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CAPRI

Name

CAPRI

Version des Modells

Branch DeProj25 der CAPRI Master version in gitlab. Letzte Aktualisierung des Branches auf die aktuelle Master Version von CAPRI am 13.11.2025

Betreibende Organisation

Thünen-Institut für Betriebswirtschaft, Braunschweig, Deutschland

Institut für Lebensmittel- und Ressourcenökonomik, Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn, Deutschland

Swedish University of Agricultural Sciences (SLU), Uppsala, Schweden

Link zu den betreibenden Organisationen: https://www.capri-model.org/dokuwiki/doku.php?id=capri:team

Zweck des Modells

CAPRI (Common Agricultural Policy Regional Impact) ist ein wirtschaftliches Modell des Agrarsektors, welches die gesamte EU auf regionaler NUTS-2-Ebene und die globalen Agrarmärkte abdeckt. Hauptziel ist die Ex-ante-Bewertung der Auswirkungen der Agrar-, Umwelt- und Handelspolitik auf Produktion, Einkommen, Märkte, Handel und Umwelt im Sektor Landwirtschaft,von der globalen bis zur regionalen Ebene. CAPRI wird unter anderem zur Projektion der Entwicklung des landwirtschaftlichen Sektors (Flächennutzung, Tierzahlen) im Projektionsbericht eingesetzt. Die Ergebnisse werden an das Modell Pygasem übergeben, das die Treibhausgasemissionen in der Landwirtschaft modelliert.

Akteure

Im CAPRI-Modell wird das aggregierte Verhalten des landwirtschaftlichen Sektors auf regionaler Ebene simuliert. Im Gegensatz zu agentenbasierten Modellen verwendet CAPRI einen Top-Down-Ansatz, bei dem Entscheidungen nicht auf die Ebene einzelner Akteure, wie etwa Landwirte, heruntergebrochen werden. Stattdessen werden Entscheidungen als aggregierte Verhaltensweisen dargestellt. Das bedeutet, dass die Reaktionen einer gesamten Region, etwa die Ausweitung des Getreideanbaus bei steigenden Preisen, als Summe aller Einzelentscheidungen betrachtet werden, ohne individuelle Unterschiede zu berücksichtigen. Diese Reaktionen folgen allgemeinen Verhaltensannahmen, primär der Annahme der Gewinnmaximierung, bei der die aggregierten Akteure rational auf Marktveränderungen und politische Rahmenbedingungen reagieren.

Dokumentation

PID/URL zur Benutzerdokumentation: https://www.capri-model.org/dokuwiki_help/doku.php

PID/URL zu einer Auswahl an Artikeln, in denen das Modell kritisch geprüft bzw. validiert wird: https://www.capri-model.org/doku.php?id=capri:capri_pub

Räumliche Abdeckung

NUTS-2-Ebene (Regierungsbezirke und Stadtstaaten) in der EU, Norwegen, dem Westbalkan und der Türkei. Außerhalb Europas werden im Marktmodell von CAPRI Länder (NUTS-0-Ebene) zu Handelsblöcken aggregiert.

Zeithorizont

Der Zeithorizont ist variabel. Typischerweise arbeitet CAPRI mit dem jeweils aktuellsten verfügbaren Jahr mit Datenverfügbarkeit zur Kalibrierung und modelliert das Zieljahr der untersuchten Politiken (z. B. 2030 oder 2050).

Zeitliche Auflösung

CAPRI hat eine jährliche Auflösung

Konzeptionelle Gestaltungsprinzipien

Das Common Agricultural Policy Regional Impact (CAPRI)-Modell ist ein globales partielle Gleichgewichtsmodell für den Agrarsektor, mit einem Schwerpunkt auf der Europäischen Union. Es wurde für die ex-ante Folgenabschätzung von agrar-, umwelt- und handelspolitischen Maßnahmen im Sektor Landwirtschaft entwickelt. Das Modell umfasst ein Angebotsmodul, das die EU und einige zusätzliche europäische Länder abdeckt (regionale nicht-lineare Programmierungsmodelle für etwa 280 europäische Regionen mit detaillierter Berücksichtigung agrarpolitischer Maßnahmen). Dieses Modul ist eingebettet in ein Marktmodul, das auch Regionen außerhalb Europas abdeckt (globales Marktmodell mit Darstellung des bilateralen Handels zwischen Handelsregionen). Das CAPRI-Modell bietet somit eine globale Abdeckung, berücksichtigt jedoch keine potenziellen Wechselwirkungen mit nichtlandwirtschaftlichen Sektoren, abgesehen von der Landnutzung.

Für weitere Informationen: https://www.capri-model.org/dokuwiki_help/doku.php?id=introduction#what_is_capri

Methodischer/mathematischer Ansatz

CAPRI ist ein modular aufgebautes komparativ-statisches Modell für den landwirtschaftlichen Sektor und besteht aus einem Angebots- und einem Marktmodul die iterativ in Verbindung stehen. Das Angebotsmodul nutzt nicht-lineare Programmierungsmodelle, die auf NUTS-2-Ebene angesiedelt sind. Diese werden mittels Positiver Mathematischer Programmierung (PMP) (Howitt, 1995) kalibriert und greifen in jeder Iteration auf exogen vorgegebene Preise zurück. Ein solches regionales Programmierungsmodell umfasst ca. 50 pflanzliche und tierische Produktionsverfahren und ca. 50 Inputs und erzeugte Produkte für jede NUTS-2-Region in der EU. Jedes dieser Regionalmodelle maximiert das regionale bzw. Betriebsgruppeneinkommen zu gegebenen Preisen des Marktmoduls und bestehenden Prämien der gemeinsamen Agrarpolitik (GAP) in Abhängigkeit von Produktionsbeschränkungen wie Boden, Politikvariablen, Fütterungs- und pflanzlichen Düngemittelbedarf. Jedes dieser Regionalmodelle definiert unter anderem, welche Menge bestimmter Futterkategorien (z. B. Getreide) oder einzelner Futtermittel (z. B. Futtermais, Gras, Stroh etc.) pro Tier in Abhängigkeit von den Futtermittelpreisen verwendet wird. CAPRI berücksichtigt dabei den Nährstoffbedarf der Tiere. Der gesamte Futterverbrauch kann regional produziert oder zu festgelegten Preisen vom Markt bezogen werden. Diese Preise ändern sich jedoch mit jeder Iteration des Marktmoduls.

Das Marktmodul umfasst ca. 40.000 Gleichungen und Variablen, die gleichzeitig gelöst werden. Viele Parameter, wie Elastizitäten, sind von anderen Modellen oder Publikationen übernommen. Die Angebots-, Verarbeitung-, Futternachfrage- und Konsumnachfragefunktionen sind flexibel, um auf extern gegebene Eigen- und Kreuzpreiselastizitäten kalibriert zu werden. Das Marktmodul unterstellt Profitmaximierung für Produzenten und Nutzenmaximierung für Konsumenten und ermittelt den Markträumungspreis. Das Angebotsmodul optimiert das Einkommen der Landwirte mit dem letzten Markträumungspreis des Marktmoduls. Die iterative Kopplung zwischen den regionalen Angebotsmodellen und dem Marktmodul erzeugt somit einen quasi endogenen Preis für die Angebotsseite.

Für weitere allgemeine Informationen: https://www.capri-model.org/dokuwiki_help/doku.php?id=introduction#what_is_capri

Für weitere Informationen zur Positiven Mathematischen Programmierung (PMP) in CAPRI [https://www.capri-model.org/dokuwiki_help/doku.php?id=module_for_agricultural_supply_at_regional_level&s[]] (https://www.capri-model.org/dokuwiki_help/doku.php?id=module_for_agricultural_supply_at_regional_level&s[])

Open Source

Das CAPRI Modell ist open source und kann unter folgender URL heruntergeladen werden: https://www.capri-model.org/dokuwiki_help/doku.php?id=getting_started_with_capri

Parameter

Die wichtigsten Parameter in CAPRI umfassen die Anbauflächen, die Landnutzung, die Herdengrößen, die Düngemittelanwendung und die Futterzusammensetzungen. Weitere Parameter werden nach Möglichkeit aus historischen Daten abgeleitet, ergänzt um Literaturrecherchen und Expertenschätzungen.

Programmiersprache

CAPRI ist technisch in GAMS (General Algebraic Modeling System) geschrieben und wird gesteuert mittels eines grafischen Nutzerinterfaces, welches in Java programmiert ist.

Programmtechnische Gestaltungsprinzipien

CAPRI ist ein modular aufgebautes komparativ-statisches Modell und besteht aus einem Angebots- und Marktmodul die iterativ in Verbindung stehen. Durch den modularen Aufbau von CAPRI können beispielsweise regionale Angebotsmodelle für einen bestimmten Mitgliedstaat der EU zu festen exogenen Preisen ohne Marktmodul ausgeführt werden.

Für weitere Informationen: https://www.capri-model.org/dokuwiki_help/doku.php?id=scenario_simulation#overview_of_the_system

Räumliche Auflösung

CAPRI arbeitet in der EU27, Norwegen, dem Westbalkan und der Türkei auf NUTS-2-Ebene (Regierungsbezirke und Stadtstaaten). Außerhalb Europas werden im Marktmodell von CAPRI Länder (NUTS-0-Ebene) in Handelsblöcken zusammengefasst.

Sektoren

CAPRI bildet den landwirtschaftlichen Sektor in Europa detailliert auf NUTS-2-Ebene und für Nicht-EU Länder auf nationaler Ebene (NUTS-0-Ebene) und Handelsblöcken ab

Software

CAPRI ist technisch in GAMS (General Algebraic Modeling System) geschrieben und wird gesteuert mittels eines grafischen Nutzerinterfaces, welches in Java programmiert ist. Der GAMS Programmierungscode sowie alle Daten sind mittels Subversion kontrolliert über TortoiseSVN.

Techniken

Im CAPRI-Modell stehen zahlreiche Technologien zur Verfügung, die zur Reduzierung landwirtschaftlicher Treibhausgasemissionen beitragen können. Dazu gehört die Präzisionslandwirtschaft, bei der durch sensorgestützte Verfahren Düngemittel bedarfsgerecht ausgebracht werden, um Stickstoffüberschüsse zu minimieren. Zudem sind Biogasanlagen integriert, die ausschließlich Gülle zur Energiegewinnung nutzen. Weitere Optionen umfassen den Einsatz von Nitrifikationsinhibitoren – Zusatzstoffen, die den bakteriellen Abbau von Ammonium zu Nitrat im Boden verzögern und so Lachgasemissionen senken – sowie spezifische Fütterungsmaßnahmen.

Basierend auf einer nichtlinearen Kostenfunktion wird der Implementierungsanteil jeder Technologie endogen für jede Region bestimmt. Da alle Technologien im Modell miteinander konkurrieren, hängt die Entscheidung über den Umfang der Einführung einer bestimmten Technologie von regionsspezifischen Faktoren ab. Zu diesen Faktoren zählen Kosten, Nutzen, die Verfügbarkeit von Wirtschaftsdünger und andere relevante Parameter.

Die Implementierung der Technologien wurde vom Joint Research Centre im Auftrag der Europäischen Kommission in das CAPRI-Modell integriert. Für mehr Informationen: https://dx.doi.org/10.2760/4668

Treibhausgasemissionen

CAPRI berechnet endogen die landwirtschaftlichen Treibhausgasemissionen der EU auf NUTS-2-Ebene basierend auf den Input- und Output-Daten der Produktionsaktivitäten im Angebotsmodul. Das CAPRI-Modell integriert ein detailliertes Stoffflussmodell pro Aktivität und Region (einschließlich expliziter Fütterungs- und Düngungsaktivitäten, d. h. des Abgleichs von Nährstoffbedarf und -verfügbarkeit) und berechnet die Erträge pro landwirtschaftlicher Aktivität. Auf dieser Grundlage werden die Treibhausgasemissionen gemäß den IPCC-Richtlinien (IPCC 2014) berechnet. Die aktivitätsbasierten Emissionsfaktoren werden mithilfe des Tier-2-Ansatzes berechnet. Falls entsprechende Informationen fehlen, wird der Tier-1-Ansatz verwendet (z. B. beim Reisanbau). Die Quantifizierung von Methanemissionen erfolgt bei der Rinderhaltung nach dem Tier-2-Ansatz, während bei Schweinen, Geflügel, Schafen und Ziegen der Tier-1-Ansatz angewendet wird.

Weitere Informationen zur Berechnung der Treibhausgasemissionen finden sich in der Dokumentation des CAPRI-Modells: https://www.capri-model.org/dokuwiki_help/doku.php?id=the_capri_data_base#input_allocation

Zudem stehen im CAPRI-Modell zahlreiche Technologien in der EU zur Verfügung, die zur Reduzierung der landwirtschaftlichen Treibhausgasemissionen beitragen können. Dazu gehören unter anderem die Präzisionslandwirtschaft sowie Biogasanlagen, die ausschließlich Gülle zur Energiegewinnung nutzen. Weitere Optionen umfassen den Einsatz von Nitrifikationsinhibitoren und Fütterungsmaßnahmen.

Für mehr Informationen: https://dx.doi.org/10.2760/4668

IPCC (2014): Synthesis Report: Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Geneva, Switzerland: International Panel on Climate Change (IPCC).

Unsicherheit

Das Common Agricultural Policy Regional Impact (CAPRI)-Modell ist ein globales partielle Gleichgewichtsmodell für den Agrarsektor und berücksichtigt dadurch keine potenziellen Wechselwirkungen mit nichtlandwirtschaftlichen Sektoren, abgesehen von der Landnutzung.

Unsicherheiten werden nicht explizit abgebildet und werden in der Regel im Rahmen von Sensitivitäten aufgezeigt.

Visualisierung des Modells und dessen Funktionsweisen

image

Literaturverzeichnis

  • Hristov, J., Pérez Domínguez, I., Fellmann, T., Elleby C. (2024): Economic impacts of climate change on EU agriculture: will the farmers benefit from global climate change?, Environmental Research Letters 19: 014027, https://doi.org/10.1088/1748-9326/ad0e34.
  • Nordin, I,, Wilhelmsson, F., Jansson, T., Fellmann, T., Barreiro-Hurle, J., Himics, M. (2024): Border carbon adjustments in agri-food markets: Not as effective as one might think, Q Open, 5 (1), https://doi.org/10.1093/qopen/qoae015.
  • Rieger J., Freund F., Offermann F., Geibel I., Gocht A. (2023): From fork to farm: Impacts of more sustainable diets in the EU-27 on the agricultural sector, Journal of Agricultural Economics, https://doi.org/10.1111/1477-9552.12530.
  • Thom, F., Gocht A., Grethe. H. (2023): EU Agriculture under an Import Stop for Food and Feed, The World Economy, https://doi.org/10.1111/twec.13537.
  • Stepanyan, D., Heidecke, C., Osterburg, B., Gocht, A. (2023): Impacts of national vs European carbon pricing on agriculture, Environmental Research Letters 18 (7), https://doi.org/10.1088/1748-9326/acdcac.
  • Fellmann, T., Perez-Dominguez, I., Witzke, P., Weiss, F., Hristov, J., Barreiro-Hurle, J., Leip, A. Himics, M. (2021): Greenhouse gas mitigation technologies in agriculture: Regional circumstances and interactions determine cost-effectiveness, Journal of Cleaner Production 317(1):128406, https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.128406.
  • Gocht, A., Consmüller, N., Thom, F., Grethe, H. (2021): Economic and environmental consequences of the ECJ genome editing judgment in agriculture, Agronomy 11(6):1212, https://doi.org/10.3390/agronomy11061212.

Modellierungsprozess

Datenflüsse im Kontext des Modellierungsprozesses von CAPRI

Dieser Graph zeigt woher (und wieviele) Datensätze direkt oder indirekt in CAPRI fließen. Er zeigt auch, welche Datensätze durch CAPRI augegeben werden.

flowchart LR
classDef default text-decoration:none
input(("Eingangsdaten"))
wood_carbon_monitor["WoodCarbonMonitor"]
click wood_carbon_monitor href "/Modell/wood_carbon_monitor/"
wood_carbon_monitor__capri(["2"])
click wood_carbon_monitor__capri href "/Modellierungsprozess/wood_carbon_monitor__capri/"
matrix__capri(["4"])
click matrix__capri href "/Modellierungsprozess/matrix__capri/"
data_instrumentenwirkung(["Treibhausgasminderungswirkung der Instrumente der Treibhausgas-Projektion 2026 für Deutschland (Datentabelle)"])
click data_instrumentenwirkung href "/Datensatz/data_instrumentenwirkung/"
lulucfmod["LULUCFmod"]
click lulucfmod href "/Modell/lulucfmod/"
lawienmod["LaWiEnMod"]
click lawienmod href "/Modell/lawienmod/"
capri__pygasem(["2"])
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lulucfmod__capri(["1"])
click lulucfmod__capri href "/Modellierungsprozess/lulucfmod__capri/"
capri__forecast_industry(["1"])
click capri__forecast_industry href "/Modellierungsprozess/capri__forecast_industry/"
data_parametrisierungstabelle(["Instrumentenausgestaltung für die Treibhausgas-Projektionen 2026 (Datentabelle)"])
click data_parametrisierungstabelle href "/Datensatz/data_parametrisierungstabelle/"
capri__lawienmod(["1"])
click capri__lawienmod href "/Modellierungsprozess/capri__lawienmod/"
matrix["Matrix"]
click matrix href "/Modell/matrix/"
data_datentabelle(["Datentabelle für die Treibhausgas-Projektionen 2026 für Deutschland"])
click data_datentabelle href "/Datensatz/data_datentabelle/"
forecast_industry["FORECAST-Industry"]
click forecast_industry href "/Modell/forecast_industry/"
output(("Ergebnisdaten"))
capri__output(["2"])
click capri__output href "/Modellierungsprozess/capri__output/"
capri["CAPRI"]
click capri href "/Modell/capri/"
style capri fill:#9d579a,stroke:#9d579a;
input__capri(["19"])
click input__capri href "/Modellierungsprozess/input__capri/"
pygasem["Py-GAS-EM"]
click pygasem href "/Modell/pygasem/"
lulucfmod --> lulucfmod__capri
wood_carbon_monitor__capri --> capri
matrix --> matrix__capri
capri --> capri__output
input__capri --> capri
capri__lawienmod --> lawienmod
data_parametrisierungstabelle --> capri
capri__output --> output
capri --> capri__lawienmod
wood_carbon_monitor --> wood_carbon_monitor__capri
capri__forecast_industry --> forecast_industry
capri --> data_datentabelle
input --> input__capri
capri__pygasem --> pygasem
capri --> data_instrumentenwirkung
capri --> capri__forecast_industry
lulucfmod__capri --> capri
matrix__capri --> capri
capri --> capri__pygasem

Direkte Datenflüsse zu CAPRI

Dieser Graph zeigt an, welche Datensätze direkt in CAPRI fließen oder durch CAPRI ausgegeben werden.

flowchart LR
classDef default text-decoration:none
data_parametrisierungstabelle(["Instrumentenausgestaltung für die Treibhausgas-Projektionen 2026 (Datentabelle)"])
click data_parametrisierungstabelle href "/Datensatz/data_parametrisierungstabelle/"
capri_mineralduengerseinsatz_landwirtschaft(["42321-0001 - Inlandsabsatz von Düngemitteln: Deutschland, Wirtschaftsjahr, Düngemittelsorten"])
click capri_mineralduengerseinsatz_landwirtschaft href "/Datensatz/capri_mineralduengerseinsatz_landwirtschaft/"
lulucfmod_result(["LULUCF database (Projection)"])
click lulucfmod_result href "/Datensatz/lulucfmod_result/"
data_datentabelle(["Datentabelle für die Treibhausgas-Projektionen 2026 für Deutschland"])
click data_datentabelle href "/Datensatz/data_datentabelle/"
capri_naehrstoffbilanzen(["Gross nutrient balance (aei_pr_gnb)"])
click capri_naehrstoffbilanzen href "/Datensatz/capri_naehrstoffbilanzen/"
capri_tiere_in_oekologischer_haltung(["Code: 41141-0108 Landwirtschaftliche Betriebe mit ökologischem Landbau, Tiere in Betrieben mit ökologischem Landbau, Tiere in ökologischer Haltung: Bundesländer, Stichtag, Tierarten"])
click capri_tiere_in_oekologischer_haltung href "/Datensatz/capri_tiere_in_oekologischer_haltung/"
capri_mineralduengereinsatz_landwirtschaft_zukunft(["Mineraldüngereinsatz Zukunft"])
click capri_mineralduengereinsatz_landwirtschaft_zukunft href "/Datensatz/capri_mineralduengereinsatz_landwirtschaft_zukunft/"
capri_lw_umfaenge_tierzahlen(["LW Umfänge Tierzahlen"])
click capri_lw_umfaenge_tierzahlen href "/Datensatz/capri_lw_umfaenge_tierzahlen/"
capri_produktionsstatistiken_landwirtschaft(["Production / Crops and livestock products (FAO)"])
click capri_produktionsstatistiken_landwirtschaft href "/Datensatz/capri_produktionsstatistiken_landwirtschaft/"
capri_landwirtschaftliche_gesamtrechnung_aact(["Economic accounts for agriculture (aact)"])
click capri_landwirtschaftliche_gesamtrechnung_aact href "/Datensatz/capri_landwirtschaftliche_gesamtrechnung_aact/"
data_instrumentenwirkung(["Treibhausgasminderungswirkung der Instrumente der Treibhausgas-Projektion 2026 für Deutschland (Datentabelle)"])
click data_instrumentenwirkung href "/Datensatz/data_instrumentenwirkung/"
capri_landwirtschaftliche_flaechennutzung_tierzahlen_ertraege(["Capri Landwirtschaftliche Flaechennutzung Tierzahlen Erträge"])
click capri_landwirtschaftliche_flaechennutzung_tierzahlen_ertraege href "/Datensatz/capri_landwirtschaftliche_flaechennutzung_tierzahlen_ertraege/"
capri_zukuenftige_entwicklung_landwirtschaftlicher_ertraege_und_preise(["Zukünftige Entwicklung landwirtschaftlicher Ertraege und Preise"])
click capri_zukuenftige_entwicklung_landwirtschaftlicher_ertraege_und_preise href "/Datensatz/capri_zukuenftige_entwicklung_landwirtschaftlicher_ertraege_und_preise/"
pygasem_inputdaten_landwirtschaft_zukunft(["Landwirtschaft Zukunft"])
click pygasem_inputdaten_landwirtschaft_zukunft href "/Datensatz/pygasem_inputdaten_landwirtschaft_zukunft/"
capri["CAPRI"]
click capri href "/Modell/capri/"
style capri fill:#9d579a,stroke:#9d579a;
capri_oekologisch_bewirtschaftete_flaeche(["Strukturdaten zum Ökologischen Landbau in Deutschland"])
click capri_oekologisch_bewirtschaftete_flaeche href "/Datensatz/capri_oekologisch_bewirtschaftete_flaeche/"
capri_preise_und_preisindizes_fuer_landwirtschaftliche_produkte(["Agricultural prices and price indices (apri)"])
click capri_preise_und_preisindizes_fuer_landwirtschaftliche_produkte href "/Datensatz/capri_preise_und_preisindizes_fuer_landwirtschaftliche_produkte/"
capri --> data_instrumentenwirkung
capri --> capri_lw_umfaenge_tierzahlen
capri --> pygasem_inputdaten_landwirtschaft_zukunft
capri --> capri_mineralduengereinsatz_landwirtschaft_zukunft
capri --> data_datentabelle
data_parametrisierungstabelle --> capri
capri_produktionsstatistiken_landwirtschaft --> capri
capri_zukuenftige_entwicklung_landwirtschaftlicher_ertraege_und_preise --> capri
capri_tiere_in_oekologischer_haltung --> capri
capri_oekologisch_bewirtschaftete_flaeche --> capri
capri_mineralduengerseinsatz_landwirtschaft --> capri
capri_landwirtschaftliche_gesamtrechnung_aact --> capri
lulucfmod_result --> capri
capri_landwirtschaftliche_flaechennutzung_tierzahlen_ertraege --> capri
capri_naehrstoffbilanzen --> capri
capri_preise_und_preisindizes_fuer_landwirtschaftliche_produkte --> capri