云鹰读书会2024第18期（总第202期）
2024-06-27
2024年 5 月 17日下午，南开大学经济学院云鹰读书会在圆阶305教室“数字经济与贸易科研训练：理论”课堂上顺利进行，本次读书会由2022级本科生倪焕然，蒲泽荣，陈汇元同学展示 Jacob Moscona, Karthik A. Sastry发表在 The Quarterly Journal of Economics的论文“Does Directed Innovation Mitigate Climate Damage? Evidence from US Agriculture”, 2023，由国际经济贸易系何秋谷老师跟进指导，助教彭睿提供答疑。
特别鸣谢
本次云鹰读书会由南开大学国际经济贸易系
系友苏武康博士赞助支持
本文以美国农业为研究对象，探究创新对气候变化的反应和对经济的影响。作者在文章中表明，根据创新技术与有利气候条件之间存在的替代和互补两种作用关系，定向创新可以减轻或加剧气候变化所导致的潜在经济损失。为了实证研究技术对气候变化的响应，作者收集了特定农作物对破坏性极端温度条件下的暴露程度和体现在新农作物品种发布和相关专利中的特定作物创新等数据。我们发现，创新自从20世纪中期开始已经重新定向到暴露于极端温度的作物上，并且这种创新是由与环境适应相关的农业技术类型驱动的。将经验估计与模型相结合，我们发现，自1960年以来，定向创新已经抵消了美国农业用地价值方面20%的潜在损失；到2100年，这种创新预计可以抵消13%的损失。以上发现突出了内生技术变革作为适应气候变化的来源的重要地位，尽管其并非完全有效。
1. 引言
2. 理论模型
3. 数据与度量
4. 结果：气候变化与引致创新
5. 结论：诱发创新与损害缓解
6. 诱发创新对气候损害的缓解
7. 总结
本文基于美国农业研究技术创新如何应对气候变化。技术创新是人类历史上生产率增长的最重要的引擎，而气候变化是近期生产率增长面临的最大潜在威胁，这两种力量对于人类社会发展都产生了切实的影响。上个世纪见证了美国农业生物技术的变革性进步，私营部门研究支出的爆炸式增长和现在无处不在的高产植物品种的出现就是证据。同一时期，气温上升也显著改变了农业生产力(Lobell和Field, 2007;Schlenker和Roberts, 2009;Lobell, Schlenker和Costa-Roberts, 2011)。然而，人们对于农业创新的方向和重心如何随着温度变化而改变，或如何影响环境恶化的经济后果，了解很少。理解技术创新如何对日益恶化的气温如何做出反应，对评估经济的温变韧性具有重要意义。而气候变暖确实是一个严重问题，即使在人类能有效减少温室气体排放的乐观假设下，它也会持续于整个21世纪。
从历史上看，创新一直是美国农业部门应对新环境挑战的关键组成部分。Olmstead 和Rhode(2008, 2011)描述了生物创新如何推动早期美国农业的进步，历史学家(Crow, 1998;Sutch, 2008, 2011)承认了新型杂交种子对抵御20世纪初干旱的重要性。如今，农业生物技术公司通过类似的言论解释他们对气候抗性技术的投资行为。本文实证研究了技术进步对现代温度变化的响应，并塑造了其对美国农业部门的经济影响。文章回答了两个具体问题：第一、创新是否重新转向了最容易受到气候困扰的作物和最适合提高气候适应能力的技术？第二、创新方向的转变如何影响农业部门对极端气候的适应能力？作者利用得出的结论来量化技术在多大程度上减轻了过去气候变化造成的经济损失，并在考虑了内源性技术变化后预测未来的损害。作者从一个理论模型开始，描述了气候变化如何改变市场对创新的激励，以及定向创新如何塑造气候变化的经济影响。对农业部门单一市场的均衡进行了建模，该市场具有空间异质性生产、利润最大化垄断者的集中技术开发以及降低总生产可能性的气候冲击。结果显示，根据技术和需求不同的基本特征，定向创新既可以减轻也可以加剧总体的气候损害。如果技术进步能替代有利的气候条件，例如使作物越来越耐热和抗旱，那均衡的技术水平会明确增加，以应对恶化的气候及其经济影响。反之，如果技术进步同气候条件互补，例如提高作物在特定精确环境下的平均产量，那么定向创新就会加剧气候损害。因此，要确定技术进步在塑造气候变化的经济后果方面所起的作用，就必须参照数据。实证分析的第一部分比较了自1960年以来由于温度变化而经历了不同生产力冲击的作物的技术发展。为了测量温度引起的生产力冲击，作者从县级的每日温度数据开始统计，将这些数据与专家从联合国粮食及农业组织的数据库中得出的单个植物物种的最高生长温度估计相结合，以测量特定时间内特定地点特定植物对极端高温的潜在暴露。这种关注极端温度的方式与Schlenker和Roberts(2009)之后的文献一致，该文献认为极端高温的可能性增加是气候变化影响主要作物产量的主要渠道，并在更大的作物面板中得到了类似的发现。最后，在预分析期间对每种作物种植地点的极端高温暴露进行平均，以获得给定作物对极端高温的总暴露。这个测量值随时间的变化就是作者对暴露于破坏性温度变化的测量。为了衡量创新，作者根据《信息自由法》的要求，从美国农业部的《品种名称清单》中收集了所有待售植物品种及其引进时间的综合数据，并在补充品种名称列表中添加了两个额外的数据源，从植物品种保护(PVP)证书的数据库中调查发明者的更详细特征，从农业专利类别的特定作物专利的数据库探索发明的特征。得出的主要结果是，从品种名称列表中发布的新品种来看，1960年以来生物技术的发展已经指向那些随着时间的推移更容易暴露在极端高温下的作物。在作者的样本中，由于极端高温暴露的变化，平均作物的品种发展增加了约20%。当使用PVP证书数据测量结果时，结果在数量上是相似的。当使用十年面板数据模型，作者发现极端温度对创新的最大影响出现在十年之内，有一些滞后效应。接下来，通过研究其在作物、发明家类型和发明类型之间的异质性，探索支撑基线发现的机制。首先，对于种植范围更广的作物，创新对极端高温暴露的弹性更高，但有限的证据表明，在价格弹性或作物转换的便利性方面，它在不同的自然工具之间存在差异。然后，使用记录每个品种开发者的PVP证书数据，发现技术的重心相比于公共部门更倾向于私营部门。最后，利用专利数据，发现极端温度暴露的增加预示着直接提到与气候变化、高温和干旱相关的关键词的专利数量和份额会更高；相比之下，与未提及这些关键词的专利之间没有显著的关系。这些结果表明，气候变化并没有统一地诱导所有类型的农业创新。作者还探索了气候对农业创新影响的替代渠道。首先表明，在极端高温暴露变化的条件下，极端寒冷暴露的变化对创新的影响较小。然后，利用种植模式随时间变化的数据，发现：为应对气候变化而进行的作物改种，其强度不会减弱温度变化与创新之间的关系，温度引起的总种植面积的扩大对技术发展具有独立的积极影响。最后，利用每小时温度和种植模式的国际数据，发现非美国极端高温的趋势暴露与美国测量的趋势或美国创新的方向基本上没有关系。这一结果提醒我们，美国的适应性创新可能无法转化为应对世界其他地方的气候威胁。在确定了技术对温度变化的响应方向之后，研究下一步将转向量化技术在多大程度上减轻了温度变化的经济危害。以前的研究试图通过比较经济成果对温度变化的短期和长期响应来确定对气候变化的总体适应(Dell, Jones和Olken, 2012;Burke和Emerick, 2016)。相比之下，作者根据地点对定向创新的暴露程度数据采取了不同的方法：测量了当地极端高温暴露的县级测量，同时考虑了其温度实现和其作物组合的温度敏感性，以及创新暴露的县级测量，即该县种植每种作物的所有其他县的作物组合的极端高温暴露。前一组关于技术重新定向的研究结果表明，创新暴露程度较高的县拥有更多的气候诱导技术，。作者发现，较高的创新暴露显著地减轻了极端高温对农业用地价值的负面影响。如果一个县的作物受到的创新暴露达到总体的中位数水平，那么每年额外增加一个极端气温日，其边际影响是使土地价值下降0.010%。当创新暴露上升到总体的第75百分位数水平时，边际影响变为-0.003%，下降到第25百分位数时边际影响为-0.015%。使用农业收入和利润作为结果变量，结果非常相似，并且它们对于直接控制产出价格和县级平均温度的变化非常稳健。最后，种植全国市场规模较大的作物的县结果最强，说明这些作物对极端温度具有更强的创新反应。论文的最后一部分研究了气候变化造成的总体经济损失中有多少是通过创新减轻的。在过去50年里，创新减轻了农业温度变化造成的19.9%(95%置信区间: 15.3%至24.5%)的潜在经济损失。这一结果对关于研究投资资源约束和作物转换的替代假设并不过于敏感。从数量上讲，技术发展所减轻的经济损失按当前USD计算约为240亿美元，占美国农业用地总价值的1.7%。我们对技术在适应气候破坏方面的作用的研究，为有关定向技术变革和环境的文献总体做出了贡献。相较于现有的工作主要集中在低排放或“清洁”技术的内生发展上（Newell、Jaffe和Stavins，1999年；Popp，2002年、2004年；Acemoglu等人，2012年、2016年；Aghion等人，2016年），我们转而关注创新在减轻气候损害方面的作用。在这方面，Miao和Popp（2014）研究了各国对自然灾害的创新响应，Miao（2020）研究了保险如何影响创新对干旱的响应。与此相关的还有本文作者之一已有的工作（Moscona，2022年），他调查了技术对1930年代蹂躏美国大平原的沙尘暴灾害的反应，并发现那些种植在受沙尘暴侵蚀影响最严重的地区的作物，成为了更多创新的重点。我们的研究结果与这些发现一起表明，创新对现代气候变化做出了反应，这是一种影响很大但发展缓慢的现象。同时我们定量揭示了创新减轻当前和未来气候损害的潜力。研究气候变化适应行为的现有工作，主要聚焦于跨空间重新分配生产的收益上。Costinot、Donaldson和Smith（2016）、Rising和Devineni（2020）以及Sloat等人（2020）研究了关于选择农作物的相关问题。相比之下，我们的方法侧重于生产技术其本身在理论和实践中的反应。最后，人们一直在关注温度变化对农业部门的影响。Mendelsohn，Nordhaus and Shaw（1994），Schlenker，Hanemann and Fisher（2005），Schlenker，Hanemann and Fisher（2006），Deschênes and Greenstone（2007）以及Fisher等人（2012）估计了温度变化与农业经济产出的简化形式关系式。还有几项研究以特定作物为重点，调查了极端高温与产量之间关系的波动，以推断适应气候的潜在重要性。我们的研究采用了第一组论文的更广泛、基于全行业的观点，同时又基于作物层面来细致衡量创新反应。在此过程中，我们还扩展了关于创新在塑造美国农业生产力和克服生态障碍方面的作用的经典文献。
本节提出了一个模型，并为后续的实证分析和量化奠定理论模型基础，模型中农业技术内生地响应气候变化引起的生产力冲击。理论结果主要描述了生产技术和均衡价格相应的原始条件，在这些条件下，技术发展随着气候的破坏性变化增加或减少，并且增加或减少农业生产对气候冲击的适应能力。
3.1 数据
文中美国各郡县的气温统计数据是来源于PRISM气候小组整理的1950年以来每日的网格单元（2.5英里×2.5英里）温度数据。该小组进行气温统计时选取的数据为每年4月至10月的农作物生长季节期间的温度数据。由于作物生产力依赖于极端天气的实现（例如，Hodges 1990年；Grierson 2001年；Schlenker和Roberts 2009年的研究），因此每日数据显得尤为重要。3.1.2农作物的特有的温度敏感性
农村物的特有的温度敏感性数据来源于联合国粮食及农业组织（FAO）出版的，该数据库数据库旨在捕捉作物种类之间在温度敏感性方面的持久和显著差异，提供了超过2500种植物的作物特定生长条件信息，包括温度、降雨和pH值的数值耐受范围。这些数据来源于20世纪90年代初期的专家调查和教科书参考。在实证分析中，作者使用了报告的作物最佳生长的上限温度阈值类型数据。作物最佳生长的上限温度阈值指的是一种特定作物在生长过程中能够承受的最高温度，超过这个温度，作物的生长和产量可能会受到负面影响。这个阈值是作物生理特性的一个重要指标，因为它决定了作物在特定环境条件下能否正常生长和繁殖。研究的作物中，报告的温度阈值差异很大，从17°C到36°C不等，标准差为5.0，这代表了比近几十年农业技术发展所能影响的耐热性差异要大得多。作者使用了多种补充措施来衡量作物特定的创新，主要包括生物技术发展、植物品种保护证书和美国专利数据。首先，衡量生物技术发展的主要数据来源是美国农业部（USDA）的品种名称列表，该列表通过信息自由法案（FOIA）请求获得，包含了自样本期开始以来USDA所知的所有已发布作物品种。该品种名称列表具有三个特点：第一、可跟踪新种子和植物品种随时间的变化，这些品种是适应极端温度的主要创新技术。第二、数据集被按照作物进行分类整理，便于将个别技术与作物关联。第三、列表中主要分析中包含69种作物，覆盖了美国主要种植的谷物、油料和饲料作物，以及大部分蔬菜。其次，植物品种保护证书（PVP）是一种对种子智权的较弱形式的保护。PVP证书具有两点局限性：第一、只存在于样本期的一部分时间。第二、证书集合可能由于专利法后续的变化转变为一个选择性样本。最后，美国专利数据使用的是专利数据库，该专利数据库计算了与每种作物相关的合作专利分类类别和与非牲畜农业相关的合作专利分类类别的专利数量。通过对所有专利标题、摘要和描述搜索品种名称列表中每种作物的名称，获得专利数据与农作物的联系。但是，专利数据与品种名称列表相比，将个别技术与作物关联的过程更加复杂且麻烦和困扰更大。同时，作者从上述专利类别中收集了提及与气候变化、耐热性和耐旱性相关的关键词的专利数据，以便在每个作物内部分别衡量与气候变化相关的专利技术。农作物的收成统计使用了1959年美国农业普查数据来测量研究中所涉及的所有作物在美国每个县的种植面积（也可视为收获面积）。这些数据相对于研究中的创新成果而言都是预先确定的。为了进行稳健性检查和生产再分配分析，作者使用了2012年美国农业普查数据，并重复了相同的数据构建过程。作者将1959-2017年所有轮次的美国农业普查数据进行了合并和协调，以衡量当地的农业产出。研究的主要关注点是每英亩农业土地的价值，这表示的是作者模型中固定要素持有者的净回报。利用这些数据，作者构建了一个十年期的面板数据，将农业普查数据与整个十年期间的平均气候特征相链接。当同一个十年内有两次普查时，那么使用较晚的观察数据进行实证研究（例如，对于2010年，使用2017年农业普查数据而不是2012年的）。除了上述的数据以外，作者还收集了作物收入、非作物收入和利润数据，以在进行稳健性检查时作为结果变量。
我们现在实证研究破坏性的气候暴露变化如何影响创新。我们发现，越来越多地暴露在极端温度下会导致生物技术的发展。然后，我们更详细地探讨了这种创新反应的作用时长；它在作物、发明者和技术类型方面的异质性；它与生产的地理重分配的关系；以及世界其他地区温度变化的影响。
第4节的结论表明，技术发展转向了更暴露在极端高温下的作物。在第5节，作者将研究诱导创新在多大程度上减缓了气候变化带来的损失。作者的实证策略在于估计县级极端高温暴露的边际影响，作为预测的创新暴露的函数。作者发现有重要证据表明，创新暴露减轻了气候恶化带来的的经济影响。
文章研究了技术创新与气候变化之间的相互作用，将美国农业创新的综合数据与作物生长特定的温度范围的指标相结合，发现技术创新转向了更受极端高温暴露的作物技术与环境适应的相关技术。同时，诱发创新缓解了温度变化带来的经济损害。
最佳的估计结果表明，自1960年以来，诱发技术创新缓解了极端温度对美国农业土地总价值造成损害的20%，并可能在本世纪中叶、本世纪末缓解13-16%。尽管技术进步对缓解气候变化带来的损害具有积极作用，但并不是灵丹妙药，仍然有技术发展还不能够缓解80%的气候损害。
[1] Jacob Moscona, Karthik A Sastry, Does Directed Innovation Mitigate Climate Damage? Evidence from U.S. Agriculture, The Quarterly Journal of Economics, Volume 138, Issue 2, May 2023, Pages 637–701, https://doi.org/10.1093/qje/qjac039
时间：2024年5月31日下午18:30-21:05
地点：南开大学八里台校区经济学院圆阶305教室
论文：
Farboodi, M., & Veldkamp, L.L. (2021). A Growth Model of the Data Economy. Revise and resubmit from Review of Economic Studies.
文稿：倪焕然 蒲泽荣 陈汇元
编辑：吕宸慧 张启胜
审校：何秋谷
2024年6月27日
