Essays on resource allocation, land investment and climate change in smallholder agriculture

In this thesis we investigate drivers of agricultural productivity in the context of rural smallholder farmers in low-income countries. In the first chapter we explore the link between climate change induced adverse weather events and investments into adaptation by rural farmers under the presence of frictions in rural credit markets. The second chapter is split into two parts. In the first part we use panel data of Ugandan farmers to analyze the role of land rental and sales markets for resource allocation and land investments. In the second part we build a dynamic heterogeneous-agents model to quantify the impact of rental and sales markets on aggregate output and the welfare distribution. Weather Shocks and Financial Constraints to Agricultural Climate Adaptation Along increasing average temperatures, the rising frequency of extreme weather events is one of the major threats of climate change - in particular for agriculture. In this paper we develop a dynamic heterogeneous-agents model of a farming economy in which farmers have rational expectations about the arrival of weather shocks. Farmers can invest in adaptive capital which mitigates damage in the case of an adverse one-period event in the future. Investments in adaptive capital can be financed by credit whose availability depends on individual ownership of semi-exogenous land used as collateral. We use the model to quantify different shock scenarios in terms of their impact on investment, productivity and the welfare distribution. We find that the presence of a collateral constraint has substantial distortionary effects on investments and welfare in particular for low productive farmers who rely strongly on external borrowing. At the same time, our results suggest that the aggregate welfare impact depends on price effects that shift relative income changes between farm operators and land investors which has differential effects for low and high productive farmers. In the most extreme scenario that we consider, this leads to a 0.3 percentage point lower welfare reduction under incomplete credit markets relative to the frictionless economy. Investment, Misallocation and Markets for Land - Evidence from Uganda Low levels of agricultural investment and misallocation of productive inputs are key determinants of Africa’s low agricultural productivity. In this paper we study the joint impact of land rental and sales markets on both land allocation and investment incentives using panel data for Uganda and exploit exogenous regional variation in market frictions. We find that a lower degree of market frictions increases the efficiency of the land distribution and that lower frictions allow farmers to partially substitute land rentals by land purchases. We further show that long-term investments in land are more frequent on owner-operated than rented land which highlights the implicit role of the sales market for investments. Building on this, we develop a dynamic structural model to quantify the impact of land market frictions and the investment gap between owner-operated and rented land. We find that reduced misallocation through the rental market increases productivity by around six percent. Lower frictions in the land sales market, however, increase misallocation and thereby decrease productivity by around eight percent. At the same time, higher investment incentives cause larger capital accumulation increasing output and consumption. Under the complete markets scenario, the effect of misallocation via the rental market and higher investment incentives under a frictionless sales market amplify each other which almost doubles aggregate consumption

Entwicklung formbarer Papierwabenkerne und deren Herstellungsverfahren zur Nutzung in Wabenformteilen

Stark formbare Wabenkerne als Kernschicht geformter Sandwichbauteile finden in vorteilhafter Ausführung bisher lediglich Verwendung in kostenintensiven Anwendungen mit hoher Leistungsklasse. Für eine weite Verbreitung der kombinierten Leichtbauweise fehlen bisher kostengünstige Wabenkerne, die die Formung schadlos überstehen und so ihre Verbundeigenschaften auch im geformten Bauteil aufweisen. Die vorliegende Arbeit befasst sich zunächst mit der Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung eines formbaren Papierwabenkerns mit vorgegebener Zellstruktur. Nach dem Funktionsnachweis erfolgt ein Anforderungsabgleich, welcher zeigt, dass eine kostengünstige Herstellung nicht realisierbar ist. Nach Diskussion folgt der Entschluss, den größtmöglichen iterativen Schritt beim Konstruktiven Entwicklungsprozess zu gehen und das gesamte Verfahren als nicht anforderungsgerecht einzustufen. Zugleich wird die vorgegebene Zellstruktur hinterfragt. Darauf basierend erfolgt eine umfangreiche Recherche zu Wabenkernherstellungsverfahren und formbaren Wabenkernen. Aus Letzterem werden sieben Gestaltungselemente abgeleitet, die zur Formbarkeit führen. Mit dieser Kenntnis wird der Entwicklungsprozess erneut durchlaufen. Die Zellstruktur ist dabei nicht definiert, sondern lediglich die zu erzielenden Eigenschaften, wodurch eine möglichst geeignete Produkt-Verfahrenskombination ermittelt werden soll. U. a. resultiert ein Flexibilisierungsverfahren, bei dem gängige Hexagonalwabenkerne aus Papier in einem zusätzlichen Schritt umgeformt werden und so die geforderte Formbarkeit erlangen. Nach der Entwicklung und dem Funktionsnachweis mit einer Prototypenmaschine erfolgt die Weiterentwicklung des Verfahrens. Mit einer Laborversuchsmaschine werden wesentliche Steuergrößen ermittelt, das Wirkprinzip diskutiert, ein erstes Verarbeitungsspektrum erprobt sowie ein Verfahren zur optischen Erfassung von Wabenkernzellstrukturen entwickelt. Letzteres dient der Charakterisierung von Wabenkernen und, speziell beim flexibilisierten Wabenkern, der Vorhersage des Formänderungsvermögens. Abschließend werden wesentliche Verbundeigenschaften eines flexibilisierten Referenzwabenkerns seiner gängigen hexagonalen Form gegenübergestellt und exemplarisch erste Musterformteile gefertigt. Im Rahmen der Arbeit werden entwicklungsübergreifende Forschungsfragen aufgestellt, die anhand gewonnener Erkenntnisse diskutiert werden.:1Einleitung 2 Stand der Wissenschaft und Technik 2.1 Wabenbauweise 2.2 Schalenbauweise 2.3 Wabenformteile 2.4 Geschichte der Waben- und Schalenbauweise 2.5 Wabenkerne - Kategorisierung, Aufbau und Terminologie 2.6 Wabenwerkstoffe - insbesondere Papier 2.7 Ausgewählte Einflüsse auf Wabenkerneigenschaften 2.8 Herstellung von Wabenkernen 2.8.1 Wellprinzip 2.8.2 Reckprinzip 2.8.3 Zellgrundformen sowie Anwendbarkeit des Well- und Reckprinzips 2.9 Formbare Wabenkerne 2.9.1 Papierwabenkerne in Wabenformteilen 2.9.2 Gestaltung und Klassifizierung formbarer Wabenkerne 2.9.3 Herstellung zellstrukturbedingt formbarer Wabenkerne 2.10 Herstellungsaufwand, Leistungsfähigkeit und Kosten 3 Präzisierte Zielstellung und Vorgehensweise 4 Verfahrensentwicklung – Herstellung einer geometrisch definierten Zellstruktur 4.1 Ausgangssituation 4.2 Weiterentwicklung des Herstellungsverfahrens 4.2.1 Vervollständigung des Herstellungsverfahrens 4.2.2 Neuentwicklung Formvorrichtung 4.2.3 Entwicklung Formbaugruppe 4.2.3.1 Fertigung und Erprobung von Formschienen und -baugruppen 4.2.3.2 Entwicklung vorteilhafter Formschienenkonturen 4.2.3.3 Potentiell vorteilhafte Formbaugruppe 4.2.4 Entwicklung Trenn- und Fügemaschine 4.3 Bewertung der Entwicklung und Diskussion 5 Verfahrensentwicklung – Flexibilisierung zum formbaren Wabenkern 5.1 Angepasste Zielstellung und Vorgehensweise 5.2 Ermittlung eines Vorzugsprinzips 5.2.1 Ermittlung geeigneter Lösungsräume 5.2.2 Ermittlung geeigneter Verfahrensprinzipe 5.2.3 Bewertung der Verfahrensprinzipe 5.3 Entwicklung des FlexCore-Verfahrens 5.3.1 Entwicklung FlexCore-Prototyp 5.3.2 Funktionsnachweis 5.3.3 Weitergehende Erprobung 5.4 Bewertung des Flexibilisierungsverfahrens FlexCore 6 Ausarbeitung FlexCore-Verfahren 6.1 Identifizieren verbleibender Entwicklungsschwerpunkte 6.2 Entwicklung einer Methode zur Charakterisierung von Wabenkern-Zellstrukturen 6.2.1 Konkretisierung der Entwicklungsaufgabe 6.2.2 Ermittlung einer Methode zur Zellstrukturerfassung 6.2.3 Entwicklung eines mobilen Prüfstandes zur Zellstrukturerfassung 6.2.4 Erarbeitung und Erfassung potentiell charakteristischer Kenngrößen 6.3 Maschine für wissenschaftliche Untersuchungen 6.3.1 Maschinenentwicklung 6.3.2 Maschinenerprobung 6.4 Identifizierung charakteristischer Kenngrößen flexibilisierter Zellstrukturen sowie wesentlicher Verfahrenssteuergrößen 6.4.1 Versuchsplanung und -durchführung 6.4.2 Prüfung des Formänderungsvermögens formbarer Wabenkerne 6.4.3 Bestimmung charakteristischer Kenngrößen 6.4.4 Bestimmung wesentlicher Steuergrößen des FlexCore-Verfahrens 6.5 Rückschlüsse zur Funktionsweise des Wirkprinzips 6.6 Erste Erprobung des Verarbeitungsspektrums 6.7 Stützstoffeigenschaften flexibilisierter Wabenkerne 6.7.1 Geometrie- und Masseeigenschaften 6.7.2 Druckeigenschaften - unstabilisiert 6.7.3 Druckeigenschaften - stabilisiert 6.7.4 Schubeigenschaften 6.8 Exemplarische Musterfertigung von Wabenformteilen 7 Zusammenfassung und Ausblick Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Quellen Anlage

High-resolution teleseismic tomography of upper-mantle structure using an a priori three-dimensional crustal model

The effect of an a priori known 3-D crustal model in teleseismic tomography of upper-mantle structure is investigated. We developed a 3-D crustal P-wave velocity model for the greater Alpine region, encompassing the central and western Alps and the northern Apennines, to estimate the crustal contribution to teleseismic traveltimes. The model is constructed by comparative use of published information from active and passive seismic surveys. The model components are chosen to represent the present large-scale Alpine crustal structure and for their significant effect on the propagation of seismic wavefields. They are first-order structures such as the crust-mantle boundary, sedimentary basins and the high-velocity Ivrea body. Teleseismic traveltime residuals are calculated for a realistic distribution of azimuths and distances by coupling a finite-difference technique to the IASP91 traveltime tables. Residuals are produced for a synthetic upper-mantle model featuring two slab structures and the 3-D crustal model on top of it. The crustal model produces traveltime residuals in the range between −0.7 and 1.5 s that vary strongly as a function of backazimuth and epicentral distance. We find that the non-linear inversion of the synthetic residuals without correcting for the 3-D crustal structure erroneously maps the crustal anomalies into the upper mantle. Correction of the residuals for crustal structure before inversion properly recovers the synthetic slab structures placed in the upper mantle. We conclude that with the increasing amount of high-quality seismic traveltime data, correction for near-surface structure is essential for increasing resolution in tomographic images of upper-mantle structur

Non-economic objectives : how they are driving trade policy and impacting lowincome countries

This essay discusses the growing importance of non-economic objectives (NEOs) as drivers of international trade and trade policy, as discussed at the 2023 World Trade Forum organized by the Robert Schuman Centre for Advanced Studies and the World Trade Institute. While NEOs cover a wide range of topics, a focus is put on two prominently discussed themes: How can trade rules address the increasing role of geopolitical objectives, such as supply-chain resilience in the face of increasing geopolitical tensions, as well as environmental concerns, such as the carbon content in traded goods. Each discussion explores the potential consequences for governments and firms in low-income countries and outlines strategies to adapt to changes in the international trade environment

High-resolution teleseismic tomography of upper-mantle structure using an a priori three-dimensional crustal model

The effect of an a priori known 3-D crustal model in teleseismic tomography of upper-mantle structure is investigated. We developed a 3-D crustal P-wave velocity model for the greater Alpine region, encompassing the central and western Alps and the northern Apennines, to estimate the crustal contribution to teleseismic traveltimes. The model is constructed by comparative use of published information from active and passive seismic surveys. The model components are chosen to represent the present large-scale Alpine crustal structure and for their significant effect on the propagation of seismic wavefields. They are first-order structures such as the crust–mantle boundary, sedimentary basins and the high-velocity Ivrea body. Teleseismic traveltime residuals are calculated for a realistic distribution of azimuths and distances by coupling a finite-difference technique to the IASP91 traveltime tables. Residuals are produced for a synthetic upper-mantle model featuring two slab structures and the 3-D crustal model on top of it. The crustal model produces traveltime residuals in the range between −0.7 and 1.5 s that vary strongly as a function of backazimuth and epicentral distance. We find that the non-linear inversion of the synthetic residuals without correcting for the 3-D crustal structure erroneously maps the crustal anomalies into the upper mantle. Correction of the residuals for crustal structure before inversion properly recovers the synthetic slab structures placed in the upper mantle. We conclude that with the increasing amount of high-quality seismic traveltime data, correction for near-surface structure is essential for increasing resolution in tomographic images of upper-mantle structure

The X-ray Telescope of CAST

The Cern Axion Solar Telescope (CAST) is in operation and taking data since 2003. The main objective of the CAST experiment is to search for a hypothetical pseudoscalar boson, the axion, which might be produced in the core of the sun. The basic physics process CAST is based on is the time inverted Primakoff effect, by which an axion can be converted into a detectable photon in an external electromagnetic field. The resulting X-ray photons are expected to be thermally distributed between 1 and 7 keV. The most sensitive detector system of CAST is a pn-CCD detector combined with a Wolter I type X-ray mirror system. With the X-ray telescope of CAST a background reduction of more than 2 orders off magnitude is achieved, such that for the first time the axion photon coupling constant g_agg can be probed beyond the best astrophysical constraints g_agg < 1 x 10^-10 GeV^-1.Comment: 19 pages, 25 figures and images, replaced by the revised version accepted for publication in New Journal of Physic