeling  in Fan, L., and Miao, Z.  (ed.). Modeling and Analysis of Doubly Fed Induction Generator Wind Energy Systems; pp. 8‐33.  

Fischer‐Bruns,  I.,  Von  Storch,  H.,  González‐Rouco,  J.  F.,  Zorita,  E.  (2005)  Modelling  the variability of midlatitude  storm  activity on decadal  to  century  time  scales. Climate Dynamics, 25(5), pp. 461‐476. 

Gonzalez Aparicio, I., Zucker, A., Careri, F., Monforti, F., Huld, T., Badger, J. (2016). EMHIRES dataset.  Part  I:  Wind  power  generation  European  Meteorological  derived  High‐resolution RES generation  time  series  for present and  future  scenarios; EUR 28171 EN; 10.2790/831549.  

Hdidouan, D., Staffell, I. (2017). The  impact of climate change on the  levelised cost of wind energy. Renewable Energy, 101, 575‐592. 

Hueging, H., Born, K., Haas, R., Jacob, D., and Pinto, J. G.  (2013). Regional changes  in wind energy  potential  over  Europe  using  regional  climate model  ensemble  projections. Journal  of  Applied  Meteorology  and  Climatology,  52(4),  903–917. https://doi.org/10.1175/JAMC‐D‐12‐086.1.  

Karnauskas,  K.B.,  Lundquist,  J.K.,  Zhang,  L.  Southward  shift  of  the  global  wind  energy resource under high carbon dioxide emissions. Nat. Geosci., 11, 38–43. 

Le Gouriérès, D. (1982). Wind power plants: Theory and design. 

Li, G., and Zhi, J.  (2016). Analysis of Wind Power Characteristics  in Wang, N., Kang, C., and Ren, D. (ed.) Large‐Scale Wind Power Grid Integration, pp. 19‐51. 

Page 68: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 68   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

Manwell,  J.  F., McGowan,  J. G.,  and Rogers, A.  L.  (2009). Wind Energy Explained: Theory, Design  and  Application  (2nd  ed.).  Chichester,  UK:  John  Wiley. https://doi.org/10.1002/9781119994367.index  

Moemken,  J.,  Reyers, M.,  Feldmann, H.,  and  Pinto,  J. G.  (2018).  Future  changes  of wind speed and wind energy potentials in EURO‐CORDEX ensemble simulations. Journal of Geophysical  Research:  Atmospheres,  123,  6373–6389. https://doi.org/10.1029/2018JD028473.  

Ohba, M.  (2019).  The  Impact  of  Global Warming  on Wind  Energy  Resources  and  Ramp Events in Japan. Atmosphere, 10(5), 265; https://doi.org/10.3390/atmos10050265.  

Pieralli, S., Ritter, M., and Odening, M. (2015). Efficiency of wind power production and  its determinants. Energy, 90; 429‐438. 

Pryor, S.C., Barthelmie, R.J., Kjellström. E.  (2005). Potential climate change  impact on wind energy  resources  in  northern  Europe:  analyses  using  a  regional  climate  model. Climate Dynamics, 25; 815‐835. 

Pryor, S. C. and Barthelmie, R. J.  (2010). Climate change impacts on wind energy: A review. Renewable and sustainable energy reviews, 14(1), pp. 430‐437. 

Pryor,  S.,  Barthelmie,  R.J.,  Clausen,  N.E.,  Drews, M., MacKellar,  N.,  Kjellström,  E.  (2012). Analyses  of  possible  changes  in  intense  and  extreme wind  speeds  over  northern Europe under climate change scenarios. Clim. Dyn, 38, 189–208. 

Pryor,  S.C.,  Barthelmie,  R.J.  (2010).  Climate  change  impacts  on  wind  energy:  a  review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14:430‐7. 

Pryor,  S.  C.,  and  Barthelmie,  R.  J.  (2013).  Assessing  the  vulnerability  of  wind  energy  to climate  change  and  extreme  events.  Climatic  Change,  121(1),  79–91. https://doi.org/10.1007/s10584‐013‐0889‐y  

Reyers, M., Moemken, J., and Pinto, J. G. (2016). Future changes of wind energy potentials over  Europe  in  a  large  CMIP5  multi‐model  ensemble.  International  Journal  of Climatology, 36(2), 783–796; https://doi.org/10.1002/joc.4382.  

Stone, D.  A., Weaver,  A.  J.,  and  Stouffer,  R.  J.  (2001).  Projection  of  climate  change  onto modes of atmospheric variability. Journal of Climate, 14(17), 3551‐3565. 

Tobin,  I., Vautard, V., Balog,  I. et al. (2014). Assessing climate change  impacts on European wind energy  from ENSEMBLES high‐resolution climate projections. Climatic Change. https://doi.org 10.1007/s10584‐014‐12910.  

Tobin,  I.,  Jerez, S., Vautard, R., Thais, F., van Meijgaard, E., Prein, A., et al.  (2016). Climate change  impacts on the power generation potential of a European mid‐century wind farms  scenario.  Environmental  Research  Letters,  11(3),  034013; https://doi.org/10.1088/1748‐9326/11/3/034013.  

Weber,  J., Gotzens,  F.,  and Witthaut, D.  (2018).  Impact  of  strong  climate  change  on  the statistics  of  wind  power  generation  in  Europe.  Energy  Procedia,  153  pp.  22‐28; https://doi.org/10.1016/j.egypro.2018.10.004.  

Page 69: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 69   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

 

 

  

4. Vulnerability of Global Hydropower to Climate Change 

4.1. Introduction 

Hydropower  represents  the main  renewable  source  of  electricity  production  for  several countries in the world. In 2017, electricity generation from hydropower accounted for 16.3% of the total world gross electricity production46. The international debate about greenhouse gases emission has put an  increasing pressure on countries to reduce their dependency on energy derived from fossil fuels. Renewable energy sources play a critical role in this process and hydropower remains the largest contributor among the renewables; 68.8% of electricity generated  from  renewables  in  2016  and  48%  of  installed  capacity  of  total  renewable installed electricity capacity.   The  installation of new hydropower plants has registered a substantial  increase  in the past few years (REN21 2013). This power generation technology is one of the main pillars of the energy  strategy  of  countries  as  China  and  Brazil  for  the  next  future  (IEA  2013). Notwithstanding  the  large  mitigation  potential  hydropower  has,  this  option  strongly depends on meteorological variability and  trends. Rising concerns have  stirred  the debate about the vulnerability of hydropower technologies to climate change and the possibility for this  important  renewable  source  to  sustain  its  future  development  (Mukheibir  2013). Moreover, the focus to minimize environmental and social  impacts are driving towards the construction of  construction of  reservoirs  characterized by  a  relatively  small  size,  a  trend which  is  expected  to  significantly  increase  the  vulnerability  of  the  hydropower  sector  to climate change (IEA 2013).  Only  a  few  countries  have  studied  the  impact  of  climatic  stressors  on  the  vulnerability hydropower supply on global scale (Blackshear et al. 2010; Hamududu and Killingtveit 2012), while most assessments have focus on specific regions (Ecuador, Hasan and Wyseureb 2018; China,  Fan  et  al.  2018;  Taiwan,  Chiang  et  al.  2013;  Sicily,  Aronica  and  Bonaccorso  2012; Northern Europe, Bye 2008; Nordic  regions, Beldring et al. 2006) or basins  (Barnett et al. 2004;  Van  Rheenen  et  al.  2003).  Hamududu  and  Killingtveit  (2012)  develop  a  GIS‐based analysis aimed at exploring the  linkage between changes  in runoff and hydropower supply. The  relationship between  these  two  variables  is not empirically‐based  and, other  factors, such  temperature, drought or  flood, are not considered.   Moreover,  the analysis does not consider seasonal variability and  focuses on  the national geographical scale, characterizing the median country changes.  Blackshear et al. (2010) present a very useful framework that can be used  to  identify  the main  factors affecting hydropower generation, discussing also 

                                                       46 https://www.iea.org/statistics/electricity/  

Page 70: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 70   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

how  the  response and  sensitivity varies with  the  type of  facility  (run‐of‐the  river, pumped systems,  reservoir  dams).  However,  the  paper  does  not  provide  actual  estimates  of  the sensitivity of different types of dams. Basin‐specific studies generally rely on hydrogeological models (Van Rheenen et al 2003), and only a few regional analyses have adopted statistical approaches  (Blasing  et  al.  2013).  Blackshear  et  al.  (2011)  use  the  existing  literature  and geographic databases to develop a framework aimed at assessing hydropower vulnerability at global scale. Their approach  relies on  the spatial comparison between climate data and the geographic location of hydropower facilities. The study identifies and discusses the main mechanisms through which climate change could affect hydropower generation,  indicating how  different  types  of  hydropower  facilities  (reservoir‐based,  run‐of‐the‐river,  pumped‐storage) would be differently affected by the various mechanisms.  This paper explores the vulnerability of global hydropower to the variability temperature as well as changes in extreme conditions of precipitation, and temperature. A statistical model is used  to estimate  the elasticity of hydroelectricity generation  to  the historical variations (1971‐2016)  in  temperature  and  drought  indicators47,  while  controlling  for  potential confounding factors at the global scale. We then combine our estimated response functions with future warming scenarios to assess the future vulnerability of hydropower generation in 140 countries. We combine the estimated elasticities with future changes  in exposure to drought  and  temperature  around  2050  and  2070  under  two  warming  scenarios (Representative Concentration Pathways 4.5 and 8.5, van Vuuren et al. 2011) simulated by five different Global Circulation Models  (GCMs). Future  climatic data  in our analysis are a from  four  high‐resolution  Regional  Climate Models  (RCM):  KNMI  RACMO22E,  IPSL‐CM5A‐MR,  MPI‐ESM‐LR,  and  CNRM‐CM5.    Based  on  the  stakeholder  interests  established  in COACCH  D1.5,  we  have  focused  our  projections  on  the  Representative  Concentration Pathway (RCP) 4.5 as the likely scenario and closest to the proposed Nationally Determined Contributions (NDC) pathway, and an extreme scenario RCP 8.5, which represents the worst possible case.  The  rest of  the paper  is organized as  follows.  Section 2 describes  the  framework and  the approach.  Section  3  introduces  the hydropower  and  climate data.  Section  4  provides  the empirical model; Section 5 discusses  the empirical  results, while Section 6 provides  future vulnerability assessment of hydropower, and Section 7 concludes.  

4.2. A framework of meteorological effects on hydropower  Hydropower  generation  is  determined  by  a  number  of  climatic  and  non‐climatic  factors. Water is the primary input for hydro generation and its availability is a complex function of water sources (ground water, snowpack, streamflow, and reservoir storage) and competitive uses  (e.g. water  use  for  irrigation,  cooling  and  heating  demand).  The  impact  of  climate change on hydropower generation depends on  the changes  in precipitation,  temperature, their interaction, their implications in terms of ground water and snowpack accumulation, as well  as  on  the  facility  characteristics.  Table  1  describes  through which main mechanisms meteorological factors can affect electricity supply from hydropower. 

                                                       47 Standard Precipitation Index (SPI)  

Page 71: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 71   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

 Table 4.1 Climatic stressors and hydropower generation – a framework (Blacksheare et al. 2011) 

  Supply‐side  Demand‐side 

Temperature  

Evaporation Snowpack/ice melting 

Runoff 

Demand for heating/cooling Demand for irrigation 

Precipitation  

River discharge Snowpack Runoff 

Demand for heating/cooling Demand for irrigation 

 

 Runoff 

River discharge Water availability 

 

Temporal variability (Dry/wet periods) 

Water availability Demand for heating/cooling 

Demand for irrigation 

Temperature  can  affect  the  electricity  potential  from  hydropower  plants  by  affecting  the processes of evapotranspiration and snow melting, and therefore the speed at which water flows into the reservoirs and the duration of snowpack as additional water storage capacity (supply  side effect). Temperature can also affect  the demand  for electricity, especially  for cooling and heating (demand side effect).   Annual precipitation captures the flow effect of water availability for electricity production in a given year, however, in the case of large dams, it does not inform about the impacts on the stock  due  to  variations  in  the  volumes  stored  in  the  reservoirs.  Thus,  it  is  important  to consider  also  explicit  indicators  of  temporal  variability  that  can  capture  the  effects  of persistent periods of water scarcity or abundance.  As reviewed  in the  latest IPCC 5th assessment report, econometric or statistical approach  is one of  the possible  types of economic analyses used  in  the  literature  to estimate  climate change effects and evaluate adaptation options (Chambwera et al. 2014). These approaches have been mostly applied to analyze climate change impacts in agriculture (Lobell and Burke 2010;  Schlenker  and  Roberts  2009)  and  energy  demand  (De  Cian  and  Wing  2017; Auffhammer Mansur  2012; Barreca  2012; De  Cian  et  al.  2012; Deschenes  and Greenston 2011), and only a few applications exist in the context of energy supply (Blasing et al 2012).  Most of the studies on energy supply  impacts have applied simulation approaches, such as hydro‐climatic  simulation  approaches  (Hamududu  and  Killingtveit  2012)  or  process‐based models describing the water‐cycle processes (Prudhomme et al. 2013). Simulation methods are very detailed with  respect  to  the analysis of exposure but  the modelling of sensitivity, specifically the response of power generation to changes in average climatic variables as well as in extreme events, require extensive data inputs and calibration. Units with different sizes can exhibit different degrees of sensitivity that can vary with the type of dams (run‐of‐river versus dams with  large  storage  reservoirs), with  the  storage  capacity, as well as with  the alternative  (and  competitive)  uses  for  water  (such  as  agriculture  or  the  presence  of waterways), a factor extremely  limiting for the operation of the reservoirs. For this reason, simulation  approaches are  generally more data‐intensive  than econometric ones,  and  the data  requirement  that  often  constrains  the  applicability  of models  to  limited  geographic areas.  Econometric  approaches  do  not  describe  all  mechanisms  but  rather  attempt  to identify robust relationships between climate stressors and the endpoint of interest.  

Page 72: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 72   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

 

4.3. Hydropower and climatic data 

We merge  hydropower  generation  data  from Global  Energy &  CO2 Data  (Enerdata  2018) with high‐resolution  climatic data  from  the Global  Land Data Assimilation  System  (GLDAS v2.1)  dataset  (Rodell  et  al.  2004)  for  1971  –  2016.  Enerdata  provides  comprehensive statistics on electricity generation at the country‐level by energy source. We constructed an updated  country‐level  dataset  using  GLDAS  (spatial  resolution  of  0.25°×0.25°;  3‐hourly temporal resolution). We first extract climatic data for all the  land‐masked grid‐cells  in the world and match  it  to  individual countries and  in  the  second  step,  the gridded data were aggregated to the country‐level.   We tested several variables characterizing changes in gradual climatic and variability, such as extreme wetness and aridity  including temperature (minimum, maximum, and mean), total precipitation,  Standard  Precipitation  Index  (SPI),  and Warm  Spell  Duration  Index  (WSDI). Table 2 below provides descriptive statistics for the main variables used in the analysis.   We model changes in inter‐annual variability by using the Standard Precipitation Index (SPI) (McKee et al. 1993). The SPI is a widely used drought indicator (McKee et al., 1993; Núñez et al. 2014; Orlowsky et al., 2013). The index represents the number of standard deviations that the cumulative precipitation over a desired time scale deviates from the  long‐term median (Guttman  1994). A  long‐term  record  of  precipitation  for  the  desired  periods,  in  our  case obtained  from  the  GLDAS  historical  data  (1960‐2010),  is  fitted  to  a  Pearson  type  III distribution  (Guttman 1999; Kumar et  al. 2009; WMO 2012; Núñez et  al. 2014)  and  then transformed  into a normal standardized distribution so  that  the mean SPI  for  the  location and desired period  is  zero  (Edwards and McKee, 1997). Different duration periods  can be used to analyse the effect of precipitation anomalies of different persistency. Depending on the problem at stake, the SPI can be defined  for durations between 3 and 24 months. For example,  in the context of agriculture, a key  indicator  is soil moisture, which  is sensitive to precipitation  anomalies  over  relatively  short  time  scales,  between  1  and  6  months (agricultural drought)  (Beguería et al, 2014). Groundwater and  large  reservoirs  tend  to be more resilient and therefore are sensitive to longer time scale anomalies, between 6 and 24 months  (hydrological  drought)  (WMO  2012).  Since  the  SPI  is  a  normalized  value,  it  is  a valuable  indicator both  for wet and dry periods  (WMO 2012). Positive  SPI values  indicate greater  than  median  precipitation,  and  negative  values  indicate  less  than  median precipitation.  The  intensity  to  be  chosen  as  representative  has  been widely  discussed  in literature  (McKee  et  al.  1993; WMO  2012;  Guttman  1999;  Kumar  et  al.  2009) with  the conclusion that values of plus and minus 1.5 represent reasonable thresholds to identify very wet and dry periods. To examine the impact of hydrological drought, we use the 6, 12, and 24‐month SPI.  Table 4.2 Descriptive statistics 

Variable  Mean  Std. Dev.  Min  Max 

Hydropower generation  14,746.21  54,484.19  0.00  1,193,650 Installed hydroelectricity capacity  4,230.65  14,900.33  0.00  332,110 

Page 73: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 73   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

Electricity final consumption  67,427.84  297,694.40  2.10  5,131,368 Log of GDP per capita  8.18  1.54  4.75  11.64 Hydro power share  0.34  0.35  0.00  1.00 Nuclear power share  0.04  0.12  0.00  0.87 

Coal share  0.13  0.25  0.00  1.00 Gas share  0.15  0.26  0.00  1.00 Oil share  0.32  0.35  0.00  1.00 

Mean temperature  18.3  8.2  ‐9.2  30.1 Total precipitation  8,456  6,410  124.3  40,817.3 

Count of negative SPI6  0.077  0.115  0  1 Count of negative SPI12  0.077  0.143  0  1 Count of negative SPI24  0.077  0.155  0  1 

    

Page 74: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 74   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

Figure 4.1 Trends in electricity production and capacity 

  

It  is essential to clarify that statistical and process models are characterized by two distinct approaches.  Statistical models  take  into  consideration  the  historical  records  to  study  the response of energy production to various  inputs. The second approach studies the physical conditions of  the hydrological  system  to estimate  the potential ability  to generate power. Although process models are probably more accurate  in assessing the potential generation at dam level given water availability, they have a limited geographic coverage and very often do not account for operating strategies. The few global‐scale studies have mostly focused on the direct impacts of changes in future runoff on the physical capability of power generation (McKee et al. 2013) Hydropower production  is not only  function of water availability and dam  technical  characteristics but also depends on a  country’s energy  system,  its  strategic management, other supply sources, water uses, and electricity demand. By using historical data,  our  approach  partially manages  to  take  into  consideration  socio‐economic  factors influencing the peculiarity of the operating rules used to manage the country energy system and the specific reservoir.  

4.4. Econometric Framework 

Most studies (Hamududu and Killingtveit 2012; Prudhomme et al. 2012) on climate change impacts and hydropower rely on process‐based models or simulation approaches. Only a few studies have adopted  statistical approaches  in  the context of energy  supply  (Blasing et al. 2013),  an  alternative method  (Chambwera et al. 2014)  that has been used extensively  to analyse  climate  change  impacts  in  other  sectors  (De  Cian  et  al.  2013;  Deschenes  and Greenstone 2011; Lobell and Burke 2010).  We use a panel regression model to estimate the parameters characterizing a reduced‐form relationship  to  investigate  the  impact  of  both  gradual  and  extreme  climatic  stressors  on hydropower generation at the country‐level. We control  for a set of climatic variables and number  of  other  covariates  controlling  for  time‐invariant  country‐specific  heterogeneity (country  fixed‐effects),  unspecified  exogenous  influences  affecting  all  countries  and  units (year  fixed‐effects),  and  confounding  factors  such  as  installed  power  generation  capacity, total electricity consumption, and electricity generation mix.   

Page 75: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 75   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

A panel regression with both country and year fixed‐effects to estimate the  impact of both gradual and extreme climatic stressors on country‐level hydropower generation;  

ln 𝑦 𝑓 𝐶𝑙𝑖𝑚𝑎𝑡𝑒 𝛿𝑋 𝛼 𝛾 𝜖  (1)  

𝑙𝑛 𝑦 : log of annual hydropower generation 

𝑓 𝐶𝑙𝑖𝑚𝑎𝑡𝑒 : mean temperature/temperature growth, total precipitation, SPI (6/12/24 months) 

SPI: number of months SPI was below ‐1.5 in country i in year t 

𝑋 :  vector  of  control  variables  controlling  for  installed  hydroelectric  capacity,  final electricity  consumption,  share  of  hydropower  capacity,  and  electricity  production mix (gas, oil, coal, and nuclear). 

𝛼 : time‐invariant country fixed‐effects 

𝛾 : linear and quadratic time trends  Potential  impacts  of  future  climate  change  are  computed  by  combining  the  estimated parameters from Equation (1) with two Representative Concentration Pathway (RCP4.5 and RCP8.5)  trajectories  simulated  using  five  GCM  models  described  in  the  Supplementary 

Information to obtain the ratio of hydropower generation with climate change 𝐺 ∈  relative 

to hydropower generation with current climate (𝐺 ∈ ) supply.  

4.4.1.  Non‐stationarity and cointegration 

Although some of the variables are non‐stationary (I(1)), they are cointegrated; thus, we run a first‐difference specification along with a level specification.  

4.5. Empirical Results 

Table 3 provides results from our first‐differenced specifications. Columns (1) – (3) in Table 3 controls  for  temperature,  SPI  (6/12/24  months),  hydroelectric  capacity,  final  electricity consumption,  share  of  hydropower  capacity,  and  electricity  production  mix  while specifications  (4)  –  (6)  adds  total  annual  precipitation  and  its  second‐degree  polynomial. Based  on  the  Root  Mean  Square  Error  (RMSE),  the  specification  controlling  for  SPI‐12 (Newell et al. 2018) is our preferred specification.   We  find  that  a  1°C  increase  in mean  temperature  results  in  between  0.025  and  0.029 percentage points decline  in hydropower generation (Table 3). SPI  informs about the stock effect due to potential variations in volumes stored in reservoirs over long time periods due to  prolonged  wet  or  dry  periods.  All  the  SPI  coefficients  are  negative  and  statistically significant,  indicating  that  persistent  droughts  reduce  average  annual  hydropower generation. The occurrence of one additional month classified in a long‐term dry event (24‐month  SPI  lower  than  the  standard  deviation  threshold  defining  severe  dry  events,  ‐1.5) reduces  hydroelectricity  generation  by  between  0.16  ‐  0.17  percentage  points, while  the 

Page 76: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 76   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

occurrence  of  one  additional  medium‐term  dry  event  (12‐months  SPI  <  ‐1.5)  reduces generation from small units by 0.32 ‐ 0.36 percentage points; while short‐term (6‐months SPI <  ‐1.5)  drought  events  reduces  hydroelectricity  generation  by  between  0.35  ‐  0.41 percentage points. The practices of  imposing water  release  from  reservoirs  for minimizing drought  impacts  in agriculture are widely used especially  in areas where agriculture has a higher  value  added.  Finally,  precipitation  has  an  inverted  U‐shaped  relationship  with hydropower generation, however, the coefficients are rather small.  Drought  events  also  have  larger  impact  on  the  largest  producers  of  hydropower (</>10TWh/year), we run separate regressions by segregating our dataset according to this criterion. According  to our main specification, an additional month classified  in a medium‐term dry event  (12‐month SPI <  ‐1.5)  reduces hydropower generation by 0.48 percentage points among  the  largest producers of hydropower. While among  the countries producing less than this threshold, this impact is 0.34 percentage points (Table A1).  Table 4.3 First‐differenced regression estimates    (1)  (2)  (3)  (4)  (5)  (6) 

   Dependent variable: Growth of hydropower generation 

Lagged & first‐differenced installed hydro capacity  0.132***  0.127***  0.129***  0.132***  0.128***  0.130*** 

  (0.003)  (0.004)  (0.003)  (0.003)  (0.004)  (0.003) 

Lagged electricity consumption growth  0.070  0.065  0.049  0.069  0.066  0.054 

  (0.309)  (0.344)  (0.479)  (0.318)  (0.339)  (0.443) 

Nuclear share  ‐0.719***  ‐0.714***  ‐0.733***  ‐0.720***  ‐0.711***  ‐0.723*** 

  (0.000)  (0.000)  (0.000)  (0.000)  (0.000)  (0.000) 

Coal share  ‐0.892***  ‐0.877***  ‐0.924***  ‐0.892***  ‐0.872***  ‐0.906*** 

  (0.000)  (0.000)  (0.000)  (0.000)  (0.000)  (0.000) 

Gas share  ‐0.777***  ‐0.767***  ‐0.792***  ‐0.777***  ‐0.765***  ‐0.784*** 

  (0.000)  (0.000)  (0.000)  (0.000)  (0.000)  (0.000) 

Oil share  ‐0.785***  ‐0.772***  ‐0.800***  ‐0.788***  ‐0.775***  ‐0.796*** 

  (0.000)  (0.000)  (0.000)  (0.000)  (0.000)  (0.000) 

ΔMean temperature  ‐0.028***  ‐0.029***  ‐0.028***  ‐0.027***  ‐0.027***  ‐0.025*** 

  (0.000)  (0.000)  (0.000)  (0.000)  (0.000)  (0.000) 

ΔTotal precipitation        8.18×106***  1.29×10‐5***  1.9×10‐5*** 

        (0.001)  (0.000)  (0.000) 

ΔTotal precipitation squared        −4.76×10‐10  −7.63×10‐10** −8.23×10‐10** 

        (0.180)  (0.033)  (0.038) 

ΔSPI6 <1.5  ‐0.407***      ‐0.352***     

  (0.000)      (0.000)     ΔSPI12 <1.5    ‐0.359***      ‐0.320***   

    (0.000)      (0.000)   ΔSPI24 <1.5      ‐0.170***      ‐0.158*** 

      (0.000)      (0.000) 

Constant  0.251***  0.247***  0.255***  0.252***  0.247***  0.253*** 

   (0.000)  (0.000)  (0.000)  (0.000)  (0.000)  (0.000) 

Observations  5,491  5,491  5,491  5,491  5,491  5,491 

R‐squared  0.169  0.173  0.141  0.171  0.180  0.157 

Adj. R‐squared  0.0976  0.102  0.0668  0.0999  0.110  0.0846 

RMSE  0.2472  0.2466  0.2514  0.2469  0.2455  0.2490 

Robust p‐value in parentheses 

*** p<0.01, ** p<0.05, * p<0.10, + p<0.15 

All specifications include country and linear and quadratic year fixed‐effects 

 

Page 77: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 77   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

4.6. Impacts of future climate change 

We compute the impacts of future climate change by combining our econometric estimates with various warming scenarios under Representative Concentration Pathway  (RCP4.5 and RCP8.5) simulated using  five different climate models  (CCSM4, GFDL‐CM3,  INM‐CM4,  IPSL‐CM5A‐MR, and MIROC5). We define current and future climate as the mean of the climatic variables  between  1986‐2005  (historical),  2030‐2050,  and  2050‐2070,  respectively.  We combine the annual mean of the climatic variables with the fitted response from model (5) in Table 1 to obtain the ratio of future to current hydroelectricity;  

𝐺 ∈

𝐺 ∈𝑒𝑥𝑝 𝛽 ∆𝑆𝑃𝐼 ∈ 𝑒𝑥𝑝 𝛽 𝑙𝑛

𝑇 ∈ ,

𝑇 ∈, 

 Under RCP4.5, global hydropower generation will decline by 3.6% by 2050 and by 5.3% by 2070 due to future climate change. While under unmitigated climate change (RCP8.5), global hydropower generation will decline by 4.2% (2050) and by 7.3% (2070), respectively. There will be significant losses among the largest producers of hydropower; Brazil (4% under RCP4.5 by 2070 and 6.2% under RCP8.5 by 2070), Canada (6.8% under RCP4.5 by 2070 and 10.6% under RCP8.5 by 2070), China (5.6% under RCP4.5 by 2070 and 7.4% under RCP8.5 by 2070), Russia (7.6% under RCP4.5 by 2070 and 10.3% under RCP8.5 by 2070), and USA (4.8% under RCP4.5 by 2070 and 7.5% under RCP8.5 by 2070)  

Figure 4.2 Climate change impacts on hydropower (% change) under RCP 4.5 and RCP 8.5 simulated by 5 GCMs 

  

Page 78: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 78   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

  

4.6.1. The case of Europe 

The  European  countries  are  also  projected  to  suffer  reductions  in  hydropower production  under  both  the  climatic  scenarios  (Figure  4).  Under  a moderate warming scenario of RCP4.5,  the highest declines will be  in Finland  (6.3%; hydropower  share of electricity production was 25%  in 2016), Estonia  (6.2%; hydropower share of electricity production  was  0.3%  in  2016),  and  Serbia  (5.9%;  hydropower  share  of  electricity production was 30% in 2016) by 2050, while by 2070 – the highest declines are projected in Slovenia (10.5%; hydropower share of electricity production was 25% in 2016), Croatia (9.8%; hydropower share of electricity production was 54%  in 2016), and Austria (9.6%; hydropower share of electricity production was 63% in 2016).  Under  the  unmitigated  climate  change  scenario  of  RCP8.5,  the  highest  declines  in hydropower generation by 2050 will be in Finland (7.7%; hydropower share of electricity production was 25% in 2016), Sweden (6.6%; hydropower share of electricity production was 40%  in 2016),  and Estonia  (6.4%; hydropower  share of electricity production was 0.3%  in 2016). By 2070,  the highest declines  in hydropower generation due  to climate change are projected  in Serbia  (13.3%; hydropower share of electricity production was 30%  in 2016), Romania   (12.7%; hydropower share of electricity production was 30%  in 2016), Hungary (12.7%; hydropower share of electricity production was 1% in 2016), and Sweden (12.3%; hydropower share of electricity production was 40% in 2016).   

Page 79: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 79   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

Figure 4.3 Climate change impacts on hydropower (% change) in Europe under RCP 4.5 and RCP 8.5  

  

     

4.7. Discussion and conclusion 

Rising  concerns  have  stirred  the  debate  about  the  future  vulnerability  of  hydropower  to climate change and of its sustainable development as renewable source of energy. Although storage hydropower could help to mitigate climate change and cope with water scarcity and flood  events,  climate  change  is  expected  to modify  the  future  conditions  in  which  the hydropower operators are called to manage the storage capacity. Our econometric analysis suggests  that  both  gradual  and  extreme  climatic  change  adversely  affects  hydropower generation. We also find that  large producers of hydropower such as Brazil, Canada, China, Russia, and USA are more vulnerable to increased drought related extreme events compared to the smaller producers.   

Page 80: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 80   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

Combining our response‐functions with a multi‐model mean of climate models, we find that under unmitigated  climate  change  (RCP8.5), global hydropower generation will decline by 4.2% (2050) and by 7.3% (2070), respectively, with all the  largest producers of hydropower suffering significant declines of up to 10%. These declines are smaller under lower warming scenario of RCP4.5.    

Page 81: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 81   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

Annex  

   (1)  (2) 

Dependent variable: Growth of hydropower generation 

Lagged log of installed hydroelectricity capacity  0.301*  0.120** 

  (0.077)  (0.014) Lagged log of electricity consumption   0.085  0.069 

  (0.234)  (0.369) Nuclear share  ‐1.094***  ‐0.586*** 

  (0.000)  (0.001) Coal share  ‐1.107***  ‐0.809*** 

  (0.004)  (0.000) Gas share  ‐0.917***  ‐0.732*** 

  (0.001)  (0.000) Oil share  ‐1.093***  ‐0.741*** 

  (0.000)  (0.000) ΔMean temperature  ‐0.020***  ‐0.030*** 

  (0.005)  (0.001) ΔTotal precipitation  0.000***  0.000** 

  (0.001)  (0.018) ΔTotal precipitation squared  0.000  ‐0.000+ 

  (0.992)  (0.138) SPI6 <1.5  ‐0.411***  ‐0.308*** 

  (0.000)  (0.000) Constant  0.577***  0.401***    (0.000)  (0.000) 

Observations  1,479  4,034 R‐squared  0.328  0.153 Adj. R‐squared  0.288  0.103 Number of countries  36  109 

Robust p‐value in parentheses 

*** p<0.01, ** p<0.05, * p<0.10, + p<0.15 

All specifications include country and linear and quadratic year fixed‐effects 

Table A1: Large vs. small hydropower producers   

   

Page 82: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 82   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

5. Impact on energy demand in Europe 

5.1. Introduction 

Energy demand is increasing globally, causing greenhouse gas emissions from the energy sector also to increase. In the EEA countries, final energy consumption increased by 2.1% in the EU‐28 and by 7.5% between 1990 and 2016 (Eurostat, 2018). The energy sector is also heavily affected by climatic stressors and future climatic conditions are likely to increased demands for energy required for cooling services through increased number of extreme temperature events, however, demand for cooling services might decrease due to the fewer low temperature extremes (De Cian and Wing, 2017; Mideksa and Kallbekken, 2010). Combined with changes in economic growth and the rising population, the mix of fuel in energy demand by various sectors is likely change as well. It is also important to investigate the future impacts of climate change on energy demand to develop adaptation and mitigation policies (Damm et al., 2017 and Eskeland and Mideksa, 2010).  

Temperature is one of the major drivers of energy demand in Europe, affecting summer cooling and winter heating for households, industry, and service sectors. Higher temperatures are expected to raise electricity demand for cooling, decrease demand for heating, and to reduce electricity production from thermal power plants (Mideksa and Kallbekken, 2010). These responses are largely autonomous and can therefore be considered as an impact or an adaptation. However, cooling is predominantly powered by electricity (which is more expensive), while heating uses a wider mix of energy sources, this particular distinction needs to be controlled for.  

The impact of climatic stressors on energy demand have been rather extensively researched (De Cian and Wing, 2017; De Cian et al., 2013; Howell and Rogner, 2014; Schaeffer, 2012; Bazilian et al., 2011). However, sub‐national estimates of future climate change on energy demand in Europe is lacking in the existing literature. Kitous and Després (2018)48 provide aggregated results for EU‐28 with a focus on selected regions. The authors find that heating needs decline compared by 27% by the end of the century but cooling needs increase significantly. According to EC (2018), final energy consumption in the EU is expected to decrease by 26% by 2050, with energy demand declining in the residential, industrial, transport, and the tertiary sectors. However, these results are also at the aggregate level with no spatial disaggregation. Pilli‐Sihvola et al. (2010), using an econometric methodology found that demand for heating will likely decline in Central and Northern Europe due to future warming. However, due to increasing temperature, cooling demand is likely to increase in Southern Europe. Eskeland and Mideksa (2010) estimated a decrease in electricity consumption in the northern European countries but an increase in demand the southern due to increased warming. 

The current literature also provides limited information on the combinations of sectors and fuels with much of the literature focusing on electricity and the residential sector (Schaeffer, 

                                                       48 As part of PESETE III. 

Page 83: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 83   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

2012). We combine econometric estimates with high‐resolution climatic data from Regional Climate Models (RCMs) to estimate the impact of future climate change at the NUTS‐2 level in the EU under various warming scenarios. Projections are computed for electricity, petroleum products, and natural gas, in four economic sectors (agriculture, industry, residential, and commercial). 

 

5.2. Trends in Energy Demand in Europe 

Figure X.1 shows the trends in final energy consumption across the industrial, transport, residential, and the service sectors since 2000. The data shows that the final energy consumption has increased in the transport and service sectors while decreasing in the industrial and residential sectors. However, these aggregated trends in the EU may not be representative as Germany, France, the United Kingdom, and Italy consumed 55.4% of the final energy consumption while fourteen member states consumed less than 10% in 2016. 

 Figure X.1: Trends in final energy consumption by sector (right) in the EU (EC, 2018) 

Figure X.2 provides both the historical and projected breakdown of the aggregated final energy consumption in the EU. The projections are computed by the PRIMES model ‐ an EU energy system model which simulates energy consumption and the energy supply system49. The projected changes in energy mix (left‐panel) suggests that the demand for fossil fuel will decline while the use of electricity will increase. As for the sectoral demand breakdown, the final energy consumption from transport and residential are likely to decline due to efficiency gains (EC, 2018). While aggregated projections are available from the PRIMES model, designing low‐carbon, energy‐efficient energy systems and high mitigation energy policies require projections of sub‐national level climate change impacts for Europe.  

                                                       49 https://ec.europa.eu/clima/sites/clima/files/strategies/analysis/models/docs/primes_model_2013‐2014_en.pdf  

Page 84: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 84   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

 Figure X.2: Final energy consumption by fuel type (left) and sector (right) in the EU (Eurostat, 2018) 

 

5.3. Data and Methodology 

We use econometric estimates from De Cian and Sue Wing (2017); the authors analyse per capita demand for three different final energy carriers associated with heating and cooling (electricity, petroleum products, and natural gas, in four economic sectors (agriculture, industry, residential, and commercial) for tropical and temperate countries as a function of per capita gross domestic product (GDP) and exposure to hot (>27.5 °C) and cold (<12.5 °C) days. We use the long‐run temperature elasticities in combination with future changes in temperatures under two warming scenarios for the EU. We utilize population projections from the Shared Socioeconomic Pathways‐2 (SSP2) to construct two baselines for global energy demand in 2050 and 2070 and compare them to a scenario without climate‐change impacts. De Cian and Sue Wing (2019), using data from 204 countries for 1970–2014, estimates elasticities and temperature semi‐elasticities of sectoral energy demand. The relationship between energy demand, weather, income, and prices as a dynamic adjustment process using an Error‐Correction Model (ECM)50. The authors find that temperature change impacts energy demand in a majority of energy carrier, sector, region combinations. Demand for energy increases heterogeneously with hot days across energy carriers and sectors. The paper also shows that extreme cold weather could reduce energy demand, especially in industry and agriculture.  

                                                       50 Please see De Cian and Sue Wing (2019) for a detailed description of the econometric methodology. 

Page 85: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 85   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

We combine these estimates with future projections of temperature. Our temperature projections are simulations of two representative concentration pathway scenarios (RCPs; van Vuuren et al., 2011) indicative of a high‐warming scenario (RCP8.5) in which climate change is unabated and moderate‐warming (RCP4.5)51 scenario in which mitigation policies are pursued. We use four different regional climate models (KNMI RACMO22E, IPSL‐CM5A‐MR, MPI‐ESM‐LR, and CNRM‐CM5) to compute a multi‐model mean. These bias‐corrected and downscaled RCMs are part of the EURO‐CORDEX52 climate simulations and are available at a spatial resolution of 12 KM. We define current and future climate as the mean of temperature between 1986‐2005 (historical), 2030‐2050, and 2050‐2070, respectively. The climate data used as the input is the difference in the hot (>27.5 °C) and cold (<12.5 °C) bins between the historical and future periods. 

5.4. Results 

Climate projections show that the number of hot days in EU (a relatively cold region) is expected to increase on average under both the warming scenarios, with some regions in Greece and Cyprus expected to have an additional 30 hot days by 2070. The number of cold days is set to decline under both RCP4.5 and RCP8.5 and some regions in Italy, Portugal, and Spain are expected to have 30 fewer cold days by 2070. 

We find heterogenous changes in energy demand by energy carrier and sector in the EU due to future climate change (Figure 5.3 and Table 5.1). The most significant increases in energy demand are expected in the industrial sector (11.4%) from natural gas and the service sector from electricity (40.1%) under RCP8.5 by 2070. These increases are projected to be 3.8% and 15.9%, respectively by 2050. Given the expanding service sector and substantial share of energy demand in this sector being met from electricity, this increase could potentially exert additional pressure on the electricity infrastructure in Europe. Energy demand in the residential sector is projected to decline significantly from natural gas (‐27.5%) and petroleum (‐41.5%) with only demand from electricity increasing (3.8%) under RCP8.5 by 2070. In the case of the agricultural sector, energy demand from electricity is projected to increase by 2% 2070. These declines in energy demand are likely driven by reduced energy consumption for heating, fuel switching (e.g., from petroleum products to electricity in the commercial sector), or as a result of increased energy efficiency in the residential sector. 

                                                       51 Our choice of scenarios is based on the stakeholder interests established in COACCH D1.5. We have focused our projections on the RCP4.5 as the likely scenario and closest to the proposed Nationally Determined Contributions (NDC) pathway and an extreme scenario RCP8.5, which represents the worst possible case. 52 EURO‐CORDEX ‐ Coordinated Downscaling Experiment ‐ European Domain (https://euro‐cordex.net).  

Page 86: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 86   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

 Figure 5.3: Change in climate‐related final energy demand by 2050 and 2070 under RCP4.5 and RCP8.5. 

       RCP 4.5  RCP 8.5 

   Sector  2030 ‐ 2050  2050 ‐ 2070  2030 ‐ 2050  2050 ‐ 2070 

Agriculture 

Electricity  0.6  1.0  0.8  2.0 

Natural gas  ‐  ‐  ‐  ‐ 

Petroleum  ‐  ‐  ‐  ‐ 

Industry 

Electricity  0.6  1.0  0.8  2.1 

Natural gas  2.7  4.9  3.8  11.4 

Petroleum  ‐  ‐  ‐  ‐ 

Residential 

Electricity  1.1  1.8  1.4  3.8 

Natural gas  ‐25.9  ‐33.5  ‐27.5  ‐41.5 

Petroleum  ‐23.7  ‐30.8  ‐25.1  ‐38.3 

Commercial 

Electricity  13.1  20.6  15.9  40.1 

Natural gas  ‐  ‐  ‐  ‐ 

Petroleum  ‐14.4  ‐19.1  ‐15.4  ‐24.4 

Table 5.1: Percentage change in climate‐related final energy demand by 2050 and 2070 under RCP4.5 and RCP8.5. 

Note: Some energy carrier – sector combinations could not be computed as the elasticities computed by De Cian and Sue Wing (2019) were not statistically significant. 

 

5.4.1. Spatial heterogeneity climate change impacts 

One of our major contributions is the projection of change in energy demand due to future climate change at the sub‐national (NUTS‐2) level for all the energy carrier – sector combinations. The summary of the results for RCP4.5 and RCP8.5 are provided in Table X.1 while the distribution of impacts across the NUTS‐2 regions are provided for RCP8.5 in Figure X.4. The highest increase in energy demand across energy carriers, driven by rise in cooling 

Page 87: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 87   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

demand, are projected in the NUTS‐2 regions of Thessaly (Greece), Central Macedonia (Greece), Andalusia (Spain), and Yugoiztochen (Southeastern Belgium). Driven by decline in heating demand, the regions with the highest declines in the residential sectors are projected to be South Aegean (Greece), Algarve (Portugal), and Ceuta (Spain).     

Page 88: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 88   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

Electricity 

  

Natural Gas 

  

Petroleum 

Page 89: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 89   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

  Figure 5.4: Distribution of climate change impacts by energy carrier, sector, and NUTS‐2 region under RCP8.5 by 

2070 computed using a multi‐model mean of four RCMs.  Note: White indicates missing data. 

  

5.6. Discussion and conclusion 

Our results suggest that the impact of future climate change on energy demand in Europe will be heterogeneous, across energy carriers, sectors, and NUTS‐2 regions. The most significant increases in energy demand are expected in the industrial sector (11.4%) from natural gas and the service sector from electricity (40.1%) under RCP8.5 by 2070. Under a more moderate warming scenario of RCP4.5, these increases are projected to be 4.9% and 20.6%, respectively. Given the expanding service sector and substantial share of energy demand in this sector being met from electricity, this increase could potentially exert additional pressure on the electricity infrastructure in Europe.  

Energy demand in the residential sector is projected to decline significantly from natural gas (‐27.5%) and petroleum (‐41.5%) with only demand from electricity increasing (3.8%) under RCP8.5 by 2070. In the case of the agricultural sector, energy demand from electricity is projected to increase by 2% 2070. Comparable estimates at the sub‐national level are difficult to find for Europe; Damm et al. (2017) found that a warming of 2°C reduces electricity consumption in most European countries. With the highest decrease expected in Norway, Sweden, Estonia, Finland, and France. 

Our estimates also suggest that electricity is the most dominant energy carrier in terms of increased energy demand due to climate change. In the case of sectors, the increases in demand will be largely driven by the industrial (4.5%) and commercial sectors (5.2%), while the demand in the agricultural sector projected to increase slightly by 0.7%. Final total energy demand in the residential sector is expected to decline by 25.3% under an 

Page 90: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 90   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

unmitigated climate change scenario. These results are in line with van Ruijven et al. (2019), who find a median 2% net reduction in the total final energy consumption for Europe. 

Our results could be important not only for sector and region‐specific mitigation policies but also for network and infrastructure operators. As our analysis provides impacts based on hot and cold days, supply side decision on future peak demand requirements can be tailored by region. 

 

   

Page 91: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 91   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

5.7. References  

Bazilian, M. et al. (2011). “Considering the energy, water and food nexus: towards an integrated modeling approach”. Energy Policy 39 (12):7896–7906, https://doi.org/10.1016/j.enpol.2011.09.039. 

Damm, A., Köberl, J., Prettenthaler, F., Rogler, N., and Töglhofer, C. (2017). “Impacts of +2°C Global Warming on Electricity Demand in Europe”, Climate Services, 7, 12–30; https://doi.org/10.1016/j.cliser.2016.07.001.  

De Cian, E., Lanzi, E., Roson, R. (2013). “Seasonal temperature variations and energy demand”. Climatic Change, 116, 805–825. http://dx.doi.org/10.1007/s10584‐012‐0514‐5. 

De Cian, E. and Wing, I. S. (2017). Global energy consumption in a warming climate. Environ Resource Econ. 1–46. https://doi.org/10.1007/s10640‐017‐0198‐4. 

Eskeland, G. S., Mideksa, T.K. (2010). “Electricity demand in a changing climate”. Mitigation Adaptation Strategies Global Change, 15, 877–897. http://dx.doi.org/10.1007/s11027‐010‐9246‐x. 

European Commission (2018). In‐depth analysis in support of the commission communication com:(2018) 773. 

Eurostat (2018). Eurostat Database on Energy Statistics. Available: https://ec.europa.eu/eurostat/web/energy/data. [Accessed September 2019]. 

Howell M., Rogner H.H. (2014). “Assessing integrated systems”. Nature Climate Change, 4 (4), pp. 246‐247, https://doi.org/10.1038/nclimate2180.  

Kitous A., Després J., Assessment of the impact of climate change on residential energy demand for heating and cooling, EUR 29084 EN, Publications Office of the European Union, Luxembourg, 2018, ISBN 978‐92‐79‐77861‐2, https://doi.org/10.2760/96778, JRC108692. 

Mideksa, T.K. and Kalbekken, S. (2010). “The impact of climate change on the electricity market: A review”, Energy Policy, 38(7); https://doi.org/10.1016/j.enpol.2010.02.035.  

Pilli‐Sihvola, K., Aatola, P., Ollikainen, M., Tuomenvirta, H. (2010). “Climate change and electricity consumption—Witnessing increasing or decreasing use and costs?” Energy Policy, 38, 2409–2419. http://dx.doi.org/10.1016/j.enpol.2009.12.033.  

Schaeffer, R. (2012). “Energy sector vulnerability to climate change: a review”. Energy 38:1–12. 

 

   

Page 92: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 92   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

 

6. Impacts on Tourism53 

6.1. Theoretical Framework 

 Since the mid‐1990s, climate change and  its effects on different sectors of the economy,  in particular the tourism industry, has been one of the main topics in the economic literature. The  impact of climate change on  tourism  is addressed either by  its direct effects,  such as increasing  temperature,  or  the  result  caused  by  its  secondary  effects,  such  as  rising  sea levels (Rosselló‐Nadal, 2014).  In  order  to  study  the  impacts  of  climate  change  on  tourism  demand,  there  are  different methods  used  in  the  literature.  A  large  number  of  papers  studies  this  impact  by  using quantitative methods, while a relatively limited part of the literature addresses the issue by using  surveys  and  qualitative  approaches  (Steiger  et  al.,  2017).  Applying  econometric methods, the former mostly uses climate indices and tourism demand models to investigate the impact of climate change on tourism. On the other hand, the latter relies on surveys and also experts’ opinions and predictions on the  interaction of climate effects and the tourism industry to evaluate the relationship between climate change and tourism.  To  start  a  comprehensive  research,  one  can  primarily  consult  a  significant  part  of  the literature  that  critically  reviews  and  summarizes works  done  in  the  field. Most  of  these studies the literature on general tourism activities using different climate change measures, such as the Tourism Climate Index (TCI) (Weaver 2011; Scott 2011; Scott et al. 2012; Becken 2013; Pang et al. 2013; Rosselló‐Nadal 2014), while some review studies concentrate only on one  segment of  the  industry, e.g. winter  tourism  (Elsasser  and Bürki 2002; Yang  andWan 2010; Gilaberte‐Búrdalo et al. 2014; Steiger et al. 2017).  In  line with other  review studies, Scott et al. (2012) suggest that since climate change will alter the competitiveness of tourist destinations,  all  destinations  need  to  adapt  to  climate  change  by  capitalizing  on  new opportunities  in  order  to  minimize  the  projected  risks  associated  with  local  and  global impacts of climate change. The latter group consistently concludes that as a reduction in the number of winters  is projected due  to  climate  change,  a  comprehensive multidisciplinary approach is needed to investigate the impacts of climate change on winter tourism.  In addition, there are some literature reviews that mainly focus on surveys, qualitative data, decision making and perceptions  regarding  the projected effects of climate change on  the tourism  industry  (Gössling  and  Hall  2006;  Gössling  et  al.  2012).  Reviewing  the  existing literature, Gössling and Hall (2006) claim that current models do not capture a wide range of aspects  of  climate  change  effects  on  tourism,  which  are  necessary  for  achieving  the understanding of tourist response in order to have accurate projections. 

                                                       53 Milan Ščasný, Levan Bezhanishvili, Shouro Dasgupta are grateful for very valuable comments and advice on econometric modelling to Professor Anna Alberini, University of Maryland and Charles University in Prague.  

Page 93: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 93   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

 We review over 50 papers in order to better understand how the weather‐related effects on tourism  flows  have  been  analysed  in  empirical  studies.  These  results  is  presented  in Appendix.  This study contributes to that literature by analysing the effect of climate change on tourist demand for European countries, applying quantitative econometric analyses and using both monthly and annual data from EUROSTAT.  We specifically aim at the effect of temperature and climate extremity on number of arrivals and nights spent. We analyse  the effect of present  temperature and extremes and a one‐year  lag of these variables to examine the effect of past experience.   We use monthly and annual country‐level data. While the former data are used to specifically analyse the effect on tourism in Europe during summer months (June to September), the latter approach allow us  to  analyse  the  aggregate  effect  during  the  entire  year.  In  order  to  examine  different patterns in visiting different countries, we analyse the effect of temperature on tourism for five regions in Europe, differing in climate and income.  

 This  section  is  organized  as  follows.  In  the  next  section,  the  data  used  for  analyses  is discussed.  In section 4.3, the descriptive statistics, methodology and results are presented, finally, in the last section conclusion is presented. 

 

6.2. Data 

6.2.1. Tourism and Socioeconomic Data 

We  use  EUROSTAT  country‐level  data  on  tourism  and  socio‐economic  characteristics.  To measure the impact of climate change on tourism demand, we gathered monthly, quarterly, and annual tourism‐related data.  Analyses based on monthly‐data  is  relying on  tourism data  recorded  in “Arrivals at  tourist accommodation  establishments”  and  “Nights  spent  at  tourist  accommodation establishments” EUROSTAT’s databases, which depict number of arrivals and nights spent by residents  and  non‐residents  in  hotels;  holiday  and  other  short‐stay  accommodation; camping  grounds,  recreational  vehicle  parks  and  trailer  parks  monthly  in  38  European countries for the period 1990M01‐2019M07.  Quarterly  data  records  number  of  trips  and  number  of  nights  spent  by  tourists  (for  the population aged 15 years and over) of which the main purpose  is holidays or business, and which  involve at  least one or more consecutive nights spent away  from  the usual place of residence for the period 1996Q1 – 2011Q4 for 31 European countries.  

Page 94: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 94   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

Two types of annual data are available. The first type of database contains tourism data for European  countries where  tourists  are  either  local  residents  or  foreigners.  The  (country) origin of tourists is also known in the second database.   Apart number of arrivals and number of nights spent by tourists, number of establishments and bed places are provided at NUTS 2 level for the period 1990‐1917.  Besides tourism data, our econometric models are relying on socioeconomic data, including GDP  (Gross domestic product at market prices, Chain  linked volumes  (2010), million euro), GDP  in  EURO  PPS,  and  Population  density  (Number  of  inhabitants  per  square  kilometre). Both  databases  are  available  on  EUROSTAT  website  at  NUTS  2  level  for  2000‐2017. Socioeconomic data as well as data on tourism are unbalanced.   

6.2.2. Climate Data  

Our historical climatic data comes from the Global Land Assimilation System (GLDAS v2.1), this  is  a  re‐analysed  gridded  climatic  dataset,  with  0.25°  x  0.25°  spatial  and  3‐hourly temporal resolution. We begin with the daily temperature, precipitation, humidity data and compute the various aggregated indicators at the country and NUTS‐2 level.   

ptotal ‐ total amount of precipitation over given period; 

psummer ‐ total amount of precipitation for summer season; 

tmax ‐ maximum temperature for a region (or country) over given period; 

tmin ‐ minimum temperature for a region (or country) over given period; 

tmean ‐ average temperature for a region (or country) over given period.  Based  on  daily  climate  data we  construct  different  climate  extremity  indices  in  order  to check the effect of extremity events on tourism demand.54  

HImax ‐ the maximum of daily Heat Index over the period.  

THImax ‐ the maximum of daily Temperature Humidity Index (Sometimes they call it Discomfort Index (DI)) over the period.  

THImin  ‐  the  minimum  of  daily  Temperature  Humidity  Index  over  the  period. (Sometimes they call it Discomfort Index (DI). 

WSDI ‐ Warm spell duration index is defined as annual or seasonal count of days with at least 6 consecutive days when the daily maximum T exceeds the 90th percentile in the calendar 5‐day window for the base period 1979‐2009. (Data is provided only for NUTS2 annual level). 

HI_Caution ‐ number of days where 27℃ < HI < 32.5℃. 

HI_Ext_Caution ‐ number of days where 32.5℃ <= HI < 39.5℃. 

                                                       54 For detailed description of the indexes, see, for instance, https://en.wikipedia.org/wiki/Heat_index,  https://www.slideshare.net/omkarjoshi31521/why‐so‐discomfort‐discomfort‐index‐47964323,  https://www.slideshare.net/omkarjoshi31521/why‐so‐discomfort‐discomfort‐index‐47964323.  

Page 95: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 95   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

 Other weather‐related  indexes tested  in our modelling are: trange  ‐ mean of daily  (Tmax  ‐ Tmin) over the period; summerdays  ‐ number of days where Tmax > 25℃ over the period; tropnights ‐ number of days where Tmin > 20℃ over the period; stdmax ‐ std of Tmax over the period; stdmean ‐ std of Tmin over the period; HI_Danger ‐ number of days where 39.5℃ <= HI  <  51.5℃; HI_Ext_Danger  ‐  number  of  days where HI  >=  51.5℃; DI_uncomf_exist  ‐ number  of  days where  THI  <=14.9℃  or  THI  >  26.5℃; DI_uncomf_prop  ‐  number  of  days where  THI  <=14.9℃  or  THI  >  26.5℃;  DI_uncomf_exist_neg  ‐  number  of  days where  THI <=14.9℃;  DI_uncomf_exist_posit  ‐  number  of  days  where  THI  >=26.5℃; DI_uncomf_prop_posit ‐ number of days where THI >=30.1℃.   

6.3. Methodology and Results 

6.3.1.  Temperature effect on tourism: monthly‐data analysis 

We use monthly data for summer, covering June to September 2000‐2016, for 29 European countries.  Since  we  use  in  our  analysis  monthly  data  average  temperature  is  16.9  °C, maximum monthly  (average)  temperature  is 30.8 °C. Average annual GDP  is about 25,000 Euro, with a range at 6,200  to 77,300 PPS Euro. Countries vary  in climate, geography, and area – on average there are 125 people per km2, see Table 6.1.   Table 6.1 Sample descriptive statistics, monthly data, June‐Sept, 2000‐2016 

Variable  N  Mean  Std  Min  Max 

Dependent variables            nights [1000/month]  1820  11 859  17 783  101  87 171 

arrivals [1000/month]  1820  3 327  4 725  43  23 389 

Socio‐econ controls           

GDP PPS pc  1536  24 804  11 430  6 200  77 300 

GDP EUR2010 pc  1700  25 899  16 183  3 250  84 547 

Population density  1812  125.71  105.86  2.80  503.10 

Weather controls           tmean  1700  16.86  4.66  ‐2.00  30.23 

tmax  1700  30.78  6.76  4.37  46.07 

precipitation  1700  74.97  40.31  0.00  247.79 

HI_max  1700  24.09  5.77  1.91  38.37 

THI_max  1700  21.58  4.04  2.78  28.53 

THI_min  1700  10.03  4.47  ‐7.16  23.88 

WSDI  1816  9.50  12.34  0.00  115.00 

Regions           NORTH  1820  0.21  0.41  0  1 

WEST  1820  0.23  0.42  0  1 

EAST  1820  0.22  0.41  0  1 

SOUTH  1820  0.19  0.39  0  1 

Page 96: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 96   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

BALKAN  1820  0.15  0.35  0  1 

 The dataset  records  the number of arrivals and  the number of nights  spent  in  country of destination, without knowing from which country tourists are coming (i.e. country of origin). In  order  to  examine  different  patterns  in  visiting  countries we  group  all  countries  in  five groups  that differ  in weather  (warm, cold) and  income. These  five groups  include NORTH, WEST,  EAST,  SOUTH,  and  BALKAN.55  As  shown  in  table  2,  countries  grouped  in  the  five groups differ with  respect  to economic performance  (GDP per capita), population density, outdoor  temperature,  and  weather  in  general  (as  measured  by  heat‐related  indexes). Moreover, arrival flows and nights spent also vary considerably, see Table 6.2.   Table 6.2 Descriptive country statistics by regions, summer months 2000‐2016, averages 

Variable  ALL  NORTH  WEST  EAST  SOUTH  BALKAN 

nights [1000/month]  11 936  8 452  18 497  2 689  25 628  3 956 

arrivals [1000/month]  3 421  2 948  6 091  902  5 702  859 

GDP PPS pc  24 482  32 611  38 731  17 114  22 914  13 110 

GDP 2010 pc  26 482  38 998  41 640  10 553  21 558  7 758 

Population, million  12.84  13.46  27.59  9.96  25.26  8.04 

Population density, p/km2  219.60  71.88  238.11  84.38  113.32  84.14 

Weather controls             

tmean  16.65  11.99  15.71  16.79  21.83  19.08 

tmax  30.52  23.36  31.03  30.14  37.80  33.07 

max(tmean)  30.23  19.81  22.40  23.90  30.23  24.12 

max(tmax)  46.07  33.96  41.43  40.32  46.07  43.15 

Himax  23.87  18.00  24.33  23.50  29.83  25.98 

THImax  21.44  17.29  22.15  21.43  24.86  22.85 

THImin  9.89  6.56  8.79  10.82  12.64  12.04 

WSDI  9.18  6.96  9.14  7.94  12.65  10.57 

  Attractiveness  of  country  to  visit  depend  on many  factors,  including  cultural  and  natural characteristics and tourist infrastructure quality. Country area also determines its capacity to accept  tourists.  Larger  countries  have  also more  tourists’  opportunities  and  facilities, we disregard domestic, within‐country, tourists flow  in presented analysis. As a result, number of  tourist’s  arrivals and nights  spent  vary  considerably across  countries. While only about 50,000 people  a month  arrived  at  some  countries, more  than 20 million people  a month visited  another  one,  giving  average  at  3–4 million  arrivals  a month  in  various  years,  see 

                                                       55  NORTH  include  the  Northern  European  country  (Denmark,  Island,  Northern  Ireland,  Finland,  Norway, Sweden,  and  the  United  Kingdom). WEST  include  countries  in  the Western  Europe  and  close  to  the  Alps (Austria,  Belgium,  France,  Germany,  Luxemburg,  Netherlands,  and  Switzerland).  EAST  includes  Baltic  and Visegrad countries, specifically,  the Czech Republic, Estonia, Hungary, Latvia, Lithuania, Poland, and Slovakia. SOUTH  includes  Cyprus,  Greece,  Italy,  Portugal,  and  Spain.  BALKAN  includes  Bulgaria,  Croatia,  North Macedonia, Romania, Slovenia, and Turkey.  

Page 97: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 97   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

Figure 6.1. The same tendency can be observed for nights pent – while the average is 11–14 million nights spend a month in various years, there are countries with 100,000 nights spent a month and other ones that record almost 90 million nights spent a month.               Figure 6.1 Nights spent and arrivals per month and annual GDP, 2000‐2018 

  Arrivals and nights spent also vary across regions visited by tourists. Southern countries and countries in Western Europe were visited more frequently than countries in Eastern Europe and  Balkan.  Tourist  flow  is  stronger  in  July  and  August,  gets  a  bit  lower  in  June,  and  is considerable smaller in September, see Figure 6.2.   Figure 6.2: Arrivals and nights spent by visited regions and by summer months. 

0

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

30.000

35.000

0

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

14.000

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

Annual GDP, EUR2010 per capita, by year

nights and arrivals in 1000 per m

onth, by year

nights arrivals GDP EUR 2010 pc

Page 98: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 98   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

 Estimation results  Using  the monthly data on  tourist’s destination, we estimate  three groups of models with fixed effect on country of destination and time effects on year and summer months. Table X3  reports  the  results when we  control  for average monthly  temperature, while Table X4 displays the estimation results when controlling for maximal monthly temperature. Table X5 then provides the results when weather  is defined by heat‐measured  indexes, such as THI, HI, or WSDI. In all models we measure tourist’s performance by either number of arrivals, or number of nights spent, both transformed in natural logarithm.    Since we do not  know  from which  country  visiting  tourists originate, we  can’t  control  for socio‐economic  characteristics  of  country  of  origin.  GDP,  therefore  measures  economic performance of country of destination that may also reflect how visited country is expensive. Better economic performance is also likely associated with better tourist infrastructure and more  facilities  that may  hence make  its  places more  attractive  to  visit.  In  all models we found  that  the economic performance of country of destination, as measured by GDP per capita,  is positively associated with number of arrivals, however  it  is negatively associated with number of nights spent there. Following our prior  intuition, the former effect may be due  to  better  infrastructure  that  attract more  people  to  visit  a  country, while  the  latter effect is due to higher price level in more wealthy countries. In both cases, absolute value of elasticity  is  about  0.10,  indicating  relatively  small  effect  of  economic  performance  of destination country on tourists flows.    More populated countries are less attractive to be visited. Population density increased by 1 person per square‐kilometer reduces number of arrivals and nights spent by about 0.8–0.9 %. Arrivals  and  nights  spent  are  the  largest  in  July  and  August  and  tourism  is weaker  in September than in June.  With  respect  to  weather  controls,  we  do  not  find  statistically  significant  effect  of precipitation. Effect of temperature on tourism has in most models an inverted U shape and it  is  similarly  associated with  both  dependent  variables.  Figure  6.4.  displays  the  effect  of average and maximal monthly  temperature on arrivals per month.  In  the  case of average temperature, the turning‐point is a few degrees of Celsius after sample average (grey circle), implying  that  the  curve  is  steeply  declining  in  the  whole  area  around  current  sample 

Page 99: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 99   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

maximum  in average monthly temperature  (red diamond). The effect of maximum  in daily temperature over a month on arrivals  is also negative after the average value, although  its pace is not as steep as in the case of average monthly temperature, see Figure 6.3.  Association  between  temperature  and  arrivals  is  not  the  same  across  the  regions.  In countries that are relatively colder (NORTH), the effect of  increasing temperature  is always positive, increasing attractiveness of their places (blue lines in Figure 6.4). In WEST, increase in  maximum  monthly  temperature  has  stronger  effect  than  an  increase  in  average temperature (orange lines). We can observe similar same association between temperature and arrivals, as  in WEST, also  in EAST  (grey  lines). Tourists coming to countries grouped  in EAST  are  in  particular  sensitive  to  changes  in  average  temperature  beyond  35  °C.    Both yellow curve characterising visits  in countries from SOUTH follow a declining trend and the effect of  increasing average monthly temperature  is higher than the effect of  increasing  its maximum.  It  seems  temperature  is  not  so  important  factor  for  travelling  to  countries  in BALKAN group.      

Page 100: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 100   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

Table 6.3: Results, controlling for average monthly temperature, summer 2000‐2016  

Dependent variable ln(arrivals) ln(arrivals) ln(arrivals) ln(nights) ln(nights)

Coeff Coeff Coeff Coeff Coeff

ln(GDP) 0.1017 * 0.0875 * 0.0874 * -0.1099 * -0.1265 **

population density -0.0079 *** -0.0081 *** -0.0081 *** -0.0089 *** -0.0088 ***

temp 0.0803 *** 0.0870 ***

temp-sq -0.0018 *** -0.0021 ***

temp*NORTH 0.0564 * 0.0523 *** 0.0032

temp-sq*NORTH -0.0001 0.0014

temp*WEST 0.0154 0.0152 0.0166

temp-sq*WEST -0.0006 -0.0006 -0.0003

temp*EAST 0.0757 *** 0.0755 *** -0.0099

temp-sq*EAST -0.0017 ** -0.0017 ** 0.0005

temp*SOUTH 0.0732 ** 0.0731 ** 0.2098 ***

temp-sq*SOUTH -0.0017 ** -0.0017 ** -0.0051 ***

temp*BALKAN 0.0218 0.0216 0.0002

temp-sq*BALKAN 0.0001 0.0001 0.0007

precipitation 1.12E-05 6.95E-06 7.11E-06 1.75E-05 3.23E-05

precipitation-sq -4.86E-09 -4.27E-09 -4.29E-09 -6.17E-09 -7.93E-09 **

July 0.2344 *** 0.2265 *** 0.2263 *** 0.4069 *** 0.3947 ***

August 0.2469 *** 0.2411 *** 0.2411 *** 0.4044 *** 0.3985 ***

September -0.0386 *** -0.0479 *** -0.0482 *** -0.0635 *** -0.0751 ***

constant 12.7486 *** 13.1715 *** 13.1790 *** 16.1219 *** 16.4921 ***

Fixed effects

Country Y Y Y Y Y

Years Y Y Y Y Y

No. obs. 1416 1416 1416 1416 1416

No. groups 29 29 29 29 29

F(24,1363) 139.28 114.23 118 154.27 124.34

F test (all ui=0) 1793.57 1231.61 1233.68 1582.32 1036.74

corr(u_i, Xb) -0.6048 -0.6342 -0.635 -0.629 -0.511

    

Page 101: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 101   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

Table 6.4: Estimation results, controlling for maximum monthly temperature, summer 2000‐2016, FE model  

Dependent var ln(arrivals) ln(arrivals) ln(arrivals) ln(nights) ln(nights)

Coeff Coeff Coeff Coeff Coeff

ln(GDP) 0.0992 * 0.0689 0.0692 -0.1094 * -0.1447 **

population density -0.0085 *** -0.0079 *** -0.0079 *** -0.0095 *** -0.0090 ***

max(t) 0.0598 *** 0.0613 ***

max(t)-sq -0.0009 *** -0.0009 ***

max(t)*NORTH 0.0633 ** 0.0236 *** 0.0373

max(t)-sq*NORTH -0.0008 -0.0003

max(t)*WEST 0.0664 *** 0.0655 *** 0.1301 ***

max(t)-sq*WEST -0.0012 *** -0.0012 *** -0.0022 ***

max(t)*EAST 0.1042 *** 0.1034 *** 0.0396

max(t)-sq*EAST -0.0016 *** -0.0016 *** -0.0006

max(t)*SOUTH -0.0810 *** -0.0810 *** -0.0701 **

max(t)-sq*SOUTH 0.0010 ** 0.0010 ** 0.0008 *

max(t)*BALKAN 0.0007 0.0000 -0.0082

max(t)-sq*BALKAN 0.0002 0.0002 0.0004

precipitation -7.55E-06 -7.19E-06 -7.49E-06 1.10E-05 1.31E-05

precipitation-sq -2.88E-09 -3.09E-09 -2.94E-09 -5.55E-09 -5.82E-09

July 0.2699 *** 0.2630 *** 0.2619 *** 0.4302 *** 0.4237 ***

August 0.2761 *** 0.2707 *** 0.2705 *** 0.4233 *** 0.4184 ***

September -0.0620 *** -0.0590 *** -0.0611 *** -0.0816 *** -0.0806 ***

constant 12.7029 *** 13.4898 *** 13.5978 *** 16.0430 *** 16.9911 ***

Fixed effects

Country Y Y Y Y Y

Years Y Y Y Y Y

No. obs. 1416 1416 1416 1416 1416

No. groups 29 29 29 29 29

F(24,1363) 135.74 110.45 113.92 151.71 121.86

F test (all ui=0) 1312.89 1123.03 1123.44 1183.9 895.27

corr(u_i, Xb) -0.6331 -0.8264 -0.8325 -0.6522 -0.8021

           

Page 102: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 102   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

Figure 6.3: Effect of temperature change on arrivals, in 1000 per month. 

   Note: Red diamonds indicate maximum in maximum monthly temperature and average temperature, respectively, while grey circles represent average value of maximum or average temperature across countries. 

     

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

10 15 20 25 30 35 40 45 50

arrivals (in 1000 a m

onth)

average/max temperature, summer [°C]

arrivals (temp) nights (temp) arrivals (tmax) nights (tmax)

Page 103: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 103   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

Figure 6.4: Association between arrivals and temperature, by regions of destination  

Panel A – average monthly temperature  

  

Panel B – maximal monthly temperature  

 Note: Red diamonds indicate maximum in maximum monthly temperature and average temperature, respectively, while grey circles represent average value of maximum or average temperature across countries. 

 Elasticity measures how  sensitive  tourists  flows  (arrivals, nights  spent) are with  respect  to changes  in  temperature.  For  instance,  elasticity  at  ‐0.30  indicates  that  10%  change  in temperature  result  in  decrease  in  tourism  by  3  percentage  points.  Due  to  quadratic specification of  temperature‐related variables, elasticity of demand  for arrivals, and nights spent, respectively,  is a  function of  temperature.  It means  that,  for  instance, elasticity of  ‐0.80 at current temperature maximum (say 30 °C) indicates that increasing this maximum by 5 % (by 1.5 °C) may result in a decrease in tourism flows by 4.0 %.  

0

1

2

3

4

5

6

7

10 15 20 25 30 35

arrivals (in 1000 a m

onth)

average temperature, summer [°C]NORTH WEST EAST SOUTH

0

1

2

3

4

5

6

20 25 30 35 40 45 50

arrivals (1000 a m

onth)

max temperature, summer [°C]

NORTH WEST EAST SOUTH

Page 104: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 104   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

Using the estimates reported in tables 2‐3, we can derive the elasticity estimates. We found the association  follows an  inverted U‐shape, and  this  form  is similar  for both  temperature variables  and  both  dependent  tourism  variables.  Specifically,  in  the  case  of maximum  in monthly temperature (upper curves), elasticity is positive and declining to zero around level of 35 °C (that is current maximum in NORTH countries), from that elasticity is negative and declining even more  steep.  For  instance,  around  the maximum  level  at 41  °C,  that  is  the maximum observed in the past in countries in WEST and EAST, elasticity is ‐0.54 for arrivals, and ‐0.59 for nights spent, respectively, see Figure 6.5.   Tourists flows, and in particular nights spent, are even more sensitive on changes in average monthly temperature. Elasticity at the  level of maximums for NORTH, around 20 °C,  is still positive, approximately +0.18 for arrivals, and +0.05 for night spent, respectively. For higher average temperatures, elasticity is getting negative and steeply declines. For 22–24 °C, that is the maximum of average temperature  in WEST, EAST, and BALKAN, and country average for average temperature  in SOUTH, the elasticity  is small but already negative (up to ‐0.13, and ‐0.35, respectively). In the area around 30 °C elasticity gets larger value, around ‐0.80 for arrivals,  and  ‐1.20  for  nights,  respectively. We  note  that  30  °C  is  current  maximum  in average temperatures in SOUTH.  Figure 6.5: Elasticity of arrivals and nights with respect to changes in temperature  

  Note: For semi‐log model specification implies the elasticity as (a*T) for linear specification, lnY=a*T, and (a+2*b*T)*T for a quadratic form, lnY=a*T+b*T^2,  where T is weather control, and a and b are coefficients to be estimated. 

 

Lagged effect  Table  6.5.  reports  the  results  for  fixed  effect models  when  controlling  for  the  weather variables lagged by one year. Panel A displays the results for number of arrivals and panel B shows the results for nights spent.  

‐2.2

‐1.7

‐1.2

‐0.7

‐0.2

0.3

0.8

10 15 20 25 30 35 40 45 50

temperature,  summer °C

elasticity ‐ arrivals(tmax) elasticity ‐ nights_spent(tmax)

elasticity ‐ arrivals(temp) elasticity ‐ nights_spent(temp)

Page 105: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 105   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

 The results are qualitatively similar as the results presented in the models without lags.  Effect of GDP  in a country of destination on arrivals  is positive and significant, with  implied elasticity at 0.14–0.15, while coefficient for GDP in models with nights spent is negative but not significant at any convenient  level. Population density makes places  less attractive with respect to arrivals and nights spent.  Additionally, to maximum in daily temperature and average temperature over a month, we also control for weather indices, such as HI max, THI, HI Caution and HI Extreme Caution. In all  models  we  support  a  quadratic  form  (an  inverted  U‐shape)  of  association  between weather measures and tourism variables, with exemption for HI Caution.  Association between  temperature  lagged by one year and arrivals  follows  similar  trend as temperature controls without lags, as shown in Figure 6.6 (with lag) and Figure 6.3 (no lag), respectively.  Figure 6.6: Temperature lagged by 12 months and arrivals  

 

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

10 15 20 25 30 35 40 45 50

arrivals (in 1000 a m

onth)

average/max temperature, summer [°C]

arrivals (temp) tmean arrivals (tmax) tmax

Page 106: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 106   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

Table 6.5: Estimation results for lagged weather‐controls, FE model, summer months 2000‐2016.  Panel A ‐ number of arrivals   

arrivals  tmax  temp  HI_max  THI  HI_Caution  HI_ExtremCaution 

   Coeff.     Coeff.     Coeff.     Coeff.     Coeff.     Coeff.    

lngdp  0.1507  ***  0.1449  ***  0.1355  ***  0.1437  ***  0.1405  ***  0.1453  *** 

popdenst  ‐0.0083  ***  ‐0.0078  ***  ‐0.0081  ***  ‐0.0081  ***  ‐0.0081  ***  ‐0.0082  *** 

L12_weather  0.0536  ***  0.0770  ***  0.0629  ***  0.1365  ***  ‐0.0036     ‐0.0689  ** 

L12_weather‐sq  ‐0.0008  ***  ‐0.0018  ***  ‐0.0012  ***  ‐0.0031  ***  ‐0.0001     0.0073  * 

month                                     

July   0.2732  ***  0.2429  ***  0.2745  ***  0.2764  ***  0.2793  ***  0.2749  *** 

August  0.2775  ***  0.2530  ***  0.2782  ***  0.2777  ***  0.2815  ***  0.2777  *** 

September  ‐0.0635  ***  ‐0.0419  ***  ‐0.0646  ***  ‐0.0687  ***  ‐0.0897  ***  ‐0.0888  *** 

constant  12.2796  ***  12.3681  ***  12.4856  ***  11.7109  ***  13.2215  ***  13.1891  *** 

Fixed effects                                     

Country  Y     Y     Y     Y     Y     Y    

Year  Y     Y     Y     Y     Y     Y    

                                      

No. obs.  1472     1472     1472     1472     1472     1472    

No. groups  29     29     29     29     29     29    

F(24,1363)  171.07     175.62     172.34     172.28     165.74     164.97    

F test (all ui=0)  3798.57     4540.63     3941.35     3865.24     4257.55     4389.96    

corr(u_i, Xb)  ‐0.6105     ‐0.59     ‐0.6064     ‐0.6049     ‐0.6044     ‐0.61    

R‐sq                                     

within  0.7311     0.7274     0.7274     0.7273     0.7196     0.7186    

between  0.0771     0.0791     0.0791     0.0808     0.0749     0.0765    

Page 107: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 107   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

overall  0.0545     0.0581     0.0581     0.0587     0.0563     0.0579    

 Panel B –nights spent  

nights  tmax  temp  HI_max  THI  HI_Caution  HI_ExtremCaution 

   Coeff.     Coeff.     Coeff.     Coeff.     Coeff.     Coeff.    

lngdp  ‐0.0488     ‐0.0566     ‐0.0640     ‐0.0565     ‐0.0724     ‐0.0578    

popdenst  ‐0.0080  ***  ‐0.0074  ***  ‐0.0078  ***  ‐0.0077  ***  ‐0.0076  ***  ‐0.0078  *** 

L12_weather  0.0517  ***  0.0833  ***  0.0577  ***  0.1216  ***  ‐0.0054     ‐0.1049  *** 

L12_weather‐sq  ‐0.0008  ***  ‐0.0020  ***  ‐0.0011  ***  ‐0.0029  ***  ‐0.0003  *  0.0099  ** 

month                                     

July   0.4302  ***  0.4089  ***  0.4341  ***  0.4386  ***  0.4435  ***  0.4337  *** 

August  0.4229  ***  0.4061  ***  0.4253  ***  0.4267  ***  0.4351  ***  0.4257  *** 

September  ‐0.0818  ***  ‐0.0634  ***  ‐0.0875  ***  ‐0.0961  ***  ‐0.1082  ***  ‐0.1068  *** 

constant  15.4495  ***  15.5027  ***  15.7082  ***  15.0661  ***  16.4707  ***  16.3632  *** 

Fixed effects                                     

Country  Y     Y     Y     Y     Y     Y    

Year  Y     Y     Y     Y     Y     Y    

                                      

No. obs.  1472     1472     1472     1472     1472     1472    

No. groups  29     29     29     29     29     29    

F(24,1363)  182.29     186.79     182.71     182.13     185.24     179.46    

F test (all ui=0)  2974.76     3815.36     3071.84     3005.65     3766.77     3868.37    

corr(u_i, Xb)  ‐0.5971     ‐0.5743     ‐0.5955     ‐0.5963     ‐0.5868     ‐0.5973    

R‐sq                                     

within  0.7384     0     0     0.7382     0     0    

between  0.1059     0     0     0.1158     0     0    

Page 108: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

D2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade

  

CO  Page 108   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

overall  0.0574     0     0     0.0615     0     0    

   

Page 109: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

 

CO  Page 109   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

 

6.3.2.  Temperature  and  climate extremes effect on  tourism: country‐pairs analysis  

We analyse annual data for 2000‐2016 period, for 37 European countries. This dataset records  the  number  of  nights  spent  in  country  of  destination, while  the  country  of origin of tourists is also reported.  For  this  specific database, we  run  a  classical  regression model  for  temperature  and precipitation  as well  as  a model where  the  covariate main  of  interest  is  a  climate extreme index. Our goal is to check whether and how extreme weather influences on tourism demand.  The basic econometric model is as follows:  

ln 𝑛𝑖𝑔ℎ𝑡𝑠 𝛼 ∙ ln 𝐺𝐷𝑃𝑑 𝛽 ∙ ln 𝐺𝐷𝑃𝑜 𝛾 ∙ ln 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑡𝑦 𝛿 ∙ TEMPθ ∙ 𝑇𝐸𝑀𝑃 𝜗 ∙ prec μ ∙ prec 𝑢 𝑌𝐸𝐴𝑅 𝜀  

 where i denotes country of destination, while j is country of origin. Subscript t is time (year).  The  term  𝑢   is  country  origin‐destination  fixed  effects  (defined  by  country‐

pairs) and 𝑌𝐸𝐴𝑅  is time effect (years).   Natural logarithm of the dependent variable – nights spent – is used. GDPs for origin as well as  for destination countries are  included  in  the model.  It  is expected  that GDPs ought  to be positively  correlated  to number of nights  tourist  spent.  In  addition, we control  the  regression  by  population  of  density  per  square  kilometre  of  country  of destination. The two main climate variables (TEMP) are temperature (tmax, or tmean) and  precipitation  (prec).  We  assume  a  quadratic  relationship  between  weather variables and tourism dependent variable.  We estimate panel data model with Fixed Effects on country‐pairs and years (FE panel model  fits our  data  better  than RE model,  supported  by Hausman  test).  The  below Table  6  displays  the  results  for model  analysing  number  of  nights,  using  weather controls defined by average temperature and maximum temperature, respectively.  Figures 1 and 2 then displays corresponding effect of temperature change on absolute number of nights and  related elasticity  that  is  temperature‐specific.  In brief, we  find that max  temperature  and  total  precipitation  significantly  affect  amount  of  nights spent by tourists. For both weather variables, association follows an inverted U‐shaped form, indicating on a turning‐point in the temperature‐tourist nights relationship. The results  are  convincing  since  the  max  temperature  and  total  precipitation  affect positively  tourists’  decisions  to  spend more  nights  at  tourist  destinations  only  until certain point, while, beyond 40℃ of annual maximum temperature and 27,000 mm of total precipitation, hotter and wetter conditions have negative effect on nights spent. In  other  words,  extreme  hot  and  abundant  precipitation  are  disliked  by  tourists, 

Page 110: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

 

CO  Page 110   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

resulting  in  shortening  length  of  vacation  time. Contrary  to maximum  temperature, tourists flow is not sensitive with respect to mean temperature, see Table 6.6.   GDP per capita  in country of origin positively affects  length of vacation, with  implicit income  elasticity  at  1.15.  Economic  performance  of  country  of  destination,  as measured by  its GDP per capita, does not affect  tourists’ decisions. Tourists are also sensitive  to  population  density;  increasing  density  by  10 % would  reduce  length  of tourist stay, ceteris paribus, by about 18.5 %.  Table 6.6: Results – number of nights, country‐pairs FE model   Dependent variable  ln(nights)  ln(nights)    Coeff     Coeff    

ln(GDP_destin)  ‐0.0202     ‐0.0072    ln(GDP_origin)  1.1473  ***  1.1463  *** population density  ‐1.8994  ***  ‐1.8711  *** Tmax  0.0413  **      tmax‐sq  ‐0.0005  **      Tmean       ‐0.0078    tmean‐sq       0.0007    Precipitation  ‐8.82E‐05    ‐0.0001   precipitation‐sq  1.13E‐7    1.18E‐07   Constant  7.7779  ***  8. 3428  *** Fixed effects         Country‐pairs  Y     Y    Years  Y     Y    

No. obs.  7765     7765    No. Groups  870     870    F(22,6873)  100.41     99.86    F test (all ui=0)  335.09     372.38    corr(u_i, Xb)  ‐0.6845     ‐0.6812                R‐sq           Within  0.2432     0.2414    Between  0.0471     0.0465    Overall  0.0443     0.0436    

 Significance level *** <1%, ** <5%, * <10% 

    

Page 111: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

 

CO  Page 111   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

Figure 6.7: Results – nights spent and maxim temperature, country destination‐origin FE, year‐time effect  Panel A – Effect on temperature on number of nights (in thousands)   

  Panel B – elasticity of number of nights with respect to temperature change 

    

Page 112: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

 

CO  Page 112   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

 Further, we analyse the effect of climate extremity on nights spent. The underlying model is similar as the one above, using country pairs fixed effects and year time effect:  

ln 𝑛𝑖𝑔ℎ𝑡𝑠 𝛼 ∙ ln 𝐺𝐷𝑃𝑑 𝛽 ∙ ln 𝐺𝐷𝑃𝑜 𝛾 ∙ ln 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑡𝑦 𝛿∙ 𝐸𝑋𝑇𝑅𝐸𝑀 𝑢 𝑌𝐸𝐴𝑅 𝜀  

 Similar  to  the above model  the natural  logarithm of  the number of  tourist arrivals  is used. GDPs for origin and destination countries are used  in the model. Moreover, we control the regression model by population of density per square kilometre of country of destination.   Climate extremity  (EXTREM)  is measured by  two  indexes. First one  is WSDI  that has been widely used as a weather extremity  index  in different econometric methods  in order to analyse the effect of weather extremes on various dependent variables. WSDI is Warm Spell Duration  Index and  it  is defined as annual  (or seasonal) count of days with  at  least  six  consecutive  days  when  the  daily  maximum  T  exceeds  the  90th percentile in the calendar 5‐day window for the base period 1979‐2009. Second one is Heat Index. This index is defined as the number of days where the index is between 27℃  and 32.5℃. Since, this temperature may cause fatigue with prolonged exposure and/or physical activity, this weather state is classified as “Caution”, therefore HI_Caution.  Table 6.7 displays the results for Fixed Effect model. Again, GDP per capita in destination country does not affect number of nights spent by tourists, while GDP in country of origin is positively and significantly associated with tourists stay, with income elasticity at around the unity.  WSDI has negative  impact on  tourists’ decision with  respect  to how many nights  to spend  in tourist destinations.  It means the higher WSDI the  less nights tourists spent on visiting places. The effect of second extremity index – HI_Caution – is even stronger affecting nights spent negatively.   In  addition  to  analysing  the  current  weather  condition  on  tourists’  behaviour,  we investigate whether weather condition in past influences current tourists’ decision. We therefore  estimate  the  panel  FE  model,  controlling  for  WSDI,  and  HI_Caution, respectively,  lagged by one year. Table 6.7 reports these results. Similarly, the results we obtained for WSDI and HI in the year when tourist visit was made show that lagged extremity indices are negatively correlated to future tourist decisions and their lagged effect  is almost  identical  to  the current one.   Both  these models clearly  indicate  the negative impact of extreme weather conditions on the decision of tourists.      

Page 113: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

 

CO  Page 113   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

Table 6.7: Result for country‐pair FE model, climate extremity indexes   

dependent variable ln(nights) HI no lag 

ln(nights) WSDI no lag 

ln(nights) HI lagged 

ln(nights) WSDI lagged 

   Coeff     Coeff     Coeff     Coeff    

ln(GDP)  ‐0.0246     ‐0.0623     ‐0.1255     ‐0.1043  * 

ln(oGDP)  1.1414  ***  1.0970  ***  0.9591  ***  1.0930  *** 

population density  ‐1.7366  ***  ‐1.8856  ***  ‐1.4201  ***  ‐1.5300  *** 

extremity index  ‐0.0039  ***  ‐0.0012  **  ‐0.0036  ***  ‐0.0013  *** 

constant  7.9867  ***  9.6009  ***  9.3816  ***  8.5291  *** 

Fixed effects                     

   Country pairs  Y     Y     Y     Y    

   Years  Y     Y     Y     Y    

No. obs.  7765     8884     8051     9200    

No. groups  870    899    870    899    

F stat  116.06    136.19    117.18    152.02    

F test (all ui=0)  390.83     413.56     427.92     456.87    

corr(u_i, Xb)  ‐0.664     ‐0.7097     ‐0.617     ‐0.6524    

                      

R‐sq                     

within  0.2428     0.2548     0.2371     0.2783    

between  0.0464     0.0313     0.049     0.0297    

overall  0.0443     0.0301     0.045     0.0275    

  

6.4. Conclusion 

The impacts of climate change on the tourism industry has been a subject of research for more than two decades. The need of the tourism industry to forecast the possible outcomes  of  a  climate  change  scenario  (which  is  almost  inevitable),  has  led  to  a considerable bulk of literature, that we review, see Appendix. The presented research aims to summarize the current knowledge about the impacts of the climate change on the  tourism  industry  by  exploring  the  results  coming  from  the  empirical  literature when various modelling approaches were used.   In  this particular  study, we  analyse econometrically  the effect of  climate  change on tourist demand  for European region over more than  last 15 years  (2000‐2016) based on monthly and annual country‐level data provided by EUROSTAT.  Based on the data type and structure two major regression models are discussed in the report. Approach 1 considers the tourism data recorded for the destination of tourists only, while  in Approach 2 country of origin  is additionally  indicated. Approach 2 can however  be  performed  on  annual  basis,  since  the  data  are  available  for  years  and country. Data are  richer  for Approach 1;  this analysis can be performed on monthly, 

Page 114: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

 

CO  Page 114   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

quarterly, or annual basis, analysing aggregated the data for countries or, for selected variables, also for NUTS2 regions.  In Approach 1,  in order  to examine different patterns  in visiting countries, we group European countries in five different groups that differ in weather (warm, or cold) and income.  These  five  groups  include  NORTH, WEST,  EAST,  SOUTH,  and  BALKAN.  This analyses  specifically  aims  at  the  effect  of  temperature  and  climate  extremes  on tourisms in Europe during summer months, June to September.   Applying  econometrical  analyses,  we  do  not  find  statistically  significant  effect  of precipitation on tourism flows, either measured by number of arrivals or nights spent. Effect of  temperature has  in most models  an  inverted U‐shape  form,  indicating  the turning point in the temperature‐tourism relationship.   We  found  that  economic  performance  in  visiting  country,  as measured  by GDP  per capita  in  country of destination,  is weakly but positively  associated with number of arrivals, however, places with higher income make the lengths of tourists visit shorter, most likely due to higher price level. Countries with higher population density are also less attractive to be visited.  We  do  not  find  statistically  significant  effect  of  precipitation.  However, we  find  an inverted U‐shape association between temperature and tourism variables in almost all of our models. This shape  is also  found  for  the weather controls measuring weather extremity.  In  the  case  of  average monthly  temperature,  the  turning‐point  is  a  few degrees  of  Celsius  beyond  sample  temperature  average,  implying  that  the  effect  of increasing  average  temperature  is  negative  and  steeply  declining  in  the whole  area around present sample temperature maximum. The effect of maximum temperature is also  negative,  although  its  pace  is  not  as  steep  as  in  the  case  of  average monthly temperature.  Elasticity measures how sensitive tourists flows (arrivals, nights spent) are with respect to  changes  in  temperature. Due  to  the model  specification  used, magnitude  of  our elasticity estimate depends on the magnitude of temperature. In the case of maximum temperature, we get the elasticity that begins to be positive and then declining to zero around  level  of  35  °C  (present maximum  in NORTH),  from  that  point  the  elasticity becomes negative and declining quiet steep. Around the maximum level at 41 °C (the maximum observed  in the past  in WEST and EAST), the elasticity  is  ‐0.54  for arrivals, and  ‐0.59  for  nights  spent,  respectively.  Elasticity  has  similar  shape  for  average temperature.  It  gets  small  but  positive  values  up  to  20  °C  (the maximum  levels  in NORTH),  it  becomes  negative  for  higher magnitudes  of  average  temperatures,  and then  steeply  declines  as  average  temperature  increases.  For  instance,  in  the  area around  30  °C,  the  elasticity  is  around  ‐0.80  for  arrivals,  and  ‐1.20  for  nights, respectively. Since current maximum in average temperatures in SOUTH is close to 30 °C  so  it  is  reasonable  to  expect  larger  decreases  in  tourism  flows  in  particular  in countries located in the Southern Europe as the effect of climate change. 

Page 115: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

 

CO  Page 115   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

 The association between temperature and tourist arrivals is not, however, same across the five regions. In countries that are relatively colder (NORTH), the effect of increasing temperature  is  always  positive,  increasing  attractiveness  of  their  places.  In  WEST region, an  increase  in maximum  temperature has stronger effect  than an  increase  in average  temperature. And we  can observe  similar association between  temperature and  arrivals  in  both  WEST  as  well  as  EAST  European  region.  Tourists  coming  to countries  grouped  in  EAST  are  in  particular  sensitive  to  changes  in  average temperature beyond 35 °C.  Visits in countries from SOUTH are declining with respect to  increasing  temperature,  and  the  effect  is  higher  for  increasing  average monthly temperature than  for  increasing temperature maximum.  It seems temperature  is not important factor for travelling to countries in BALKAN.  The  econometrical  analyses  in Approach  2,  i.e.  controlling  for  country‐pairs  effects, similarly  indicates an  inverse U‐shaped dependence of the number of nights spent by tourists on maximum  annual  temperature.  These  findings  also hold  for  total  annual rainfall and number of nights. This explains that, increasing maximum temperature and precipitation  leads to an  increase  in the number of nights spent at tourist destination to a certain threshold point. Hitting the threshold causes decrease  in the duration of tourists visits. Based on  the  results  the  threshold  for maximum  temperature  is 40℃ while for total annual rainfall it is 27,000 mm.  Apart  observing  the  sensitivity  of  tourists’  behaviour  towards  temperature  and precipitation,  we  have  also  analysed  the  influence  of  weather  extremes  on  the duration of visits. It appears that some of the extreme indices have significant negative effect on the amount of holiday nights.     

Page 116: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

 

CO  Page 116   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

References:  

Becken, S.  (2013). A review of tourism and climate change as an evolving knowledge domain. Tourism Management Perspectives, 6, 53‐62. 

Dubois, G., & Ceron, J. P. (2006). Tourism and climate change: Proposals for a research agenda. Journal of Sustainable Tourism, 14(4), 399‐415. 

Elsasser, H., &  Bürki,  R.  (2002).  Climate  change  as  a  threat  to  tourism  in  the  Alps. Climate research, 20(3), 253‐257. 

Gilaberte‐Búrdalo, M., López‐Martín, F., Pino‐Otín, M. R., & López‐Moreno, J. I. (2014). Impacts of climate change on ski industry. Environmental Science & Policy, 44, 51‐61. 

Gössling,  S.,  &  Hall,  C.  M.  (2006).  Uncertainties  in  predicting  tourist  flows  under scenarios of climate change. Climatic change, 79(3‐4), 163‐173. 

Gössling,  S.,  Scott,  D.,  Hall,  C.  M.,  Ceron,  J.  P.,  &  Dubois,  G.  (2012).  Consumer behaviour  and  demand  response  of  tourists  to  climate  change.  Annals  of tourism research, 39(1), 36‐58. 

Pang,  S.  F., McKercher,  B., &  Prideaux,  B.  (2013).  Climate  change  and  tourism:  An overview. Asia Pacific Journal of Tourism Research, 18(1‐2), 4‐20. 

Rosselló‐Nadal,  J.  (2014). How  to evaluate  the effects of climate change on  tourism. Tourism Management, 42, 334‐340. 

Scott,  D.  (2011). Why  sustainable  tourism must  address  climate  change.  Journal  of Sustainable Tourism, 19(1), 17‐34. 

Scott, D., Gössling, S., & Hall, C. M. (2012).  International tourism and climate change. Wiley Interdisciplinary Reviews: Climate Change, 3(3), 213‐232. 

Steiger, R., Scott, D., Abegg, B., Pons, M., & Aall, C. (2019). A critical review of climate change risk for ski tourism. Current Issues in Tourism, 22(11), 1343‐1379. 

Weaver,  D.  (2011).  Can  sustainable  tourism  survive  climate  change?.  Journal  of sustainable Tourism, 19(1), 5‐15. 

Yang,  J.,  & Wan,  C.  (2010).  Progress  in  research  on  the  impacts  of  global  climate change on winter ski tourism. Advances in climate change research, 1(2), 55‐62. 

Page 117: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

 

CO  Page 117   Version 1.1 

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Grant Agreement No 776479. 

 

Appendix: Effects of Climate Change on Tourism: A Review 

Page 118: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

118

Appendix

Effects of Climate Change on Tourism:

A Review

1 Weather measures induced by Climate Change

1.1 Single Measures

Climate is a broad term and there are various measures used to present for it. The most

common one is the temperature-related measure. Some authors used annual average tem-

perature (Berrittella et al. 2006; Hamilton et al. 2005a,b; Bigano et al. 2005, 2006; Hamilton

and Tol 2007). while others preferred more specific details of temperature including: av-

erage temperature of the warmest month(Lise and Tol 2002), mean temperature in August

CET (Agnew and Palutikof 2006), minimum and maximum temperatures (Hein et al. 2009;

Rosselló-Nadal 2014; Priego et al. 2015; Maddison 2001), global average temperature (Braun

et al. 1999). Additionally, some papers did not use temperature to measure climate change,

they also used precipitation (Michailidou et al. 2016; Lépy et al. 2014; Steiger 2010; Den-

stadli et al. 2011; Nyaupane and Chhetri 2009), rainfall (Eugenio-Martin and Campos-Soria

2010; Rosselló-Nadal 2014) or sea-level rise (Bigano et al. 2008; Scott et al. 2012).

From other perspective, some authors investigated the importance of climate change on

winter tourism therefore they used either snow-related measures (Hoffmann et al., 2009;

Falk, 2010) or combined two important indicators including temperature and snow depth

(Yang and Wan, 2010; Tervo, 2008; Steiger et al., 2017; Falk, 2010; Scott et al., 2006; Elsasser

and Bürki, 2002).

It is clear that temperature and other measures can somehow reflex climate situations

and its impact on tourism industry. Several papers used temperature-related measures

found out that temperature does not have a reverse impact on tourism but it might cause

Page 119: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

119

a gradual shift of tourism destination (Hamilton et al., 2005a; Berrittella et al., 2006; Mad-

dison, 2001). It might imply that an increase in temperature can bring negative impacts to

some regions but can generate positive impacts to other regions. More interestingly, an in-

crease in temperature might lead to a decrease in snow depth, but it seems that ski tourism

is slightly affected by this (Scott et al., 2006; Falk, 2010). This can be partly explained that

services suppliers aware about possible climate change and they can apply some measures

to prevent potential losses (Hoffmann et al., 2009; Elsasser and Bürki, 2002). Generally,

usage of single index or combination of some single indexes might be appropriate in some

specific cases but it is unlikely to generalize it.

1.2 Climate Composite Index

Tourism Climate Index Among several indices developed over the last decades to investigate the suitability of cli-

mate for tourism, the most used one in the literature is Mieczkowski (1985)’s Tourism Cli-

mate Index (TCI). This index systematically assesses the most important climatic factors

regarding the quality of the tourism experience. It uses the widely available monthly data

relevant to the tourist destinations. The index consists of 7 climate variables (sub-indices):

monthly mean for maximum daily temperature and minimum of daily relative humidity

(CID); mean daily temperature and mean daily relative humidity (CIA), total precipitation

(P), total hours of sunshine (S), and average wind speed (W), where the relative weightings

of sub-indices are 40%, 10%, 20%, 20%, and 10%, respectively. Hence, the index has the

following expression:

TCI = 2[(4xCID) + CIA + (2xP) + (2xS) + W ]

Moreover, Mieczkowski (1985) suggests a standardized rating system ranging from impossi-

ble (-30) to ideal (100), to provide a common basis for the better interpretation of the index

(Table 1). Despite its limitations, TCI is still used as the most common index in the litera-

ture relevant to tourism, and scoping analysis of possible changes in the climate resources

for tourism under climate change.

Using TCI, Scott et al. (2004) study the spatial and temporal distribution of climate re-

sources for tourism in North America under baseline conditions from 1961 to 1990. The

authors also project two climate change scenarios for 2050s and 2080s. The climate change

Page 120: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

120

TCI Scors Category -30 to 0 Impossible 10 to 19 Extremely unfavorable 20 to 29 Very unfavorable 30 to 39 Unfavorable 40 to 49 Marginal 50 to 59 Acceptable 60 to 69 Good 70 to 71 Very good 80 to 89 Excellent 90 to 100 Ideal

Table 1: Rating categories for TCI

scenarios are obtained from the Canadian Climate Impact Scenarios Project (CCIS 2002)

based on climate change experiments conducted at international climate modeling centers.

These scenarios are constructed in line with the recommendations of the Intergovernmental

Panel on Climate Change (IPCC). The authors conclude that based on analysis a substantive

redistribution of climate resources for tourism is possible as a result of the climate change,

particularly for the warmer scenario. They also show that Canada and northern USA would

benefit form the projected climate change, which means a longer warm-weather tourism

season would develop the tourism industry in these regions. On the other hand, shorter

and warmer winters based on the climate change projection would reduce the impetus for

Canadians to travel to the warmer destinations. Therefore, there will be an increase in the

number of destinations for short-term sun holidays in these regions.

Amelung and Viner (2006) investigate the suitability of tourism in the Mediterranean

region using TCI and future climate change scenarios in 2020s, 2050s, and 2080s. They use

two different data sets containing monthly climatic data (1961-1990) to do the scenarios

and analyze the results. The authors study four scenarios, which are based on the Special

Report on Emissions Scenarios (SRES) done by IPCC. These scenarios indicate an estimation

of increasing global temperature by 1.5 ◦C to 5.8 ◦C during 21st century. However, the

authors use a different classification of TCI distributions adopted from Scott and McBoyle

(2001), rather than what is presented in Table 1, for analyzing seasonal TCI patterns. For

example, if all monthly ratings are over 80, the distribution qualifies as optimal. They find

a potentially large impact of climate change on tourism in both positive and negative sense.

According to the projections, in spring and autumn most of the Mediterranean region will

face an improvement in TCI rating, particularly Spain, Greece, and Turkey. In addition,

TCI score in the Mediterranean region will deteriorate, whereas there will be an improving

Page 121: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

121

conditions in western and northern Europe.

Hein et al. (2009) review some advances in modeling the effect of climate change on

the tourism industry with a particular focus on the case study of Spain. First, the authors

use TCI in order to analyze the current and next 50 years of climate suitability of Spain,

based on existing climate change models and scenarios. Second, Hein et al. (2009) model

the potential change in the number of tourists in Spain as a function of climate change.

Furthermore, they use monthly tourism data from 2004 to establish the baseline model in

order to forecast tourist flows in 2060, based on climate change projections for the period

2051-2080. The authors use relative attractiveness of a region and climatic changes (TCI) to

model tourist flows addressed as visitor nights spent by foreign visitors. The paper shows

that there is an insignificant difference between present situation and the projected winter

TCI in 2060 in Europe, while Summer will face a significant change in climatic scores. On

the basis of these projected climatic changes, Hein et al. (2009) forecast a decrease of 5% to

14% in the number of tourists visiting Spain in 2060.

In another paper, Amelung and Nicholls (2014) assess the effect of projected climate

change on the Australia’s tourism industry by using TCI. The authors use the same datasets

and scenario analysis approach for 2020s, 2050s, and 2080s, as other relevant studies. Based

on analysis, Northern regions of Australia are projected to face deterioration in their climatic

suitability in large periods of the year, Australia’s summer months (Dec-Feb) in particular.

In contrast, southern parts are projected to have substantial improvements in their climatic

conditions, which assure suitable weather for general tourism activities. Similarly, using the

Tourism Climatic Index, Nicholls and Amelung (2015) study the effects of climate change

on non-winter rural tourism in the Nordic region. They conclude that there will be a consid-

erable increase in the climatic attractiveness of the southern and eastern parts of the region.

Grillakis et al. (2016a), based on the 2 ◦C global warming scenario, conclude that the

climate is expected to be more favorable for outdoor activities for the majority of the Eu-

ropean countries. Mediterranean countries are projected to encounter the largest decrease

in TCI score, unlike the other parts of Europe. However, they are still projected to exhibit

higher TCI scores compared to other European countries. Therefore, it means that under

2 ◦C global warming, there will be an increase in the climate competitiveness of the other

European destinations.

TCI and its related results exhibit some drawbacks. Monthly timescale, for instance,

can be a drawback of the index since it cannot capture the extreme climatic events which

can affect the tourism industry for an entire tourist season, even though they are smoothed

Page 122: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

122

through the monthly averaging. Another shortcoming is the subjective scoring of each sub-

index that might be different over time and also among different regions. Eugenio-Martin

and Campos-Soria (2010) point out three main drawbacks of Mieczkowski’s TCI. First, since

it is designed with respect to an average tourist and general tourist activities, it can not

distinguish tourists/destinations. Second, the assessment of sub-indices depends on under-

standing of thermal comfort that requires further study. Third, the subjective weights are

used for aggregation of the index.

There are two main data sources to compile TCI: the CRU CL 1.0 and the Hadley Cen-

tre’s HadCM3 circulation model (GCM). The first one, CRU CL 1.0, includes mean monthly

surface climate over all global areas from 1961 to 1990 which are in grid-based form. The

following variables are available: precipitation and frequency of wet-day, mean tempera-

ture and foundation to calculate minimum and maximum temperature, vapour pressure,

sunshine, cloud, frequency of frost and wind speed. This data set is considered the best

available source Amelung and Nicholls (2014). It only covers the period 1961-1990, how-

ever. Therefore, it is necessary to combine with Hadley Centre’s HadCM3 general circulation

model which were used to predict some changes in climate during three periods: the 2020s,

the 2050s and the 2080s. There are four scenario families A1, A2, B1 and B2 which include

forty individual scenarios.

Other Composite Indices

Addressing subjectivity issue in TCI method, Scott et al. (2008) introduce Climate Index for

Tourism (CIT). This index integrates all features of TCI with other important sub-indices

relevant to beach tourism, such as heavy rain and strong winds. CIT is also calibrated

against questionnaires to resolve the subjectivity issue in the rating scales of TCI.

Yu et al. (2009) introduce and develop a Modified Climate Index for Tourism (MCIT) to

overcome limitations of previous TCI and CIT. The modified index uses hourly data unlike

the previous indices. Moreover, two elements of visibility and significant weather are in-

cluded in the index. The final aggregated index and also sub-indices are categorized in three

levels, ideal, marginal, and unsuitable. The authors use historical observation data from

Alaska (1943-2005) and Florida (1953-2005) for the purpose of constructing the index and

statistical analysis. The results show that high-latitude regions, such as Alaska, exhibit a po-

tential positive impact on climate resources from warming temperatures. In contrast, there

are negative impacts on Florida. Further, Alaska encounters an improvement of weather

Page 123: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

123

conditions in the spring and summer, while weather conditions in Florida deteriorate in the

summer but improve in the winter. These results are in line with those of Perch-Nielsen

(2010) showing the less vulnerability of high-latitude countries against the impact of cli-

mate change on beach tourism. However, findings in Perch-Nielsen (2010) indicate that the

level of vulnerability might differ between developed and developing countries.

Perch-Nielsen et al. (2010) utilize the adjusted TCI to investigate the future climate com-

fort for tourism in Europe. The authors make three adjustments to the original index in

order to make the index reflect the current state of knowledge. First, using daily data in-

stead of monthly data. Second, using apparent temperature to measure the thermal com-

fort (Steadman, 1984). Third, in order to measure wind speed, the authors use wind chill

equivalent temperature (Osczevski and Bluestein, 2005), instead of originally used wind chill

index (Siple and Passel, 1945). They use daily data from five regional climate models to

compare the reference period 1961-1990 to the projected scenario in 2071-2100.

Analyzing the results, Perch-Nielsen et al. (2010) conclude that by redistributing cli-

mate resources for tourism in an effective way, climate change would introduce winners and

losers in different locations a and seasons. Most parts of Central and Northern Europe can

be considered winners, whereas Southern Europe regions are regarded as losers with the

decreasing number of good days on average. Although southern countries encounter the

sharpest drop in the summer months, they are still winners in other months of the year as

the number of good days increases. It is projected that southern countries have 15 good

days per month in the winter months, while there are less than 5 good days per month in

the rest of Europe. In addition, based on the projection, there are more than 20 days of good

conditions per month in four to five months of the year in the southern regions. Therefore,

Southern Europe generally displays more favorable climate for tourism compared to the rest

of Europe.

Grillakis et al. (2016b) examine the impact of a 2 ◦C increase in the global temperature on

the summer European tourism, based on the projections for periods 2016-2045, 2037-2060,

and a reference period 1971-2000. The authors thus use TCI and CIT to analyze the impact.

The paper identifies dramatic changes in the projected climate comfort levels estimated by

both TCI and CIT. Some Europeans regions, particularly northern regions will experience a

remarkable increase in summertime climate comfort, while the Mediterranean regions will

benefit the least.

The TCI indices are widely used in the literature for assessing effect of climate change

on the demand-supply of tourism. The research can be divided into Four main blocks based

Page 124: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

124

on the methodology used. Four main methods are the econometric analysis, Travel Cost

Models (TCM), gravity model, and qualitative approaches.

1.3 Extreme Events

Clearly, extreme events are relevant to tourism activities and these can directly bring neg-

ative impacts on tourism by destroying infrastructures and causing human loss. However,

Gössling and Hall (2006) believe that weather extreme events only bring short-term impacts

on tourism preferences while its long term effects are fuzzy. The authors claim that the rela-

tionship between weather extremes and tourism activities is not simply linear and it needs

further research on this issue. Moreover, Gössling and Hall (2006) indicate that tourism

is highly susceptible to other extreme events such as terrorism, war, epidemics. However,

these types of event do not happen frequently and they can be considered low-probability

events. Therefore, indicators for such rare extreme events are unlikely to provide the statis-

tical robustness for empirical analysis ?. Consequently, it needs a trade-off between statisti-

cal robustness and the selection of less extreme events. For example, Perch-Nielsen (2010)

used only two indicators to present for flood including “the relative change in the maximum

5-day precipitation total of the year and the absolute change in the fraction of total precipi-

tation due to events exceeding the 95th percentile of the climatological distribution for wet

day amounts” ((Perch-Nielsen, 2010), p.589).

2 Conceptual Approach

Conceptually, the effects of weather or climate change on tourism may be analyzed either

econometrically by regressing the tourism outcome variable on weather control or by means

of a macro-structural model like a CGE model that is appropriately enriched. The core

of this paper is devoted to describe the former approach (see Section 4), while the latter

approach is briefly summarized below in this section.

2.1 Simulation Models

The econometric estimates may be also used to simulate or predict the effects on tourism

outcome due to climate change (Bigano et al., 2008; Hamilton and Tol, 2007). One of the

most common simulation model is Hamburg Tourism Model (HTM) which is used to study

and predict the effect of climate change on tourism in present and different future sce-

Page 125: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

125

narios. Hamburg Tourism Model (HTM) is an economic simulation that models the travel

choices of tourists from 207 countries choosing destination out of other 206 countries. This

model helps to analyze the patterns of global tourism (Hamilton et al., 2005b). Hamilton

et al. (2005a) offer 1.1. versions of the HTM; they estimate CO2 emission for various sce-

narios from international tourism, allow for higher income elasticity and study the effect

of changed in international tourism on domestic tourism. The HTM is widely criticized by

Bigano et al. (2005), Bigano et al. (2006), Hamilton et al. (2005a), Hamilton and Tol (2007).

These papers point out main drawbacks of HTM to be as follows. HTM allows for the quali-

tative but not quantitative analyses, and it is better at testing sensitivity rather than making

prediction. Even though the model is successful in reproducing the current picture of the

international tourism, its long-term prediction power is reasonably weak. Moreover, the

data used in these studies is too general for the purpose and only measure used for climate

change is temperature. Further drawbacks are that the model does not distinguish tourism

by seasons, purpose and tourists by age. Hamilton and Tol (2007) offer 1.2 of the Ham-

burg Tourism Model to make it more precise by introducing regions. The authors follow

the econometric methodology of Lise and Tol (2002), and use the same data used by Bigano

et al. (2004).

2.2 Economy-Wide Effects

Computable General Equilibrium (CGE) is another method used in the literature to address

the effect of climate change on the tourism industry. This framework is derived from tradi-

tional Input-Output (IO) models in order to estimate the effects of changes in a part of the

economy on the remainder.

Using a world CGE model, Berrittella et al. (2006) study the implications of climatic

changes on tourism demand. The CGE model includes parameters indicating the struc-

ture of the economy. However, since the authors intend to forecast changes at future dates,

the model is re-calibrated to obtain datasets for certain future years, 2010, 2030, and 2050.

Then, authors run a series of simulations scenarios to capture the tourism-related impacts of

climate change. Simulation results indicate that economic impacts increase by time as tem-

perature gradually increases. Moreover, the global effect of the climate change on tourism

is not significant, and roughly zero in 2010. In contrast, assuming global mean warming

as 1.03 ◦C relative to 1997, climate change is a more important issue for the tourism in-

dustry in 2050. North America, Australasia, Japan, Eastern Europe, and the former Soviet

Page 126: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

126

Union states will positively be affected by climate change, while Mediterranean and tropical

countries will become less attractive destinations.

Bigano et al. (2008) use an extended version of a multi-country CGE model, the Global

Trade Analysis Project (GTAP) model (Hertel, 1997) to analyze the effects of sea level rise

on tourism. The benchmark datasets are derived at 2010, 2030, and 2050 to entail inserting

forecast values into the model calibration data. In addition, the Hamburg tourism model

(HTM) is used to assess the impacts of climate change on tourism. Calibrated for 1995, HTM

as an econometric simulation tool estimates tourism flows between countries, the share of

international tourists in total tourists, and the number tourist by country. The results show

a significant reduction of tourism demand in warmer countries, −19%, −8%, −7% in tropical

islands, Middle East and South East Asia, respectively. The results also indicate an increase

in tourism demand by 1.3% and 8% for Western Europe or Japan and Korea, which are

regions at the higher latitudes.

Pham et al. (2010) investigate the induced effects of climate change on five Australian

tourism destinations. For this purpose, the authors use a comparative static CGE eco-

nomic model and a set of simulations under scenarios for periods 2005-2020, 2005-2050,

and 2005-2070. Based on the simulation results, the authors find that as the tourism in-

dustry is labor-intensive, a decrease in tourism demand will reduce the age income, which

leads to higher inequality in the society. Moreover, climate change-induced effects are not

distributed evenly across the country. These results support the importance of investment

in climate change adaptation and environmental preservation measures.

2.3 Qualitative Research

There are survey based alternative approaches addressing the impact of climate change on

tourism, which are used fewer times in the literature. Assessing different types of survey

and questionnaire, papers based on these methods usually tend to be on a qualitative basis

(Dodds and Kelman, 2008; Moreno, 2010; Lépy et al., 2014; Michailidou et al., 2016).

For example, Moreno (2010) analyzes data of tourist’s views on the role of climate change,

collected at one Dutch and one Belgian airport in 2007. The travelers are asked for their

views on factors making a destination (un)favorable, and also the role of climate change on

their destination choice. In line with a majority of the relevant literature, Mediterranean

regions are found to be the most vulnerable to climate change impact. The pilot research

shows that increasing temperature in the Mediterranean countries together with improve-

Page 127: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

127

ment in weather conditions in respondents’ home countries are the most important factors

threatening the Mediterranean tourism industry. Moreover, the author claims that high tem-

peratures are not necessarily associated with the concept of bad weather for the respondents.

Even heat-wave term does not affect very negatively the level of satisfaction of respondents.

Moreover, Michailidou et al. (2016) study climate change mitigation and adaptation mea-

sures in the case of Greece’s tourism industry since the average temperature in Greece is

projected to increase at least 2.4 ◦C under the modest scenario accompanied with a decline

in precipitation until the end of 21st century (Bank of Greece, 2001 as cited in Dodds and

Kelman, 2008). Providing a methodological framework based on Multi-Criteria Decision

Analysis (MCDA), authors obtain the decisions of a panel of experts upon different issues

in the tourism context. Then, authors provide an optimal ranking for the basic scenario.

The results demonstrate the ability the feasibility of integrating MCDA into the tourism

management by the proposed framework and methodology.

3 Econometric studies

3.1 Theoretical Model

Travel Cost Model

Hotelling (1949) originally introduces Travel Cost Method (TCM). However, it has been

widely refined during the years (Clawson and Knetsch, 2013). The method mainly aims to

estimate economic costs or benefits of changes regarding (i) access to a recreation site, (ii)

adding or elimination of a recreation site, and (iii) environmental quality at a recreation site.

There are three main approaches within the TCM method.

The original and the simplest one, Zonal TCM, defines geographical divisions surround-

ing the site in order to collect the number of visitors from each division in the last year. Then

one can regress the number of visits on travel costs from each zone, which might include

demographic and other data in model to construct a demand function. While this approach

assumes homogeneity in population and travel costs among different zones, the two other

approaches, Individual TCM (ITCM) and Random Utility TCM (RUTCM), address these as-

sumptions as well as other neglected issues in the first approach, which make them more

complicated but more precise. RUTCM, for instance, assumes that individuals make trade-

offs between site quality and price of travel based on their preferences. However, there are

Page 128: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

128

some limitations in TCM studies, such as the value of time, and the type of traveller. More-

over, Freeman (1992) argues that the absence of substitute site qualities and prices in travel

cost models make it impossible to examine the effect of changes in destination characteris-

tics at more than one site.

Introducing the Pooled Travel Cost Model (PTCM), Maddison (2001) investigates the

welfare impact of climate change on British tourists’ holiday destinations and the number

of trips to particular destinations. The author uses quarterly data on international travel

by British residents taken in 1994 for the dependent variable. Other variables, such as

population, GDP per capita, beach length, quarterly averaged maximum temperature, and

quarterly precipitation in the capital city are included in the travel cost dataset. Overall,

305 observations from 87 countries are available in the dataset. The results of the semi-log

regression analysis indicate that British tourists are attracted to climates which deviate little

from an averaged daytime maximum of 30.7 ◦C. Furthermore, due to the climate change the

nearby destinations are likely to become more popular, which might lead to a non-negligible

welfare gain to British tourists.

A model with unknown travel distances and costs can show decisive factors which make

destinations more popular than other ones. Lise and Tol (2002) used the model as following:

LnArrivals = β0 + β1Year + β2Area + β3Popden + β4Coast + β5GDPPC + β7TW + β8TW 2+

+β9PS + β10PS2 + error

Where the two main independent climate variables are temperature (TW) and precipi-

tation (PS) and the dependent variable is number of tourist arrivals under the natural loga-

rithm form. Note that, the authors include both temperature-squared and precipitation-

square which implies that there could be an optimal temperature and precipitation for

tourism. If temperature and precipitation are more than these optimal points, it might bring

some negative effects. Additionally, other control variables including destination price lev-

els (GDPPC), land surface of are per country (Area), total length of the coast (Coast) and

population density (Popden) are used in the estimated model. Finally, Year variable is used

to clear out all yearly trend from the model. The model is estimated by Original Least

Square (OLS). The main purpose of the model is to estimate the sensitivity of tourist choice

to climate.

However, this model with unknown travel distances and costs can not reflect the differ-

Page 129: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

129

ent tastes of people from different countries. For testing these differences, another database

with travel origins need using and further model modification is necessary. Lise and Tol

(2002) add distance between capitals of travel origins and travel destinations into the model

for each origin country as follow:

LnArrivals = β0 + β1Year + β2Area + β3Popden + β4Coast + β5GDPPC + β7TW + β8TW 2+

+β9PS + β10PS2 + β11Dist + error

Dist variable can show the difference in the option of tourists from different nations, but this

model can be suffered from shortage of data and then the analysis at cross-country level can

be crude. Consequently, Lise and Tol (2002) suggest taking a deeper analysis by conducting

a pooled travel-cost model (PTCM) for a single country (Dutch) as following:

LnVisits = β0 + β1Fare + β2GDP + β3Pop + β4Popden + β5Coast + β6Pday + β7Dist + β8TQ+

+β9TQ2 + β10PQ + β11Q1 + β12Q2 + β13Q3 + +error

This is the model for Dutch tourist demand only and LnVisits is logarithm of number of

Dutch tourists visiting destination countries and each destination has different climate and

non-climate characteristics which are included in the model. Two climate variables are TQ

and PQ which are average day and night temperature and total precipitation respectively.

This demand equation helps understand which factors determine the preferences of Dutch

tourists. However, it is limited by a rigid assumption that included variables do not change

over tourist destinations.

Gravity Model

Gravity model is inspired by the Newton’s universal law of gravitation. Based on mass and

distance between two objects Newton’s law of gravity measures attraction of these objects.

Similarly, Gravity Models aim to measure the "attraction" between two economic factors,

(i.e demand for goods or labor) in different country of origin, assuming that the distance

between the countries decreases the correlation between these factors (Anderson, 2011).

To asses effect of climate change on tourism Priego et al. (2015) investigate the effect of

increasing temperature on domestic destination choice in Spain.

Page 130: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

130

Using a gravity model, that includes a temperature parameter, Priego et al. (2015) find

that international flows are expected to increase with a country’s economic size. They define

a gravity equation in the domestic context to capture tourism within Spanish regions. Using

Pooled Ordinary Least Squares (POLS) that includes years fixed effects, the authors estimate

the model. In addition, the domestic tourism data are obtained from survey conducted in

a period from 2005 to 2007. The estimated results show that the southern regions in Spain

will negatively be affected by an expected increasing temperature, in particular at the south

of Madrid, as well as the Spanish Mediterranean provinces. On the other hand, northern

provinces will be among those regions that benefit from an increase in temperature. Hence,

according to Priego et al. (2015) domestic tourism has similar patterns to the international

one, where northern and southern regions are negatively correlated in terms of tourism

attractiveness.

3.2 Tourism Outcome Variable

In literature, the tourism outcome is typically measured through variables either linked to

demand or supply.

Tourism Demand

With respect demand-linked tourism, the dependent variable is measuring either the num-

ber of overnight stays (Falk (2010); Agnew and Palutikof (2006); Grillakis et al. (2016a)) or

the number of arrivals and/or departures (Hamilton et al. (2005a); Goh (2012); Lise and

Tol (2002); Hein et al. (2009); Bigano et al. (2008)). The specific variables used in partic-

ular paper differ and some of them are recorded in our database, see Appendix. If they

are country-based ones, majority of papers make use of national statistics. For example,

Falk (2010) collects data on number of overnight stays from Statistic Austria or Hein et al.

(2009) uses data on number of visitor per night from annual Spanish inbound tourism sur-

vey while Bigano et al. (2005) and Agnew and Palutikof (2006) take advantage of Italy na-

tional statistics and the UK statistical office when conducting research on Italy and the UK

respectively. Apart from that, some papers examine the effect of climate on tourism at the

international comparative level. These papers either collect data from each country Goh

(2012) or take advantage of available international data sources. More specifically, Hamil-

ton et al. (2005a) collect data from World Resource Institute, Grillakis et al. (2016b) use

Eurostat database while Lise and Tol (2002) take data from World Development Indicators

Page 131: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

131

CD-ROM and Maddison (2001) make use of number of return trips from International Pas-

senger Survey. Additionally, Bigano et al. (2006) pool various sources including Euromon-

itor, Institutional Resources and TWO to have data on number of arrivals and departures

and number of nights. Note that, apart from Hamilton et al. (2005a) and Lise and Tol (2002)

who use yearly database, the rest make use of monthly database.

In terms of qualitative research, demand of tourism can be measured by decision on holiday

(Hares et al. (2010); Braun et al. (1999)), willingness to travel domestically or internation-

ally Eugenio-Martin and Campos-Soria (2010) or travel behaviour Gössling and Hall (2006).

These indicators are constructed by conducting an interview with travellers.

Tourism Supply

Tourism supply is measured by activities of tourism service providers and they typically re-

flect providers market behaviours. These data are collected mainly from interviewing these

providers or from business statistics collected by national or regional statistical offices. For

instance, Elsasser and Bürki (2002) examine the mitigation and adaptation strategies of ski

resort in the Alps towards climate change. Similarly, Hoffmann et al. (2009) study the strate-

gic directions for ski lift operators in Switzerland under the scenario that the snow depth

could be less in the future. This strategies of operators are collected from Swiss nation-wide

survey.

3.3 Review of Econometric Studies

Summer Tourism

A part of literature focuses on the impact of climate change on the tourism industry in

warmer seasons, in particular summertime. The main finding of the literature is that since

climate change is positively incorporated with hotter and drier summer conditions, it will

affect the increasing trend of domestic tourists in Northern European countries. On the

other hand, there will be a decline in tourism deman in warmer regions, particularly Mediter-

ranean destinations (see Bigano et al., 2005).

Subak et al. (2000), Agnew and Palutikof (2006) investigate the effect of climate change

on tourism in the case of the United Kingdom. They study the influence of weather con-

ditions on the international and domestic tourism within the scope of time series analysis.

Page 132: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

132

Despite that Subak et al. (2000) uses only three time series, every series were significantly

sensitive to the weather variability. Agnew and Palutikof (2006) investigate the issue us-

ing annual data for international tourism and monthly data for domestic tourism. They

find that international tourism is sensitive to preceding year weather fluctuations, whereas

weather fluctuation in the period of travel is important for domestic tourism. After analyz-

ing the unusually warm 1995 year in the UK, the authors conclude that warm and dryness

of the climate encouraged increase in the domestic tourism, Whereas preceding year with

damp and rainy weather motivated international travel. However, there are several studies

showing that tourists make travel decisions few month prior to their holidays, those mostly

related to summer activities (Money and Crotts, 2003; Perez and Juaneda, 2000).

A series of related studies investigate the effect of climate change on global tourism

(Hamilton et al., 2005a,b; Hamilton and Tol, 2007). In both papers, the authors use data

on the flow of tourists between 207 countries in 1995 (Bigano et al., 2004). They build a

simulation model that aims to present flows of tourists between 2000-2075. Firstly, Hamil-

ton et al. (2005a) find that climate change has a smaller contribution to increasing trend of

tourism over time, compared to population and income changes. In the following study, the

authors find that even though the tourism is found to have increasing trend, the speed of

increase may slow down later on as the most of the demand for travel is met (Hamilton et al.,

2005b). Together with increasing emission of carbon dioxide and climate change, Hamilton

et al. (2005b) state that the preferred tourist destinations will shift towards higher latitude

and altitude locations. The authors claim that this would mean that tourists from the tepid

climates, those that supply the majority of tourist market, would prefer to spend their va-

cation mainly in the home country. Hamilton et al. (2005b) argues that whereas climate

change decreases international tourism, it has smaller effect compared to population and

economic growth, which is consistent with Hamilton et al. (2005a).

Hamilton and Tol (2007) describe the HTM according to 1.2 version of Bigano et al.

(2005). In the model, the size of the population and average income are the main determi-

nants of the number of tourists generated by the given country. Distribution of domestic

and international tourism depend on the climate and per capita income in the origin coun-

try. The proxy of the climate measure is only temperature. The distance between origin and

destination, climate, per capita income in the destination countries, and a general attractive-

ness index are observed as the determinants of the allocation of international tourists. Other

variables are included for the efficiency reasons but are held constant in the simulation.

Since Hamilton and Tol (2007) only have the data of tourist destinations, but not their

Page 133: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

133

origin, the model is marginally improved by including the regions of the destination coun-

try. The model shows the significant influence of climate change on the tourism in the

particular region. The authors point out the need of the regional climate change scenario,

which can be non-homogeneous over regions. For instance, the continental interior, com-

pared to the ocean board, becomes warm faster. The results show that the regional effect of

the climate change is relatively small, however it can be translated into large absolute terms

(0.5% change in German tourism trips yields in change of number of tourists by 400000 in-

dividuals). Otherwise, the model results are inline with those of Hamilton et al. (2005a,b),

and show that while climate change has negative effect, population and economic growth

have stronger influence on the tourism industry.

Eugenio-Martin and Campos-Soria (2010) study the relation between origin country

weather and destination choice in outbound tourism demand. The purpose of the analy-

ses is to test the hypothesis that a good climate is demotivator for the residents to travel

abroad.The authors consider household rather than aggregated level travel decision. This

approach allows for analyzing regional and socioeconomic characteristics as destination

choice determinants. Therefore the paper uses household data from survey of 16183 house-

holds in 15 European Union countries in 1997 that was used in the Eurobarometer 48 (Euro-

pean Commission, 1998 as cited in Eugenio-Martin and Campos-Soria, 2010). According to

the survey, Europeans from Scandinavian and North-European countries travel most often.

Even though one of the main drivers of this difference appears to be the financial state of

the countries, there are other reasons that have significant impact on the frequency of travel.

However, financial constraints are also subject to interpretation. Portuguese, For instance,

might not be willing to pay as much as Danish residents given different preference, which

depend on various other aspects, e.g. climate and attractiveness of the own country.

Defining the climate in econometric model framework is complicated, therefore the

authors choose to use the regional climate index for tourism purposes. Eugenio-Martin

and Campos-Soria (2010) choose to use a bivariate probit since domestic and international

tourism are related. They analyze the probabilistic results with the help of GSI and non-

parametric approaches and estimate the importance of the origin climate condition for

travel destination choice. The results show that family size is negatively correlated, whereas

income and education encourage traveling; women are more kin on traveling compared to

men. Moreover, age has positive effect on international and not effect on domestic traveling

habits. According to research, marital status has no effect on travel frequencies, whereas

families with more children prefer to spend their vacations domestically. Household living

Page 134: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

134

at the coast are seen to be more willing to travel domestically rather than internationally,

whereas resident of the large community is likely to travel to any destination. Finally, the

model shows high significance of the climate index. The good local climate condition is

positively correlated with probability of traveling domestically and causes low probability

of travelling abroad.

Using a dynamic panel approach, Moore (2010) evaluates the potential effects of climate

change on Caribbean tourism. Since TCI captures the attractiveness of the destinations un-

der climate change scenarios and does not provide a quantitative assessment of its impact

on tourism demand, the author provides a standard demand model incorporated with TCI

for each Caribbean island and its competitors. The author uses annual data from the pe-

riod 1980-2004 for 18 Caribbean islands. Using data from 1980-2000, the tourism demand

model is estimated by, and also used to project the tourists arrivals between 2001 and 2004

under four different scenarios. Overall, the results show a decline in the number of tourists

in the projected scenarios. In addition, the results suggest that under the worst climate

change scenario, arrivals to the Caribbean will decrease by 1% per year. However, the mag-

nitude of the decline is not homogeneous and will differ from one island to another one.

Rosselló-Nadal et al. (2011) focus on the climate change as a factor that motivates tourism.

The authors study the effect of origin country weather on the travel decisions of residents.

They base their research on the United Kingdom, as it represents the third biggest tourism

spender country in the world and provides high quality data on international tourism.

Rosselló-Nadal et al. (2011) take monthly data for the UK outbound flows (1980 - 2009),

as a measure of international tourism, from the International Passenger Survey. The au-

thors use a transfer function model in order to understand the weather sensitivity of British

outbound flows. The scope of the analysis of Transfer function models is broader com-

pared to that of a classical ARIMA to multiple time series. Moreover, The transfer function

reduces random component by incorporating the explanatory variables. Therefore, it is pre-

fared of the other methodologies. Overall, Rosselló-Nadal et al. (2011) investigate effect of

six weather variables on outbound tourist flows: mean maximum daily temperature, mean

minimum daily temperature, days of air frost (AF), total rainfall, total sunshine duration

(SD), and monthly average temperature (AT). They assume optimal holiday temperature to

be 16.3 ◦C and construct variables for high temperature (=1 if higher than 16.3 ◦C, zero

otherwise) and low temperature (=1 if lower than 16.3 ◦C, zero otherwise) around this es-

timate. In order to analyze the impact of global warming on the tourism flows, the authors

simulate the warmer climate according to UKCIP (2002) climate change scenarios for the

Page 135: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

135

United Kingdom (the hypothesized increase of average temperatures by 1 ◦C, 2 ◦C, and 3 ◦ C). The simulation shows that global warming has negative effect on outbound flows of the

United Kingdom. The effect of the warmer climate is the strongest during summer, whereas

it affects the springtime tourism the least.

Denstadli et al. (2011) study how the summer tourists perceive the weather conditions

in Scandinavia. The authors study the links between weather expectations and perceptions,

and adaptive behavior of vacationer. Specifically, the study aims at understanding the ef-

fects of weather variability on vacationers decisions. Denstadli et al. (2011) study whether

they prolong (terminate) the vacation in more (less) favorable weather conditions; they are

farther interested how weather variability affects tourists overall satisfaction from the desti-

nation and on the probability of return to the same location. The authors focus on the sum-

mer vacationers to archipelago of Vesteralen in Northern Norway and address three specific

issues: how tourists perceive the weather (in comparison to their prior expectations), and

adapt their activities and willingness to return to the weather conditions in Vesteralen.

The research is based on the survey of the Vesteralen population of tourists and other

leisure travelers living outside the discussed location. The survey includes questions cov-

ering the frequency of encountered weather variability, the thermal comfort, aesthetic and

physical sensation. Moreover, the survey asks to rate the overall perception of weather and

to specify if visitors adjust plans due to weather variability during the vacation period. Ad-

ditionally, the visitors are asked if they would return to Vesterlan during the summertime

in the next three years. The weather perceptions and disconfirmation (comparison of the

expectation and reality) is compared using a MANCOVA between two subgroups of the in-

terviewees - (i) first time and repeat and (ii) domestic and international travelers. In general,

the study shows that one third of visitor’s plans are altered by the weather conditions. Most

frequent adjustment is to prolong the stay due to nice weather. Furthermore, the research

shows no significant difference between the first time and repeat visitors of Vesteralen. In

contrast, in the case of domestic and international visitors the difference is found to be sig-

nificant. The domestic visitors are more resilient to changes in their plans; around 75%

of domestic and 62% of international visitors choose not to adjust their plans according to

weather. The international visitors are more likely to alter their plans (17%) due to weather

conditions, than to shorten the period of stay (5%).

The objective of Goh (2012) is to build the tourism demand model by including climate

factor into the Economic and socio-psychological framework. Including the climate vari-

able into the classical tourism demand model, the author studies importance of climate.

Page 136: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

136

Goh (2012) studies long and short haul tourism to Hong Kong from four major origin coun-

tries, i.e. the United States and the United Kingdom (long haul), and China and Japan (short

haul). In addition to the discrete and distinct seasons, number of events affect demand on

tourism in Hong Kong (Goh, 2012). The latter is crucial in analyzing the effect of seasonal-

ity and interventions, as well as for examining the robustness of the study. Using the error

correction model (ECM), the author incorporates climate into the classical tourism demand

framework. The author measures effect of climate by TCI adjusted according to Hong Kong

climate conditions. TCI is found to be significant and positive for all four origin countries.

The index is significant at 1% level for the US and 5% level for the UK, China and Japan.

Thus, the author finds stronger influence of climate for the US compared to the China and

Japan. Goh (2012) further explains that the possible reason is that unlike the US, China and

Japan have very similar weather to Hong Kong. This makes travelers from short-haul coun-

tries less sensitive to the weather changes in Hong Kong, compared to long-haul countries.

Winter Tourism

Besides the literature on beach and summertime tourism, a broad literature focuses on win-

ter tourism. The winter tourism, particularly skiing tourism, similar to other sectors within

the tourism industry has been showing vulnerability to global climate change. The vul-

nerability of the winter tourism industry has been a central topic not only for academic

researchers, but also for entrepreneurs. Most of the entrepreneurs in the Finnish tourism in-

dustry consider a 90–120-day-long winter season to be adequate for making a profit. More-

over, potential weather conditions causing cancellations are above 2 ◦C, for a period of days,

extremely low temperatures (below -25 ◦C), high wind, and rain (Tervo, 2008). Consider-

ing expert’s views and scientific methods, researchers have been investigating the impacts

of climate change on the winter tourism industry for more than two decades. Scott et al.

(2006), Steiger (2010), and Falk (2010) are among the most cited works in this field.

Scott et al. (2006) study the impacts of climate change on the ski-based tourism in east-

ern North America, particularly Quebec, Michigan and Vermont. The authors use a panel of

climate record from 1961 to 1990 as the baseline period. Then, they investigate the projec-

tions of climate change induced effects on snow conditions at each ski area, and also changes

in ski season length. The findings suggest that in the 2020s, even the high impact climate

change scenario poses only a minor risk to ski areas at each of the study areas. Consistent

with Steiger (2010), another major finding is that the projected length of ski season in 2050s

Page 137: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

137

under different climate change, is not as severe as projected in earlier studies that did not

adequately incorporate snowmaking. However, the average reduction of season length is

still projected to be significant in 2050s, at least under the high impact scenario.

The object of study for Hoffmann et al. (2009) is how corporate sector adopts to the cli-

mate change with the help of survey on Swiss ski lift operators. The data on Swiss ski lift

operators is informative due to the high dependence of the ski lift operators on the natu-

ral snow level, i.e. on the climate conditions. The authors develop corporate adaptation

strategies to capture the measures implemented by companies in the reaction to the cli-

mate change, e.g. adopt, expand beyond the affected business, share the risk. The authors

have formulated four group of hypothesis. They hypothesize that climate change awareness,

firm’s business vulnerability to the climate change, and firm’s dependence on the affected

business are positively correlated with the adaptation measures that firm undertakes. Con-

versely, they test that the more the firm is uncertain over the climate change the less it takes

measures to adopt, expand beyond the affected business, and tries to hedge uncertain future

outcomes by increasingly sharing risk of financial impacts.

Hoffmann et al. (2009) develop 26 adaptation measures along the three categories of the

adaptation goals - protect the affected business, expand beyond the affected business, and

share risks of financial impacts. Around 50% (124) of all Swiss ski lift operators participate

in the survey, and the data gives no signs of sample selection. The authors choose to estimate

the model using simple OLS approach and make robustness checks using count model - the

negative binomial model (NBM) - estimated by Maximum Likelihood. The results show no

significant evidence for the claim that firm’s business vulnerability positively affects adapta-

tion measure. The study further rejects the hypothesis for all the various directions through

which perceived uncertainty affects adaptation measure. In contrast, the results show signifi-

cant positive influence of climate change awareness on the corporate adaptation. Moreover,

the study show that the more the firm depends on the affected business, the more it takes

adaptation measures in order to protect the business.

Falk (2010) studies the relationship between the snow depth and the number of overnight

stay in the 28 Austrian ski resorts during 1986-2005. The study has some distinct features:

it is first to use dynamic, heterogeneous panel data technique, its dataset is significantly

more detailed compared to previous studies (nearly 50% of the winter season overnight

stays in western Austria), and the author tests for the parameter stability of the snow depth

and tourism relationship. The author looks at the effect of snow accumulation, GDP per

capita, price index of accommodation prices, and early Easter holiday effect (captured by

Page 138: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

138

the dummy variable) on the output(measured as number of overnight stays-winter tourism

demand) over time in each of 28 ski resorts. It is likely that the relation between snow

depth and overnight stays is different for different ski resorts, as the ski resorts differ by

size, elevation and snow-making capacity.

Furthermore, the author uses technique adopted from Pesaran et al. (1999) for the dy-

namic heterogeneous panel data. Applying the mean group (MG) and the pooled mean

group (PMG) estimators, the author solves the heterogeneity problem. The MG estimator

estimates the coefficients separately for each ski resort and takes averages of these coeffi-

cients. The PMG estimator requires long-term coefficients to be equal across ski resorts;

in this case PMG is both efficient and consistent (can be tested by Hausman test), whereas

MG is only consistent. The results show that the overnight stays elasticity of snow depth

is 0.10. However, the number of overnight stays is shown to be independent of the snow

accumulation in the high-elevation resorts. Additionally, long-run overnight stay elasticity

of GDP per capita in high elevation resorts accedes that of low-elevation resorts. Finally, the

study shows that the relationship between dummy capturing the early Easter holidays and

demand on winter tourism is significant and positive.

4 Research Gap and Further Research

The impacts of climate change on the tourism industry has been a main subject of research

for more than two decades. The need of the tourism industry to forecast the possible out-

comes of a climate change scenario (which is almost inevitable), has led to a considerable

literature. This paper aims to summarize the current knowledge about the impacts of the

climate change on the tourism industry by exploring some methodologies and results in the

literature.

One of the main results in the literature, regardless of the methodology used, is a neg-

ative effect of global warming for tourism, since the most important motivation for tourist

flows is favorable climate condition. In other words, climate change will negatively affect

both current winter and summer tourist destinations. On the other hand, by a decline in the

number of preferred destinations abroad, it seems that climate change will be an important

factor in increasing the number of domestic trips, as well as new tourist destinations.

Although almost all studies using either quantitative or non-empirical methodologies

indicate the same result, because of the complexity of the topic, there is still a research

gap providing opportunities for further research. More developed indices capturing differ-

Page 139: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

139

ent climatic variables, tourist perceptions and reactions to climate change, as well as the

responses of supply-side are required to be considers for carrying out similar studies.

Moreover, as for the further research agenda, transportation and its effects on climate

change and subsequently tourism is one of the neglected issues in the literature. In addition,

further research might be developed based on regional climate models, since at the moment,

there is not enough local/regional scenarios for climate change to obtain the reliable forecast

of its local impacts on tourism.

Finally, it is worth mentioning that there is almost no known study on tourism and cli-

mate change in Eastern Europe, South America, Africa, and Middle East. These regions are

underrepresented in both winter tourism (excluding Africa and middle East) and summer

tourism literature. This research gap can be addressed in further studies to achieve a better

understanding of the impact of climate change on tourism.

Page 140: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

140

References

Agnew, M. and Palutikof, J. (2006). Impacts of short-term climate variability in the uk on

demand for domestic and international tourism. Climate Research, 31(1):109–120.

Amelung, B. and Nicholls, S. (2014). Implications of climate change for tourism in australia.

Tourism Management, 41:228–244. Amelung, B. and Viner, D. (2006). Mediterranean tourism: exploring the future with the

tourism climatic index. Journal of sustainable tourism, 14(4):349–366.

Anderson, J. E. (2011). The gravity model. Annu. Rev. Econ., 3(1):133–160. Berrittella, M., Bigano, A., Roson, R., and Tol, R. S. (2006). A general equilibrium analysis

of climate change impacts on tourism. Tourism management, 27(5):913–924.

Bigano, A., Bosello, F., Roson, R., and Tol, R. S. (2008). Economy-wide impacts of climate

change: a joint analysis for sea level rise and tourism. Mitigation and Adaptation Strategies

for Global Change, 13(8):765–791.

Bigano, A., Goria, A., Hamilton, J., and Tol, R. (2005). The effect of climate change and

extreme weather events on tourism.

Bigano, A., Hamilton, J., Lau, M., Tol, R., and Zhou, Y. (2004). A global database of domestic

and international tourist numbers at national and subnational level. fondazione eni e.

Technical report, Mattei Working Papers 3.05, Milano, Italy.

Bigano, A., Hamilton, J., and Tol, R. (2006). The impact of climate change on domestic and

international tourism: a simulation study.

Braun, O. L., Lohmann, M., Maksimovic, O., Meyer, M., Merkovic, A., Messerschmidt, E.,

Riedel, A., and Turner, M. (1999). Potential impact of climate change effects on prefer-

ences for tourism destinations. a psychological pilot study. Climate Research, 11(3):247–

254.

Clawson, M. and Knetsch, J. L. (2013). Economics of outdoor recreation. RFF Press. Denstadli, J. M., Jacobsen, J. K. S., and Lohmann, M. (2011). Tourist perceptions of summer

weather in scandinavia. Annals of Tourism Research, 38(3):920–940.

Page 141: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

141

Dodds, R. and Kelman, I. (2008). How climate change is considered in sustainable tourism

policies: a case of the mediterranean islands of malta and mallorca. Tourism Review Inter-

national, 12(1):57–70.

Elsasser, H. and Bürki, R. (2002). Climate change as a threat to tourism in the alps. Climate

research, 20(3):253–257.

Eugenio-Martin, J. L. and Campos-Soria, J. A. (2010). Climate in the region of origin and

destination choice in outbound tourism demand. Tourism Management, 31(6):744–753.

Falk, M. (2010). A dynamic panel data analysis of snow depth and winter tourism. Tourism

Management, 31(6):912–924.

Freeman, A. M. (1992). The measurement of environmental and resource values: theory and

methods. Technical report, Resources for the Future.

Goh, C. (2012). Exploring impact of climate on tourism demand. Annals of Tourism Research,

39(4):1859–1883.

Gössling, S. and Hall, C. M. (2006). Uncertainties in predicting tourist flows under scenarios

of climate change. Climatic Change, 79(3):163–173.

Grillakis, M. G., Koutroulis, A. G., Seiradakis, K. D., and Tsanis, I. K. (2016a). Implications

of 2 c global warming in european summer tourism. Climate Services, 1:30–38.

Grillakis, M. G., Koutroulis, A. G., and Tsanis, I. K. (2016b). The 2 c global warming effect

on summer european tourism through different indices. International journal of biometeo-

rology, 60(8):1205–1215.

Hamilton, J. M., Maddison, D. J., and Tol, R. S. (2005a). Climate change and international

tourism: a simulation study. Global environmental change, 15(3):253–266.

Hamilton, J. M., Maddison, D. J., and Tol, R. S. (2005b). Effects of climate change on inter-

national tourism. Climate research, 29(3):245–254.

Hamilton, J. M. and Tol, R. S. (2007). The impact of climate change on tourism in germany,

the uk and ireland: a simulation study. Regional Environmental Change, 7(3):161–172.

Hares, A., Dickinson, J., and Wilkes, K. (2010). Climate change and the air travel decisions

of uk tourists. Journal of transport geography, 18(3):466–473.

Page 142: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

142

Hein, L., Metzger, M. J., and Moreno, A. (2009). Potential impacts of climate change on

tourism; a case study for spain. Current Opinion in Environmental Sustainability, 1(2):170–

178.

Hertel, T. W. (1997). Global trade analysis: modeling and applications. Cambridge university

press.

Hoffmann, V. H., Sprengel, D. C., Ziegler, A., Kolb, M., and Abegg, B. (2009). Determinants

of corporate adaptation to climate change in winter tourism: An econometric analysis.

Global Environmental Change, 19(2):256–264.

Hotelling, H. (1949). Letter of june 18, 1947, to newton b. Drury. Included in the report The

Economics of Public Recreation: An Economic Study of the Monetary Evaluation of Recreation

in the National Parks, pages 1947–15.

Lépy, É., Heikkinen, H. I., Karjalainen, T. P., Tervo-Kankare, K., Kauppila, P., Suopajärvi,

T., Ponnikas, J., Siikamäki, P., and Rautio, A. (2014). Multidisciplinary and participatory

approach for assessing local vulnerability of tourism industry to climate change. Scandi-

navian Journal of Hospitality and Tourism, 14(1):41–59.

Lise, W. and Tol, R. S. (2002). Impact of climate on tourist demand. Climatic change,

55(4):429–449.

Maddison, D. (2001). In search of warmer climates? the impact of climate change on flows

of british tourists. Climatic change, 49(1-2):193–208.

Michailidou, A. V., Vlachokostas, C., and Moussiopoulos, N. (2016). Interactions between

climate change and the tourism sector: Multiple-criteria decision analysis to assess miti-

gation and adaptation options in tourism areas. Tourism Management, 55:1–12.

Mieczkowski, Z. (1985). The tourism climatic index: a method of evaluating world climates

for tourism. Canadian Geographer/Le Géographe Canadien, 29(3):220–233.

Money, R. and Crotts, J. C. (2003). The effect of uncertainty avoidance on information

search, planning, and purchases of international travel vacations. Tourism Management,

24(2):191 – 202.

Moore, W. R. (2010). The impact of climate change on caribbean tourism demand. Current

Issues in Tourism, 13(5):495–505.

Page 143: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

143

Moreno, A. (2010). Mediterranean tourism and climate (change): A survey-based study.

Tourism and Hospitality Planning & Development, 7(3):253–265. Nicholls, S. and Amelung, B. (2015). Implications of climate change for rural tourism in the

nordic region. Scandinavian Journal of Hospitality and Tourism, 15(1-2):48–72.

Nyaupane, G. P. and Chhetri, N. (2009). Vulnerability to climate change of nature-based

tourism in the nepalese himalayas. Tourism Geographies, 11(1):95–119.

Osczevski, R. and Bluestein, M. (2005). The new wind chill equivalent temperature chart.

Bulletin of the American Meteorological Society, 86(10):1453–1458. Perch-Nielsen, S. L. (2010). The vulnerability of beach tourism to climate change—an index

approach. Climatic change, 100(3-4):579–606.

Perch-Nielsen, S. L., Amelung, B., and Knutti, R. (2010). Future climate resources for

tourism in europe based on the daily tourism climatic index. Climatic change, 103(3-

4):363–381.

Perez, E. A. and Juaneda, S. C. (2000). Tourist expenditure for mass tourism markets. Annals

of Tourism Research, 27(3):624 – 637.

Pesaran, M. H., Shin, Y., and Smith, R. P. (1999). Pooled mean group estimation of dynamic

heterogeneous panels. Journal of the American Statistical Association, 94(446):621–634.

Pham, T. D., Simmons, D. G., and Spurr, R. (2010). Climate change-induced economic

impacts on tourism destinations: the case of australia. Journal of Sustainable Tourism,

18(3):449–473.

Priego, F. J., Rosselló, J., and Santana-Gallego, M. (2015). The impact of climate change on

domestic tourism: a gravity model for spain. Regional environmental change, 15(2):291–

300.

Rosselló-Nadal, J. (2014). How to evaluate the effects of climate change on tourism. Tourism

Management, 42:334–340.

Rosselló-Nadal, J., Riera-Font, A., and Cárdenas, V. (2011). The impact of weather variabil-

ity on british outbound flows. Climatic change, 105(1-2):281–292.

Scott, D., Gössling, S., and de Freitas, C. R. (2008). Preferred climates for tourism: case

studies from canada, new zealand and sweden. Climate Research, 38(1):61–73.

Page 144: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

144

Scott, D., Gössling, S., and Hall, C. M. (2012). International tourism and climate change.

Wiley Interdisciplinary Reviews: Climate Change, 3(3):213–232. Scott, D. and McBoyle, G. (2001). Using a ‘tourism climate index’to examine the impli-

cations of climate change for climate as a tourism resource. In Proceedings of the first

international workshop on climate, tourism and recreation, pages 69–88.

Scott, D., McBoyle, G., Minogue, A., and Mills, B. (2006). Climate change and the sustain-

ability of ski-based tourism in eastern north america: A reassessment. Journal of sustain-

able tourism, 14(4):376–398.

Scott, D., McBoyle, G., and Schwartzentruber, M. (2004). Climate change and the distribu-

tion of climatic resources for tourism in north america. Climate research, 27(2):105–117.

Siple, P. A. and Passel, C. F. (1945). Measurements of dry atmospheric cooling in subfreezing

temperatures. Proceedings of the American Philosophical Society, 89(1):177–199.

Steadman, R. G. (1984). A universal scale of apparent temperature. Journal of Climate and

Applied Meteorology, 23(12):1674–1687.

Steiger, R. (2010). The impact of climate change on ski season length and snowmaking

requirements in tyrol, austria. Climate Research, 43(3):251–262.

Steiger, R., Scott, D., Abegg, B., Pons, M., and Aall, C. (2017). A critical review of climate

change risk for ski tourism. Current Issues in Tourism, pages 1–37.

Subak, S., Palutikof, J. P., Agnew, M. D., Watson, S. J., Bentham, C. G., Cannell, M. G. R.,

Hulme, M., McNally, S., Thornes, J. E., Waughray, D., and Woods, J. C. (2000). The impact

of the anomalous weather of 1995 on the u.k. economy. Climatic Change, 44(1):1–26.

Tervo, K. (2008). The operational and regional vulnerability of winter tourism to climate

variability and change: The case of the finnish nature-based tourism entrepreneurs. Scan-

dinavian Journal of Hospitality and Tourism, 8(4):317–332.

UKCIP (2002). Climate change scenarios for the United Kingdom: the UKCIP02 scientific report.

Tyndall Centre for Climate Mental Sciences University. Yang, J. and Wan, C. (2010). Progress in research on the impacts of global climate change

on winter ski tourism. Advances in climate change research, 1(2):55–62.

Page 145: Grant agreement no. 776479 - COACCHD2.4 Impacts on Industry, Energy, Services, and Trade CO Page 2 Version 1.1 This project has received funding from the European Union’s Horizon

145

Yu, G., Schwartz, Z., and Walsh, J. E. (2009). A weather-resolving index for assessing the

impact of climate change on tourism related climate resources. Climatic Change, 95(3-

4):551–573.