Back to report · Publisher record

Ortiz-Bobea et al. (2021). Anthropogenic climate change has slowed global agricultural productivity growth

Page 1

Figures and page graphics, page 1

 

1 

 

 

This is a pre-print version of a paper published in Nature Climate Change titled  

“Anthropogenic Climate Change Has Slowed Global Agricultural Productivity 

Growth”

 

 

URL: 

https://doi.org/10.1038/s41558-021-01000-1

 

 

Note: This is a pre-submission version that does not incorporate revisions in response 

to the peer-review process in that journal. 

 

 

 

The Historical Impact of Anthropogenic Climate Change on Global Agricultural 

Productivity 

 

Ariel Ortiz-Bobea

1

*, Toby R. Ault

2

, Carlos M. Carrillo

2

, Robert G. Chambers

3

, David B. 

Lobell

4

.

 

Affiliations: 

1

Charles H. Dyson School of Applied Economics and Management, Cornell University, Ithaca, 

NY, USA. 

2

Department of Earth and Atmospheric Sciences, Cornell University, Ithaca, NY, USA. 

3

Department of Agricultural and Resource Economics, University of Maryland – College Park, 

College Park, MD, USA. 

4

Department of Earth System Science, Stanford University, Stanford, CA, USA.  

*Correspondence to: 

ao332@cornell.edu

.  

 

Abstract:

  

Agricultural research has fostered productivity growth, but the historical influence of 
anthropogenic climate change on that growth has not been quantified. We develop a robust 
econometric model of weather effects on global agricultural total factor productivity (TFP) and 
combine this model with counterfactual climate scenarios to evaluate impacts of past climate 
trends on TFP. Our baseline model indicates that anthropogenic climate change has reduced 
global agricultural TFP by about 21% since 1961, a slowdown that is equivalent to losing the last 
9 years of productivity growth. The effect is substantially more severe (a reduction of ~30-33%) 
in warmer regions such as Africa and Latin America and the Caribbean. We also find that global 
agriculture has grown more vulnerable to ongoing climate change. 

Page 2

Figures and page graphics, page 2

 

2 

 

Main text 

Enhancing agricultural productivity is vital to lifting global living standards and advancing 
sustainable food production in the face of escalating challenges to agriculture and the 
environment (1-7). Investments in agricultural research have boosted agricultural productivity, 
but this growth in productivity has been distributed unequally across the world (8-10), and there 
are signs that it is slowing down (11-14). At the same time, human activities during the last 
century and a half caused global temperatures to rise by more than 1°C above their pre-industrial 
values (15). This increase affects the global weather patterns that are essential to agriculture (16-
17). However, the impacts of this anthropogenic climate change (ACC) on the agricultural sector 
has not yet been quantified, as most research has focused on future impacts (18-19). 

Research to date on the historical impact of ACC focuses overwhelmingly on yields of 

major cereal crops (20-21) or on total Gross Domestic Product (GDP) (22). However, recent 
studies in this area are of limited value for assessing overall agricultural productivity for the 
following reasons: (i) cereal crops represent only about 20% of agriculture’s global net 
production value (Fig. S1), (ii) variations in measures such as yield, could deviate from changes 
in overall productivity if farmers also adjust inputs in response to weather (23-25), and (iii) 
growth and levels of total and agricultural GDP diverge considerably in most countries (26-28), 
and thus climate change impacts on total GDP could deviate considerably from agricultural 
impacts (29-30). There is much needed research on agricultural climate impacts beyond the 
effects on yields of the major staple crops (31). 

We quantify the impact of ACC on global agricultural productivity since 1961. Instead of 

focusing on crop yield or agricultural output, we rely on a measure of agricultural Total Factor 
Productivity (TFP). TFP measures aggregate output per unit of 

measured 

aggregate input (32-

35). TFP thus captures interactions between output and input adjustments that eluded earlier 
research. Here we rely on official TFP statistics for which agricultural output includes crops and 
livestock, while inputs encompass labor, land, physical capital and materials (12). However, 
these TFP statistics do not incorporate the effect of weather, as is generally the case. 

Consider the production function 

𝑌

𝑖𝑡

= 𝑒

𝑓(𝑍

𝑖𝑡

)

𝐴

𝑖𝑡

𝑋

𝑖𝑡

𝑈

𝑖𝑡

, where 

𝑌

𝑖𝑡

 is aggregate 

agricultural output, 

𝑒

𝑓(𝑍

𝑖𝑡

)

 is the effect of weather 

𝑍

𝑖𝑡

, 

𝐴

𝑖𝑡

 measures technological knowledge 

and 

𝑋

𝑖𝑡

 and 

𝑈

𝑖𝑡

 are the observed and unobserved aggregate inputs, respectively. The subscripts 

refer to individual countries (

𝑖

) and year (

𝑡

). The percentage change in TFP is approximated as 

  

Δ ln 𝑇𝐹𝑃

𝑖𝑡

≡ Δln( 𝑌

𝑖𝑡

) − Δ ln(𝑋

𝑖𝑡

) = Δ ln 𝐴

𝑖𝑡

+ Δ𝑓(𝑍

𝑖𝑡

) + Δ ln 𝑈

𝑖𝑡

 

 

where 

Δ

 denotes change. TFP growth reflects technological improvements embodied in 

Δ ln 𝐴

𝑖𝑡

, 

but also the unmeasured effects of random year-to-year weather changes 

Δ𝑓(𝑍

𝑖𝑡

)

 and 

unobserved input adjustments 

Δ ln 𝑈

𝑖𝑡

. While this aggregate representation may conceal fine-

scale production processes that are important to practitioners in the field, it helps provide a much 
needed macro-economic picture about the global agricultural economy.  

Page 3

Figures and page graphics, page 3

 

3 

 

We ground this conceptual framework empirically by estimating an econometric model 

linking country-level TFP growth with weather change. Our model characterizes 

𝑓

 as a quadratic 

function of average temperature (T) and total precipitation (P) over the 5-month period centered 
around the greenest month of the year of each country or “green season” (See Methods): 

 

Δ ln 𝑇𝐹𝑃

𝑖𝑡

=   𝛼

𝑖

+ 𝜃

t

+ 𝛽

1

Δ𝑇

𝑖𝑡

+ 𝛽

2

Δ𝑇

𝑖𝑡

2

+ 𝛽

3

Δ𝑃

𝑖𝑡

+ 𝛽

4

Δ𝑃

𝑖𝑡

2

+ 𝜖

𝑖𝑡

 

 

Country-fixed effect 

𝛼

𝑖

 controls for average country TFP growth rates, and year-fixed effect 

𝜃

𝑡

 

for global shocks common to all nations. Conceptually, these parameters seek to control for 
technological change embodied in 

Δ ln 𝐴

𝑖𝑡

. Thus the 

𝛽

 coefficients are estimated via the within-

country and within-year variation of TFP growth and year-to-year weather changes. The 

inclusion of squared terms 

Δ𝑇

𝑖𝑡

2

 and 

Δ𝑃

𝑖𝑡

2

 allows the effect of changes in weather to vary with 

baseline levels of 

𝑇

 or 

𝑃

. Unobserved changes in inputs that are not absorbed by 

𝛼

𝑖

 or 

𝜃

𝑡

 and 

measurement errors in the TFP data are captured in the error term 

𝜖

𝑖𝑡

. Note that measurement 

error in the TFP data (see Methods) that remain uncorrelated with year-to-year changes in 
weather do not introduce bias. We account for the uncertainty in the estimated parameters with a 
block bootstrap where we sample observations with replacement 500 times by year and region. 
We later consider more than 200 systematic variations of this model. For instance, we explore 
whether estimating separate response functions for various sub-regions of the world affects our 
results. 

We summarize the key source data in Figure 1. The first panel, Fig. 1A, shows that 

average agricultural TFP has more than doubled since 1961 but that there is wide cross-country 
variation. Fig. 1B shows that there is a substantial range of variation in 

Δ ln 𝑇𝐹𝑃

𝑖𝑡

 across 

countries for any given year. We also observe that TFP has grown much more slowly in certain 
countries, particularly in Sub-Saharan Africa (Fig. 1C). In Fig. 1D we show how observed 
annual country-level average temperature (in circles) fall closer within the range of 
counterfactual weather trajectories with ACC (gold band) than without ACC (grey band). Fig. 1E 
shows analogous information for precipitation without any discernible pattern.  

We find a robust relationship between agricultural TFP growth and weather changes (Fig. 

2, Tab. S1). The temperature response function is roughly linear and downward sloping (Fig 2A) 
indicating that warmer temperatures over the green season are detrimental to TFP growth. We 
conduct two placebo checks that suggest this relationship is unlikely to arise by chance. These 
checks are based on the idea that incorrectly matching TFP growth and weather changes, and re-
estimating, should yield results suggesting no or insignificant effects of weather on TFP. We first 
estimate models based on 10,000 “reshuffled” datasets that mismatch the 

year

 variable of the 

TFP growth and weather change data. The sample estimate (in Fig. 2A) falls outside the resulting 
distribution of spurious “reshuffled estimates” (Fig. 2B). In a second check we mismatch the 

country

 variable of the TFP growth and weather change data with similar results (Fig. 2C). The 

precipitation response function is non-linear and peaks at around 500 mm over the green season 
(Fig 2d). We demonstrate that this relationship is not likely spurious with the same placebo 

Page 4

Figures and page graphics, page 4

 

4 

 

checks shown in Figs. 2E,F. We also find that the shape of the response functions is not driven 
by either hot or cold countries (Figs. S2, S3). 

A critical question for climate change adaptation is whether agriculture is becoming more 

or less sensitive to climatic extremes. This would be reflected empirically as changes over time 
in the response functions shown in Fig. 2. We estimate a model based on the first (1962-1988) 
and second (1989-2015) halves of the sample and find that the temperature response function is 
noticeably steeper for the latter half (Figs. S4, S5). This indicates that higher temperatures have 
become more damaging. We formally confirm this by testing whether the temperature coefficient 
has changed between these two periods in a model with a linear specification for temperature (

P

 

= 0.035). We also find that the change in the temperature response function over time is not 
driven by isolated changes in outlying countries in the temperature distribution (Figs. S6-S9). 
This mirrors recent findings in US agriculture (36, 37).  

We find no evidence that weather has a persistent effect on TFP growth. Our baseline 

specification only considers contemporaneous weather effects. But a weather shock could 
conceivably affect TFP growth in future years, for example if growth is faster following a year 
with bad weather. This would result in cumulative weather events affecting TFP growth. By 
introducing lags for weather in prior years, we cannot reject the hypothesis that the cumulative 
effect of changes in weather conditions up to 10 years in the past have no effect on TFP growth 
(Tab. S2). But rejecting this hypothesis may be challenging with aggregate data. 

We subsequently link our econometric estimates with counterfactual weather trajectories 

from climate experiments with and without ACC to derive the cumulative impact of ACC for 
each country since 1961. We obtain the counterfactual weather trajectories from the Coupled 
Model Intercomparison Project Phase 6 (CMIP6). This approach combines both the statistical 
uncertainty from the econometric model regarding the climate-agriculture relationship and the 
climate uncertainty from the CMIP6 ensemble regarding the effect of human emissions on the 
climate system (see Methods). 

The cumulative impact of ACC on global agricultural TFP growth over the 1961-2020 

period is about 

−20.8%

 with a 90 percent confidence interval between 

−36.2 

and 

−11.0%

 (Fig. 

3A). In Fig. 3B, we represent this finding in levels by combining the counterfactual cumulative 
impacts of ACC on global TFP growth with the observed (1961-2015) and projected (2016-
2020) global TFP level trajectory. This illustrates how much higher global TFP would have been 
without ACC. Specifically, we find that the global TFP level projected to be reached in 2020 in 
our world with ACC, would have been reached in 2011 in a world without ACC, with a 90 
percent confidence interval between 2007 and 2015. That is, the impact of ACC represents a loss 
of the past 9 years of productivity growth. 

This global result conceals sizeable regional and cross-country disparities. Figure 4 

shows that the cumulative impact of ACC since 1961 is greater for warm regions like Africa 

(−32.9%

) and Latin American and the Caribbean (

−30.0%

) than for cooler regions like North 

America (

−18.6%

) and Europe and Central Asia (

−16.0%

) (see Tab. S3). The large negative 

impacts for Africa seem particularly worrisome given the large portion of the population 

Page 5

Figures and page graphics, page 5

 

5 

 

employed in agriculture. Overall, these findings are consistent with documented slowdowns in 
agricultural productivity (11-14), particularly in Sub-Saharan Africa (38,39) but also with studies 
analyzing economy-wide ACC impacts that exacerbate inequality between poor and rich 
countries (22, 40). 
 

Our baseline global finding of the impact of ACC on global agricultural productivity is 

robust to 200 variations of the econometric model. Fig. 5 summarizes global estimates for the 
baseline and alternative models. The baseline model is shown in blue and corresponds to the 
estimate shown in Fig. 3A. Notice that using minimum (Tmin) and maximum (Tmax) 
temperature as alternative temperature variables or excluding precipitation does not substantially 
change our baseline estimate. In addition, using a cubic functional form to relax the symmetry of 
our baseline quadratic specification does not alter our baseline result. We also consider 
regressions with observations weighted by revenue and find those results to be systematically 
more pessimistic than our baseline model using equal weights. But aggregating weather data to 
the country level based on areas covered only by cropland or both cropland and pasture has little 
effect on our findings. We also consider models with weather variables aggregated over the 
entire calendar year.  We find that those models fit less well and point to noticeably smaller 
damages. Finally, our baseline model imposes a single response function for the whole world. 
But allowing separate response functions for three equally-sized latitudinal groups of countries 
does not alter our findings. Overall, the 192 models that do not exclude observations point to an 
average mean impact of 

−17.6%

 with a standard deviation of 

5.3%

 (indicated with a horizontal 

red line and band in Fig. 5). 
 

The exclusion of certain countries does not substantially affect our baseline estimate, but 

restricting the analysis to certain temporal subsamples does. A potential concern is that certain 
countries may overinfluence our estimates and thus drive our findings. But excluding certain 
large countries like China, the United States, India or Brazil, or the 10 percent coldest or hottest 
countries does not substantially alter our baseline finding (Fig. 5). However, basing our analysis 
on the latter part of the sample (1989-2015) points to even larger damages than our baseline 
estimate, on the order of 

−30%

 (Fig. 5). This reflects our finding that the response function is 

changing over time and suggests that global agriculture is growing increasingly sensitive to 
ongoing climate change.  

Finally, we find that ignoring input responses by analyzing output rather than TFP, 

overstates the impact of ACC. The temperature response function is steeper for output than for 
TFP (Fig. S10), suggesting that farmers reduce aggregate input quantity in response to 
detrimental weather conditions. Ignoring confounding input adjustments, Fig. S11 indicates that 

ACC would have reduced output by about 

32.3%

 with a 90 percent confidence interval between 

−61.3

 and 

−16.8%

. This is noticeably higher than the 

20.8%

 reduction based on TFP. 

Our estimates should not be interpreted as the effect of a world without fossil fuels on 

global agricultural production. Agriculture has benefitted tremendously from agricultural 
research and carbon-intensive inputs that would not have been as available without fossil fuels. 
The counterfactual in our study only removes 

the effect

 that fossil fuels and other anthropogenic 

Page 6

Figures and page graphics, page 6

 

6 

 

influences have on the climate system. For instance, our estimates do not remove the direct effect 
that rising CO

2

 concentrations has on agricultural production or the presence of agricultural 

research or carbon-intensive inputs. In addition, the reader may be rightfully concerned about 
measurement error of our TFP metric. TFP estimates are notoriously difficult to construct, and 
require considerable background work sometimes using imperfect data sources. However, as 
long as the measurement error remains uncorrelated with year-to-year changes in TFP growth, 
which seems plausible, such errors do not bias our econometric estimates but simply render them 
more imprecise. Moreover, the TFP metric we rely upon likely mismeasures certain inputs, such 
as irrigation water use. Our own analysis shows that ignoring all measured inputs overstates 
ACC impacts, so the present analysis is a first step while more detailed international TFP 
statistics are produced. In conclusion, our study suggests that ACC is increasingly reducing 
agricultural output as we drift away from a climate system without human influences, cumulating 
into a detectable and sizeable impact as of 2020. Given recent productivity slowdowns (11-14), 
the long lags in agricultural research, and the rapid pace of ACC, our findings raise the question 
whether current levels of investments in agricultural research are sufficient to sustain 20

th

 

century rates of productivity growth in the 21

st

 century. 

 

Methods 

Data sources and data processing 

We obtain agricultural data from USDA ERS International Agricultural Total Factor 
Productivity (TFP) dataset (41). This dataset provides the most comprehensive set of 
international TFP estimates for the agricultural sector. The dataset provides country-level TFP 
indices (in levels) for 172 countries over the 1961-2015 period. The regression dataset has 9,255 
observations with 172 countries and 54 years (1962-2015; note that one year is lost because of 
first differencing to compute growth rates). The dataset is balanced but for one nation, Palestine, 
for which we only have complete data from 1995. Note that some recent smaller nations were 
aggregated to their former larger countries to extend the time span of the dataset (e.g. 
Czechoslovakia, Yugoslavia, Ethiopia, Sudan, etc.). 

TFP levels, annual growth rates and average growth rates are shown in Fig. 1A-C. The TFP 

growth rate for country 

𝒊

 and year 

𝒕

 is constructed by USDA as: 

Δ ln 𝑇𝐹𝑃

𝑖𝑡

= ∑ 𝑅

𝑖𝑡𝑗

ln Δ𝑌

𝑖𝑡𝑗

− ∑ 𝑆

𝑖𝑡𝑘

ln Δ𝑋

𝑖𝑡𝑘

𝑘

𝑗

 

where 

𝑅

𝑖𝑡𝑗

 is the revenue share of the 

𝑗

th output 

𝑌

𝑖𝑡𝑗

 and 

𝑆

𝑖𝑡𝑘

 is the cost share of the 

𝑘

th input 

𝑋

𝑖𝑡𝑘

. As indicated by USDA, TFP growth is the value-share-weighted difference between total 

output growth and total input growth. To avoid index number bias, the USDA adjusts weights 

𝑅

𝑖𝑡𝑗

 and 

𝑆

𝑖𝑡𝑘

 every decade. Outputs include crop and livestock commodities aggregated based on 

a common set of international prices derived by the Food and Agriculture Organization (FAO). 
Inputs include farm labor, agricultural land (quality adjusted), capital inputs (including farm 
machinery and livestock) and intermediate inputs (inorganic fertilizer and animal feed) which are 

Page 7

Figures and page graphics, page 7

 

7 

 

mostly obtained from FAO. Thus changes in inventory in livestock herd size are taken into 
account. See ref (42) for more details. Note that although the data is constructed in terms of TFP 
growth rates, the data is transformed and reported in levels in the USDA website. Geographical 
delimitations in this study follow as close as possible FAO region definitions (Fig. S12). Note 
that 

the TFP metric we rely upon likely mismeasures certain inputs, such as irrigation water use. 

As discussed in ref (42), irrigation is accounted for in the land input through a quality adjustment 
of land equipped for irrigation. Thus changes in irrigation intensity remain unaccounted for. 
However, estimates of weather driven variability in global irrigation withdrawals remain modest 
at a global scale (~10%) (43). 

We obtain the historical weather data from the Global Meteorological Forcing Dataset 

(GMFD) for land surface modeling developed by the Terrestrial Hydrology Research Group at 
Princeton University (44). The GMFD provides data on daily minimum and maximum 
temperature and total precipitation over 1948-2016 with a 0.25° spatial resolution (~28 km at the 
equator). Following standard practice in the literature, we aggregate these variables to the 
monthly level and then spatially aggregate the grids to the country level based on either cropland 
or cropland and pasture weights. We obtain these weights by resampling the 10km gridded land 
cover data in ref. 45 to the GMFD grid using a bilinear interpolation (Fig. S13). Although 
weighting weather data by production value may seem desirable, we find that 1- adopting 
alternative weighting schemes makes little practice difference, and 2- constructing a globally 
consistent set of grid-level production value weights would be prohibitive. We show the annual 
evolution of the country-level average temperature and percentage change in total precipitation 
for the 1961-2015 period in Fig. 1D,E. 

 We obtain the counterfactual monthly weather trajectories for average temperature and 

total precipitation for 1961-2020 from three sets of simulations in CMIP6. The “hist-nat” 
experiment (1961-2020) simulates the influence of natural forcing alone on the climate system. 
The “historical” experiment (1961-2014) simulates the influence of both human and natural 
forcings on the climate system. As stipulated by CMIP6, we complement this experiment with 
data for 2015-2020 from the SSP2-4.5 experiment. We rely (so far) on 7 GCMs (see Tab. S4).  

To aggregate these modelled weather trajectories to the country-level using the same 

approach as above, we first downscale these data from their native GCM grid to the GMFD grid 
using 

the bias-corrected spatial disaggregation (BCSD) approach (46). BCSD corrects the bias of 

the modelled climate data and increases the spatial resolution with the ultimate goal of having a 
product of higher resolution that conserves the statistics of the global climate scenarios. The 
BCSD approach is performed in two steps. In the first step, we create a bias-corrected (BC) 
dataset by performing a quantile mapping to correct the bias (47, 48), which ref. 48 calls a 
“transformation”. In the quantile mapping, we transform the GCM time series field to match the 
quantile distribution of the observed GMFD weather dataset, Q

GCM

 → Q

OBS

, using a common 

period for the transformation function (1961-2014). Because the transformation is done at every 
grid cell of the GCM, the observed GMFD dataset was aggregated to match the coarser GCM 
resolution. The approach was applied to both temperature and precipitation. In the second step, 

Page 8

Figures and page graphics, page 8

 

8 

 

we increased the spatial resolution of the BC data by applying the spatial disaggregation (SD) 
approach. In the SD approach, we first removed the monthly observed climatology from the 

coarse resolution BC data, 

∆𝐹 = 𝐹 − 𝐶𝐿𝐼𝑀

𝐶𝑂𝐴𝑅𝑆𝐸

. We then convert the anomaly to a high 

resolution by linear interpolation, 

∆𝐹 → ∆𝐹

𝐻𝐼𝐺𝐻

. Finally, we added the climatology with high 

resolution, 

𝐹

𝐻𝐼𝐺𝐻

= Δ𝐹

𝐻𝐼𝐺𝐻

+ 𝐶𝐿𝐼𝑀

𝐻𝐼𝐺𝐻

. Here, the anomaly calculation (

∆𝐹

) is only valid for 

temperature. For precipitation the anomaly is computed using a ratio, 

∆𝐹 = 𝐹/𝐶𝐿𝐼𝑀

𝐶𝑂𝐴𝑅𝑆𝐸

 with 

𝐹

𝐻𝐼𝐺𝐻

= ∆𝐹

𝐻𝐼𝐺𝐻

×  𝐶𝐿𝐼𝑀

𝐻𝐼𝐺𝐻

.  

The baseline econometric model relies on weather variables aggregated over a 5-month 

period centered around the greenest month of year of each country based on Normalized 
Difference Vegetation Index (NDVI) climatology data (50). The NDVI data is the 3

rd

 generation 

of NASA/GFSC GIMMS’s NDVI dataset for 1981-2015.We first temporally aggregate the data 
to bi-weekly climatologies. We then smooth the climatology series within the year based on a 
14-week moving window. We then identify the “greenest” month based on the month that 
includes the highest NDVI level of the year for each grid cell. The spatial distribution of the 
“greenest” month for each grid cell is shown in Fig. S14A. To obtain a country-level value, we 
first resample land cover weights to match that of the NDVI data. We then compute for each 
country the most frequent “greenest” month based on either cropland or cropland and pasture 
frequency weights. These country-level aggregations are shown in Fig. S14 B and C. For two 
small island nations (Fiji and Polynesia) there is no NDVI data. We therefore assign the greenest 
month to match that of the neighboring island nation of Vanuatu. 

 

Deriving the response function 
 

In order to help map our conceptual framework to the USDA TFP estimates, we consider the 
following relationship between aggregate output, aggregate input, weather, and technological 

knowledge 

𝑌

𝑖𝑡

= 𝑒

𝑓(𝑍

𝑖𝑡

)

𝐴

𝑖𝑡

𝑋

𝑖𝑡

𝑈

𝑖𝑡

, where 

𝑌

𝑖𝑡

 is aggregate agricultural output in country 

𝑖

 and year 

𝑡

, 

𝑒

𝑓(𝑍

𝑖𝑡

)

 is the effect of weather 

𝑍

𝑖𝑡

, 

𝐴

𝑖𝑡

 measures current technological knowledge, and 

𝑋

𝑖𝑡

 and  

𝑈

𝑖𝑡

 

are observed and unobserved aggregate inputs, respectively. By definition, TFP for country 

𝑖 

at time 

𝑡

 is 

𝑌

𝑖𝑡

/𝑋

𝑖𝑡

 so that the percentage change in TFP for country 

𝑖

 at time 

𝑡

 is approximated 

as 
 

Δ ln 𝑇𝐹𝑃

𝑖𝑡

≡ Δln( 𝑌

𝑖𝑡

) − Δ ln(𝑋

𝑖𝑡

) = Δ ln 𝐴

𝑖𝑡

+ Δ𝑓(𝑍

𝑖𝑡

) + Δ ln 𝑈

𝑖𝑡

 

 

Empirically, our econometric models seek to control for 

Δ ln 𝐴

𝑖𝑡

 through country and 

year fixed effects (

𝛼

𝑖

 and 

𝜃

t

 respectively) and model 

Δ𝑓(𝑍

𝑖𝑡

)

 in various ways. Because the 

model is specified in growth terms, the inclusion of a country-specific dummy variable 

𝛼

𝑖

 is 

analogous to controlling for a linear country-specific time trend in 

ln 𝑇𝐹𝑃

. Unobserved inputs 

that are not absorbed by the fixed effects are captured in the error term 

𝜖

𝑖𝑡

. This error term also 

captures measurement errors in the TFP metric, which includes changes in irrigation water use 
not fully captured by changes in irrigated area. Perhaps with the exception of water withdrawals, 

Page 9

Figures and page graphics, page 9

 

9 

 

measurement errors in the TFP data are unlikely to be correlated with year-to-year weather 
changes, which does not bias our results. 

Our baseline model regresses 

Δ ln 𝑇𝐹𝑃

𝑖𝑡

 

on first 

differences of green-season average temperature and precipitation:

 

 

Δ ln 𝑇𝐹𝑃

𝑖𝑡

=   𝛽

1

Δ𝑇

𝑖𝑡

+ 𝛽

2

Δ𝑇

𝑖𝑡

2

+ 𝛽

3

Δ𝑃

𝑖𝑡

+ 𝛽

4

Δ𝑃

𝑖𝑡

2

+ 𝛼

𝑖

+ 𝜃

t

+ 𝜖

𝑖𝑡

 

 

To 

capture the statistical uncertainty of the regression model we conduct a block 

bootstrap estimation where we sample observations by year-region with replacement. While 
there is serial dependence in TFP levels, previous work has shown there is no serial dependence 

in growth 

Δ ln 𝑇𝐹𝑃

𝑖𝑡

 

(e.g. 14, 36). We thus focused on accounting for contemporaneous regional 

dependence. Regions correspond to the seven FAO regions shown in Fig. S12. We show the 
response function with a 90% bootstrapped confidence band for temperature and precipitation in 
Figs. 2A, D. We show regression coefficients for the baseline model in Tab. S1. Weather 

parameters 

𝛽

 are subsequently used in a simulation to derive the effect of ACC on global 

agricultural TFP. Importantly, note that measurement error in 

Δ ln 𝑇𝐹𝑃

𝑖𝑡

 would need to be 

correlated with 

Δ𝑇

𝑖𝑡

 and/or 

Δ𝑃

𝑖𝑡

 to induce any form of bias in the estimation of  

𝛽̂

. In addition, 

classical measurement error in 

Δ𝑇

𝑖𝑡

 and/or 

Δ𝑃

𝑖𝑡

 would induce attenuation bias, reducing the 

magnitude of our findings. 

 

The placebo checks shown in Figs. 2B, C, E, F evaluate whether the estimated 

relationship is spurious. The idea is to evaluate the chances that the result is spurious by 
contrasting the estimated coefficients in our sample with a distribution of coefficients from 
“reshuffled” datasets where we should, on average, expect no effect of weather. We perform 
10,000 regressions based on datasets that are mismatched by year and by country. In all cases the 
estimated coefficients fall clearly outside the distribution of “reshuffled” estimates, in support of 
our baseline model. 
 

Robustness checks 

 
A crucial concern in applied econometric analysis is that baseline models proposed by 
researchers may not be robust to even small variations in model specification or the underlying 
data. We conduct a systematic exploration spanning 200 variations of the econometric model to 
assess the robustness of our baseline finding (Fig. 5).  

We consider all possible combinations of models along the following dimensions: 1- 

relies on either Tmax, Tmin or Tmean, 2- includes or excludes precipitation, 3- adopts a 
quadratic or cubic functional form for all weather variables, 4- relies on equal or revenue 
regression weights, 5- relies on weather data aggregated over cropland or cropland and pasture, 
6- relies on a the calendar year or the “green season” (5 months centered around the greenest 
month) for aggregating weather conditions, and 7- relies on a single global response function or 
on separate response functions for 3 equally-sized latitudinal regions. This corresponds to 192 
variations of the model.  

Page 10

Figures and page graphics, page 10

 

10 

 

We find most these variations have relatively little bearing on the baseline result 

presented in the paper in Fig. 3. The adoption of revenue regression weights and a “green 
season” for weather aggregation represent the two most consequential modeling choices, 
pointing to larger damages.  

We also consider 8 data restrictions including country exclusions (China, USA, India, 

Brazil, coldest 10%, hottest 10%) and temporal subsets (1962-1988 and 1989-2015) which are 
discussed in the main paper. 
 

Measurement error 

 
Measurement error affects all econometric analyses and its consequences are well understood 
(51). Here we characterize how it might affect our study. As stated earlier, our dependent 

variable 

Δ ln 𝑇𝐹𝑃

𝑖𝑡

 

is possibly mismeasured. Measurement error in 

Δ ln 𝑇𝐹𝑃

𝑖𝑡

 

that is 

uncorrelated with weather (classical measurement error) does not introduce bias in the estimation 

but renders our less precise. Only measurement error in 

Δ ln 𝑇𝐹𝑃

𝑖𝑡

 

that is correlated with weather 

fluctuations (non-classical measurement error) introduces bias. It seems unlikely that weather 
may affect the collection and reporting of output and input quantities. Thus systematic 
differences across country in data reporting would not introduce bias.  

However, omitted or mismeasured variable input adjustments in response to weather 

fluctuations could be problematic. The USDA ERS International Agricultural Total Factor 
Productivity dataset (39) we rely upon accounts for irrigation via the amount of land equipped 
for irrigation (40), not through water withdrawals directly. If farmers increase groundwater 
irrigation intensity in response to unfavorable conditions, but such short term increases in 
irrigation are overlooked, then unfavorable weather conditions would appear less damaging. 
Note that surface irrigation (e.g. flood irrigation) may be procyclical with precipitation, so the 
overall relationship between irrigation intensity and weather fluctuations seems indeterminate. 
Our analysis focusing on output (rather than TFP) suggests that 

ignoring input responses affects 

the estimation of the sensitivity to weather conditions (Fig. S10). But the overall role of 
irrigation may be limited because weather-driven variability in global irrigation withdrawals 
remains modest at a global scale (~10%) (43). Moreover, our main global finding remains stable 
when we estimated the response function separately for various regions of the world (Fig. 5).

 

 

Another potential concern is measurement error in our independent weather variables. 

Classical measurement error in independent variables, here 

Δ 𝑇

𝑖𝑡

 and 

Δ 𝑃

𝑖𝑡

, cause attenuation bias 

(bias toward zero). This means that such errors would tend to “dilute” our findings toward no 
results. On the other hand, measurement error that is correlated with weather fluctuations could 
bias our findings in either direction. However, comparisons of regression results across 
alternative datasets in other studies generally show minimal discrepancies. 

 

Impact of anthropogenic climate change 
 

Page 11

Figures and page graphics, page 11

 

11 

 

We compute the impact of anthropogenic climate change on each country’s agricultural TFP 
growth by subtracting the cumulative impact of a weather trajectory with ACC for a given GCM 
from the cumulative impact of a weather trajectory without ACC for the same GCM. For a 
country 

𝑖

, the cumulative impact from 1962 to year 

𝑡

0

 for a weather trajectory (with or without 

ACC) is computed as: 
 

𝐼

𝑖𝑡

0

= ∑

Δ ln 𝑇𝐹𝑃

𝑖𝑡

̂

𝑡

0

𝑡=1962

=   𝛽

1

̂ ∑ Δ𝑇

𝑖𝑡

𝑡

+ 𝛽

2

̂ ∑ Δ𝑇

𝑖𝑡

2

𝑡

+ 𝛽

3

̂ ∑ Δ𝑃

𝑖𝑡

𝑡

+ 𝛽

4

̂ ∑ Δ𝑃

𝑖𝑡

2

𝑡

 

 

where the changes in weather variables (e.g. 

Δ𝑇

𝑖𝑡

) are the differences between the sequence of 

seasonal weather conditions relative to the 23-year climatology centered around 1961 (1950-
1972) for the scenario without ACC for that particular GCM. Thus, the cumulative impact of 

ACC is 

𝐼

𝑖𝑡

0

with ACC

− 𝐼

𝑖𝑡

0

without ACC

 in year 

𝑡

0

. We can compute this cumulative impact for all years 

between 1962 and 2020 for a particular set of values of the  

𝛽̂

 coefficients and a GCM. 

 

To reflect the joint statistical uncertainty from the econometric model and climate 

uncertainty arising from various GCMs in CMIP6, we compute cumulative impacts of ACC for 

2,000 random pairs of bootstrapped coefficients  

𝛽̂

 and GCMs. Figure 3A shows the 2,000 

trajectories of the cumulative impact of ACC for all years in 1962-2020, as well as the 
distribution of those impacts on 2020, on the right.  

In Fig. 3B we illustrate the impact of ACC by contrasting counterfactual TFP level 

trajectories with the observed TFP level trajectory. Specifically, we obtain a counterfactual TFP 

level trajectory 

𝐿

𝑖𝑡

0

 for country 

𝑖

 at year 

𝑡

0

 

by taking the exponential of the observed TFP level 

trajectory (mostly 

> 0

) minus each one of the 2,000 counterfactual cumulative impacts of ACC 

(mostly 

< 0

): 

𝐿

𝑖𝑡

0

= exp

(

 

 

∑

Δln𝑇𝐹𝑃

𝑖𝑡

observed

𝑡

0

𝑡=1962

⏟                

Observed TFP level trajectory 

− (𝐼

𝑖𝑡

0

with ACC

− 𝐼

𝑖𝑡

0

without ACC

)

⏟              

Counterfactual cumulative

impact of ACC

)

 

 

 

 

These counterfactual TFP level trajectories are shown in grey with a blue line and band showing 
their mean and 90% confidence intervals, respectively. The red solid line shows the observed 

TFP level trajectory, 

exp(

∑

Δln𝑇𝐹𝑃

𝑖𝑡

observed

𝑡

0

𝑡=1962

)

, for the 1962-2015 period. Because the TFP 

dataset extends only to 2015, we project the TFP trajectory for 2016-2020 (shown in a dashed 
red line) based on the average growth rate over the previous 10 years (2006-2015) for each 
country.

 Regional and global cumulative impacts of ACC are obtained by aggregating country-

level cumulative impacts based on the fixed revenue weights for each country, and then 
converting these to levels after regional aggregation. TFP level trajectories are normalized to 100 
in 1962. 
 

Page 12

Figures and page graphics, page 12

 

12 

 

References and Notes: 

1.

 

Johnston, B.F., & Mellor, J.W. The role of agriculture in economic development. 

The 

American Economic Review

 

51

, 566-593 (1961).

 

2.

 

Timmer, C.P. The agricultural transformation. 

Handbook of development economics

 

1

, 275-

331 (1988).

 

3.

 

Barrett, C.B., Carter, M.R. & Timmer, C.P. A century-long perspective on agricultural 
development. 

American Journal of Agricultural Economics

 

92

, 447-468 (2010).

 

4.

 

de Janvry, A., & Sadoulet, E. Agricultural growth and poverty reduction: Additional 
evidence. 

The World Bank Research Observer

 

25

, 1-20 (2010).

 

5.

 

Christiaensen, L., Demery, L., & Kuhl, J. The (evolving) role of agriculture in poverty 
reduction—An empirical perspective. 

Journal of Development Economics

 

96

, 239-254 

(2011).

 

6.

 

World Bank. World Development Report 2008: Agriculture for Development. Washington, 
DC. (2007). 

https://openknowledge.worldbank.org/handle/10986/5990

.  

 

7.

 

Curtis, P.G., Slay, C.M., Harris, N.L., Tyukavina, A., & Hansen, M.C. Classifying drivers of 
global forest loss. 

Science

 

361

, 1108-1111 (2018). 

8.

 

Steensland, A. 2019 Global Agricultural Productivity Report: Productivity Growth for 
Sustainable Diets and More (2019). 

http://hdl.handle.net/10919/96429

 

9.

 

International Food Policy Research Institute (IFPRI). 2020 Global Food Policy Report: 
Building Inclusive Food Systems. Washington, DC: International Food Policy Research 
Institute (IFPRI). (2020) 

https://doi.org/10.2499/9780896293670

 

10.

 

Fuglie, K. R&D capital, R&D spillovers, and productivity growth in world 
agriculture. 

Applied Economic Perspectives and Policy

, 

40

, 421-444 (2018).

 

11.

 

Alston, J.M., Beddow, J.M., & Pardey, P.G. Agricultural research, 

productivity, and food 

prices in the long run. 

Science

 

325

, 1209-1210 (2009). 

12.

 

Fuglie, K. O., Wang, S. L., & Ball, V. E. (Eds.). Productivity growth in agriculture: an 
international perspective. CABI (2012).

 

13.

 

Ball, V.E., Sheng, Y., Mesonada, C., & Nehring, R. Comparing Agricultural TFP between 17 
OECD Countries, 1973-2011, 

Unpublished Manuscript

 (2018). 

14.

 

Chambers, R.G., Pieralli, S., & Sheng, Y. The Millennium Droughts and Australian 
Agricultural Productivity Performance: A Nonparametric Analysis. 

American Journal of 

Agricultural Economics

 (2019).

 

15.

 

IPCC (2014). Climate change 2014: Synthesis report. In R. K. Pachauri & L. A. Meyer 
(Eds.), (151 pp.) Geneva, Switzerland: IPCC.

 

Page 13

Figures and page graphics, page 13

 

13 

 

16.

 

Lesk, C., Rowhani, P. & Ramankutty, N. Influence of extreme weather disasters on global 
crop production. 

Nature

 

529

, 84-87 (2016).

 

17.

 

Ray, D.K., Gerber, J.S., MacDonald, G.K., & West, P.C. Climate variation explains a third of 
global crop yield variability. 

Nature Communications

 

6

, 1-9 (2015).

 

18.

 

Zhao, C., Liu, B., Piao, S., Wang, X., Lobell, D. B., Huang, Y., ... & Durand, J. L. 
Temperature increase reduces global yields of major crops in four independent 
estimates. 

Proceedings of the National Academy of Sciences

, 

114

, 9326-9331 (2017).

 

19.

 

Liu, B., Asseng, S., Müller, C., Ewert, F., Elliott, J., Lobell, D. B., ... & Rosenzweig, C. 
Similar estimates of temperature impacts on global wheat yield by three independent 
methods. 

Nature Climate Change

, 

6

, 1130-1136 (2016).

 

20.

 

Lobell, D.B., & Field, C.B. Global scale climate–crop yield relationships and the impacts of 
recent warming. 

Environmental Research Letters

 

2

, 014002 (2007).

 

21.

 

Lobell, D.B., Schlenker, W., & Costa-Roberts, J. Climate trends and global crop production 
since 1980. 

Science

 

333

, 616-620 (2011).

 

22.

 

Diffenbaugh, N. S., & Burke, M. Global warming has increased global economic 
inequality. 

Proceedings of the National Academy of Sciences

, 

116

, 9808-9813 (2019).

 

23.

 

Kaufmann, R.K., & Snell, S.E. A biophysical model of corn yield: integrating climatic and 
social determinants. 

American Journal of Agricultural Economics

 

79

, 178-190 (1997).

 

24.

 

Jagnani, M., Barrett, C. B., Liu, Y., & You, L. Within-Season Producer Response to Warmer 
Temperatures: Defensive Investments by Kenyan Farmers. 

The Economic Journal

. 

Forthcoming (2020).

 

25.

 

Aragón, F. M., Oteiza, F., & Rud, J. P. Climate Change and Agriculture: Subsistence 
Farmers' Response to Extreme Heat. 

American Economic Journal: Economic Policy

. 

Forthcoming (2020).

 

26.

 

Schultz, T. W. Transforming traditional agriculture. 

Yale University Press

. New Haven 

(1964).

 

27.

 

Gollin, D., Lagakos, D., & Waugh, M.E. The agricultural productivity gap. 

The Quarterly 

Journal of Economics

 

129

, 939-993 (2014).

 

28.

 

Adamopoulos, T., & Restuccia, D. The size distribution of farms and international 
productivity differences. 

American Economic Review

 

104

, 1667-97 (2014).

 

29.

 

Dell, M., Jones, B.F. & Olken, B.A. Temperature shocks and economic growth: Evidence 
from the last half century. 

American Economic Journal: Macroeconomics

 

4

, 66-95 (2012).

 

30.

 

Burke, M., Hsiang, S.M. & Miguel, E. Global non-linear effect of temperature on economic 
production. 

Nature

 

527

, 235-239 (2015).

 

Page 14

Figures and page graphics, page 14

 

14 

 

31.

 

Hertel, Thomas W., and Cicero Z. de Lima. "Climate impacts on agriculture: Searching for 
keys under the streetlight." 

Food Policy

 (2020): 101954.

 

32.

 

Comin, D. Total factor productivity. 

Economic growth

, 260-263. Palgrave Macmillan, 

London (2010).

 

33.

 

Hulten, C.R. Total factor productivity: a short biography. In 

New developments in 

productivity analysis

, pp. 1-54. University of Chicago Press (2001).

 

34.

 

Van Beveren, I. Total factor productivity estimation: A practical review. 

Journal of economic 

surveys

 

26

, 98-128 (2012).

 

35.

 

Coomes, O. T., Barham, B. L., MacDonald, G. K., Ramankutty, N., & Chavas, J. P. (2019). 
Leveraging total factor productivity growth for sustainable and resilient farming. 

Nature 

Sustainability

, 

2

(1), 22-28.

 

36.

 

Liang, X-Z, Wu, Y., Chambers, R.G., Schmoldt, D.L., Gao, W., Liu, C., Liu, Y-A, Sun, C., 
& Kennedy, J.A. Determining climate effects on US total agricultural productivity. 

Proceedings of the National Academy of Sciences

 

114

, E2285-E2292 (2017).

 

37.

 

Ortiz-Bobea, A., Knippenberg, E., & Chambers, R.G. Growing climatic sensitivity of US 
agriculture linked to technological change and regional specialization. 

Science Advances

 

4

, 

eaat4343 (2018).

 

38.

 

Frisvold, G., & Ingram, K. (1995). Sources of agricultural productivity growth and stagnation 
in sub‐Saharan Africa. 

Agricultural Economics

, 

13

(1), 51-61.

 

39.

 

Fuglie, K., & Rada, N. (2013). Resources, policies, and agricultural productivity in sub-
Saharan Africa. 

USDA-ERS Economic Research Report

, (145).

 

40.

 

Letta, M., & Tol, R.S.J. Weather, climate and total factor productivity.

 

Environmental and 

Resource Economics

 

73

, 283-305 (2019).

 

41.

 

United States Department of Agriculture Economic Research Service. 2019. International 
Agricultural Productivity. Online database. Washington, DC (accessed June 19, 2020). 

https://www.ers.usda.gov/data-products/international-agricultural-productivity/

 

42.

 

Fuglie, K. Accounting for growth in global agriculture. 

Bio-based and Applied Economics 4

, 

221-254 (2015).

 

43.

 

Wisser, D., Frolking, S., Douglas, E. M., Fekete, B. M., Vörösmarty, C. J., & Schumann, A. 
H. Global irrigation water demand: Variability and uncertainties arising from agricultural and 
climate data sets. 

Geophysical Research Letters

, 

35

(24)

 (2008). 

44.

 

Sheffield, J., G. Goteti, and E. F. Wood. Development of a 50-yr high-resolution global 
dataset of meteorological forcings for land surface modeling, 

J. Climate

, 19 (13), 3088-3111 

(2006). 

https://hydrology.princeton.edu/data.pgf.php

 

Page 15

Figures and page graphics, page 15

 

15 

 

45.

 

Ramankutty, N., Evan, A.T. , Monfreda, C., & Foley, J.A. Farming the planet: 1. Geographic 
distribution of global agricultural lands in the year 2000. 

Global Biogeochemical Cycles

 

22

, 

GB1003 doi:10.1029/2007GB002952 (2008).

 

46.

 

Wood, A.W., Leung, L.R., Sridhar, V., Lettenmaier, D.P. Hydrologic implications of 
dynamical and statistical approaches to downscaling climate model outputs. 

Climatic Change

 

62

, 189-214 (2004). 

47.

 

Li, H., Sheffield, J., Wood, F.E. Bias correction of monthly precipitation and temperature 
fields from Intergovernmental Panel on Climate Change AR4 models using equidistant 
quantile matching. 

Journal of Geophysical Research

 

115

, D10101, 

doi:10.1029/2009JD012882 (2010). 

48.

 

Maurer, E.P., Ficklin, D.L, Wang, W. The impact of spatial scale in bias correction of 
climate model output for hydrologic impacts studies. 

Hydrology and Earth System Science

 

20

, 685-696 (2016). 

49.

 

Panofsky, H.A., Brier, G.W. Some applications of statistics to meteorology. The 
Pennsylvania State University, University Park, 224 (1963). 

50.

 

National Center for Atmospheric Research Staff (Eds). Last modified 14 Mar 2018. "The 
Climate Data Guide: NDVI: Normalized Difference Vegetation Index-3rd generation: 
NASA/GFSC GIMMS." Retrieved from 

https://climatedataguide.ucar.edu/climate-data/ndvi-

normalized-difference-vegetation-index-3rd-generation-nasagfsc-gimms

. 

51.

 

Hausman, J. Mismeasured variables in econometric analysis: problems from the right and 
problems from the left. 

Journal of Economic perspectives

, 

15

(4), 57-67 (2001).

 

 

Acknowledgments:

 

We thank Chris B. Barrett and participants at the AERE and EAAE summer 

meetings, Giannini Foundation’s Big Ag Data Conference, and at seminars at Cornell University, 
Arizona State University, University of Arizona, North Carolina State University and Duke 
University for useful comments

. 

Funding:

 

AOB was partially supported by the USDA National 

Institute of Food and Agriculture, Hatch/Multi State project 1011555. 

TRA and CMC were 

partially supported by NSF grants 1602564 and 1751535, as well as the Atkinson Center for a 
Sustainable Future, the Cornell Initiative for Digital Agriculture, and the Braudy Foundation.

 

Author contributions:

 

AOB conceived the study, conducted and led research and the writing of 

the manuscript. CMC obtained and downscaled modelled climate data. TRA, RGC, DBL 
provided detailed guidance and advice throughout the project. All authors contributed to writing 
the manuscript

. 

Competing interests:

 Authors declare no competing interests. 

Data and 

materials availability:

 All data and code 

necessary to fully reproduce results in this study are 

deposited in a permanent online repository at the Cornell Institute for Social and Economic 
Research (CISER):

 

https://doi.org/10.6077/pfsd-0v93

.  

 

Page 16

Figures and page graphics, page 16

 

16 

 

Supplementary Information: 

Figures S1-S14 

Tables S1-S4 

 

Page 17

Figures and page graphics, page 17

 

17 

 

 

Fig. 1: Recent trends in agricultural productivity and climate.

 (

A

) Country-level growth in 

agricultural Total Factor Productivity (TFP) over 1961-2015. Grey lines indicate observed TFP 
level trajectories for all countries in the sample. Colored lines correspond to the average TFP 
level trajectories for countries with varying average TFP growth rates. (

B

) Distribution of first 

differences in the log of country-level TFP. The boxes represent the first 3 quartiles (Q1, Q2, 
Q3). Whiskers extend to 1.5 times the interquartile range (IQR=Q3-Q1). Observations falling 
beyond 1.5 IQR are represented with small circles. (

C

) Map representing the annual average 

growth rate in agricultural TFP over 1961-2015. (

D

 and 

E

) Evolution of global average annual 

temperature and annual precipitation of the 

Global Meteorological Forcing Dataset

 (GMFD) 

observations (circles). The golden band extends to the range of modelled variables from CMIP6 
(7 GCMs). Simple averages of country-level variables are shown, thus small countries are over-
represented. 

Page 18

Figures and page graphics, page 18

 

18 

 

 

Fig. 2: The response of agricultural productivity to weather.

 (

A

) Response function of TFP 

growth to changes in green-season average T. Response functions are centered vertically so that 
the exposure-weighted marginal effect is zero. The colored bands represent 90 and 95% 
confidence bands based on 500 year-by-region block bootstraps. The blue bars represent the 
country-level distribution of green-season average T over the sample period 1962-2015. The 
average green-season T is indicated for a select number of large countries. (

B

) Panel shows the 

result of a placebo check whereby TFP and weather data are randomly mismatched or reshuffled 
by years. The distribution represents the linear and quadratic T coefficients based on 10,000 
reshuffled datasets. (

C

) Same as previous panel but based on datasets reshuffled by country. (

D

) 

Response function of changes in country-level TFP to changes in green-season total P. (

E

) Same 

as panel 

B

 but for P coefficients. (

F

) Same as panel 

C

 but for P coefficients. 

Page 19

Figures and page graphics, page 19

 

19 

 

 

 

 

Fig. 3: Global impact of anthropogenic climate change on productivity.

 (

A

) 2,000 

counterfactual paths ways combining statistical uncertainty and climate uncertainty. Blue line 
shows ensemble mean and the blue cone represents a 90 percent confidence band. The error bars 
on the right indicate 90 and 95% confidence intervals for the impact on 2020. (

B

) Same results 

presented in levels relative to the observed (1962-2015) and projected (2016-2020) level of TFP 
(in red).  

Page 20

Figures and page graphics, page 20

 

20 

 

 
 

 

 

Fig. 4: Regional and country-level impacts of anthropogenic climate change.

 (

A

)

 

Impact estimates for the baseline mode for each 

5 

region. The white circles represent 2,000 estimates for each region. The blue bars represent 90 and 95% confidence bands and the 
solid line indicates the ensemble mean. (

B

) The color corresponds to the ensemble mean impact for each country in the sample.

 

 

 

Page 21

Figures and page graphics, page 21

 

21 

 

 

Fig. 5: Global impact of anthropogenic climate change under multiple econometric models. 

Vertical lines represent the 90 and 

95% confidence intervals (in light and dark color, respectively) around the ensemble mean estimate for a particular model. ACC 
impacts for the baseline model, also shown in Fig. 3A, is highlighted in blue whereas alternative models are shown in grey. The red 
horizontal line and band represent the average mean impact of the 192 models out of the 200 that do not exclude observations, plus 

5 

and minus a standard deviation (

−17.6 ± 5.3%

). The vertical bars directly below the impact estimates represent the reduction in out-

of-sample MSE of a 10-fold cross-validation (whereby years of data are sampled together) relative to a model that excludes weather 
variables. Thus, higher bars indicate better model fit. The dotted table below provides information about the characteristics of each 
econometric model. 


Document Outline