[논문 리뷰] When does a disaster become a systemic event? Estimating indirect economic losses from natural disasters

Sebastian Poledna, Stefan Hochrainer‐Stigler외 9명|arXiv (Cornell University)|2018. 01. 29.

Complex Systems and Time Series AnalysisEconomics, Econometrics and Finance인용 수 19

한 줄 요약

이 논문은 자연재해로 인한 간접적 경제적 손실을 추정하기 위해 확률론적 홍수 피해 캐스터로프 모델과 대규모 거시경제 에이전트기반모델(ABM)을 통합한 새로운 모델을 제안한다. 세부적인 국가 데이터를 바탕으로 수백만 명의 경제 에이전트를 시뮬레이션함으로써, 자본 stock의 5% 이상 손실이 발생하는 재해는 복구 활동으로 인한 단기 성장 견인 효과가 장기적 손실을 상쇄하지 못하고 복구 불가능한 경제적 위축으로 이어진다는 점을 밝혀냈다.

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.

연구 동기 및 목표

• 현재 신뢰성 없고 일관성 없는 자연재해로 인한 간접적 경제적 손실 추정에 대한 과학적 격차를 해소하기 위해.
• 환경적 위험과 개인 수준의 에이전트 수준에서의 거시경제적 결과를 연결하는 고해상도 시뮬레이션 프레임워크를 개발하기 위해.
• 경제적 복원력이 상실되고 장기적 성장이 직접 손실에 의해 지배되기 시작하는 재해 피해의 임계 크기를 정량화하기 위해.
• 다양한 재해 규모에서 각 산업 부문과 정부 재정에 미치는 영향을 고려해, 부문별 수혜자와 피해자 식별하기 위해.
• 재해 빈도 증가 상황에서 복구 관리 및 기후 복원력 계획을 위한 실질적인 통찰 제공하기 위해.

제안 방법

• 코풀라 기반의 확률론적 모델이 오스트리아 전역에서 공간적으로 종속적인 홍수 피해를 추정하며, 지역별 위험 상관관계를 반영한다.
• 손상-시나리오 생성기(Generator)는 물리적 피해 추정치를 에이전트기반모델(ABM) 내 개인(가정, 기업, 정부)에 대한 타겟된 충격으로 변환한다.
• ABM은 개인 및 法적 실체를 대표하는 1,000만 명의 에이전트 간 상호작용을 시뮬레이션하며, 세부적인 국가 회계, 인구 조사 및 기업 데이터를 활용한다.
• 모델는 오스트리아의 2013년 경제에 캘리브레이션되며, GDP, 소비, 투자, 인플레이션의 시간적 시리즈를 높은 정밀도로 시뮬레이션한다.
• 간접적 경제적 영향은 기준 시나리오 대비 GDP의 편차로 측정되며, 복구로 인한 손실과 이득을 분리한다.
• 대규모 에이전트 상호작용의 계산 부담을 감당하기 위해 고성능 슈퍼컴퓨터에서 시뮬레이션을 실행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 직접적 물리적 피해가 어느 정도 수준에 도달하면 재해가 국지적 사건에서 체계적 경제 충격으로 전환되는가?
• RQ2 재해 규모에 따라 간접적 경제적 영향(손실 및 이득)은 단기, 중기, 장기적으로 어떻게 변화하는가?
• RQ3 경제적 복원력이 상실되고 회복이 더 이상 가능하지 않은 임계점은 자본 파괴의 어느 수준에서 발생하는가?
• RQ4 어떤 경제 부문과 에이전트가 재해 후 가장 큰 이득 또는 손실을 입는가? 이는 정부 재정 능력에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 대규모 재해 이후 초기 경제 위축을 상쇄하기 위해 복구 유도 다중 효과가 얼마나 효과적으로 작용하는가?

주요 결과

• 중간 규모 재해는 단기적·중기적으로는 소규모이지만 긍정적인 간접적 경제적 영향을 유도하지만, 장기적으로는 부정적인 영향이 초래된다.
• 대규모 재해는 복구 활동으로 인한 지연된 긍정적 자극에도 불구하고 즉각적이고 지속적인 부정적 경제 반응을 유도한다.
• 총 자본 stock의 약 5% 파괴 시점에 도달하면 경제적 복원력이 붕괴되고 회복이 더 이상 가능하지 않은 임계점이 존재한다.
• 복구로 인한 일시적 경제 부양 효과는 자본 및 소득 손실 이후 최소 1/4년의 지연 후 발생한다.
• 모델은 부문 간 명확한 수혜자와 피해자 식별하며, 세입 및 지출 변화로 인해 정부 재정에 상당한 영향을 미친다.
• 본 연구는 처음으로 전체 스케일의 ABM을 사용해 물리적 재해 규모와 체계적 경제 결과 간의 정량적이고 데이터 기반의 연결 고리를 입증했다.