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Theory of Games and Common Pool Resources Pedro Ribeiro de Andrade DSSA/CCST/INPE São José dos Campos, 2010.

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2 Theory of Games and Common Pool Resources Pedro Ribeiro de Andrade DSSA/CCST/INPE São José dos Campos, 2010

3 What Drives Tropical Deforestation? Underlying Factors driving proximate causes Causative interlinkages at proximate/underlying levels Internal drivers *If less than 5%of cases, not depicted here. source:Geist &Lambin (Université Louvain)  5% 10% 50% % of the cases

4 Modelling and Public Policy System Ecology Economy Politics Scenarios Decision Maker Desired System State External Influences Policy Options

5 Human-enviromental systems [Ostrom, Science, 2005]

6 Types of goods Source: E Ostrom (2005)

7 Institutional analysis Old Settlements (more than 20 years) Recent Settlements (less than 4 years) Farms Settlements 10 to 20 anos Source: Escada, 2003 Identify different actors and try to model their actions

8 Institutional arrangments in Amazonia

9 Modeling PD games  Game theoretic problems: payoffs for each player depend on actions of both  Two possible strategies: A party cooperates when he performs value-increasing promises, and defects when he breaches

10 Cooperate Player 1 Modeling Two-party choice

11 Defect Player 1 Modeling Two-party choice

12 Cooperate Player 2 Modeling Two-party choice: Player 2

13 Defect Player 2 Modeling Two-party choice: Player 2

14 CooperateDefect Cooperate Both cooperate Defect Player 2 Player 1 Modeling Two-party Choice: Both Cooperate

15 CooperateDefect Cooperate Defect Both defect Player 2 Player 1 Modeling Two-party Choice: Both Defect

16 CooperateDefect Cooperate Player 1 cooperates, Player 2 defects Defect Player 2 Player 1 Modeling Two-party Choice

17 CooperateDefect Cooperate Defect Player 1 defects, Player 2 cooperates Player 2 Player 1 Modeling Two-party Choice

18 CooperateDefect Cooperate Both cooperate Player 1 cooperates, Player 2 defects Defect Player 1 defects, Player 2 cooperates Both defect Player 2 Player 1 Modeling Two-party Choice

19 CooperateDefect Cooperate Both cooperate Defect Player 2 Player 1 Let’s examine Joint Cooperation

20 Joint Cooperation: Omerta as a substitute for contracting

21 CooperateDefect Cooperate Defect Both defect Player 2 Player 1 Joint Defection

22 Joint defection: Can these gentlemen be acting efficiently?

23 Player 2 Terminology Where T stands for Temptation to defect, R for Reward for mutual cooperation, P for Punishment for mutual defection and S for Sucker's payoff. T > R > P > S

24 Prisoner’s Dilemma: Game Theory Did you lie to Congress about WMD in Iraq?

25 Tragedy of the Commons? How many animals can graze in a common area before degradation occurs?

26 Prisoner’s Dilemma: Game Theory How many animals do send to graze? Strategy 1: Send only half of the maximum supported number Strategy 2: Send as many animals as possible

27 Tragedy of the Commons? Everybody ’ s property is nobody ’ s property

28 Brasil: compromisso de reduzir o desmatamento NAMA: Reduzir o desmatamento da Amazônia em 80% até 2020

29 Smallest yearly increase since the 1970s Yearly rates of deforestation:

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31 Contribuição brasileira para as emissões globais Amazonia Redução anunciada pelos países desenvolvidos 30,5 Gt CO2eq Os países desenvolvidos (Anexo I) propõem-se a cortar emissões em 15% com relação a Isto implica numa redução de 30,5 Gt CO 2 eq Corte do desmatamento no Brasil 6,2 Gt CO2eq A proposta brasileira é equivalente a 21% do compromisso anunciado pelos países do Anexo I. 21%

32 Contribuição brasileira para as emissões globais Amazonia Redução anunciada pelos países desenvolvidos 30,5 Gt CO2eq Os países desenvolvidos (Anexo I) propõem-se a cortar emissões em 15% com relação a Isto implica numa redução de 30,5 Gt CO 2 eq Corte do desmatamento no Brasil 6,2 Gt CO2eq A proposta brasileira é equivalente a 21% do compromisso anunciado pelos países do Anexo I. 21%

33 Brazilian contribution to GHG reduction 12% Amazonia Reduction in developed countries 50,8 Gt CO2eq The Brazilian proposal is equivalent to 12% of the reductions proposed by the G77 countries to Annex I countries. Reduction in Brazil 6,2 Gt CO2eq

34 Como atingir as metas de redução de desmatamento? (Getty Images, 2008) + POLÍTICAS PÚBLICAS MERCADOS

35 Trajetórias Tecnológicas da Região Norte T4: Pecuária de corte T1: Pecuária de leite T5: Cultura permanente T2: Agroflorestais T6: Silvicultura T3: Pecuária de corte (pequeno porte)

36 Trajetórias/ Características Trajetórias Valores Absolutos em 1995 Sistemas camponeses:Sistemas patronais: Que converge m para pecuária de Leite e perman. (T1) Que convergem para sistemas agroflorest (T2) Que converg para pecuária de corte (T3) Pecuária de Corte (T4) De culturas perma- nentes (T5) De Silvicultura (T6) Número de Estabelecimentos Tamanho médio54,4723,0462, ,00472, ,7125,74 VBP (R$ )27%21%19%25%6%2%100% Pessoal Ocupado38,2%26,6%22,7%10,5%1,7%0,2%100% Total de Terras Apropriadas16,7%5,4%12,2%59,7%3,8%2,2%100% Total de áreas degradadas10,2%3,5%14,3%70,4%1,6%0,0%100% Índice de Densidade Institucional - IDR 1 0,730,380,671,632,670,83 Emissão líquida de CO211,8%2,6%12,5%70,5%2,6%0,0%100% Tx. de crescimento da renda líquida – 1995 e 20062,5% a.a.7,9% a.a.7,8% a.a.8,4% a.a.7,2% a.a.-11,0% a.a.6,4% a.a. Taxa de crescimento do VBPR e 20065% a.a12% a.a.7,0%a.a.5,1%a.a.2,5% a.a.-2,9%5% Incorporação do estoque adicional de terras13%8%7%64%5%2%100% Trajetórias Tecnológicas da Região Norte

37 A pecuária de corte de grande porte emite 70% do CO2, emprega 10% do pessoal, e gera 25% da renda, sendo uma atividade predatória; Os segmentos camponeses voltados para pecuária de leite e culturas permanentes tem 38% dos empregos, 27% da renda, 12% das emissões, sendo atividade de baixo carbono e alta relevância social; Os segmentos camponeses agroflorestais (açaí e similares), de baixíssimo impacto sobre a biodiversidade e a emissão de CO2, cresceram 12% ao ano em renda líquida de 1991 a Trajetórias Tecnológicas da Região Norte

38 Formação da Renda Líquida dos Produtores nas Trajetórias (Médias móveis de três anos, em R$ 1.000,00 constantes de 2005)

39 Índice de Densidade Institucional idi = (Percentual de Crédito)/(Percentual de Valor Bruto de Produção) Quanto maior o IDI, mais a trajetória se apropria do crédito disponível de forma desigual (Pecuária tem mais crédito do que gera de renda)

40 O que aconteceria com a economia e com o balanço de CO2 se um programação de compensação por desmatamento evitado logra reduzir em 5 anos 50% da produção responsável pelo balanço de carbono verificado em 2004, por justa compensação dos proprietários dos estabelecimentos rurais no nível constatado de seus lucros? Sucesso ecológico, fiasco econômico.

41 O que aconteceria com a economia e seu balanço de carbono se um programa de compensação por emissão evitada lograsse induzir uma conversão na base produtiva dos sistemas que mostram os piores balanços de carbono pelos sistemas que mostraram os melhores. O que aconteceria, nesse caso, com a economia e seu balanço de CO2? Sucesso econômico, sucesso ecológico.

42 (Getty Images, 2008) Incentivos a "boas" trajetórias (em termos ambientais e sociais), e apoio para reconversão das “ruins”.

43 Ostrom  “How best to limit the use of natural resources so as to ensure their long-term economic viability.”  “Neither the state nor the market is uniformly successful in enabling individuals to sustain long-term, productive use of natural resource systems.”  “Optimal equilibrium with centralized control is based on assumptions concerning accuracy of information, monitoring capabilities, sanctioning reliability, and zero costs of administration.”

44 Types of goods Source: E Ostrom (2005)

45  7 “action situation” elements  Participants  Positions  Actions  Potential outcomes  Transformation functions  Information  Payoffs  Games are the standard mathematical structure for representing an action situation Introduction – IAD

46 Prisoner’s Dilemma a b c b d Player 2 Player 1 *

47 Prisioner’s Dilemma a b c b d b < d a < c * a b c b d b > d * a b c b d a > c * a b c b d ** *

48 F(2)/2 F(1) w F(1) w F(2)/2 F(1) w F(1) w Appropriation Externality [F(1) > w] F(2)/2 F(1) w F(1) w P 2 P 1 w > F(2)/2 * * w < F(2)/2 * * Invest ~Invest

49 v1/2 v1 v2 v1 v2/2 v1/2 v1 v2 v1 v2/2 v1/2 v1 v2 v1 v2/2 Assignment Game [v1 > v2] v1/2 v1 v2 v1 v2/2 P 2 P 1 v1 > 2 * v2 * ** * v1 < 2 * v2 v1 = 2 * v2 * *

50 w(1,2) w(2,2) v2 v1-c v2 w(1,1)-c w(2,1)-c Go to G1 v1 v2 v1 Go to G2 Fishing game w(1,1) w(2,1) v1 v2-c v1 w(1,2)-c w(2,2)-c G2 G1 G Spot 1 Spot 2 Spot 1 Spot 2 Stay Leave Stay Leave Stay Leave Stay Leave

51 Monitoring 0 -C 0 B – P(F + B) PM-(C+(1-P)/B) B -B Monitor or not Take the share or more  C: Cost of monitoring  B: Benefit of taking more than the share  P: Probability of detecting  F: punishment for being detected  M: bonus for successful monitoring

52 0 -C 0 B – P(F + B) PM-(C+(1-P)/B) B -B 0 -C 0 B – P(F + B) PM-(C+(1-P)/B) B -B 0 -C 0 B – P(F + B) PM-(C+(1-P)/B) B -B Monitoring B < P(F+B) * * B > P(F+B) * P(M+B)>CP(M+B)

53 Monitoring

54 2v v w + v v w 2v v w + v v w Provision game, intermediate value * * 2v > v > w2v > w > v

55 2v 0 w 0 w 2v 0 w 0 w Provision game, no intermediate value * * * 2v 0 w 0 w * 2v > w 2v < w

56 CPR Experiments  8 undergraduate players  Can invest in Market 1 with fixed returns  Can invest in Market 2 with non-fixed returns: Tokens invested by group Units of Commodity produced Average return per Token

57 CPR Experiments with probabilistic destruction  Same as previous experiment  LUB: lowest upper bound  GLB: greatest lower bound  Design 1: GLB = 0; LUB = 200  Design 2: GLB = 40; LUB = 200

58 Stable CPR arrangement requirements  Clearly defined boundaries  Congruence between appropriation and provision rules and local conditions  Collective-choice arrangements allowing for the participation of most of the appropriators in the decision making process  Effective monitoring by monitors who are part of or accountable to the appropriators  Graduated sanctions for appropriators who do not respect community rules  Conflict-resolution mechanisms which are cheap and easy of access  Minimal recognition of rights to organize (e.g., by the government)  In case of larger CPRs: Organisation in the form of multiple layers of nested enterprises, with small, local CPRs at their bases.

59 Games, Rules, and Common Pool Resources Pedro Ribeiro de Andrade DSSA/CCST/INPE São José dos Campos, 2010


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