기후 변화로 인한 글로벌 식량 체계의 혼란은 인간의 웰빙 12 , 13 , 14  과 사회적 안정 10 , 15 을 위협 하지만, 연구자들은 전 세계 식량 체계에 대한 잠재적 영향의 규모와 구조를 완전히 이해하지 못하고 있습니다 2 , 16. 기후 변화가 지구 전체에서 경험하는 날씨의 분포를 바꿀 것이라는 점과 농업 시스템의 생물물리학적 과정이 반응할 것이라는 점은 알려져 있습니다 5  , 7 , 8. 그러나 전 세계 인간이 이러한 변화에 대응하여 농업 관행을 어느 정도 효과적으로 조정할지는 아직 알 수 없습니다 2 , 3 , 8 , 9. 이러한 이유로 기존의 글로벌 예측은 생산자 적응의 채택률과 효능 7 , 8 , 18 을 설명할 수 없었고  , 생산자의 보상적 반응이 기후 변화로 인한 과제를 극복할 가능성이 있는지 여부는 여전히 해결되지 않았습니다 4 , 19 .

본 연구에서는 기후 변화가 주요 작물 생산에 미치는 영향을 측정하는 통합적인 실증적 접근법을 개발하고, 전 세계적으로 실제로 관찰되는 생산자 적응의 비용, 편익, 그리고 채택률을 고려합니다. 전 세계 작물 칼로리 생산량의 3분의 2를 대표하는, 지금까지 수집된 가장 포괄적인 하위 국가 작물 수확량 표본 중 하나를 연구하여, 전 세계적으로 대표성을 갖는 결과를 도출합니다. 다양한 환경에서 수집된 고해상도 인구 데이터를 활용함으로써 기상 현상, 기후 변화, 그리고 경제 발전에 대한 생산자의 실제 반응을 이해할 수 있습니다. 그리고 실증 결과를 적용하여 환경 변화, 생물물리학적 과정, 그리고 생산자의 보상 반응을 고려하여 수확량에 미치는 확률론적 전 세계 기후 변화 영향을 예측합니다.

프로세스 기반 모델을 사용한 이전 분석은 기후 변화가 글로벌 식량 시스템에 미치는 잠재적 영향에 대한 중요한 통찰력을 제공했으며 농업 모델링에서 수십 년간의 진전을 가능하게 했습니다 .7 , 8 , 9 , 18. 이러한 모델은 수확량을 생성하는 생물물리학적 과정(예: 뿌리 깊이, 증발산, 빛 이용)을 명확하게 특성화하고 정밀하게 관리되는 실험 필드에 맞춰 조정되어 기후 변화가 수확량에 영향을 미치는 농업 메커니즘에 대한 자세한 통찰력을 제공합니다 .7 , 18 그러나 이러한 모델은 일반적으로 생산자가 모델러 전문가의 판단을 통해 형성된 의사 결정 규칙(예: '적응 없음' 또는 '최적 품종 전환' 7 , 18 ) 에 따라 수확량을 최적화한다고 가정하는 반면, 현장에서 생산자가 내린 결정을 관찰하는 것과는 대조적입니다 .16 , 20 , 21 . 이러한 의사결정 규칙은 이론적으로는 가능하지만 재정적 제약, 시장 실패, 인적 오류 및 기타 요인의 영향을 받는 다양한 사회경제적 맥락에서 실제 상황을 반영하지 못할 수 있는 내용을 설명합니다( 방법 ). 더욱이, 글로벌 프로세스 기반 모델은 과학적으로 관리되는 실험 현장에서 수집된 데이터를 기반으로 매개변수화되기 때문에, 다양하고 자원이 제한된 맥락에서 실제 생산자 의사결정을 제대로 표현할 수 있을지에 대한 우려가 제기되었습니다 (16 , 20 , 21 ).

이러한 과제를 해결하기 위해, 우리는 생물물리학적 작물 반응과 생산자 의사 결정의 결합된 영향을 동시에 포착하는 계량경제학적 접근법을 개발합니다. 모델러가 규정한 적응 시나리오 대신, 우리의 접근법은 생산자가 직면한 다양한 기후 및 경제 조건에 대응하여 수행된 실제 적응의 효과를 경험적으로 회복합니다. 이 축소형 접근법은 이러한 적응이 발생하는 각각의 개별 메커니즘을 식별하고 모델링하는 어려운 작업을 시도하지 않습니다. 대신, 우리는 중간 과정을 명시적으로 모델링하지 않고 기후에 대한 적응 조정(예: 품종 변경, 재배 기간 변경, 비료 조정)의 총 영향을 측정합니다( 방법  및 보충 정보, 섹션  B ). 우리는 기후 변화 및 경제 개발 하에서 미래 작물 생산에 대한 시뮬레이션에서 지역 기후 및 경제 조건의 함수로서 실제 생산자 적응의 범위, 강도 및 효과를 포착하는 이러한 측정값을 적용합니다. 본 접근법의 핵심 가정은 유사한 기후, 소득, 관개 인프라에 직면한 생산자들이 유사한 경영 결정을 내린다는 것입니다. 이를 통해 생산자 결정의 효과를 추정할 수 있지만, 실제로는 관찰되지 않습니다. 본 접근법의 약점은 유사한 상황에 직면한 생산자들을 서로 비교할 수 없다면, 생산자 적응에 대한 추정치가 편향될 수 있다는 것입니다( 방법  및 보충 정보,  B 절 ).

이전의 경험적 연구는 축소 형태의 계량경제학적 접근 방식이 미국 옥수수 생산자와 같은 특정 지역의 생산자 행동에 어떻게 보정될 수 있는지 보여주었습니다 .2 , 5 , 11 , 22 , 23. 후속 연구에서는 이 접근 방식이 세부적인 프로세스 기반 모델을 대체하는 것이 아니라 보완하는 것임을 보여주었습니다.8