[論文レビュー] The impact of abnormal temperatures on crop yields in Italy: a functional quantile regression approach

Giovanni Bocchi, Alessandra Micheletti+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 19, 2026

Climate change impacts on agriculture被引用数 0

ひとこと要約

本論文はイタリアの省データ（1952–2023）に関数回帰と関数分位回帰を適用し、気温と降水の異常がトウモロコシと軟質小麦の収量に最も影響する時期を特定する。

ABSTRACT

In this study, we apply functional regression analysis to identify the specific within-season periods during which temperature and precipitation anomalies most affect crop yields. Using provincial data for Italy from 1952 to 2023, we analyze two major cereals, maize and soft wheat, and quantify how abnormal weather conditions influence yields across the growing cycle. Unlike traditional statistical yield models, which assume additive temperature effects over the season, our approach is capable of capturing the timing and functional shape of weather impacts. In particular, the results show that above-average temperatures reduce maize yields primarily between June and August, while exerting a mild positive effect in April and October. For soft wheat, unusually high temperatures negatively affect yields from late March to early April. Precipitation also exerts season-dependent effects, improving wheat yields early in the season but reducing them later on. These findings highlight the importance of accounting for intra-seasonal weather patterns to provide insights for climate change adaptation strategies, including the timely adjustment of key crop management inputs.

研究の動機と目的

• イタリアにおけるトウモロコシおよびソフト小麦の収量に影響を与える季内の気温・降水異常の有意な期間を同定する。
• 機能的回帰とFDAツールを用いて天候影響の時系列と形状をモデル化する。
• 収量分布の尾部における差異的効果を定量化し、気候適応戦略に情報を提供する。
• 灌漑時期などの作物管理調整に関する政策的関連知識を提供する。

提案手法

• 省単位の固定効果と年トレンドを含むスカラー・オン・ファンクション回帰を用いる。
• 気象共変量を中心化し、fPCAを介してファンクショナル基底へ射影してスカラー値を得る。
• OLSおよびファンクショナル分位回帰（τ ∈ (0,1)）で推定する。適切な箇所でQAを含む。
• ファンクショナル係数の信頼帯を構築するために省を跨いだブートストラップ再采样を行う。
• 切り捨てられたfPCA表現からγ^k,e(t,τ)を再構成する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 成長季節のどの時期に異常な気温がイタリアのトウモロコシ収量を最も低下させるのか？
• RQ2 異常な気温はソフト小麦の収量にどのように影響し、影響が最も強い窓はいつか？
• RQ3 降水パターンは季節を通じてソフト小麦の収量にどのように影響し、分位によってこれらの影響はどう異なるのか？
• RQ4 気温効果は収量分布の尾部で異なるか、農業技術や適応の異質性を示唆するか？
• RQ5 機能的な気温・降水効果を用いて、気候変動下での灌漑など作物管理意思決定のタイミングを導くことができるか？

主な発見

Estimator	ΔY	r(Yield)
OLS	-0.0577	0.9440
QR τ=0.1	-0.0594	0.9424
QR τ=0.9	-0.0326	0.9679

• 平均以上の気温は主に6月から8月にトウモロコシの収量を低下させ、4月と10月には穏やかな正の効果を示す。
• トウモロコシについて、0.1分位と0.9分位は一貫して異なる尾部挙動を示し、生産性の低い農場ほど脆弱であることを示唆する。
• ソフト小麦では高温が3月下旬から4月上旬に収量をマイナスに影響し、降水は初期の収量を改善する一方で後期の収量を悪化させる。
• 季節初期には降水の累積が収量へ正の影響を与える一方、後半には悪影響を与えるため、季節依存の降雨影響を強調する。
• 機能的係数γ(t)は、サブ区間での気温変化に応じた収量変化として解釈でき、シナリオベースの予測（例：ΔTを6月–8月に）を可能にする。
• トウモロコシでは0.9分位が0.1分位より負の影響が小さいことを示し、より生産性の高い/農家グループの適応がより良い可能性を示唆する。