[論文レビュー] When does a disaster become a systemic event? Estimating indirect economic losses from natural disasters

Sebastian Poledna, Stefan Hochrainer‐Stigler+9 more|arXiv (Cornell University)|Jan 29, 2018

Complex Systems and Time Series AnalysisEconomics, Econometrics and Finance被引用数 19

ひとこと要約

本稿は、確率的洪水被害カオスファステイモデルと大規模なマクロ経済エージェントベースモデル（ABM）を統合した新規モデルを提案し、自然災害に起因する間接的経済的損失を推定する。詳細な国別データを用いて数百万の経済エージェントをシミュレートすることで、資本ストックの5％を超える災害が発生すると、復興による短期的成長の恩恵が長期的損失に上回られ、回復不能な経済的衰退が引き起こされることを明らかにした。

ABSTRACT

Reliable estimates of indirect economic losses arising from natural disasters are currently out of scientific reach. To address this problem, we propose a novel approach that combines a probabilistic physical damage catastrophe model with a new generation of macroeconomic agent-based models (ABMs). The ABM moves beyond the state of the art by exploiting large data sets from detailed national accounts, census data, and business information, etc., to simulate interactions of millions of agents representing \\emph{each} natural person or legal entity in a national economy. The catastrophe model introduces a copula approach to assess flood losses, considering spatial dependencies of the flood hazard. These loss estimates are used in a damage scenario generator that provides input for the ABM, which then estimates indirect economic losses due to the event. For the first time, we are able to link environmental and economic processes in a computer simulation at this level of detail. We show that moderate disasters induce comparably small but positive short- to medium-term, and negative long-term economic impacts. Large-scale events, however, trigger a pronounced negative economic response immediately after the event and in the long term, while exhibiting a temporary short- to medium-term economic boost. We identify winners and losers in different economic sectors, including the fiscal consequences for the government. We quantify the critical disaster size beyond which the resilience of an economy to rebuild reaches its limits. Our results might be relevant for the management of the consequences of systemic events due to climate change and other disasters.

研究の動機と目的

• 自然災害に起因する間接的経済的損失を推定する分野における科学的ギャップを埋める。現状、その推定は信頼性が低く一貫性に欠ける。
• 環境的リスクとマクロ経済的結果を個々のエージェントレベルで結びつける高分解能なシミュレーションフレームワークを開発する。
• 経済的レジリエンスが失われる破壊的損傷の閾値を定量化し、長期的成長が直接的損失に支配されるようになる損傷規模を特定する。
• 異なる災害規模における部門別に勝者と敗者を特定し、政府の財政的影響を含めて分析する。
• 災害頻発が増加する中での被災後管理および気候レジリエンス計画に役立つ実務的知見を提供する。

提案手法

• コプーラベースの確率的モデルにより、オーストリア全域の空間的依存性を持つ洪水被害を推定し、地域ごとのリスク依存関係を捉える。
• 被害シナリオジェネレータが物理的損傷の推定値を、ABM内の個々のエージェント（世帯、企業、政府）に対するターゲット型ショックに変換する。
• ABMは、個人および法的実体を表す1000万人のエージェント間の相互作用をシミュレートする。詳細な国計、国勢調査、および企業データを用いる。
• モデルはオーストリアの2013年経済にキャリブレーションされ、GDP、消費、投資、インフレの時間的推移を高い正確性で再現する。
• 間接的経済的影響は、ベースラインシナリオからのGDPの乖離として測定され、損失と復興による利益を分離する。
• 大規模なエージェント相互作用の計算負荷を処理するため、高性能スーパーコンピュータ上でシミュレーションが実行される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 直接的物理的損傷がどの程度の水準に達すると、災害が局所的出来事からシステム的経済的ショックに転換するか？
• RQ2 災害規模に応じて、短期的・中期的・長期的に、間接的経済的影響（損失および利益）はどのように変化するか？特に、短期的成長の恩恵が長期的損失を上回るか。
• RQ3 資本破壊のどの閾値を超えると、経済的レジリエンスが失われ、回復が持続不可能になるか？
• RQ4 どの経済部門およびエージェントが災害後に最も大きな利益または損失を被るか。また、その影響は政府の財政能力にどのように現れるか？
• RQ5 大規模災害の直後、復興に起因する乗数効果は、初期の経済的縮小をどの程度相殺できるか？

主な発見

• 中程度の災害は、短期的・中期的にわずかではあるがプラスの間接的経済的影響をもたらすが、長期的には負の影響が支配的となる。
• 大規模災害は、復興活動による遅延的正の刺激にもかかわらず、直ちにかつ持続的な負の経済的反応を引き起こす。
• 約5％の総資本ストック破壊を越えると、経済的レジリエンスが崩壊し、回復がもはや可能でなくなるという臨界閾値が存在する。
• 復興に起因する一時的な経済的ブーストは、初期の資本および収入損失の後、少なくとも四半期の遅れを伴う。
• モデルは部門ごとに明確な勝者と敗者が特定され、税収および公共支出の変化に起因する政府の財政的影響が顕著に現れる。
• 本研究は、本格的なABMを用いて、物理的災害の規模とシステム的経済的結果との間の定量的・データ駆動型の関連を、初めて実証した。