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Theoretical aspects of long-term evaluation in environmental economics

Traeger, Christian

German Title: Theoretische Aspekte der langfristigen Bewertung in der Umweltökonomik

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Abstract

The present work is dedicated to theoretical aspects of long-term evaluation with a focus on time and uncertainty structure. Motivated along the lines of global warming, the analysis renders contributions to the fields of environmental economics, decision theory, the economics of sustainability and cost benefit analysis. The thesis is structured in three parts. The first part examines the relation between the concepts of weak and strong sustainability and the weight given to future consumption. The second part introduces a generalized evaluation model and a new concept of risk aversion. The latter concept, termed intertemporal risk aversion, takes up an important concern of the precautionary principle. The third part extends the underlying model and analyzes the interaction with other characteristics of intertemporal decision making. The latter include an implied preference for the timing of uncertainty resolution as well as different stationarity assumptions. The first part of the thesis relates to the sustainability debate and the concepts of weak versus strong sustainability. While the advocates of the weak sustainability concept consider man made goods and capital a fair substitute for environmental goods and capital, the advocates of the strong sustainability concept judge such substitutability as highly limited. I show in a stylized growth model, how social discount rates generally fall for a weak sustainability specification of welfare, while they grow for a strong sustainability specification. It turns out that under the given assumptions a strong sustainability specification of welfare implies a lower weight given to future consumption streams than a weak sustainability specification. The second part of the thesis introduces the concept of intertemporal risk aversion in a didactically simplified two period framework. The concept takes up an important concern of the precautionary principle regarding a higher willingness to undergo preventive measures in order to avoid a threat of harm. I show that the concern is substantiated as well by von Neumann Morgenstern’s widespread axioms for choice under uncertainty when carefully integrated into a temporal setting. In such a generalized framework, the standard model of intertemporally additive expected utility corresponds to intertemporal risk neutrality. In contrast to the classical concept of (atemporal) risk aversion, the concept of intertemporal risk aversion can be applied immediately to the multi-commodity setting. For the one commodity special case, the concept closely relates to the attempts of disentangling atemporal risk aversion from intertemporal substitutability. The third part of the thesis extends the model to an arbitrary finite time horizon with generalized preferences and elaborates the corresponding axiomatic and functional characterizations of intertemporal risk aversion. Moreover, I identify different assumptions that allow to simplify the model structure. On the one hand, these assumptions are concerned with a stationary evaluation of certain and uncertain consumption plans. On the other hand, they relate to a deduced preference for the timing of uncertainty resolution. The resulting simplifications allow to characterize intertemporal risk aversion in a single parameter, as well as to disentangle atemporal risk aversion from intertemporal substitutability in a non-recursive evaluation structure. Finally, I show that a normatively motivated combination of the assumptions implies that a time consistent, intertemporal risk averse decision maker has to choose a zero rate of pure time preference. Instead of devaluing the future for reasons of sheer impatience, such a decision maker is only allowed to give reduced weight to future welfare if uncertainty increases over time. The major implications of the present work can be divided into two fields. The first field relates to the sustainability debate and the evaluation of the long run. In this regard, the analysis in the first part of the thesis shows that the characterization of weak and strong sustainability through the degree of substitutability between environmental and produced goods stands in a surprising and possibly unwanted relation to the sustainability demand in the sense of a stronger commitment to future consumption streams. The analyses carried out in the last part of the thesis implies that a zero rate of pure time preference cannot only be founded on moral considerations, but also on assumptions concerning a time consistent evaluation of uncertainty. The second field of implications concerns the handling of uncertainty. In particular, the concept of intertemporal risk aversion mediates between the advocates and the opponents of the precautionary principle. On the one hand, it takes up the concern regarding a higher willingness to undergo preventive action than implied by the standard model. On the other hand, intertemporal risk aversion formalizes this concern and reconciles it with the standard assumptions underlying economic evaluation. That way, it encounters the critique of the precautionary principle as being vague, arbitrary and, thus, paralyzing.

Translation of abstract (German)

Die Arbeit behandelt theoretische Aspekte der langfristigen Bewertung in der Umweltökonomik. Dabei liefert sie insbesondere Beiträge in den Gebieten der Entscheidungstheorie, der Nachhaltigkeitsanalyse und der Kosten-Nutzen Rechnung. Ihren Schwerpunkt bildet eine verbesserte Integration von Zeit- und Unsicherheitsstruktur in die Bewertungsfunktionale der Ökonomik. Die Relevanz einer solchen Analyse der Bewertungsstruktur wird Eingangs am Beispiel des Klimawandels erläutert. Im weiteren Verlauf gliedert sich die Arbeit in drei Teile. Der erste Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der sozialen Diskontrate bei Sicherheit im Mehrgüterfall. Die soziale Diskontrate charakterisiert die Gewichtung zukünftigen Konsums gegenüber gegenwärtigem Konsum. Im zweiten Teil der Arbeit wird ein verallgemeinertes Bewertungsmodell sowie ein neues Konzept der Risikoaversion eingeführt. Dieses Konzept der intertemporalen Risikoaversion greift einen wichtigen Aspekt des Vorsichtsprinzips auf. Der dritte Teil verallgemeinert das dem Konzept zugrunde liegende Modell und untersucht das Zusammenspiel mit anderen Charakteristika der intertemporalen Entscheidungstheorie. Eine zentrale Stellung nehmen hierbei eine Präferenz für den Zeitpunkt der Risikoauflösung, Stationaritätsüberlegungen, sowie die reine Zeitpräferenz ein. Die Analyse im ersten Teil der Arbeit steht in unmittelbarem Zusammenhang mit der Nachhaltigkeitsdebatte. Hier existieren zwei verschiedene Auffassungen, die mit den Begriffen starker und schwacher Nachhaltigkeit verbunden sind. Vertreter der starken Nachhaltigkeitsauffassung betrachten Umweltgüter und Umweltkapital als nur sehr eingeschränkt substituierbar durch produzierte Güter und produziertes Kapital. Demgegenüber beurteilen die Vertreter der schwachen Nachhaltigkeitsauffassung eine deutlich weitgehendere Substitution als unproblematisch. Ich zeige in einem stilisierten Wachstumsmodell, wie im schwachen Nachhaltigkeitsregime die optimalen sozialen Diskontraten über die Zeit abnehmen, während sie im starken Nachhaltigkeitsregime über die Zeit wachsen. Es ergibt sich, dass unter den gegebenen Annahmen eine Wohlfahrtsspezifikation starker Nachhaltigkeit mit einem geringeren Engagement für Nachhaltigkeit im Sinne einer stärkeren Berücksichtigung zukünftiger Konsumströme einhergeht, als eine Wohlfahrtsspezifikation schwacher Nachhaltigkeit. Der zweite Teil der Arbeit führt das Konzept der intertemporalen Risikoaversion in einem didaktisch vereinfachten zwei Perioden Modell ein. Das Konzept wird motiviert durch eine im Rahmen des Vorsichtsprinzips geforderte, höhere Bereitschaft für präventive Maßnahmen zur Risikovermeidung. Ich zeige, dass eine solche Forderung auch von den weit verbreiteten von Neumann-Morgensternschen Axiomen für Entscheidung unter Unsicherheit getragen wird. Dabei ergibt sich das in der Umweltökonomik gemeinhin verwendete Standardmodell des intertemporal additiven Erwartungsnutzens als der Spezialfall intertemporaler Risikoneutralität. Im Gegensatz zum klassischen Begriff der (atemporalen) Risikoaversion ist das Konzept intertemporaler Risikoaversion auch unmittelbar für den Mehrgüterfall anwendbar. Speziell für den Eingüterfall steht es in enger Verbindung zu der Entflechtung von atemporaler Risikoaversion und intertemporaler Substitutionselastizität. Der dritte Teil der Arbeit dehnt das Modell auf einen beliebigen, endlichen Zeithorizont mit verallgemeinerten Präferenzen aus und erarbeitet hierfür die axiomatische und funktionelle Charakterisierung von intertemporaler Risikoaversion. Darüber hinaus werden Annahmen identifiziert, die sich eigenen die Modellstruktur zu vereinfachen. Zum einen handelt es sich hierbei um verschiedene Stationaritätsannahmen an die Bewertung von sicheren bzw. unsicheren Konsumpfaden. Zum anderen handelt es sich um Annahmen an eine abgeleitete Präferenz für den Zeitpunkt der Unsicherheitsauflösung. Die so erhaltenen Vereinfachungen erlauben eine Charakterisierung intertemporaler Risikoaversion durch einen einzigen Parameter und ermöglichen für den ein-Güter-Fall eine Trennung von atemporaler Risikoaversion und intertemporaler Substitutionselastizität in einer nicht-rekursiven Bewertungsstruktur. Abschließend zeige ich, dass die Kombination einer normativ motivierten Indifferenz gegenüber dem Zeitpunkt der Risikoauflösung und einer stationären Bewertung riskanter Konsumpfade für einen zeitkonsistenten und intertemporal risikoaversen Entscheidungsträger eine reine Zeitpräferenzrate von Null erzwingen. Ein solcher Entscheidungsträger gewichtet zukünftige Wohlfahrt nur dann geringer als gegenwärtige, wenn die Unsicherheit über die Zeit zunimmt, nicht jedoch aus reiner Ungeduld. Die wichtigsten Implikationen der Arbeit lassen sich in zwei Felder gliedern. Das erste Feld steht dabei in direktem Zusammenhang mit der Nachhaltigkeitsdebatte und der Bewertung der langen Frist. Hier folgt aus der Analyse im ersten Teil der Arbeit, dass die Charakterisierung von starker und schwacher Nachhaltigkeit über den Grad der Substituierbarkeit zwischen Umwelt- und produzierten Gütern in einem unerwarteten und potentiell ungewollten Zusammenhang zu der Nachhaltigkeitsforderung im Sinne einer stärkeren Gewichtung langfristiger Konsumströme steht. Aus der Analyse im letzten Teil der Arbeit folgt, dass eine reine Zeitpräferenzrate von Null nicht nur aus moralischen Überlegungen gefolgert werden kann. Für intertemporal risikoaverse Entscheidungsträger geht eine solch triviale Zeitpräferenz auch aus Annahmen an einen zeitkonsistenten Umgang mit Unsicherheit hervor. Das zweite Feld wichtigster Implikationen der Arbeit betrifft den Umgang mit Unsicherheit. Insbesondere vermittelt das Konzept intertemporaler Risikoaversion in diesem Zusammenhang zwischen den Befürwortern und den Kritikern des Vorsichtsprinzips. Indem es eines der Hauptanliegen des Vorsichtsprinzips in den formalen Bewertungsapparat der Ökonomik integriert, begegnet es der Kritik, dass das Vorsichtprinzip in seiner Formulierung unklar und somit für den politischen Prozess lähmend sei.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Gersbach, Prof. Dr. Hans
Date of thesis defense: 27. October 2006
Date Deposited: 08. Jan 2007 15:19
Date: 2006
Faculties / Institutes: The Faculty of Economics and Social Studies > Alfred-Weber-Institut for Economics
Subjects: 330 Economics
Controlled Keywords: Bewertung, Entscheidungstheorie, Präferenzfunktion, Nachhaltigkeit, Zeitpräferenz, Unsicherheit, Risikoaversion, Kosten-Nutzen-Analyse
Uncontrolled Keywords: intertemporale Risikoaversion , intertemporale Substitutionselastizität , Vorsichtsprinzip , Umweltökonomik , Stationaritätintertemporal risk aversion , intertemporal substitution elasticity , precautionary principle, stationarity, uncertainty resolution
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