background image
 
 
 
The Costs to Developing Countries of 
Adapting to Climate Change 
New Methods and Estimates 
 
The Global Report of the Economics of 
Adaptation to Climate Change Study 
 
Consultation Draft 
 
 
background image
 
 
ii 
Acknowledgements 
This report has been prepared by a core team led by Sergio Margulis (TTL) and Urvashi Narain and 
comprising Paul Chinowsky, Laurent Cretegny, Gordon Hughes, Paul Kirshen, Anne Kuriakose, Glenn 
Marie Lange, Gerald Nelson, James Neumann, Robert Nicholls, Kiran Pandey, Jason Price, Adam 
Schlosser, Robert Schneider, Roger Sedjo, Kenneth Strzepek, Rashid Sumaila, Philip Ward, and David 
Wheeler. Major contributions were made by Jeroen Aerts, Carina Bachofen, Brian Blankespoor, Ana 
Bucher, Steve Commins, David Corderi, Susmita Dasgupta, Timothy Essam, William Farmer, Eihab 
Fathelrahman, Prodipto Ghosh, Dave Johnson, James Juana, Tom Kemeny, Benoit Laplante, Robin 
Mearns, Siobhan Murray, Hawanty Page, Mark Rosegrant, Klas Sanders, Arathi Sundaravadanan, 
Timothy Thomas, Jasna Vukoje, and Tingju Zhu. Sally Brown and Susan Hanson made important 
contributions to the coastal sector report, Miroslac Batka, Jawoo Koo, David Lee, Marilia Magalhaes, 
Siwa Msangi, Amanda Palazzo, Claudia Ringler, Richard Robertson, and Timothy Sulser to the 
agriculture sector report, William Cheung to the fishery sector report, and Pieter Pauw and Luke M. 
Brander to the water sector report. 
 
Since the beginning, the EACC team has had intense interaction with the Environment Department’s 
management, particularly Warren Evans and Michelle de Nevers, who should, in fact, be considered part 
of the EACC team. The team is also grateful to Sam Fankhauser and Ravi Kanbur for serving on the 
advisory committee and to Julia Bucknall, Shanta Devarajan, Marianne Fay, Gherson Feder, Armin 
Fidler, Kirk Hamilton, Tamer Samah Rabie, Peter Rogers, Jim Shortle, Joel Smith, Michael Toman, and 
Gary Yohe for acting as peer reviewers. Numerous comments and suggestions were also received from a 
very large number of colleagues and the team is most thankful to all of them. From the World Bank they 
include Vahid Alavian, Aziz Bouzaher, Jan Bojo, Henrike Brecht, Kenneth Chomitz, Vivian Foster, 
Alexander Lotsch, Kseniya Lvovsky, Dominique van Der Mensbrughe, John Nash, Ian Noble, Giovanni 
Ruta, Apurva Sanghi, Robert Townsend, Walter Vergara, and Winston Yu. From outside the Bank they 
include Marten van al Aast, Roy Brouwer, Maureen Cropper, Anton Hilbert, Christine Pirenne, Tamsin 
Vernon, and Peter Wooders. None of these colleagues and reviewers are, in any way, responsible for the 
contents and eventual errors of this report, which remain sole responsibility of the EACC Team. 
 
This study is being conducted in partnership between the World Bank (leading its technical aspects), the 
governments of the United Kingdom, Netherlands, and Switzerland (funding the study), and the 
participating case study countries. The findings, interpretations, and conclusions expressed in this paper 
do not necessarily reflect the views of the Executive Directors of the World Bank or the governments they 
represent. The World Bank does not guarantee the accuracy of the data included in this work. The 
boundaries, colors, denominations, and other information shown on any map in this work do not imply 
any judgment on the part of the World Bank concerning the legal status of any territory or the 
endorsement or acceptance of such boundaries. The material in this publication is copyrighted. Copying 
and/or transmitting portions or all of this work without permission may be a violation of applicable law. 
The International Bank for Reconstruction and Development / World Bank encourages dissemination of 
its work and will normally grant permission to reproduce portions of the work promptly. 
 
 
background image
 
 
iii 
T able of C ontents 
 
Acknowledgements 
ii 
Abbreviations 
vi 
Executive Summary 
1 
Section 1. Background and Motivation 
14 
Section 2. Study Objectives and Structure 
16 
Section 3. Operational Definition of Adaptation Costs 
19 
Links between adaptation and development 
19 
Defining the adaptation deficit 
19 
Establishing the development baseline 
21 
How much to adapt 
22 
Adapt to what? Uncertainty about climate outcomes 
23 
Summing potential costs and benefits 
25 
Section 4. Methodology and Value Added 
28 
Choosing the timeframe 
29 
Using baseline GDP and population projections to account for continuing development 
29 
Choosing climate scenarios and global climate models 
30 
background image
 
 
iv 
Selecting adaptation measures 
31 
Understanding the limitations of this study 
34 
Stylized characterization of government decision-making environment 
34 
Limited range of climate and growth outcomes 
34 
Limited scope in economic breadth and time 
35 
Simplified characterization of human behavior 
35 
Top-down or bottom-up analysis 
37 
Section 5. Key Results 
38 
Sector analyses 
38 
Infrastructure 
38 
Coastal zones 
47 
Industrial and municipal water supply and riverine flood protection 
52 
Agriculture 
56 
Fisheries 
63 
Human health 
65 
Forestry and ecosystem services 
68 
Extreme weather events 
71 
Consolidated results 
78 
Sensitivity analysis 
84 
Uncertainty about climate projections 
84 
Uncertainty about the development baseline 
87 
background image
 
 
Model and parameter uncertainty 
89 
Section 6. Key Lessons 
92 
Development is imperative… 
92 
…but not simply development as usual 
93 
Though adaptation is costly, costs can be reduced 
94 
Uncertainty remains a challenge 
95 
References 
97 
 
background image
 
 
vi 
Abbreviations 
AR4 
4th Assessment Report 
CIAT 
International Center for Tropical Agriculture 
CLIRUN 
The Climate and Runoff Model 
CMI 
Climate moisture index 
CSIRO 
Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization 
CRED 
Centre for Research on the Epidemiology of Disasters 
DALY 
Disability-adjusted life year 
DCCP2 
Disease Control Priorities in Developing Countries Project  
DIVA 
Dynamic and Interactive Vulnerability Assessment 
EACC 
Economics of Adaptation to Climate Changes 
EAP  
East Asia and Pacific (World Bank region) 
ECA 
Europe and Central Asia (World Bank region) 
EIA 
Environmental impact analysis 
ENSO  
El Niño Southern Oscillation 
FPUs 
Food production units 
FUND 
Climate Framework for Uncertainty, Negotiation, and Distribution 
GCM 
Global climate model 
GDP  
Gross domestic product 
GIS 
Geographic information system 
GHF 
Global Humanitarian Forum 
GPW 
Gridded population of the world 
HDI 
UNDP’s Human Development Index 
IFPRI 
International Food Policy Research Institute 
IMPACT 
International Model for Policy Analysis of Agricultural Commodities and Trade 
IPCC  
Intergovernmental Panel on Climate Change 
LAC 
Latin America and Caribbean Region 
MNA 
Middle East and North Africa (World Bank region) 
NAPA  
National Adaptation Program of Action 
NCAR 
National Centre for Atmospheric Research 
NGO  
Nongovernmental organization 
NPP 
Net primary productivity 
NREGA 
National Rural Employment Guarantee Act 
ODA  
Official development assistance 
OECD 
Organisation for Economic Co-operation and Development 
O&M 
Operation and maintenance 
PESP 
Primary Education Stipend Program 
Ppm 
Parts per million 
PPP 
Purchasing power parity 
PSD 
Participatory scenario development 
PSNP 
Productive Safety Nets Program 
RICE99 
Regional Dynamic Integrated Model of Climate and the Economy 
SAS 
South Asia (World Bank region) 
SSA 
Sub-Saharan Africa (World Bank region) 
SRES 
Special Report on Emissions Scenarios of the IPCC 
UIUC 
University of Illinois at Urbana–Champaign 
background image
 
 
vii 
UN  
United Nations 
UNDP 
United Nation Development Programme 
UNFCCC  
United Nations Framework Convention on Climate Change 
UNISDR 
United Nations International Strategy for Disaster Reduction 
UNPD 
United Nations Population Division 
UNU-EHS 
United Nations University, Institute for Environment and Human Security 
WCMC 
World Conservation Monitoring Centre 
WHO 
World Health Organization 
WRI 
World Resources Institute 
 
 
All dollar values in the report are US dollars 
 
 
 
 
 
 
 
 
background image
 
 
E xecutive Summary 
Even with global emissions of greenhouse gases drastically reduced in the coming years, the global 
annual average temperature is expected to be 2
o
C above pre-industrial levels by 2050. A 2
o
C warmer 
world will experience more intense rainfall and more frequent and more intense droughts, floods, heat 
waves, and other extreme weather events. Households, communities, and planners need to put in place 
measures and initiatives that “reduce the vulnerability of natural and human systems against actual and 
expected climate change effects” (IPCC 2007). Without such adaptation, development progress will be 
threatened—perhaps even reversed.  
 
While countries need to adapt to manage the unavoidable, they need to take decisive mitigation measures 
to avoid the unmanageable. Unless the world begins immediately to reduce greenhouse gas emissions 
significantly, global annual average temperature will increase by about 2.5
o
–7
o
C above pre-industrial 
levels by the end of the century. Temperature increases higher than 2
o
C—say on the order of 4
o
C—are 
predicted to significantly increase the likelihood of irreversible and potentially catastrophic impacts such 
as the extinction of half of species worldwide, inundation of 30 percent of coastal wetlands, and 
substantial increases in malnutrition and diarrheal and cardio-respiratory diseases. Even with substantive 
public interventions, societies and ecosystems will not be able to adapt to these impacts.  
 
Under the December 2007 Bali Action Plan, adopted at the United Nations Climate Change Conference, 
developed countries have agreed to “adequate, predictable, and sustainable financial resources and the 
provision of new and additional resources, including official and concessional funding for developing 
country parties” (UNFCCC 2008) to help them adapt to climate change.  
 
Yet, existing studies on adaptation costs provide only a wide range of estimates, from $4 billion to $109 
billion a year, and have many gaps. Similarly, National Adaptation Programs of Action (prepared by 
Least Developed Countries under the United Nations Framework Convention on Climate Change, 
UNFCCC) identify and cost only urgent and immediate adaptation needs, and countries do not typically 
incorporate adaptation measures into long-term development plans.  
 
Putting a price tag on adaptation 
To shed light on adaptation costs—and with the global climate change negotiations resuming in 
December 2009 in Copenhagen—the Economics of Adaptation to Climate Change (EACC) study was 
initiated by the World Bank in early 2008, funded by the governments of the Netherlands, Switzerland, 
and the United Kingdom. Its objectives are to develop an estimate of adaptation costs for developing 
countries and to help decision makers in developing countries understand and assess the risks posed by 
climate change and design better strategies to adapt to climate change.  
 
The initial study report, which focuses on the first objective, finds that the cost between 2010 and 2050 of 
adapting to an approximately 2
o
C warmer world by 2050 is in the range of $75 billion to $100 billion a 
year. This sum is of the same order of magnitude as the foreign aid that developed countries now give 
developing countries each year, but it is still a very low percentage of the wealth of countries as measured 
by their GDP. A second report, based on seven country case studies (Bangladesh, Plurinational State of 
background image
 
 
Bolivia, Ethiopia, Ghana, Mozambique, Samoa, and Vietnam) and expected by March 2010, will focus on 
the second objective. 
 
Using a consistent methodology  
The intuitive approach to costing adaptation involves comparing a future world without climate change 
with a future world with climate change. The difference between these two worlds entails a series of 
actions to adapt to the new world conditions. And the costs of these additional actions are the costs of 
adapting to climate change. With that in mind, the study took the following four steps: 
  
 
Picking a baseline. For the timeframe, the world in 2050 was chosen, not beyond (forecasting climate 
change and its economic impacts becomes even more uncertain beyond this period). Development 
baselines were crafted for each sector, essentially establishing a growth path in the absence of climate 
change that determines sector-level performance indicators (such as stock of infrastructure assets, 
level of nutrition, and water supply availability). The baselines used a consistent set of GDP and 
population forecasts for 2010–50. 
 
 
Choosing climate projections. Two climate scenarios were chosen to capture as large as possible a 
range of model predictions. Although model predictions do not diverge much in projected 
temperatures increases by 2050, precipitation changes vary substantially across models. For this 
reason, model extremes were captured by using the two model scenarios that yielded extremes of dry 
and wet climate projections. Catastrophic events were not captured, however. 
 
 
Predicting impacts. An analysis was done to predict what the world would look like under the new 
climate conditions. This meant translating the impacts of changes in climate on the various economic 
activities (agriculture, fisheries), on people’s behavior (consumption, health), on environmental 
conditions (water availability, oceans, forests), and on physical capital (infrastructure).  
 
 
Identifying adaptation alternatives and costing. Adaptation costs were estimated by major economic 
sector—infrastructure, coastal zones, water supply and flood management, agriculture, fisheries, 
human health, and forestry and ecosystem services. Cost implications of changes in the frequency of 
extreme weather events were also considered. Cross-sectoral analysis of costs was not feasible. 
 
Putting the methodology to work 
The next step was adjusting and tailoring each step to the data and information available, a 
distinctive feature of the EACC study. The study used extensive global and national data sets, 
including World Bank projects and global economic indicators. In the process, several questions 
arose.  
 
What exactly is “adaptation”? Is development adaptation? In reality, developing countries face not only 
a deficit in adapting to current climate variation, let alone future climate change, but also deficits in 
background image
 
 
providing education, housing, health, and other services. Thus, many countries face a more general 
“development deficit,” of which the part related to climate events is termed the “adaptation deficit.” 
 
There are two ways to estimate the costs of adaptation: with the adaptation deficit or without it. This 
study chose to make the adaptation deficit a part of the development baseline, so that adaptation costs 
cover only the additional costs to cope with future climate change. Thus, the costs of measures that would 
have been undertaken even without climate change are not included in adaptation costs, but the costs of 
doing more, doing different things (policy and investment choices), and doing things differently are.  
 
Which adaptation measures? Adaptation measures can be classified by the initiating economic sector—
public or private. This study includes planned adaptation (adaptation that results from a deliberate public 
policy decision) but not autonomous or spontaneous adaptation (adaptation by households and 
communities acting on their own without public interventions but within an existing public policy 
framework). Since the objective is to help governments plan for risks, it is important to have an idea of 
what problems private markets will solve on their own, how public policies and investments can 
complement markets, and what measures are needed to protect public assets and vulnerable people—that 
is, planned adaptation.  
 
In all sectors, “hard” options involving engineering solutions were favored over “soft” options based on 
policy changes and social capital mobilization—except in the study of extreme weather events where the 
emphasis is on investment in human resources, particularly those of women. Although hard adaptation 
options are feasible in nearly all settings, while soft options depend on social and institutional capital and 
thus may not be available in many settings, this focus on hard options was largely to ease computation of 
adaptation costs and not to suggest that these are always preferable.  
 
How much adaptation is appropriate? Countries have several options. They can try to fully adapt, so that 
society is at least as well off as it was before climate change. They can choose to do nothing—to suffer 
(or enjoy the benefits from) the full impact of climate change. Or they can decide to adapt to the level 
where the benefits from adaptation equal their costs, at the margin. The study assumes that countries will 
adapt up to the level at which they enjoy the same level of welfare in the (future) world as they would 
have without climate change. This is not necessarily the most economically rational decision, but it is a 
practical rule that greatly simplifies the exercise.  
 
How should benefits be costed? What happens if climate changes lead to lower investment or 
expenditure requirements for some sectors in some countries—for example, changes in demand for 
electricity or water lead to lower requirements for electricity generating capacity, water storage, and water 
treatment? In such cases, the “costs” of adaptation are negative. For calculating global costs, this becomes 
a summation problem. Rather than making an explicit decision on whether to offset potential benefits of 
climate change against costs of adaptation, whether across sectors or countries, the study presents costs 
using three aggregation methods—gross (no netting of costs), net (benefits are netted across sectors and 
countries), and X-sums (positive and negative items are netted within countries but not across countries). 
The study opted to use X-sums in reporting most adaptation costs in the interest of space, although similar 
trends hold for the other aggregation methods. 
background image
 
 
  
The global price tag  
Overall, the study estimates that the cost between 2010 and 2050 of adapting to an approximately 2
o
warmer world by 2050 is in the range of $75 billion to $100 billion a year (table 1). This sum is the 
same order of magnitude as the foreign aid that developed countries now give developing countries each 
year, but it is still a very low percentage of the wealth of countries (measured by their GDP). 
 
Table 1. Total annual costs of adaptation for all sectors, by region, 2010–50 ($ billions at 2005 
prices, no discounting) 
Cost 
aggregation 
type 
East 
Asia 
and 
Pacific 
Europe 
and 
Central 
Asia 
Latin 
America 
and 
Caribbean 
Middle 
East 
and 
North 
Africa 
South 
Asia 
Sub-
Saharan 
Africa 
Total 
National Centre for Atmospheric Research (NCAR), wettest scenario
 
Gross sum 
28.7  
10.5  
22.5  
4.1  
17.1  
18.9  
101.8  
X-sum 
25.0  
9.4  
21.5  
3.0  
12.6  
18.1  
89.6  
Net sum 
25.0  
9.3  
21.5  
3.0  
12.6  
18.1  
89.5  
Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO), driest scenario
 
Gross sum 
21.8  
6.5  
18.8  
3.7  
19.4  
18.1  
88.3  
X-sum 
19.6  
5.6  
16.9  
3.0  
15.6  
16.9  
77.6  
Net sum 
19.5  
5.2  
16.8  
2.9  
15.5  
16.9  
76.8  
Note: The gross aggregation method sets negative costs in any sector in a country to zero before costs are aggregated 
for the country and for all developing countries. The X-sums net positive and negative items within countries but not 
across countries and include costs for a country in the aggregate as long as the net cost across sectors is positive for 
the country. The net aggregate measure nets negative costs within and across countries. 
Source: Economics of Adaptation to Climate Change study team.
 
 
Total adaptation costs calculated by the gross sum method average $10 billion a year more than 
by the other two methods (the insignificant difference between the X-sum and net sum figures is 
largely a coincidence). The difference is driven by countries that appear to benefit from climate 
change in the water supply and flood protection sector, especially in East Asia and Pacific and 
South Asia. 
 
background image
 
 
The drier scenario (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization, CSIRO) requires 
lower total adaptation costs than does the wetter scenario (National Centre for Atmospheric Research, 
NCAR)
, largely because of the sharply lower costs for infrastructure, which outweigh the higher costs for 
water and flood management. In both scenarios, infrastructure, coastal zones, and water supply and flood 
protection account for the bulk of the costs. Infrastructure adaptation costs are highest for the wetter 
scenario, and coastal zones costs are highest for the drier scenario. 
 
On a regional basis, for both climate scenarios, the East Asia and Pacific Region bears the highest 
adaptation cost,
 and the Middle East and North Africa the lowest. Latin America and the Caribbean and 
Sub-Saharan Africa follow East Asia and Pacific in both scenarios (figures 1 and 2). On a sector 
breakdown, the highest costs for East Asia and the Pacific are in infrastructure and coastal zones; for Sub-
Saharan Africa, water supply and flood protection and agriculture; for Latin America and the Caribbean, 
water supply and flood protection and coastal zones; and for South Asia, infrastructure and agriculture.  
 
Figure 1. East Asia and Pacific has the highest cost of adpatation in the wetter scenario, followed by 
Latin America and the Caribbean 
Total annual cost of adaptation and share of costs for National Centre for Atmospheric Research 
(NCAR) scenario, by region ($ billions at 2005 prices, no discounting)  
 
Note: EAP is East Asia and Pacific, ECA is Europe and Central Asia, LAC is Latin America and Caribbean, MNA 
is Middle East and North Africa, SAS is South Asia, and SSA is Sub-Saharan Africa.  
Source: Economics of Adaptation to Climate Change study team. 
 
 
 
28%
10%
24%
3%
14%
20%
$25.0
$9.4
$21.5
$3.0
$12.6
$18.1
NCAR
EAP
ECA
LAC
MNA
SAS
SSA
background image
 
 
Figure 2. East Asia and Pacific has the highest cost of adpatation in the drier scenario, followed by 
Latin America and the Caribbean and Sub-Saharan Africa 
Total annual cost of adaptation and share of costs for Commonwealth Scientific and Industrial 
Research Organization (CSIRO) scenario, by region ($ billions at 2005 prices, no discounting) 
 
Note: EAP is East Asia and Pacific, ECA is Europe and Central Asia, LAC is Latin America and Caribbean, MNA 
is Middle East and North Africa, SAS is South Asia, and SSA is Sub-Saharan Africa.  
Source: Economics of Adaptation to Climate Change study team. 
 
Not surprisingly, both climate scenarios show costs increasing over time, although falling as a 
percentage of GDP
—suggesting that countries become less vulnerable to climate change as their 
economies grow (figures 3 and 4). There are considerable regional variations, however. Adaptation costs 
as a percentage of GDP are considerably higher in Sub-Saharan Africa than in any other region, in large 
part because of the lower GDPs in this region.  
 
25%
7%
22%
4%
20%
22%
$19.6
$5.6
$16.9
$3.0
$15.6
$16.9
EAP
ECA
LAC
MNA
SAS
SSA
background image
 
 
Figure 3. The absolute costs of adaptation rise over time... 
Total annual cost of adaptation for National Centre for Atmospheric Research (NCAR) scenario, by 
region and decade ($ billions at 2005 prices, no discounting) 
 
Note: EAP is East Asia and Pacific, ECA is Europe and Central Asia, LAC is Latin America and Caribbean, MNA 
is Middle East and North Africa, SAS is South Asia, and SSA is Sub-Saharan Africa.  
Source: Economics of Adaptation to Climate Change study team. 
 
0
5
10
15
20
25
30
2010-19
2020-29
2030-39
2040-49
U
S
B
illion
s
Years
EAP
ECA
LAC
MNA
SAS
SSA
background image
 
 
Figure 4. ...but fall as a share of GDP 
Total annual costs of adaptation for National Centre for Atmospheric Research (NCAR) scenario as 
share of GDP, by decade and region (percent, at 2005 prices, no discounting) 
 
Note: EAP is East Asia and Pacific, ECA is Europe and Central Asia, LAC is Latin America and Caribbean, MNA 
is Middle East and North Africa, SAS is South Asia, and SSA is Sub-Saharan Africa.  
Source: Economics of Adaptation to Climate Change study team. 
 
Turning to the EACC analyses of sectors and extreme events, the findings offer some insights for 
policymakers who must make tough choices in the face of great uncertainty.  
 
Infrastructure. This sector has accounted for the largest share of adaptation costs in past studies and takes 
up a major share in the EACC study—in fact, the biggest share for the NCAR (wettest) scenario because 
the adaptation costs for infrastructure are especially sensitive to levels of annual and maximum monthly 
precipitation. Urban infrastructure—urban drainage, public buildings and similar assets—accounts for 
about 54 percent of the infrastructure adaptation costs, followed by roads (mainly paved) at 23 percent. 
East Asia and the Pacific and South Asia face the highest costs, reflecting their relative populations. Sub-
Saharan Africa experiences the greatest increase over time with its adaptation costs rising from $1.1 
billion a year for 2010–19 to $6 billion a year for 2040–49.  
 
Coastal zones. Coastal zones are home to an ever growing concentration of people and economic activity, 
yet they are also subject to a number of climate risks, including sea-level rise and possible increased 
intensity of tropical storms and cyclones. These factors make adaptation to climate change critical. The 
EACC study shows that coastal adaptation costs are significant and vary with the magnitude of sea-level 
rise, making it essential for policymakers to plan while accounting for the uncertainty. One of the most 
striking results is that Latin America and the Caribbean and East Asia and the Pacific account for about 
two-thirds of the total adaptation costs (see figures 1 and 2).  
 
0.00%
0.10%
0.20%
0.30%
0.40%
0.50%
0.60%
0.70%
0.80%
EAP
ECA
LAC
MNA
SAS
SSA
C
os
ts as
 p
e
r
c
e
n
t of
 
G
D
P
World Bank Region
2010-19
2020-29
2030-39
2040-49
background image
 
 
Water supply. Climate change has already affected the hydrological cycle, a process that is expected to 
intensify over the course of the 21
st
 century. In some parts of the world, water availability has increased 
and will continue to increase, but in other parts, it has decreased and will continue to do so. Moreover, the 
frequency and magnitude of floods are expected to rise, because of projected increases in the intensity of 
rainfall. Accounting for the climate impacts, the study shows that water supply and flood management 
ranks as one of the top three adaptation costs in both the wetter and drier scenarios, with Sub-Saharan 
Africa footing by far the highest costs. Latin America and the Caribbean also sustain high costs under 
both models, and South Asia sustains high costs under CSIRO. 
 
Agriculture. Climate change affects agriculture by altering yields and changing areas where crops can be 
grown. The EACC study shows that changes in temperature and precipitation from both climate scenarios 
will significantly hurt crop yields and production—with irrigated and rainfed wheat and irrigated rice the 
hardest hit. South Asia shoulders the biggest declines in production but developing countries fare worse 
for almost all crops compared to developed countries. Moreover, the changes in trade flow patterns are 
dramatic. Under the NCAR, developed country exports increase by 28 percent while under the CSIRO 
they increase by 75 percent compared with 2000 levels. South Asia becomes a much larger importer of 
food under both scenarios, and East Asia and Pacific becomes a net food exporter under the NCAR. In 
addition, the decline in calorie availability brought about by climate change raises the number of 
malnourished children.  
 
Human health. The key human health impacts of climate change include increases in the incidence of 
vector-borne disease (malaria), water-borne diseases (diarrhea), heat- and cold-related deaths, injuries and 
deaths from flooding, and the prevalence of malnutrition. The EACC study, which focuses on malaria and 
diarrhea, finds adaptation costs falling in absolute terms over time to less than half the 2010 estimates of 
adaptation costs by 2050. Why do costs decline in the face of higher risks? The answer lies in the benefits 
expected from economic growth and development. While the declines are consistent across regions, the 
rate of decline in South Asia and East Asia and Pacific is more rapid than in Sub-Saharan Africa. As a 
result, by 2050 more than 80 percent of the health sector adaption costs will be shouldered by Sub-
Saharan Africa.  
 
Extreme weather events. In the absence of reliable data on emergency management costs, the EACC 
study tries to shed light on the role of socioeconomic development in increasing climate resilience. It 
asks: As climate change increases potential vulnerability to extreme weather events, how many additional 
young women would have to be educated to neutralize this increased vulnerability? And how much would 
it cost? The findings show that by 2050, neutralizing the impact of extreme weather events requires 
educating an additional 18 million to 23 million young women at a cost of $12 billion to $15 billion a 
year
. For the period 2000–50 as a whole, the tab reaches about $300 billion in new outlays. This means 
that in the developing world, neutralizing the impact of worsening weather over the coming decades will 
require educating a large new cohort of young women at a cost that will steadily escalate to several billion 
dollars a year. However, it will be enormously worthwhile on other margins to invest in education for 
millions of young women who might otherwise be denied its many benefits. 
 
 
 
background image
 
 
10 
Putting the findings in context 
How does this study compare with earlier studies? The EACC estimates are in the upper end of 
estimates
 provided by the UNFCCC (2007), the study closest in approach to the EACC (table 2), 
although not as high as suggested by a recent critique of the UNFCCC study by Parry and others 
(2009). 
 
Why are the EACC estimates so much higher than those of the UNFCCC? To begin with, even 
though a comparison of the studies is limited by a number of methodological differences (in 
particular, the use of a consistent set of climate models to link impacts to adaptation costs and an 
explicit separation of costs of development from those of adaptation in the EACC study), the 
major difference between them is the sixfold increase in the cost of coastal zone management 
and defense under the EACC study. This difference reflects several improvements to the earlier 
UNFCCC estimates under the EACC study: better unit cost estimates, including maintenance 
costs, and the inclusion of costs of port upgrading and risks from both sea-level rise and storm 
surges. 
 
Table 2. Comparison of adaptation cost estimates by the United Nations Framework Convention on 
Climate Change and the Economics of Adaptation to Climate Change 
Sector 
United Nations 
Framework 
Convention on 
Climate Change 
(2007) 
Economics of Adaptation to Climate 
Change study 
National Centre 
for Atmospheric 
Research (NCAR), 
wettest scenario 
Commonwealth 
Scientific and 
Industrial Research 
Climate 
(
CSIRO), 
driest scenario  
Infrastructure 
2-41 
29.5 
13.5 
Coastal zones 
30.1 
29.6 
Water supply and flood 
protection 
13.7 
19.2 
Agriculture, forestry, fisheries 
7.6 
7.3 
Human health 
1.6 
Extreme weather events 
— 
6.7 
6.5 
Total 
28-67 
89.6 
77.7 
Source: UNFCCC (2007) and Economics of Adaptation to Climate Change study team. 
 
 
Another reason for the higher estimates is the higher costs of adaptation for water supply and 
flood protection under the EACC study, particularly for the drier climate scenario, CSIRO. This 
difference is explained in part by the inclusion of riverine flood protection costs under the EACC 
study. Also pushing up the EACC study estimate is the study’s comprehensive sector coverage, 
especially inclusion of the cost of adaptation to extreme weather events.  
background image
 
 
11 
 
The infrastructure costs of adaptation in the EACC study fall in the middle of the UNFCCC 
range because of two contrary forces. Pushing up the EACC estimate is the more detailed 
coverage of infrastructure. Previous studies estimated adaptation costs as the costs of climate-
proofing new investment flows and did not differentiate risks or costs by type of infrastructure. 
The EACC study extended this work to estimate costs by types of infrastructure services—
energy, transport, water and sanitation, communications, and urban and social infrastructure. 
Pushing down the EACC study estimate are measurements of adaptation against a consistently 
projected development baseline and use of a smaller multiplier on baseline investments than in 
the previous literature, based on a detailed analysis of climate proofing, including adjustments to 
design standards and maintenance costs.  
 
The one sector where the EACC study estimates are actually lower than the UNFCCC study is 
human health. The reason for this divergence is in part because of the inclusion of the 
development baseline, which reduces the number of additional cases of malaria, and thereby 
adaptation costs, by some 50 percent by 2030 under the EACC study. 
 
The bottom line is that calculating the global cost of adaptation remains a complex problem, requiring 
projections of economic growth, structural change, climate change, human behavior, and government 
investments 40 years in the future. The EACC study has tried to establish a new benchmark for research 
of this nature, as it adopted a consistent approach across countries and sectors and over time. But in the 
process, it had to make important assumptions and simplifications, to some degree biasing the estimates. 
 
 
Adaptation costs are calculated as though decisionmakers knew with certainty what the future climate 
will be, when in reality the current climate knowledge does not permit even probabilistic statements 
about country-level climate outcomes. In a world where decisionmakers hedge against a range of 
outcomes, the costs of adaptation could be potentially higher. 
 
 
Of the many global climate projections available for the baseline, only the set reporting maximum 
and minimum temperatures—and within that set, only the two yielding the wettest and the driest 
outcomes—were used. In addition, only one growth path was applied. A limited sensitivity analysis 
finds that a small number of countries face enormous variability in the costs of adapting to climate 
change given the uncertainty about the extent and nature of climate change. Moreover, the costs of 
managing these risks could be substantially higher. 
 
 
Climate science tells us that the impacts will increase over time and that major effects such as melting 
of ice sheets will occur further into the future. Even so, the study opted for projecting what is known 
today with greater certainty rather than making even less reliable longer-term estimates. Thus the 
investment horizon of this study is 2050 only. A longer time horizon would increase total costs of 
adaptation. 
 
background image
 
 
12 
 
The study looks only at additional public sector (budgetary) costs imposed by climate change, not the 
costs incurred by individuals and private agents. Similarly, the study generally opted for hard 
adaptation measures that require an engineering response rather than an institutional or behavioral 
response. Soft adaptation measures often can be more effective and can avoid the need for more 
expensive physical investment. But as a first-cut global study, it was not possible to know whether 
effective institutions and community-level collective action, which are preconditions for the 
implementation of soft actions, exist in a given setting. While incorporating private adaptation would 
increase cost estimates, including soft measures could potentially decrease them. 
 
 
Other limitations include not being able to incorporate innovation and technical change; leaving out 
local-level impacts, particularly the incidence on more vulnerable groups and the distributional 
consequences of adaptation; not examining migration; and only partially accounting for adaptation 
costs related to ecosystem services because of gaps in scientific understanding of the impact of 
climate change on ecosystems. Relaxing the first of these limitations could lead to significant 
reductions in adaptation costs, while a more comprehensive assessment of ecosystem services would 
lead to an increase. 
 
Lessons and recommendations  
Four lessons stand out from the study.  
 
First, adaptation to a 2
o
C warmer world will be costly. The study puts the cost of adapting between 2010 
and 2050 to an approximately 2
o
C warmer world by 2050 at $75 billion to $100 billion a year. The 
estimate is in the upper range of existing estimates, which vary from $4 billion to $109 billion. Although 
the estimate involves considerable uncertainty (especially on the science side), it gives policymakers—for 
the first time—a carefully calculated number to work with. The value added of the study lies in the 
consistent methodology used to estimate the cost of adaptation—in particular, the way the study 
operationalizes the concept of adaptation.  
 
Second, the world cannot afford to neglect mitigation. Adapting to an even warmer world than the 2
o
assumed for the study—on the order of 4
o
C above pre-industrial levels by the end of the century—would 
be much more costly. Adaptation minimizes the impacts of climate change, but it does not tackle the 
causes. If we are to avoid living in a world that must cope with the extinction of half of its species, the 
inundation of 30 percent of coastal wetlands, and a large increase in malnutrition and diarrheal and 
cardio-respiratory diseases, countries must take steps immediately to sharply reduce greenhouse gas 
emissions.  
 
Third, development is imperative, but it must take a new form. Development is the most powerful form 
of adaptation. It makes economies less reliant on climate-sensitive sectors, such as agriculture. It boosts 
the capacity of households to adapt by increasing levels of incomes, health, and education. It enhances the 
ability of governments to assist by improving the institutional infrastructure. And it dramatically reduces 
the number of people killed by floods and affected by floods and droughts. But adaptation requires that 
we go about development differently: breeding crops that are drought and flood tolerant, climate-proofing 
background image
 
 
13 
infrastructure, reducing overcapacity in the fisheries industry, and accounting for the uncertainty in future 
climate projections in development planning. 
 
Countries may have to shift patterns of development or manage resources in ways that take account of the 
potential impacts of climate change. Often, the reluctance to change reflects the political and economic 
costs of changing policies and (quasi-) property rights that have underpinned decades or even centuries of 
development. Countries experiencing rapid economic growth have an opportunity to reduce the costs 
associated with the legacy of past development by ensuring that future development takes account of 
prospective changes in climate conditions. The clearest, and probably most rewarding, opportunities to 
reduce adaptation costs lie in the water sector, with coastal and flood protection. But other sectors also 
stand to benefit.  
 
Fourth, uncertainties are large, so robust and flexible policies and more research are needed. The 
imprecision of models projecting the future climate is the major source of uncertainty and risk for 
decision makers. Thus, it is crucial to undertake research, collect data, and disseminate information so 
that if climate change turns out to have worse impacts than anticipated in 20 or 30 years, countries can 
respond more quickly and effectively. In the meantime, countries should pursue low-cost policies and 
investments on the basis of the best or median forecast of climate change at the country level. At the same 
time, countries should avoid making investments that will be highly vulnerable to adverse climate change 
outcomes. For durable climate-sensitive investments, strategies should maximize the flexibility to 
incorporate new climate knowledge as it emerges. Hedging against varying climate outcomes, for 
example by preparing for both drier and wetter conditions for agriculture, would raise the cost of adapting 
well beyond what has been estimated here. 
 
 
background image
 
 
14 
Section 1. B ackground and M otivation 
 
All countries, developing and developed, need to adapt to climate change. Even if global emissions of 
greenhouse gases are drastically reduced and concentrations are stabilized at 450 parts per million (ppm) 
of equivalent carbon dioxide (CO
2
e), the annual global mean average temperature is expected to be 2
o
above pre-industrial levels by the middle of the century.
1
 
 With a 2
o
C rise will come a higher incidence of 
intense rainfall events and a greater frequency and intensity of droughts, floods, heat waves, and other 
extreme weather events. Households, communities, and planners will need to take measures that “reduce 
the vulnerability of natural and human systems against actual and expected climate change effects” (IPCC 
2007, p. 3). Development will require such adaptation, and development progress may even be reversed 
as the increased incidence of extreme weather events and rising sea levels results in higher mortality and 
loss of assets, drawing resources from development; as greater incidence of infectious and diarrheal 
diseases reverses development gains in health standards; and as temperature and precipitation changes 
reduce agricultural productivity and the payoffs from agricultural investments.  
While countries need to adapt to manage the unavoidable, decisive mitigation is required to avoid 
the unmanageable.
 Unless the world begins immediately to substantially reduce greenhouse gas 
emissions, annual global mean average temperature will rise by some 2.5–7
o
C over pre-industrial levels 
by the end of the century. Temperature increases of more than 2
o
C will substantially increase the 
likelihood of irreversible and potentially catastrophic impacts such as the extinction of half of all species, 
inundation of 30 percent of coastal wetlands, and massive increases in malnutrition and diarrheal and 
cardio-respiratory diseases (World Bank 2010). Even with government interventions, societies and 
ecosystems will not be able to adapt to impacts of this magnitude. Mitigation, to avoid a further rise in 
greenhouse gas emissions, is the only way to deal with climate change that is not already inevitable.
2
 
 
Adaptation will be costly, but there is little information about just how costly. Under the Bali Action 
Plan adopted at the 2007 United Nations Climate Change Conference, developed countries agreed to 
allocate “adequate, predictable, and sustainable financial resources and [to provide] new and additional 
resources, including official and concessional funding for developing country parties” (UNFCCC 2008) 
to help them adapt to climate change. The plan views international cooperation as essential for building 
capacity to integrate adaptation measures into sectoral and national development plans. Yet studies on the 
costs of adaptation (discussed in more detail later in the report) offer a wide range of estimates, from $4 
billion to $109 billion a year. A recent critique of existing estimates suggests that these may be substantial 
underestimates (Parry and others 2009). Similarly, National Adaptation Programmes of Action, developed 
by the Least Developed Countries under Article 4.9 of the United Nations Framework Convention on 
Climate Change (UNFCCC), identify and cost only urgent and immediate adaptation measures and do not 
incorporate the measures into long-term development plans.  
 
                                                      
1
 With current greenhouse gas concentrations at about 400 parts per million, annual average global 
temperature is already 0.8
o
C above pre-industrial levels.  
2
 Mitigation is not discussed in this report, which focuses on adaptation.
 
background image
 
 
15 
This Economics of Adaptation to Climate Change (EACC) study is intended to fill this knowledge 
gap.
 Soon after the Bali Conference of Parties, a partnership of the governments of Bangladesh, 
Plurinational State of Bolivia, Ethiopia, Ghana, Mozambique, Samoa, and Vietnam and the World Bank 
initiated the EACC study to estimate the cost of adapting to climate change. The study, funded by the 
governments of the Netherlands, Switzerland, and the United Kingdom, also aims to help countries 
develop plans that incorporate measures necessary to adapt to climate change.  
background image
 
 
16 
Section 2. Study Objectives and Structure 
The EACC study has two broad objectives: to develop a global estimate of adaptation costs for informing 
the international community’s efforts to help the developing countries most vulnerable to climate change 
meet adaptation costs, and to help decisionmakers in developing countries assess the risks posed by 
climate change and design strategies for adapting to climate change. That requires costing, prioritizing, 
sequencing, and integrating robust adaptation strategies into development plans and budgets. And it 
requires strategies to deal with high uncertainty, potentially high future damages, and competing needs for 
investments for social and economic development.  
 
Supporting developing country efforts to design adaptation strategies requires incorporating country-
specific characteristics and sociocultural and economic conditions into analyses. Providing macro-level 
information to developed and developing countries to support international negotiations and to identify 
the overall costs of adaptation to climate change requires analysis at a more aggregate level. Reconciling 
the two needs involves a tradeoff between the specifics of individual countries and a global picture. 
  
The methodology developed for this study met both objectives by linking the country-level analysis with 
the analysis for estimating the global costs of adaptation. Initially, the intention was to use country case 
studies to develop unit least costs of adaptation and then to apply them to similar adaptation conditions in 
other developing countries. As the country level analysis got under way, however, it became clear that 
generalizing from the seven country cases (the seven partnering countries) would not work. A two-track 
approach—a global track to meet the first study objective and a case study track to meet the second—
would yield a more robust estimate.  
 
For the global track, country-level data sets with global coverage are used to estimate adaptation costs for 
all developing countries by sector—infrastructure, coastal zones, water supply and flood protection, 
agriculture, fisheries and ecosystem services, human health, and forestry. The cost implications of 
changes in the frequency of extreme weather events are also considered. For most sectors, a consistent set 
of future climate and precipitation projections are used to establish the nature of climate change, and a 
consistent set of GDP and population projections are used to establish a baseline of how development 
would look in the absence of climate change. This information is used to establish economic and social 
impacts and the costs of adaptation (left side of figure 1). 
 
For the country track, the impacts of climate change and adaptation costs are being established only for 
the major economic sectors in each case study country (see right side of figure 1). To complement the 
global analysis, vulnerability assessments and participatory scenario development workshops are being 
used to highlight the impact of climate change on vulnerable groups and to identify appropriate adaptation 
strategies (see box 1). Macroeconomic analyses are being used to integrate the sectoral analyses and to 
identify cross-sector effects, such as relative price changes. Finally, in two country case studies (Bolivia 
and Samoa), an investment model is being developed to prioritize and sequence adaptation measures (see 
box 2).  
 
background image
 
 
17 
Figure 1. Economics of Adaptation to Climate Change study structure: global and country tracks 
 
Global track 
 
Country track 
  
  
Source: Economics of Adaptation to Climate Change study team. 
 
The two tracks are intended to inform each other, to improve the overall quality of the analysis. This 
report presents the methodology and the results for the global track. The report for the case study track 
will be released early in 2010, by which time lessons from the country studies will be used to validate and 
improve the estimate of total adaptation costs, resulting in a final report of the global track in early 2010. 
 
Though the current report has undergone intensive review, with an internal World Bank review of the 
concept note, methodology note, and draft report and reviews of draft sector chapters by an external and 
an internal expert, the current report is nonetheless considered a consultation draft. Revisions to account 
for comments received during the consultation process with a wide range of stakeholders will also be 
incorporated in the final report. 
 
Box 1. Understanding what adaptation means for the most vulnerable social groups 
The negative impacts of climate change will be experienced most intensely by the poorest people in 
developing countries. Just as development alone will not be enough to equip all countries or regions to 
adapt to climate change, neither do all individuals or households within a country or region enjoy the 
same levels of adaptive capacity (Mearns and Norton forthcoming). Drivers of physical, economic, and 
social vulnerability (socioeconomic status, dependence on natural resource based livelihood sources, and 
physical location, compounded by factors that shape social exclusion such as gender, ethnicity, and 
migrant status) act as multipliers of climate risk for poor households. Social variables further interact with 
institutional arrangements that are crucial in promoting adaptive capacity, including those that increase 
access to information, voice, and civic representation in setting priorities in climate policy and action 
(World Bank 2010). 
Work is under way in six developing countries (Bangladesh, Plurinational State of Bolivia, Ethiopia, 
Ghana, Mozambique, and Vietnam) under the EACC study to understand what adaptation means for 
social groups that are most vulnerable to the effects of climate change and what external support they 
need to help them take adaptation measures. This social component of the study combines vulnerability 
background image
 
 
18 
assessments in selected geographic hotspots with facilitated workshops applying participatory scenario 
development approaches. In the workshops, participants representing the interests of vulnerable groups 
identify preferred adaptation options and sequences of interventions based on local and national climate 
and economic projections. This approach complements the sectoral analyses of the costs of climate 
change adaptation in those countries. The findings on what forms of adaptation support various groups 
consider to be most effective—including “soft” adaptation options such as land use planning, greater 
public access to information, institutional capacity building, and integrated watershed management—have 
implications for the costs of adaptation. While this work is ongoing, some preliminary results from the 
country investigations in Bangladesh, Bolivia, Ethiopia, Ghana, and Mozambique are presented 
throughout this report to illustrate the range of adaptation options that are being suggested. 
 
Box 2. Climate-resilient investment planning 
A three-step methodology has been developed to help planners integrate climate risk and resilience into 
development policies and planning. The first is to identify and validate climate-resilient investment 
alternatives using a multicriteria decision analysis. This involves qualitative and quantitative impact 
assessments for each sector, consultation at the national level (government, policymakers, technical 
experts), and participatory workshops with community representatives and local authorities at the county 
level. The second step is to conduct a cost-benefit analysis for identified climate-resilient investment 
alternatives at a specific geographic unit. The final step is implementation of an investment planning 
model that allows the government to prioritize and sequence robust adaptation strategies into 
development plans and budgets. 
 
background image
19 
 
Section 3. Operational Definition of Adaptation C osts  
 
One of the biggest challenges of the study has been to operationalize the definition of adaptation costs
The concept is intuitively understood as the costs incurred by societies to adapt to changes in climate. The 
Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) defines adaptation costs as the costs of planning, 
preparing for, facilitating, and implementing adaptation measures, including transaction costs. But this 
definition is hard to operationalize. For one thing, “development as usual” needs to be conceptually 
separated from adaptation. That requires deciding whether the costs of development initiatives that 
enhance climate resilience ought to be counted as part of adaptation costs. It also requires deciding how to 
incorporate in those costs the adaptation deficit, defined as countries’ inability to deal with current and 
future climate variability. It requires defining how to deal with uncertainty about climate projections and 
impacts. And it requires specifying how potential benefits from climate change in some sectors and 
countries offset, if at all, adaptation costs in another sector or country. 
L inks between adaptation and development 
The climate change literature examines several links between adaptation and development. Many studies 
argue that economic development is the best hope for adaptation to climate change: development enables 
an economy to diversify and become less reliant on sectors such as agriculture that are most likely to be 
vulnerable to the effects of climate change. Development also makes more resources available for abating 
risk. And often the same measures promote development and adaptation. For example, progress in 
eradicating malaria helps countries develop and also helps societies adapt to the rising incidence of 
malaria that may accompany climate change.  
 
Adaptation to climate change is also viewed as essential for development: unless agricultural societies 
adapt to changes in temperature and precipitation (through changes in cropping patterns, for example), 
development will be delayed. Finally, adaptation requires a new type of climate-smart development that 
makes countries more resilient to the effects of climate change. Urban development without attention to 
drainage, for example, will exacerbate the flooding caused by heavy rains.  
 
These links suggest that adaptation measures range from discrete adaptation (interventions for which 
“adaptation to climate change is the primary objective”; WRI 2007) to climate-smart development 
(interventions to achieve development objectives that also enhance climate resilience) to development not 
as usual (interventions that can exacerbate the impacts of climate change and that therefore should not be 
undertaken). Since the Bali Action Plan calls for “new and additional” resources to meet adaptation costs, 
this report defines adaptation costs as additional to the costs of development. Consequently, the costs of 
measures that would have been undertaken even in the absence of climate change are not included in 
adaptation costs, while the costs of doing more, doing different things, and doing things differently are 
included.  
Defining the adaptation deficit 
Adaptation deficit has two meanings in the literature on climate change and development. One captures 
the notion that countries are underprepared for current climate conditions, much less for future climate 
change. Presumably, these shortfalls occur because people are underinformed about climate uncertainty 
and therefore do not rationally allocate resources to adapt to current climate events. The shortfall is not 
the result of low levels of development but of less than optimal allocations of limited resources resulting 
background image
20 
 
in, say, insufficient urban drainage infrastructure. The cost of closing this shortfall and bringing countries 
up to an “acceptable” standard for dealing with current climate conditions given their level of 
development is one definition of the adaptation deficit (figure 2). The second, perhaps more common, use 
of the term captures the notion that poor countries have less capacity to adapt to change, whether induced 
by climate change or other factors, because of their lower stage of development. A country’s adaptive 
capacity is thus expected to increase with development. This meaning is perhaps better captured by the 
term development deficit. 
 
Figure 2. A simplified interpretation of adaptation deficit 
 
 
 
 
 
 
 
 
Source: Economics of Adaptation to Climate Change study team. 
 
 
The adaptation deficit is important in this study for establishing the development baseline from which to 
measure the independent, additional effects of climate change. For example, should the costs of climate-
proofing infrastructure be measured relative to current provisions or to the levels of infrastructure 
countries would have had if they had no adaptation deficit? Because the adaptation deficit deals with 
current climate variability, the cost of closing the deficit is part of the baseline and not of the adaptation 
costs. Unfortunately, except in the most abstract modeling exercises, the costs of closing the adaptation 
deficit cannot be made operational (see box 3). This study therefore does not estimate the costs of closing 
the adaptation deficit and does not measure adaptation costs relative to a baseline under which the 
adaptation deficit has been closed.  
 
It is not obvious whether analyses that take a different approach and measure costs of adaptation relative 
to a baseline in which the adaptation deficit has been closed would estimate higher or lower adaptation 
costs. In infrastructure, for example, closing the adaptation deficit implies that a larger stock of 
infrastructure assets need be to climate-proofed, so closing the deficit in this sector could increase 
adaptation costs. In contrast, closing the adaptation deficit in agriculture might imply a lower percentage 
of rain-fed agriculture and therefore a lower impact of climate-change-induced droughts. Adaptation costs 
are likely to be reduced in the agricultural sector as a result. Analyses that include the costs of closing the 
adaptation deficit in the costs of adaptation are likely to estimate higher adaptation costs than those in this 
study. 
 
 
 
Additional capacity needed to 
handle future climate change 
ADAPTATION COSTS 
Capacity to address current 
climate variation 
 
ADAPTATION DEFICIT 
Appropriate capacity 
to deal with current 
climate variation 
 
Appropriate capacity to deal 
with future climate change 
background image
21 
 
Box 3. Difficulties in operationalizing the adaptation deficit 
 
Determining an acceptable level of adaptation to current climate variability is challenging. Some 
observers consider the cost of closing the adaptation deficit as the cost of making all developing 
countries—whatever their level of development—as prepared for current climate events as developed 
countries are. Others argue that the amount countries spend should depend on conditions in the country. 
For example, a poor country may devote fewer resources (than a rich country) on preventing loss of 
lives from storm surges and more resources on fighting malaria if more lives can be saved for the same 
amount of resources.  
 
Because these hard choices are necessary in a resource-constrained world, differences in the amount of 
resources devoted to adapting to current climate variability cannot be used as a proxy for the adaptation 
deficit. Establishing the existence of an adaptation deficit requires first establishing that the benefit-cost 
ratio of expenditures in climate-sensitive areas exceed those of expenditures in all other sectors. Then 
estimating the size of the adaptation deficit requires estimating the degree of government 
underspending in climate-sensitive areas relative to all other areas of the economy. Deficits for all 
developing countries would then need to be estimate to estimate the “global” adaptation deficit—
clearly not feasible. 
 
E stablishing the development baseline 
Establishing the magnitude of the adaptation deficit is not relevant for this study. Establishing the 
development baseline is. This is done sector by sector and assumes that countries grow along a 
“reasonable” development path. In agriculture, it is done by imposing exogenous, reasonable growth 
conditions on current development achievements, such as exogenous productivity growth, area expansion, 
and investments in irrigation. In other sectors, such as infrastructure, the baseline is established by 
considering historical levels of infrastructure provision, such as paved road density and length of sewer 
pipes, in countries at different levels of development. Table 1 shows the definition of the development 
baseline adopted for each sector.  
 
Table 1. Definition of development baseline, by sector 
Sector 
Development Baseline 
Infrastructure 
Average sector performance by income groups 
Coastal zones 
Efficient protection of coastline  
Water supply and flood 
protection 
Average municipal and industrial water demand by income groups; 
efficient protection against monthly flood with given return period 
Agriculture 
Exogenous productivity growth, area expansion, investment in 
irrigation 
Fisheries 
Maintenance of 2010 fish stocks  
Human health 
Health standard by income groups  
Forestry and ecosystem 
services 
Not established
a
 
Extreme weather events 
GDP-induced changes in mortality and numbers affected 
a. For reasons discussed in section 5, development baselines were not established for this sector. 
Source: Economics of Adaptation to Climate Change study team. 
background image
22 
 
H ow much to adapt 
The next issue is how much to adapt. One possibility is to adapt completely, so that society is at least as 
well off as it was before climate change. At the other extreme, countries could choose to do nothing, 
experiencing the full impact of climate change. Or countries could invest in adaptation using the same 
criteria as for other development projects, investing until the marginal benefits of the adaptation measure 
exceed the costs, which could lead to either to an improvement or a deterioration in social welfare relative 
to a baseline without climate change. 
 
How much to adapt is consequently an economic problem—how to allocate resources to adapt to climate 
change while also meeting other needs. And herein lies the challenge. Poor urban workers who live in a 
fragile slum dwelling might find it difficult to decide whether to spend money to strengthen their hut to 
make it less vulnerable to more intense rainfall, or to buy school books or first-aid equipment for their 
family—or how to allocate between the two. Poor rural peasants might find it difficult to choose between 
meeting these basic education and health needs and some simple form of irrigation to compensate for 
increased temperatures and their impact on agricultural productivity. These examples suggest that 
desirable and feasible levels of adaptation depend on both available income and other resources.  
  
Corresponding to a chosen level of adaptation is an operational definition of adaptation costs. If the policy 
objective is to adapt fully, then the cost of adaptation can be defined as the minimum cost of adaptation 
initiatives needed to restore welfare to levels prevailing before climate change. Restoring welfare may be 
prohibitively costly, however, and policymakers may choose an efficient level of adaptation instead. 
Adaptation costs would then be defined as the cost of restoring pre-climate change welfare standards to 
levels at which marginal benefits exceed marginal costs. Because welfare would not be fully restored, 
there would be residual damage from climate change after allowing for adaptation.  
 
In this study, largely due to limitations of existing models, adaptation costs are generally defined as the 
costs of development initiatives needed to restore welfare to levels prevailing before climate change and 
not as optimal levels of adaptation plus residual damage (to the extent that residual damages are 
compensated, original welfare is restored).
 The one exception is coastal zones, where adaptation costs are 
defined as the cost of measures to establish the optimal level of protection plus residual damage. This 
study assumption is expected to bias the estimates upwards.  
 
Since costs are estimated by sector, sectoral proxies for welfare were identified (table 2). In agriculture, 
for example, welfare is defined by the number of malnourished children and per capita calorie 
consumption.  
 
background image
23 
 
Table 2. Welfare proxies for defining sectoral adaptation costs 
Sector 
Welfare proxy 
Infrastructure 
Level of services 
Coastal zones 
Optimal level of protection plus residual damage 
Water supply and flood management 
Level of industrial and municipal water availability ; 
availability of flood protection 
Agriculture 
Number of malnourished children and per capita calorie 
consumption 
Fisheries 
Level of revenue 
Human health 
Health standard defined by burden of disease  
Forestry and ecosystem services 
Stock of forests; level of services 
Extreme weather events 
Number of deaths and people affected 
Source: Economics of Adaptation to Climate Change study team. 
 
Adapt to what? Uncertainty about climate outcomes 
Operationalizing adaptation costs requires dealing with the considerable uncertainty about future climate 
projections. Studies indicate that annual global mean average temperatures will increase (with a 2
0
increase by 2050 now considered inevitable), rainfall will become more intense in most places and 
possibly less frequent, sea levels will rise, other extreme climate events will become more frequent and 
more intense, and regional climate systems such as the El Niño Southern Oscillation phenomenon and the 
Asian monsoon will be altered.  
 
While there is considerable consensus among climate scientists on these general outlines of climate 
change, there is much less agreement on how climate change will affect a given location. Maps 1 and 2 
give a glimpse of this uncertainty for two global climate models—that of the Commonwealth Scientific 
and Industrial Research Organization (CSIRO) and that of the National Centre for Atmospheric Research 
(NCAR)—for the A2 scenario (“storyline”) of the IPCC Special Report on Emissions Scenarios (SRES). 
These maps illustrate qualitatively the range of potential climate outcomes with current modeling 
capabilities and thus are indicative of the uncertainty in climate change impacts. For example, the NCAR 
model has substantially higher average maximum temperatures than does the CSIRO model and a larger 
average increase in precipitation on land. The CSIRO model has substantial precipitation declines in the 
western Amazon, while NCAR shows declines in the eastern Amazon. CSIRO has substantial 
precipitation declines in Sub-Saharan Africa, while NCAR has increases there.  
 
background image
24 
 
Map 1. Projected change in average maximum temperature based on two climate models, 2000–50 
Commonwealth Scientific and Industrial 
Research Organization (CSIRO), driest 
scenario 
National Centre for Atmospheric Research 
(NCAR), wettest scenario 
 
 
 
Note: Projections are based on the A2 scenario of the IPCC Special Report on Emissions Scenarios (SRES). 
The Economics of Adaptation to Climate Change study team acknowledges the Program for Climate Model 
Diagnosis and Intercomparison and the World Climate Research Programme's (WCRP) Working Group on 
Coupled Modelling for their roles in making available the WCRP’s Coupled Model Intercomparison Project 
phase 3 (CMIP3) multimodel dataset. Support of this dataset is provided by the Office of Science, U.S. 
Department of Energy. 
Source: Maps are based on data developed at the MIT Joint Program for the Science and Policy of Global 
Change using CMIP3 data (the WCRP’s CMIP3) multimodel dataset. Maps were produced by the 
International Food Policy Research Institute. 
 
Map 2. Projected change in average annual precipitation based on two climate models, 
2000–50 
Commonwealth Scientific and Industrial 
Research Organization (CSIRO), driest 
scenario 
National Centre for Atmospheric Research 
(NCAR), wettest scenario 
 
 
Note: Projections are based on the A2 scenario of the IPCC Special Report on Emissions Scenarios (SRES). The 
Economics of Adaptation to Climate Change study team acknowledges the Program for Climate Model Diagnosis 
and Intercomparison and the World Climate Research Programme's (WCRP) Working Group on Coupled Modelling 
for their roles in making available the WCRP’s Coupled Model Intercomparison Project phase 3 (CMIP3) 
multimodel dataset. Support of this dataset is provided by the Office of Science, U.S. Department of Energy. 
background image
25 
 
Source: Maps are based on data developed at the MIT Joint Program for the Science and Policy of Global Change 
using CMIP3 data (the WCRP’s CMIP3) multimodel dataset. Maps were produced by the International Food Policy 
Research Institute. 
 
Large-scale discontinuities create even greater uncertainty. Most uncertain are risks related to systemic 
changes, such as the melting of the Greenland and West Antarctic ice sheets, the collapse of the Atlantic 
thermohaline circulation, and the die-back of the Amazon, all hard to predict and subject to sudden 
threshold changes that can trigger potentially irreversible processes. The precise timing and level of these 
triggers cannot be projected with confidence, but the science is clear that these risks are substantial. 
 
Such inherent uncertainties in climate projections suggest that a range of adaptation costs should be 
estimated for a range of climate scenarios.
 They also suggest that policymakers will have to hedge when 
making decisions with long-term consequences, weighing the current costs of investments against their 
benefits over a wide range of potential climate outcomes (see box 4).
 
The EACC has calculated the range 
of adaptation costs over wet (CSIRO) and dry (NCAR) scenarios to bracket adaptation costs between the 
two extreme scenarios. In the real world, where decisionmakers must hedge against a range of outcomes, 
actual expenditures are potentially much higher than these estimates.  
 
 
Box 4. Taking climate uncertainty into account: how should national policymakers interpret 
global numbers? 
 
Total adaptation costs for a specific climate projection are an estimate of the costs the world would 
incur if policymakers knew with certainty that that particular climate projection would materialize. But 
national policymakers do not have such certainty. At present, climate scientists agree that no climate 
model projection can be considered more likely than another. The current disparities in precipitation 
projections mean, for example, that ministers of agriculture have to consider the risks of both the 
wettest and the driest scenarios and thus whether to invest in irrigation to cope with droughts or in 
drainage to minimize flood damage, while urban planners in flood-prone areas have to decide whether 
to build dikes (and how high) without knowing whether the future will be wetter or drier.  
 
The EACC has calculated the range of adaptation costs over wet (CSIRO) and dry (NCAR) scenarios 
to bracket adaptation costs between the two extreme scenarios. This provides a range of estimates for a 
world in which decisionmakers have perfect foresight. In the real world, where decisionmakers must 
hedge against a range of outcomes, actual expenditures are potentially much higher than these 
estimates. With such high costs involved, improving the certainty of the climate model projections is 
urgent, as are strategies that permit decisionmakers to remain flexible until better climate information is 
available.  
 
Summing potential costs and benefits 
This study estimates adaptation costs relative to a baseline of what would have happened in the absence 
of climate change.
 One possible outcome is that changes in climate lead to lower investment or 
expenditure requirements for some sectors in some countries—for example, changes in demand for 
electricity or water that reduce requirements for electricity generating capacity, water storage, and water 
treatment. In these cases, the “costs” of adaptation are negative. This is straightforward, but it gives rise to 
background image
26 
 
another question: how should positive and negative costs be summed across sectors or countries? It is 
easy to envisage that higher expenditures on coastal protection could be offset by lower expenditures on 
electricity generation in the same country, but it is unlikely that higher expenditures on electricity 
generation in country A can be offset by lower expenditures in the same sector in country B.
3
 
 How then to 
define aggregates that add up consistently across sectors and countries? 
Box 5 illustrates three options for summing positive and negative costs when there are restrictions on 
offsetting negative and positive items: gross, net, and X-sums. Under the gross aggregation method, 
negative costs in any sector in a country are set to zero before costs are aggregated for the country and for 
all developing countries. Under X-sums positive and negative items are netted within countries but not 
across countries, and costs for a country are included in the aggregate as long as the net cost across 
sectors is positive for the country. In the net aggregate measure, negative costs are netted within and 
across countries. The net calculation is carried out by decade. Of 146 developing countries, 10 have 
negative net adaptation costs in at least one decade across all sectors with the CSIRO scenario and 5 with 
the NCAR scenario. Most of these countries are landlocked, buffering them from the substantial costs for 
coastal protection that constitute a large part of the adaptation costs for coastal countries. 
 
All three options are used in the study to estimate adaptation costs, though costs are mainly reported as X-
sums in the interest of space. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
                                                      
3
 A simple example helps to illustrate the situation. Suppose that Brazil has a positive cost in both 
agriculture and water, meaning that both sectors will be negatively affected by climate change (relative to 
the no-climate-change scenario), and suppose that India has a negative cost in agriculture and a positive 
cost in water, meaning that agriculture benefits but the water sector suffers from climate change. It may 
be reasonable to assume that in India the gains in agriculture can compensate to some extent for the losses 
in the water sector. But it is unlikely that Brazil will be compensated by India because Brazil incurs a cost 
and India a benefit in the agriculture sector. 
 
background image
27 
 
Box 5. Calculating aggregate costs—gross, net, and X-sums 
 
In summing positive and negative adaptation costs across countries, whether for a single sector or all 
sectors, three types of aggregate can be constructed (as illustrated by the hypothetical figures in the 
table). 
 
Summing positive and negative adaptation costs 
Sector and 
type of 
aggregate 
Country 
Sector aggregate 
 
Sector 
gross 
Sector net 
Sector X-
sum 
Sector 1 
— 
Sector 2 
–4 
–2 
— 
Sector 3 
–4 
— 
Country gross 
12 
22 
— 
— 
Country net 
12 
–4 
— 
12 
— 
Country X-sum 
12 
— 
— 
16 
— is not applicable. 
 
Gross sum. The gross sum represents the aggregate costs incurred by countries with positive costs for 
a particular sector, ignoring all country and sector combinations resulting in negative costs. One 
difficulty with gross sums is that the results vary depending on how sectors are defined. This can be 
illustrated by recalculating the gross sums after combining sectors 1 and 2, giving an overall sectoral 
gross sum of 18 rather than 22, even though nothing else has changed (not shown in table). 
 
Net sum
. The net sum treats positive and negative values symmetrically. It represents the pooled costs 
incurred by each country or each sector without restrictions on pooling across country borders. 
 
X-sum. X-sums take account of restrictions on pooling across countries, so all entries for a given 
country are set to zero if the net sum for the country is negative (see country C in the table). 
 
For the hypothetical data in the table, the overall gross sum is 22, and the overall net sums is 12. The 
difference between the two values is the absolute value of negative entries for sectors 2 and 3 in 
countries B and C. The overall X-sum, which must fall between the overall gross and net sums, is 16. 
The difference between the overall X-sum and the overall net sum is 4, equal to the loss of pooling 
because of the net negative cost for country C.  
background image
28 
 
Section 4. M ethodology and V alue Added 
Although the methodology used to estimate the impacts of climate change and the costs of adaptation is 
specific to each sector, the sectoral methodologies share several elements. Adaptation costs in most 
sectors were calculated for 2010–50 from a common trajectory of population and GDP growth used to 
establish the development baseline and a common set of global climate models used to simulate climate 
effects.
 For all sectors, adaptation costs include the costs of planned, public policy adaptation measures 
and exclude the costs of private adaptation. For agriculture, for example, the methodology allows for the 
effects of autonomous adjustments in the private sector, such as changes in production, consumption, and 
trade flows in response to world price changes, but does not include the costs of those adjustments in 
adaptation costs. These common methodological elements, along with wide and in-depth sectoral 
coverage and a consistent definition of adaptation costs, allow the study to substantially improve on 
earlier estimates (box 6).  
 
Box 6. Previous estimates of global adaptation costs 
 
World Bank (2006). The first estimate of costs of adaptation to climate change for developing countries 
was produced by the World Bank in 2006. Its report defined adaptation costs as the cost of climate-
proofing three categories of investment flows: official development assistance and concessional finance, 
foreign direct investment, and gross domestic investment. The study defined the proportion of total 
investments in each category that was likely to be climate sensitive and then estimated the percentage 
increases in costs to climate-proof these investments. Adaptation cost estimates ranged from $9 billion to 
$41 billion a year.  
 
Stern (2007) and UNDP (2007). Using the same methodology as World Bank (2006) but different values 
for the proportion of climate-sensitive investments and the increases in costs for climate-proofing 
investments, the Stern Report (Stern 2007) estimated costs of adaptation of $4– $37 billion a year by 
2050, somewhat lower than the World Bank estimate, while Human Development Report 2007/2008 
(UNDP 2007) estimated costs of $5–67 billion a year by 2015, somewhat higher than the World Bank 
estimate. In addition to the cost of climate-proofing investments, Human Development Report 2007/2008 
also estimated that by $40 billion a year would be needed by 2015 to strengthen social protection 
programs and scale up aid in other key areas and $2 billion a year to strengthen disaster response systems, 
boosting overall adaptation costs to $47–109 billion a year by 2015. 
 
Oxfam International (2007). In contrast to this these top-down approaches, Oxfam International (2007) 
used a bottom-up approach, estimating adaptation costs by assessing National Action Plans for 
Adaptation and the costs of adaptation projects initiated by nongovernment organizations. Assuming 
average warming of 2
o
C, the report estimated global adaptation costs of at least $50 billion a year: $7.5 
billion a year to support adaptation efforts initiated by nongovernmental organizations,
1
 $8–33 billion a 
year to meet the costs of the most urgent adaptation measures being proposed under the National Action 
Plans for Adaptation, and $5–15 billion a year to address unknown and unexpected impacts. Though 
richer in the range of potential adaptation measures, this methodology uses a small and likely 
unrepresentative sample of projects and countries to generalize to all developing countries. 
 
UNFCCC (2007). Whereas previous efforts considered only the costs of planned adaptation, the United 
Nations Framework Convention on Climate Change study considered the costs of both planned and 
background image
29 
 
private adaptation measures. Also, whereas previous studies had considered costs across all sectors, this 
report estimated the costs of adaptation by major sectors (agriculture, forestry, and fisheries; water 
supply; human health; coastal zones; and infrastructure), yielding total costs of $26–67 billion a year by 
2030. 
 
A recent critique of the UNFCCC estimates (Parry and others 2009) suggests that these estimates may be 
too low because some sectors were excluded (ecosystems, energy, manufacturing, retailing, and tourism), 
included sectors were not fully accounted for, climate-proofing of infrastructure stocks ignored the need 
for additional stocks (financed through full funding of development) for handling current climate 
variability, and residual damages (impacts remaining after adaptation) were not accounted for. 
 
Project Catalyst (2009). The final estimate was produced in 2009 by the Climate Works Foundation’s 
Project Catalyst initiative. This study estimated that annual average adaptation funding requirements for 
developing countries lie between $15 billion and $30 billion for the period 2010–20 and between $30 
billion and $90 billion by 2030. Softer measures, such as capacity building, planning, and research, are 
the focus of adaptation policy in the first decade, followed by more expensive structural investments in 
the second decade. Unlike previous estimates, the study accounts for potential co-benefits of adaptation 
actions and reduces the cost estimate to reflect these benefits. 
C hoosing the timeframe 
The choice of timeframe for the analysis of the costs of adapting to climate change will likely affect the 
overall cost estimates, with a longer timeframe producing higher costs than would a shorter one. The 
timeframe up to 2050 was selected largely because forecasting climate change and its impacts on an 
economy becomes even more uncertain beyond this period, and the complexity of the analysis favors 
getting more precise (or less imprecise) estimates in the near term rather than less precise estimates over a 
more extended timeline. 
 
Related to the issue of timeframe is the choice of the discount rate, which is related to the timing of 
investments. The timing of all investments in the sector models is determined by the outcomes of specific 
climate projections. Given the expected climate outcome within the useful life of an investment, each new 
investment must be designed to restore welfare (as defined in table 2) to levels that would have existed 
without climate change. Because of the complexity of modeling sectors at a global level, none of the 
sectoral models is capable of choosing the optimal timing of investments. This implies that the time-paths 
of investments is insensitive to changes in the discount rate and therefore all results are presented for a 
zero discount rate though costs have been expressed in 2005 constant prices. Obviously, discounting the 
time stream of investment costs would lower the net present value of total investment or adaptation costs, 
but it would not influence the choice of investments or the underlying investment costs. The inability to 
model policy tradeoffs across time is a clear limitation imposed by the global nature of this study. The 
selection of the discount rate and intertemporal choices will be explored in depth in some of the country 
case studies. 
 
Using baseline G DP and population projections to account for continuing 
development 
Most studies of adaptation to climate change hold developing countries at their current level of 
development when estimating adaptation costs even over the medium term. Yet most developing 
countries will become economically more advanced over the medium term, which will alter the economic 
background image
30 
 
impact of climate change and affect the type and extent of adaptation needed. As already explained, the 
EACC study accounts for the impact of development on estimates of adaptation costs by establishing 
development baselines by sector (see table 1). These baselines establish a fictional growth path in the 
absence of climate change that determines sectoral performance indicators, such as stock of infrastructure 
assets, level of nutrition, and water supply availability. Climate change impacts and costs of adaptation 
are examined in relation to this baseline. 
 
Baselines are established across sectors using a consistent set of future population and GDP projections. 
The population trajectory is aligned with the United Nations Population Division middle-fertility 
projections for 2006. To ensure consistency with emissions projections, the GDP trajectory is based on 
the average of the GDP growth projections of the three major integrated assessment models of global 
emissions growth—Climate Framework for Uncertainty, Negotiation, and Distribution (FUND; Anthoff 
and Tol 2008); PAGE2002 (Hope 2006); and Regional Dynamic Integrated Model of Climate and the 
Economy (RICE99; Nordhaus 2001), and growth projections used by the International Energy Agency 
and the Energy Information Administration of the US Department of Energy to forecast energy demand. 
All these sources provide growth estimates at a regionally disaggregated level.  
 
The global average annual real GDP per capita growth rate constructed in this way is 2.1 percent, similar 
to global growth rates assumed in the United Nations Framework Convention on Climate Change 
(UNFCCC) A2 emissions scenario from the IPCC 4
th
 Assessment Report (AR4), once considered an 
extreme scenario but no longer (IPCC 2007). The regionally downscaled GDP projections under different 
IPCC scenarios (available from the Center for International Earth Science Information Network, 
Columbia University) were not used because they are based on older data.  
 
C hoosing climate scenarios and global climate models 
Twenty-six global climate models provide climate projections based on the IPCC A2 Special Report on 
Emission Scenarios (SRES) (see box 7). In this study, the National Center for Atmospheric Research 
(NCAR) CCSM3 and Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CISRO) Mk3.0 
models were used to model climate change for the analysis of most sectors because they capture a full 
spread of model predictions to represent inherent uncertainty and they report specific climate variables 
(minimum and maximum temperature changes) needed for sector analyses. Though the model predictions 
do not diverge much for projected temperature increases by 2050 (both projecting increases of 
approximately 2
o
C above pre-industrial levels), they vary substantially for precipitation changes. Among 
the models reporting minimum and maximum temperature changes, the NCAR was the wettest and the 
CSIRO the driest scenario (globally, not necessarily the wettest and driest in every location) based on the 
climate moisture index. Climate projections for these two models were created at a 0.5 by 0.5 spatial 
degree scale and a monthly time scale by applying model predictions through 2050 to a historical climate 
baseline obtained from the 
University of East Anglia 
Climate Research Unit’s Global Climate Database 
time series 2.1.  
 
Analysis was limited to two specific scenarios rather than the mean multiple of the global climate models 
because the mean masks extreme values. A model average of near zero could be the result of models 
predicting near-zero change, but just as well the result of two opposing changes that differ in sign. Using 
a group of global climate models (multimodel ensembles), as opposed to one model, can somewhat 
correct for biases and errors. The question with an ensemble approach is how to capture the full range of 
results from model runs. 
background image
31 
 
 
Box 7. Special Report on Emissions Scenarios of the Intergovernmental Panel on Climate Change 
 
Adaptation requires understanding the potential impacts of climate change on human, economic, and 
ecological systems. Yet attempts to estimate such impacts have to take on a cascade of uncertainty. 
Uncertainty starts with the selection of an appropriate underlying emission scenario that is determined by 
economic and population growth and by energy use choices. Will the world grow rapidly or slowly? Will 
developing country populations soon adopt the consumption habits of high-income countries? And what 
kind of energy future are we to look forward to? To account for these questions, the Intergovernmental 
Panel on Climate Change (IPCC) has developed six socioeconomic scenarios that characterize possible 
trajectories of emissions.  
 
A scenario is a coherent, internally consistent, plausible description of a possible future state of the world. 
It is not a forecast; rather, each scenario is one alternative image of how the future can unfold, given a 
specific set of assumptions described in a set of four narrative storylines for the climate scenarios: A1 
(focus on economic growth and globalization), A2 (regional focus), B1 (environmental focused), and B2 
(regional focus). According to the IPCC, all families of scenarios from each storyline are equally valid, 
with no assigned probabilities of occurrence.  
 
The choice of climate and related nonclimate scenarios is important because it can determine the outcome 
of a climate impact assessment. According to the IPCC, however, all scenarios have more or less the same 
projected temperature increase up to 2050 (a timeframe arguably more relevant for adaptation), even 
though there are large uncertainties regarding carbon dioxide emissions within each scenario. Therefore, 
the selection of scenarios for this study depends largely on the availability of global climate model data as 
well as some range of most “likely” future scenarios for the location of interest.  
 
Selecting adaptation measures 
Adaptation measures can be classified by the types of economic agent initiating the measure—public or 
private. The literature distinguishes between autonomous or spontaneous adaptation (adaptation by 
households and communities acting on their own without public interventions but within an existing 
public policy framework) and planned adaptation (adaptation that results from a deliberate public policy 
decision). This study focuses on planned adaptation. This focus is not to imply that autonomous 
adaptation is costless. But since the objective is to help governments plan for risks, it is important to have 
an idea of what problems private markets will solve on their own, how public policies and investments 
can complement markets, and what measures are needed to protect public assets and vulnerable people. 
For that, assessment of planned adaptation is needed.  
In all sectors except extreme weather events, “hard” options involving engineering solutions are favored 
over “soft” options based on policy changes and social capital mobilization (table 3). For adaptation to 
extreme weather events, the emphasis is on investment in human resources, particularly those of women. 
The decision to focus on hard options for the global cost assessment was motivated largely by fact that 
these are easier to cost. Though hard adaptation options are feasible in nearly all settings, while soft 
options depend on social and institutional capital, the focus on hard options is not to suggest that they are 
always preferable. As discussed in box 8, adaptation measures being identified in the companion case 
studies through participatory scenario workshops span both hard and soft measures. Since hard options 
are typically more expensive than soft ones, this study assumption is likely to give the estimates an 
upward bias.  
background image
32 
 
 
Box 8. Adaptation measures identified in participatory workshops 
Participants in the participatory scenario development workshop identified several cross-cutting climate 
change impacts in the infrastructure, natural resource management and agriculture, health and education, 
land tenure, governance and service delivery, and migration support sectors. Participatory scenario 
development methods were particularly good at eliciting information on intersectoral linkages among 
climate impacts and investments and the need for complementary investments. For example, female 
farmers and others in a local workshop in Kalu, Ethiopia, noted the multiple effects of climate variability 
on livelihood outcomes in the midland region. They noted that drought and water scarcity led to livestock 
disease, human health impacts, and reduced household farm productivity and income, resulting in the 
withdrawal of children from school, distress migration, and more detahs. Calls for adaptation support 
included investments in watershed management, drought-resistant crop varieties, nonfarm diversification, 
and capacity building. Local workshop participants in Xai-Xai, Mozambique, highlighted the different 
income groups within broad sectoral categories (such as commercial producers and nontimber forest 
collectors within agroforestry) and noted their varied preferences for adaptation investments (see table). 
In addition, participants in both workshops identified not only vulnerable populations but also dynamic 
processes of migration, urbanization, and market development that were leaving some households more 
vulnerable than others.  
 
Livelihood groups identified in southern Mozambique participatory scenario development 
workshop
 
Sector 
Income tiers 
Key climate impacts 
Select adaptation options 
sought 
Fishing 
 
Commercial fishers 
 
 Artisanal fishers 
 
Sea level rise, 
abandonment of fishing 
 
Increased salinity in 
estuaries, reduced 
fluvial fisheries  
 
Introduction of new fish 
species 
 
Coastal zone pollution 
reduction measures 
Agroforestry 
 
 
Harvesters (including 
commercial harvesters) 
 
Charcoal producers and 
fuelwood collectors  
 
Construction pole 
gatherers  
 
Nontimber forestry 
product and food 
gatherers  
 
Cyclones, loss of 
coastal vegetation, 
ecosystem change  
 
Floods destroying forest 
access routes 
 
Drought, increased 
physical vulnerability 
and species change  
 
Reforestation and dune 
protection 
 
Improved road 
construction planning 
 
 Community 
involvement and 
education  
Trade and 
commerce 
 
Informal and formal 
sector trading 
 
Cyclones destroying 
infrastructure and 
 
Climate-proof 
infrastructure; 
improved early warning 
background image
33 
 
 
 
Differential access to 
market (seasonal 
traders, retail traders, 
wholesale) 
displacing people 
 
Sea level rise, coastal 
erosion and reduced 
land for development 
systems 
 
Improved erosion 
control through public 
works 
Agriculture 
and ranching 
 
 
Large, medium, and 
subsistence farmers 
(both rainfed highland 
farmers and lowland/ 
floodplain farmers with 
irrigation) 
 
Floods and droughts, 
loss of production, 
increased livestock 
disease and death 
 
Cyclones, loss of lives, 
crops, infrastructure 
 
 Salinity intrusion  
 
Barns for animals 
 
Improved early warning 
systems 
 
Better siting of farms 
 
 Dam, floodgate 
construction 
Source: Xai-Xai, Mozambique, participatory scenario development workshop report. 
 
In all sectors except extreme weather events, “hard” options involving engineering solutions are favored 
over “soft” options based on policy changes and social capital mobilization (table 3). For adaptation to 
extreme weather events, the emphasis is on investment in human resources, particularly those of women. 
The decision to focus on hard options for the global cost assessment was largely motivated by fact that 
these are easier to cost. Though hard adaptation options are feasible in nearly all settings, while soft 
options depend on social and institutional capital, the focus on hard options is not to suggest that they are 
always preferable. As discussed in box 8 adaptation measures being identified in the companion case 
studies through participatory scenario workshops span both hard and soft measures. Since hard options 
are typically more expensive than soft ones, this study assumption is likely to give the estimates an 
upward bias.  
 
Table 3. Types of adaptation measures considered, by sector  
Sector 
Adaptation measure 
Infrastructure 
Design standards, climate-proofing maintenance 
Coastal zones 
River and sea dikes, beach nourishment, port upgrades 
Water supply and flood 
protection 
Reservoir storage, recycling, rainwater harvesting, desalination; flood 
protection dikes and polders 
Agriculture 
Agricultural research, rural roads, irrigation infrastructure expansion and 
efficiency improvements 
Fisheries 
Fisheries buybacks, individual transferable quotas, fish farming, livelihood 
diversification measures, marine protected areas 
Human health 
Prevention and treatment of disease  
Extreme weather events 
Investment in human resources 
Source: Economics of Adaptation to Climate Change study team. 
 
background image
34 
 
Understanding the limitations of this study 
Calculating the cost of adaptation for developing countries requires simplifying a complex problem 
involving multiple countries, institutions, decisionmakers, and projections of government investments 
into a world 40 years in the future. This requires constructing projections of economic growth, structural 
change, climate change, and human behavior over a long time horizon and for numerous sectors. Subject 
to these constraints, the study has adopted a consistent approach across countries and sectors and over 
time, establishing a new benchmark for research of this kind.  
To do so, however, several important assumptions and simplifications had to be made. The features and 
limitations of the analysis for each sector are discussed in the sector analyses in section 5. This section 
looks at five important limitations of the overall study methodology that arise from the need to simplify 
the problem sufficiently to derive adaptation costs for all developing countries: characterization of 
government decisionmaking environment, limited range of climate and growth outcomes, limited scope in 
time and economic breadth, simplified characterization of human behavior, and top-down versus bottom 
up analysis.  
Stylized characterization of government decision-making environment 
The characterization of government decisionmaking is the most problematic element of the study. As 
have all other attempts to estimate the total costs of adaptation, this study calculates adaptation costs as if 
decisionmakers knew with certainty what the future climate will be. In truth, current climate knowledge 
does not permit even probabilistic statements about country-level climate outcomes and therefore 
provides virtually no help in informing country-level decisionmakers’ investment decisions.
4
In fact, with current climate knowledge, country-level decisionmakers face a different problem—how to 
maximize the flexibility of investment programs to take advantage of new climate knowledge as it 
becomes available. While this decision problem can be explored at the country level, it is intractable in a 
global study. Without the assumption of perfect foresight, it would be impossible to calculate adaptation 
cost for developing countries in all but the most highly stylized and aggregated models. If such an 
analysis were possible, though, costs of adaptation to climate change would likely be higher than those in 
this study. 
 For most 
durable investment decisions, decisionmakers know with certainty only that climate in the future will 
differ from climate today. The adaptation costs calculated in this study and in all other global studies are 
based on the fiction that decisionmakers know what future climate will be and act to prevent its damages.  
L imited range of climate and growth outcomes 
Even with this strongly stylized characterization of the decision problem, overall model complexity 
permits systematic exploration of only a small range of potential outcomes. The two major drivers of 
adaptation costs are climate outcome and economic growth. Of the 26 climate projections available for 
the A2 SRES,
 
a complete assessment of adaptation costs was possible only with 2. Exploration of 
                                                      
4
 Although some researchers have, as a practical expedient, constructed triangular probability densities to represent 
the range of global climate model outcomes, most climate scientist would object to this use of their data.  
background image
35 
 
alternative growth paths was even more restricted, with only one future applied across all sectors.
5
L imited scope in economic breadth and time 
 
Sensitivity analysis was performed in various sectors, however (as described later). For climate outcomes, 
sensitivity analysis suggests that one or two global climate models predict adaptation costs in several 
South Asian countries that are orders of magnitude greater than those of the other climate models. For 
growth, sensitivity analysis indicates that the results are much less sensitive than for climate outcomes, as 
would be expected. While more growth increases the assets at risk, it raises incomes and reduces 
vulnerability. 
To make calculations tractable, the study had to limit both the breadth of economic analysis and the 
length of the time horizon. For the economic analysis, this means that the study has estimated only the 
additional public sector (budgetary) costs imposed by climate change, not overall economic damages. 
These additional costs for the provision of public goods must not be confused with overall economic 
damages and cannot be usefully compared with mitigation costs. The investment horizon of this study is 
to 2050 only. Climate science tells us that adaptation costs and damages will increase over time, and that 
major effects such as melting of major ice sheets are more likely to occur well beyond this horizon.  
Simplified characterization of human behavior  
H ard adaptation versus soft adaptation. Hardest of all to project is human behavior, especially 
developments in institutions and the political economy. Many adaptive measures are best implemented 
through effective collective action at the community level. However, the circumstances that elicit 
effective collective action are complex (Ostrom 1990). “Soft” adaptation measures, such as early warning 
systems, community preparedness programs, watershed management, urban and rural zoning, and water 
pricing, generally rely on effective institutions supported by collective action. Because it is easier to cost 
hard measure and because it is impossible to know, in a global study, whether such preconditions exist in 
a given setting, this study has generally opted for hard adaptation measures that require an engineering 
response.
6
M igration behavior. Decisions to migrate are also strongly mediated by community processes and social 
capital. Because social processes that create poverty and marginality are more important determinants of 
likely migration outcomes than are environmental changes themselves, in theory it should be possible to 
reduce the likelihood of migration arising from climate change. However, in the absence of vastly 
improved political and economic structures that can reduce poverty, environmental change will continue 
to be an important proximate factor in migration decisions (box 9). The estimates in this study are based 
on demographic projections by the United Nations Population Division that do not take climate change 
into account. Population movements across countries may impose heavy infrastructure costs in areas 
 Not a recommendation, this is rather a simplifying assumption to make the study tractable. To 
the extent that local institutions exist that can employ more effective and less expensive soft adaptation 
measures, this assumption imparts an upward bias to the global cost. 
                                                      
5
 However, the growth path used in this study represents a consensus growth path among climate modelers and is 
chosen to be consistent with the emissions level underlying the A2 SRES.  
6
 An exception is the inclusion in the agriculture sector assessment of a number of soft measures such as water 
harvesting in the adaptation measure “irrigation reform”. 
background image
36 
 
receiving substantial numbers of migrants. This is, however, more likely to become a serious issue in the 
second half of the century.  
 
Box 9. Migration and climate change—Ghana’s experience 
Climate change impacts are expected to induce large new migration flows. The number of environmental 
migrants (people moving in response to environmental degradation, extreme events, or related economic 
conditions; see Warner and others 2009) 
is projected to rise in coming decades, with the vast majority 
seeking residence in large cities. 
Migration was a recurring theme in the EACC participatory scenario 
development workshops, as well as in field-level investigations. This box highlights some key findings 
from Ghana.  
Drought in the northern savannah region of Ghana has long triggered migration to the country’s coastal 
cities. Rural-urban migration creates vulnerabilities at a number of levels. New migrants live in informal 
housing and often in peri-urban areas without services. They also typically lack social ties and access to 
information in their new locations. Recent migrants to Accra reside in unplanned developments in highly 
risky sites including flood-prone and malarial marshlands. Migrants are disproportionately young men, 
leaving women, children, and the elderly to tend to agricultural lands and putting household farm 
production and food security at risk because of lack of household labor.  
Rural-rural migration also leads to problems, especially in land access and ownership for production. 
Resource rights are tenuous for recent migrants—at least 80 percent of land in Ghana is administered 
through customary law institutions including local chiefdoms that can be exclusionary. Focus group 
participants in Dzatakpo, Ghana, stated that the local chief has given only land use rights to immigrants, 
rather than full land rights. Immigrants in Buoyem, Ghana, were reluctant to plant long-gestation (and 
higher value) crops because of insecure access to land. Sharecropping and use-right rules in the Western 
Region of Ghana also impede sustainable land management. Because failure to clear a piece of forested 
land for cultivation within two years of acquisition results in forfeiture, the rule leads to destruction of 
forest resources. Despite rising numbers of migrants to the Western Region, this customary practice has 
not changed, highlighting the slow pace of adaptation of some local institutions to changing 
circumstances.  
Key policy responses to environmental migration include social protection support to migrants, such as 
easing place-based residence requirements for accessing social services; investing in sending regions so 
as to reduce the flow of migrants, as Ghana is doing with its northern development strategy; and 
considering rights-based resettlement for populations directly displaced by climate impacts, such as sea-
level rise. 
 
T he efficiency of adaptation. Economic models normally assume fully rational behavior—producers 
maximize profits, consumers maximize welfare, governments provide public goods using cost-benefit 
criteria to choose the most efficient projects, and projects are implemented optimally through time to 
maximizes the net present value of the government’s future investment stream. None of the sector models 
used in this study is capable of intertemporal optimization. Calculations in each sector ensure that service 
levels are maintained despite climate change, but no effort was made to identify whether the resources 
invested in one sector to counter the effects of climate change would have yielded a higher benefit-cost 
ratio in another sector (except in the sea-level rise component) or whether cash transfers would maintain 
welfare at less cost. As a result, the adaptation costs calculated in this study are almost certainly 
background image
37 
 
inefficient, even within the framework of the study. This simplification imparts an upward bias to the 
adaptation costs. 
I nnovation and technical change. Most parts of the study do not allow for the unknowable effects of 
innovation and technical change on adaptation costs. In effect, these costs are based on what is known 
today rather than what might be possible in 20–40 years. Sustained growth in per capita GDP for the 
world economy rests on technical change, which is likely to reduce the real costs of adaptation over time. 
This treatment of technological change also contributes to an upward bias in the calculated costs. The 
exception is agriculture. Growth in total factor productivity in agriculture, based on historical trends and 
expert opinion, is built into the model, and explicit investment in research is included in the costs. 
T op-down or bottom-up analysis 
In the final report of this study, this global approach will be supplemented by country case studies. But 
this report on the global track relies on a mixed top-down sectoral approach to country analysis because 
of the difficulty of generalizing from country studies when there is no clear basis for scaling up country 
results. It is “mixed” because, for countries that are too large and too heterogeneous to be treated as a 
single analytical unit, the basic analytical units include river basins and food production units. It would 
have been preferable to estimate the costs of adaptation for infrastructure at the subnational rather than 
national level in all countries with a population of, perhaps, 50–100 million or more. However, data 
availability and economic consistency are difficult to ensure at the subnational level.  
 
 
background image
38 
 
Section 5. K ey R esults 
This section presents the key results of the EACC global track study of the costs of adaptation to 
climate change for developing countries. Results by sector are followed by a discussion of 
consolidated global costs and the results of sensitivity analysis.  
Sector analyses 
The sector analyses cover infrastructure, coastal zones, water supply and flood management, 
agriculture, fisheries, human health, forestry and ecosystem services, and extreme weather events.  
I nfrastructure 
Adaptation costs for infrastructure assets have been one of the largest components of total 
adaptation costs in past estimates—the largest in the UNFCCC (2007) study (the closest in 
approach to this study). Previous studies have estimated adaptation costs for infrastructure as the 
costs of climate-proofing new investment flows (see box 6). The percentage of new investment 
flows likely to be climate sensitive is multiplied by the percentage increase in construction costs 
(table 4). However, none of these studies provides a strong analytic basis for its choice of 
parameter values for climate proofing. And none accounts for the costs of climate-proofing 
existing stocks of capital.  
Table 4. Estimates of adaptation costs for infrastructure from previous studies (billions) 
Study 
New 
investment 
flows ($ 
billions) 
Percent of new 
investment 
sensitive to 
climate 
Additional costs to 
reduce risk from 
climate change 
(percent)  
Costs 
($ billions)  
World Bank (2006) 
1,760
a
 
2–40 
10–20 
9–41 
Stern (2007) 
1,760
a
 
2–20 
5–20 
4–37 
UNDP (2007) 
3,112
b
 
2–33 
5–20 
5–67 
UNFCCC (2007) 
5,417
c
 
1–3 
5–20 
2–41 
a. In 2000. 
b. In 2005. 
c. In 2030, backed out as mean of upper and lower bounds. 
Source: Economics of Adaptation to Climate Change study team analysis of listed sources.  
In this study, analysis of the infrastructure sector begins by projecting stocks of major types of 
infrastructure over 2010–50 that would have existed under the development baseline without 
climate change. Infrastructure services include transport (mainly roads, rail, and ports), 
electricity, water and sanitation, communications, urban and social infrastructure such as urban 
drainage, health and education facilities (rural and urban), and general public buildings. 
Adaptation cost is computed as the additional cost of constructing and operating and maintaining 
these baseline levels of infrastructure services under the new climate conditions projected by the 
NCAR and CSIRO global climate models. This cost is referred to as the delta-P cost of adaptation 
because it focuses on price and cost changes for fixed quantities of infrastructure (see box 10 for 
details).  
Considerable work went into developing infrastructure-specific dose-response relationships 
between climate variables (dose) and the unit costs of construction (response) and between 
background image
39 
 
climate variables (dose) and operation and maintenance (response), which were used to estimate 
adaptation costs (table 5 presents details for one type of infrastructure, paved roads). For most 
types of infrastructure, dose-response functions for construction costs captured adjustments in 
building standards to enable assets to withstand predicted changes in climate conditions. 
Standards, assumed to be forward looking, were adjusted to withstand changes for 50 years from 
the date of construction, reflecting the typical life of infrastructure assets. Maintenance costs were 
distinguished for existing assets in 2010 and for new assets constructed after 2010. Existing assets 
require more maintenance and perhaps modification of short-lived components to cope with 
climate stresses not taken into account when they were built, such as resurfacing roads or 
replacing heating and cooling equipment. New assets, built to standards that take climate change 
into account, require only normal maintenance. Finally, allowances were made for the impact of 
climate change on the efficiency of power generation and water and sewage treatment—
particularly in response to higher maximum temperatures.  
Table 5. Examples of dose-response relationships for paved roads, 2010–50 
Type of cost 
Precipitation 
Temperature 
Construction costs 
Change in costs of constructing 1 
kilometer (km) of paved road per 10 
centimeter (cm) change in annual 
precipitation projected during 
lifespan relative to baseline climate; 
dose-response represents change in 
costs for every 10 cm increment  
Change in cost of constructing 1 km of 
paved road per stepwise increase in 
maximum of monthly maximum 
temperature values projected during 
lifespan relative to baseline climate; the 
first increase occurs after a 1
o
C change in 
maximum temperature. Every other step 
occurs at 3
o
C beyond that  
Maintenance costs 
 
 
Existing assets 
Change in annual maintenance costs 
for 1 km of paved road per 10 cm 
change in annual rainfall projected 
during lifespan relative to baseline 
climate 
Change in annual maintenance costs for 1 
km per 3
o
C change in maximum of 
monthly maximum temperature projected 
during lifespan 
New assets 
Paved roads constructed after 2010 would have no maintenance impact if designed 
for changes in climate expected during their lifetime 
Source: Economics of Adaptation to Climate Change study team. 
 
Box 10. Infrastructure sector methodology 
 
The starting point for estimating the costs of adaptation are baseline projections of infrastructure 
demand in physical units by country at five-year intervals with no climate change. These 
projections are derived from econometric equations estimated using historic panel data, including 
GDP per person at purchasing power parity exchange rates, population structure, urbanization, 
country characteristics, and climate variables as independent variables. Two econometric 
specifications were used: panel regressions representing average levels of infrastructure, and 
stochastic frontier regressions representing the “efficient” levels of infrastructure given the values 
of the independent variables. 
 
background image
40 
 
In the period from t to + 1, say from 2010 to 2015, the country will have to invest to meet the 
new level of infrastructure in + 1and to replace infrastructure existing at date t that reaches the 
end of its useful life during the period. Thus, the total value of investment in infrastructure of type 
i in country j and period t is 
 
(1) 
 
where C
ijt
 is the unit cost of investment, (Q
ijt+1
 – Q
ijt
) is the quantity of new investment in 
infrastructure, and R
ijt
 is the quantity of existing infrastructure that has to be replaced. The change 
in the total cost of infrastructure investment may be expressed as the total differential of equation 
(1) with respect to the climate variables that affect either unit costs or efficient levels of provision 
for infrastructure of type i
 
(2) 
.
 
An equivalent equation may be derived for operation and maintenance costs. The first part of the 
right side of equation (2) is referred to as the delta-P component of the cost of adaptation, and the 
second part as the delta-Q component. These components cover several ways in which climate 
change might cause changes in the costs or quantities of infrastructure services. 
 
The delta-P component combines the baseline projections of infrastructure assuming no climate 
change with estimates of the percentage changes in the unit costs of constructing, operating, and 
maintaining infrastructure as a consequence of climate change. The changes in unit costs are 
derived
 from dose-response relationships estimated from the engineering-economic literature on 
the costs of adjusting asset design and operational standards to hold infrastructure performance 
constant under different climate conditions. The factors that drive the costs include average and 
maximum monthly temperatures, total annual and maximum monthly precipitation, and 
maximum wind speed. The dose-response relationships for operating and maintenance costs for 
existing assets differ from those for newly constructed assets, which are designed to cope with the 
projected climate over the life of the assets. 
 
The delta-Q component of equation (2) captures the impact of climate change on demand for 
infrastructure services, taking account of the higher unit costs of constructing and operating 
infrastructure. This has two dimensions. Climate change may change the level or composition of 
demand for energy, transport and water at given levels of income, so the net impact on capital and 
operating costs has to be calculated. Climate change will also mean that countries have to invest 
in additional assets to maintain standards of protection for noninfrastructure activities or services. 
For water management and flood management and for coastal protection, this dimension of the 
delta-Q component is addressed in specific sector studies, while for infrastructure the analysis 
includes the first dimension plus other adjustments that are not captured elsewhere, such as 
changes in health infrastructure.  
 
The econometric analysis involves estimating a reduced form equation describing demand for 
infrastructure:  
(3)  
 
1
[
]
ijt
ijt
ijt
ijt
ijt
I
C Q
Q
R
+
=
+
1
1
[
]
(
)[
]
ijt
ijt
ijt
ijt
ijt
ijt
ijt
ijt
ijt
ijt
I
C
Q
Q
R
C
C
Q
Q
R
+
+
= ∆
+
+
+ ∆
− ∆
+ ∆
{
,
,
,
, }
ijt
i
jt
jt
jt
jt
Q
h P Y
X
V t
=
background image
41 
 
where P
jt
 is the population of country j in period tY
jt
 is average income per capita for country j in 
period tX
jt
 is a vector of country characteristics for country j in period t (including an index of 
construction costs); and V
jt
 is a vector of climate variables for country j in period t
 
Since there are no strong priors on the appropriate functional forms, a standard flexible functional 
form is used to represent the demand equation h
i
{ } in terms of the explanatory variables using a 
restricted version of the translog specification for variables other than population. Because 
practice, it is often difficult to estimate the full translog specification using the more complex 
econometric models, the analysis started with the log-linear specification and then tested whether 
the coefficients on the quadratic and cross-product terms were significant. 
 
To deal with the claim that climate variables—especially average temperature—may act as a 
proxy for institutional and other factors that shaped past patterns of economic development, the 
values of demographic variables in 1950 are used in the models as instruments for institutional 
development, following the approach of Acemoglu, Johnson, and Robinson (2001). Other country 
fixed effects include country size and the proportions of land area that are desert, arid, semi-arid, 
steep, or very steep and the proportion of land with no significant soil constraints for agriculture 
using standard Food and Agriculture Organization land classifications. The use of differently 
weighted climate variables (population-weighted and inverse population-weighted mean 
temperature, total precipitation, temperature range, and precipitation range) captures the 
differences between climate conditions in more and less densely populated areas.  
 
 
Under the NCAR scenario, the total delta-P costs of adaptation average $29.5 billion a year over 
of 2010–50 (table 6). The decade averages increases from nearly $16 billion a year in 2010–19 to 
more than $44 billion a year for 2040–49. Adaptation costs are considerably lower under the 
CSIRO scenario, averaging $13.5 billion a year for the period, though also increasing over time. 
The NCAR scenario is significantly wetter than the CSIRO scenario in Asia and parts of Africa. 
Because adaptation costs for infrastructure are particularly sensitive to levels of annual and 
maximum monthly precipitation, the NCAR scenario has a larger impact on the costs of building 
and maintaining roads, urban drainage, and buildings for countries in South Asia, Southeast Asia, 
and Southern Africa.  
 
background image
42 
 
Table 6. Annual delta-P costs of adaptation for infrastructure, by region and period, 2010–
50 ($ billions at 2005 prices, no discounting) 
Period 
East 
Asia 
and 
Pacific 
Europe 
and 
Central 
Asia 
Latin 
America 
and 
Caribbean 
Middle 
East 
and 
North 
Africa 
South 
Asia 
Sub-
Saharan 
Africa 
Total 
 
National Centre for Atmospheric Research (NCAR), wettest scenario
 
2010–19 
6.8 
1.5 
1.8 
0.9 
3.8 
1.1 
15.9 
2020–29 
9.5 
1.9 
2.8 
1.2 
6.6 
2.3 
24.3 
2030–39 
11.3 
4.4 
3.9 
1.5 
8.7 
3.9 
33.7 
2040–49 
14.8 
5.3 
5.4 
1.8 
10.7 
6.1 
44.1 
Average 
10.6 
3.3 
3.5 
1.4 
7.5 
3.4 
29.5 
 
Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO), driest scenario 
2010–19 
3.1 
0.7 
1.3 
0.6 
1.4 
0.7 
7.8 
2020–29 
3.3 
1.1 
1.6 
0.5 
1.5 
1.0 
9.0 
2030–39 
4.3 
1.5 
1.8 
0.9 
3.9 
1.7 
14.1 
2040–49 
5.6 
2.1 
2.1 
1.4 
9.1 
2.6 
22.9 
Average 
4.1 
1.4 
1.7 
0.9 
4.0 
1.5 
13.5 
Note: Delta-P cost is the adaptation cost computed as the additional cost of constructing, operating, and 
maintaining baseline levels of infrastructure services under the new climate conditions projected by the two 
global climate models. 
Source: Economics of Adaptation to Climate Change study team. 
 
 
By far the largest delta-P costs of adaptation under the NCAR scenario are for constructing new 
or replacing existing infrastructure (table 7). The share of maintenance costs rises gradually but is 
still less than 10 percent in 2040–49. The pattern for the CSIRO scenario is similar (not shown). 
The highest adaptation costs are in East Asia and Pacific and South Asia, reflecting their larger 
populations. Sub-Saharan Africa experiences the largest increase over time, with its adaptation 
cost rising from $1.1 billion a year for 2010–19 to $6 billion a year for 2040–49. This rapid rise is 
associated with a low share of maintenance costs in total costs and is driven by the need for large 
investments in infrastructure to support future economic growth. In contrast, countries in Europe 
and Central Asia face maintenance costs that are larger than capital costs after 2030, reflecting the 
pattern of climate change under the NCAR scenario for Russia and Central Asia. The same result 
does not emerge for the CSIRO scenario, a reminder of how different climate scenarios can affect 
the character and the magnitude of projected adaptation costs. 
 
background image
43 
 
Table 7. Breakdown of annual delta-P costs of adaptation for infrastructure for the 
National Centre for Atmospheric Research (NCAR) climate scenario, by region and cost 
type, 2010–2050 ($ billions at 2005 prices, no discounting)
 
Period and 
cost type 
East 
Asia 
and 
Pacific 
Europe 
and 
Central 
Asia 
Latin 
America 
and 
Caribbean 
Middle 
East 
and 
North 
Africa 
South 
Asia 
Sub-
Saharan 
Africa 
Total 
2010–19 
 
 
 
 
 
 
 
Capital 
6.7 
1.2 
1.8 
0.9 
3.8 
1.1 
15.5 
Maintenance 
0.1 
0.2 
0.3 
Total 
6.8 
1.4 
1.8 
0.9 
3.8 
1.1 
15.9 
2020–29 
 
 
 
 
 
 
 
Capital 
9.3 
1.7 
2.7 
1.2 
6.5 
2.3 
23.7 
Maintenance 
0.2 
0.2 
0.1 
0.1 
0.7 
Total 
9.5 
1.9 
2.8 
1.2 
6.6 
2.3 
24.3 
2030–39 
 
 
 
 
 
 
 
Capital 
11.1 
1.9 
3.8 
1.3 
8.6 
3.9 
30.6 
Maintenance 
0.3 
2.5 
0.2 
0.2 
0.1 
0.1 
3.4 
Total 
11.4 
4.4 
4.0 
1.5 
8.7 
4.0 
33.7 
2040–49 
 
 
 
 
 
 
 
Capital 
14.1 
2.3 
5.0 
1.5 
10.4 
5.9 
39.2 
Maintenance 
0.7 
3.0 
0.4 
0.2 
0.2 
0.1 
4.6 
Total 
14.8 
5.3 
5.4 
1.7 
10.6 
6.0 
44.1 
Note: Delta-P cost is the adaptation cost computed as the additional cost of constructing, operating, and 
maintaining baseline levels of infrastructure services under the new climate conditions projected by NCAR 
and CSIRO global climate models. 
Source: Economics of Adaptation to Climate Change study team. 
 
Urban infrastructure (urban drainage, public buildings, and similar assets) accounts for 54 percent 
of the delta-P adaptation cost over 2010–50, followed by roads (mainly paved roads) at 23 
percent. (Box 11 describes some of the private adaptation costs for urban housing that are not 
covered by planned adaptation.) Networks and associated assets (power generation, electricity 
transmission and distribution, fixed telephone lines, water and sewage treatment) account for less 
than 9 percent of the estimated cost of adaptation even though they account for about 45 percent 
of total infrastructure costs. 
For comparison, table 8 also shows the total costs of providing each type of infrastructure (not 
just climate proofing)—the baseline cost. The costs of adaptation are 4.6 percent of the total costs 
of infrastructure provision over the period for urban infrastructure, 2.3–2.1 percent for roads and 
other transport, and less than 1 percent for the other infrastructure categories. Overall, the 
adaptation cost is 1.6 percent of total infrastructure costs. These shares contrast with those of 
previous studies, which use ranges of 0.01 percent to 8 percent to estimate adaptation costs (see 
table 4, where equivalent parameters are obtained by multiplying percentage of climate sensitive 
new investments by percentage increases in costs) and fail to differentiate by type of asset. These 
differences in parameter values explain in part why the EACC estimates of adaptation costs for 
infrastructure ($15–30 billion a year) fall between the maximum and the minimum of past 
estimates ($2–67 billion a year; see table 4).  
background image
44 
 
 
Table 8. Breakdown of delta-P costs of adaptation for the National Centre for Atmospheric 
Research (NCAR) climate scenario, by region and infrastructure category, 2010–50,  
($ billions at 2005 prices, no discounting) 
Infrastructure 
category and 
adaptation or 
baseline cost type
East 
Asia 
and 
Pacific 
Europe 
and 
Central 
Asia 
Latin 
America 
and 
Caribbean 
Middle 
East 
and 
North 
Africa 
South 
Asia 
Sub-
Saharan 
Africa 
Total 
Health and education  
 
 
 
 
 
  
Adaptation 
1.1 
0.7 
0.4 
0.2 
0.5 
0.1 
3.0 
Baseline 
123.6 
87.8 
68 
36.3 
54.3 
16.2 
386.2 
Other transport 
 
 
 
 
 
 
 
Adaptation 
0.2 
0.3 
0.1 
0.1 
0.1 
0.1 
0.9 
Baseline 
9.6 
16.2 
5.6 
1.8 
4.7 
3.7 
41.6 
Power and wires 
 
 
 
 
 
 
 
Adaptation 
0.6 
0.6 
0.2 
0.1 
0.3 
0.1 
1.9 
Baseline 
164.3 
108.8 
62.9 
25.9 
82.8 
21.3 
466 
Roads 
 
 
 
 
 
 
 
Adaptation 
1.8 
0.7 
0.6 
1.4 
0.8 
6.3 
Baseline 
60.1 
47.9 
43.1 
23.4 
57.2 
36.5 
268.2 
Urban infrastructure 
 
 
 
 
 
 
 
Adaptation 
6.6 
0.8 
1.6 
0.3 
4.9 
2.3 
16.5 
Baseline 
105.1 
83.3 
40.3 
12.2 
85.7 
29 
355.6 
Water and sewers 
 
 
 
 
 
 
 
Adaptation 
0.3 
0.1 
0.1 
0.2 
0.7 
Baseline 
140.7 
61 
63 
26.5 
67.8 
23.4 
382.4 
All infrastructure 
 
 
 
 
 
 
 
Adaptation 
10.6 
3.3 
3.5 
1.3 
7.4 
3.4 
29.5 
Baseline 
603.5 
405.1 
282.8 
126.2 
352.5 
130.1 
1900.2 
Note: Delta-P cost is the adaptation cost computed as the additional cost of constructing, operating, and 
maintaining baseline levels of infrastructure services under the new climate conditions projected by the two 
global climate models. 
a. The baseline cost is defined as the sum of capital and maintenance expenditures over the lifetime of the 
asset. 
Source: Economics of Adaptation to Climate Change study team. 
 
Box 11. Urban housing and climate change 
Planned adaptation costs do not account for the high adaptation costs of urban housing, which are 
largely individually provided. EACC estimates annual average household investments in urban 
housing in response to climate change at $2.3 billion (in 2005 dollars) per year in 2010, rising to 
$25.6 billion a year by 2050, under the CSIRO climate scenario. Under the NCAR scenario, 
annual costs rise even more, from an average of $4.4 billion a year in 2010 to $45.5 billion by 
2050. Under both scenarios, costs are highest in East Asia and Pacific (followed by Latin 
America and the Caribbean under CSIRO and Europe and Central Asia under NCAR). 
background image
45 
 
The costs of adaptation related to housing would be even higher if they also accounted for slums. 
Most informal settlements in developing countries share characteristics that intensify the 
vulnerability of their residents to climate change (Moser and Satterthwaite forthcoming). These 
include poorly constructed buildings; inadequate infrastructure; lack of safe drinking water, 
drainage, and sanitation services; and severe overcrowding with attendant public health impacts. 
Municipal governments often neglect or even criminalize such settlements, exacerbating the 
problem of underprovisioning of protective infrastructure and services. These factors combine 
with high concentrations of poor people with few assets to make slums especially vulnerable to 
flooding and other extreme events, which can lead to loss of lives and property and the spread of 
diseases such as malaria. 
 
As discussed in the participatory scenario workshops, Ghana presents considerable challenges in 
adapting urban slums to climate change. Rural migrants to Accra and increasingly to Ghana’s 
secondary towns cluster in slums prone to overcrowding and poor sanitation. Workshop 
participants report that floods are more severe in these sprawling urban spaces of coastal Ghana 
than in inland towns, in part because of weak urban planning. Urbanization, especially in slums, 
increases the risk of climate-related disasters such as flooding and landslides, in part because 
natural ecosystem-based storm breaks and rain catchment areas are increasingly converted to 
public buildings and housing developments. 
 
 
Thus far the analysis has assumed that climate change does not affect demand for infrastructure, 
but only the cost of providing it under the no-climate change scenario. However, climate change 
is likely to affect the demand for infrastructure services as well. For example, the optimal 
investment in roads would vary depending on whether climate change alters the structure of the 
economy and thus the location of economic activity, or more or higher dykes might be needed to 
cope with sea level rise and storm surges (see the discussion of adaptation cost for coastal zones). 
Called the delta-Q component of adaptation cost because it focuses on changes in the quantity of 
infrastructure required in response to changes in demand, this component is difficult to estimate, 
for reasons discussed in box 12, and in several cases it was also difficult to identify mechanisms 
that could explain counterintuitive results. Therefore, although estimates of delta-Q are presented 
in table 9, for illustrative purposes, they are not used to calculate adaptation costs for 
infrastructure assets.  
 
A comparison of infrastructure estimates with and without estimated changes in infrastructure 
demand indicates that the demand equations do not imply any simple relationships between 
climate and infrastructure demand (table 9). In most cases, the impact of climate change depends 
on interactions among per capita GDP, urbanization, and the range between maximum and 
minimum temperatures or precipitation. As a consequence, the predicted impact of climate 
change on demand for infrastructure by country ranges from –5 percent to +5 percent of baseline 
investment.  
 
The overall impact is negative in most large countries, with the exception of the Europe and 
Central Asia region, so the net quantity adjustment reduces the overall cost of adaptation by $19–
22 billion a year for the two scenarios. This is equivalent to a reduction of about 1 percent of the 
baseline cost of infrastructure, demonstrating that small shifts in demand can have a very large 
impact on the total cost of adaptation. With the NCAR scenario, the net cost of adaptation for 
infrastructure declines from $29.5 billion a year to $7.3 billion a year when the delta-Q 
background image
46 
 
adjustment is included. Since the total delta-P cost of adaptation is relatively small for the CSIRO 
scenario, including delta-Q more than offsets the price effect of climate change, leaving a net 
reduction in the cost of infrastructure due to climate change. On the other hand, using the gross 
aggregate cost measure (not allowing for cross-country transfers and setting benefits to zero) 
leads to higher estimates of adaptation costs because the larger negative delta-Q adjustments are 
excluded (not shown). 
 
Table 9. Alternative measures of the cost of adaptation per year for infrastructure, by 
region ($ billions at 2005 prices, no discounting) 
Cost component 
East 
Asia 
and 
Pacific 
Europe 
and 
Central 
Asia 
Latin 
America 
and 
Caribbean 
Middle 
East 
and 
North 
Africa 
South 
Asia 
Sub-
Saharan 
Africa 
Total 
 
National Centre for Atmospheric Research (NCAR), wettest scenario 
Delta-P only 
10.6 
3.3 
3.5 
1.3 
7.4 
3.4 
29.5 
Delta-P + Delta-Q 
(0.1) 
8.9 
(1.2) 
(0.7) 
0.2 
0.2 
7.3 
 
Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO), driest scenario 
Delta-P only 
4.1 
1.4 
1.7 
0.9 
4.0 
1.5 
13.6 
Delta-P + Delta-Q 
(3.0) 
6.5 
(3.0) 
0.2 
(2.7) 
(3.0) 
(5.0) 
Note: Delta-P cost is the adaptation cost computed as the additional cost of constructing, operating, and 
maintaining baseline levels of infrastructure services under the new climate conditions projected by NCAR 
and CSIRO global climate models. Delta-Q cost accounts for changes in the quantity of infrastructure 
required in response to changes in demand under the new climate conditions projected by the two climate 
models. 
Source: Economics of Adaptation to Climate Change study team. 
T
his is an important area for further investigation. The economic viability of certain areas will 
certainly be altered by climate change, which could lead to either more or less demand for 
infrastructure. However, for the reasons outlined in box 12, the delta-Q values are not used in this 
report’s estimates of the overall cost of climate change.  
 
Box 12. Why the study reports only delta-P and not delta-Q adaptation costs  
 
The econometric equations used for this study, based on historical data, reflect the location of 
economic activity (and the consequent demand for infrastructure) in response to a given climate
not the relocation of economic activity (and the consequent change in the demand for 
infrastructure) as a result of a change in climate. Theses long-run relationships reflect an 
equilibrium between the influences of climate and economic variables. The literature on path 
dependency suggests that how a country responds to external shocks such as climate change may 
depend critically on its current stock of assets, which is codetermined with the current location of 
economic activity. The counterargument is that the effects of climate change on demand for 
infrastructure are small relative to the impact of economic development over 40 years or more, so 
background image
47 
 
the effects of path dependency are swamped by the structural changes implied by the 
development baseline.  
 
Another hurdle concerns econometric specification. The data used for the analysis are a 
combination of time series and cross-country variables. Like other fixed country characteristics, 
climate variables are constant over time, so their influence has to be estimated from cross-country 
variation alone. Many studies rely on cross-country variation for key explanatory variables—for 
example, studies of the effects of governance and trade policy on economic growth. The cross-
country variables help to explain a set of country fixed effects that are combined with the 
influence of factors (GDP per capita, population, urbanization, and so on) that vary across time 
and countries. The difficulty is that one or more climate variable might act as a proxy for country 
characteristics that influence the demand for infrastructure but that are not included in the 
analysis, so the coefficient on the climate variable will reflect both its direct influence on demand 
and its correlation with the omitted factor. Omitted variables are a potential problem in all 
econometric analysis, and it is impossible to demonstrate a negative—that the coefficients on the 
climate variables are not affected by omitted variables. The most that can be done is to include 
additional variables that may be better proxies for potential influences that cannot be included in 
the equations and to use specifications—such as interactions with time-varying factors—that 
reduce or eliminate correlation between omitted variables and climate variables. 
 
The influence of climate variables on demand for infrastructure remains an open area of research. 
There is ample evidence that some climate variables have an impact on specific types of 
infrastructure, such as temperature on energy demand or precipitation on water use. There is 
much less agreement on how these influences operate in the longer term and on whether the 
relationships can be extended to all categories of infrastructure.  
 
In view of these uncertainties, the final estimates of the costs of climate change exclude the delta-
Q adjustments.  
 
C oastal zones 
Coastal zones, home to an ever-growing concentration of people and economic activity, are 
subject to several climate risks, including rising sea level and increased intensity of tropical 
storms and cyclones, making adaptation to climate change critical, particularly in small islands 
and deltaic countries (see box 13).  
 
 
Box 13. Adaptation costs for deltaic countries and small islands states 
 
Deltaic countries and small island states are particularly at risk for sea-level rise induced by climate 
change. For deltaic communities, ongoing subsidence and land conversion may exacerbate the effects of 
sea-level rise or extreme sea levels caused by intense storms. Small island states are vulnerable because of 
their small size, limited resource base, and geographic isolation.  
Adaptation costs and residual damages for the medium sea-level rise scenario suggest that the costs of 
background image
48 
 
adapting to climate change for deltaic countries are nearly $4.5 billion per year (see table), or about 15 
percent of the total cost of adaptation estimated here. Adaptation costs for small island states are more 
than $1 billion a year, or about 3 percent of the total cost of adaptation estimated here. In relative terms, 
the adaptation costs are higher still, averaging 1 percent of GDP in small island states over 2010–50 
compared with 0.03–0.1 percent for other developing countries. Residual damage costs as a percentage of 
GDP are also higher in deltaic and small island states than in other countries, even after the large 
adaptation investments considered here.  
Average annual coastal adaptation costs and residual damage, 2010–50 
Cost category 
Deltaic 
countries
Small 
island 
states
Brazil, 
Russia, 
India, and 
China
 
Other 
developing 
countries 
Adaptation cost 
 
 
 
 
Amount ($ billions, 2005 
prices, no discounting) 
4.5 
1.0 
9.0 
14.1 
Share of GDP (percent) 
0.1  
1.0  
0.03  
0.1  
Residual damage 
 
 
 
 
Amount ($ billions, 2005 
prices, no discounting) 
0.62 
0.01 
0.52 
0.36 
Share of GDP (percent) 
0.01  
0.01  
0.002  
0.002  
Note: Residual damages are impacts remaining after adaptation. 
a. Includes Bangladesh, Burma, China, Egypt, French Guiana, Guyana, India, Iraq, Mozambique, Nigeria, 
Pakistan, Romania, Suriname, Thailand, Ukraine, Venezuela, and Vietnam. While no country is entirely 
deltaic, in these countries the coastal impacts and adaptation costs are strongly influenced by deltaic areas.  
b. State or territory with a land area of less than 30,000 square kilometers (sq km) occupying an island or group 
of islands that are separately less than 20,000 sq km. This definition excludes Cuba, Haiti, and the Dominican 
Republic. 
Source: Economics of Adaptation to Climate Change study team.
 
 
This study estimates costs for coastal adaptation over 2010–50 by building on the earlier estimate 
of the UNFCCC (Nicholls 2007) in several ways. It considers the adaptation costs of more intense 
storms as well as rising sea level, extends the UNFCCC estimates from 2030 to 2050, includes 
maintenance as well as construction costs, and adds the costs of port upgrade. And, as discussed 
in section 3, it defines costs as those needed to achieve an efficient level of adaptation. Selected 
residual damages from climate change are also reported (impacts remaining after adaptation, such 
as land loss costs and number of people flooded) and added to adaptation costs in estimating the 
resources needed to restore welfare to pre-climate change levels. These improvements 
significantly raise the cost of adaptation to climate change for coastal zones over the UNFCCC 
estimate.  
The analysis considers two main types of impact (coastal erosion, and sea and river flooding and 
submergence) and three adaptation approaches (beach nourishment, particularly in areas with 
background image
49 
 
high tourism revenue; sea and river
7
 
 dike construction; and port upgrade). Impacts due to 
salinization and wetland loss are not considered (see box 14 for details). 
 
Box 14. Coastal zone methodology 
 
Adaptation costs for coastal zones are derived mainly from the Dynamic and Interactive 
Vulnerability Assessment (DIVA) model, based on 12,148 coastal segments that make up the 
world’s coast (except for Antarctica) and a linked database and set of interacting algorithms 
(MacFadden and others 2007; Nicholls and others 2007; Vafeidis and others 2008). The sea-level 
rise scenarios are downscaled with an estimate of the vertical land movement in each segment. 
The coastal erosion analysis considers only sandy coasts and takes account of the direct effect 
(Bruun effect) and indirect effects of sea-level rise, as well as beach nourishment where it occurs. 
The indirect effects occur at major estuaries and lagoons.  
 
The flooding analysis determines the flood areas for different return periods and extreme water 
levels, including the effects of dikes. Since empirical data on actual dike heights are not available 
at a global level, “optimum” dikes heights were estimated for the base year of 1995 using a 
demand for safety function.
1
 Dike heights are then upgraded according to projected sea-level rise 
to 2050. Increased flooding due to sea-level rise along the coastal-influenced reaches of major 
global rivers (identified in the DIVA database) is also considered. Damages are evaluated in 
terms of physical, social, and economic indicators such as land lost to erosion or submergence, 
the number of people expected to be subject to annual flooding, the number of people forced to 
migrate because of land loss, and the costs of this migration.  
 
DIVA implements the adaptation options according to complementary adaptation strategies. For 
beach nourishment, a cost-benefit adaptation strategy balances costs and benefits (damage 
avoided) of adaptation, including the tourist value of beaches. For dike building, the demand 
function for safety is applied over time, subject to population density. Dikes are built only when 
population density exceeds 1 person per square kilometer, with an increasing proportion of the 
recommended height being built as population density rises—for example, 98 percent of the dike 
height is built at densities of 1,000 people per square kilometer. The unit costs of beach 
nourishment, dikes, and port upgrades were derived from the global experience of Delft 
Hydraulics (now Deltares).  
 
For this analysis, DIVA was extended to include a sensitivity analysis of more intense tropical 
storms. This influences adaptation costs only for dikes. The maintenance costs of sea and river 
dikes and port upgrades globally are also computed outside DIVA. Port costs are based on a 
strategy of continuously raising existing port areas
2
 as sea levels rise.  
__________ 
                                                      
7
 This concerns the incremental costs of upgrading river dikes in coastal lowlands where sea-level rise will 
raise extreme water levels. Additional upgrade may be required if extreme river flows are increased, but 
this is not investigated here. 
background image
50 
 
1. The demand for safety function increases with per capita income and population density and decreases 
with the costs of dike building, an approach that is posited as the solution to a cost-benefit analysis (Tol 
2006). 
2. All new port areas are assumed to include sea-level rise to 2050 in their design, so upgrade costs will be 
effectively zero.
 
 
The analysis considers four scenarios of global sea-level rise: a no-rise (or reference) case of no 
climate change and low, medium, and high sea-level rise scenarios based on IPCC AR4 (Meehl 
and others 2007) and Rahmstorf (2007) (table 10). These useful and plausible scenarios reflect 
the uncertainty in climate projections. They are not specifically linked to temperature rise, 
however, because of uncertainties in the timing of deglaciation. An arbitrary 20 percent increase 
in flood heights is assumed under the high sea-level rise scenario by 2100 to reflect 
intensification of storms in areas currently subject to such storms.  
 
Table 10. Sea-level rise under four scenarios, 2010–2100 (centimeters above 1990 levels) 
Year 
No sea-level 
rise 
Low sea-level 
rise 
Medium sea-
level rise 
High sea-level 
rise 
2010 
0.0 
4.0 
6.6 
7.1 
2020 
0.0 
6.5 
10.7 
12.3 
2030 
0.0 
9.2 
15.5 
18.9 
2040 
0.0 
12.2 
21.4 
27.1 
2050 
0.0 
15.6 
28.5 
37.8 
2060 
0.0 
19.4 
37.0 
50.9 
2070 
0.0 
23.4 
47.1 
66.4 
2080 
0.0 
28.1 
58.8 
84.4 
2090 
0.0 
33.8 
72.2 
104.4 
2100 
0.0 
40.2 
87.2 
126.3 
Note: The low rise scenario is derived as the midpoint of the IPCC AR4 A2 range in 2090–99, a trajectory 
consistent with a Model for the Assessment of Greenhouse-gas Induced Climate Change (MAGICC, a 
coupled gas-cycle/climate model) IPCC Third Assessment Report A2 mid-melt 3
o
C sensitivity run. The 
medium rise scenario is derived from the Rahmstorf (2007) A2 trajectory. The high rise scenario is derived 
from the Rahmstorf (2007) maximum A2 trajectory. 
Source: Neumann (2009). 
 
Uniform population growth is imposed on the EACC projections of population and GDP growth, 
so that coastal populations do not grow relative to other areas. However, a scenario of no 
population growth is also considered, in which all future growth happens in areas that will not be 
affected by sea-level rise.  
 
Following best engineering practice for sea and river dikes, dike building anticipates sea-level 
rise in terms of additional height needed 50 years into the future (thus dike heights in 2050 are 
determined by expected extreme sea levels in 2100). For other adaptation measures, there is no 
anticipation of future conditions, again reflecting best engineering practice. Adaptation methods 
are applied in a standard way around all the world’s coasts using criteria that select optimum or 
quasi-optimum adaptation strategies. Selected residual impacts that remain even with adaptation 
are also reported (impacts remaining after adaptation, such as land loss costs, coastal flood costs, 
and the number of people flooded), stressing that much larger investments would be required to 
avoid all impacts of sea-level rise, if this is even possible or desirable. 
background image
51 
 
 
Table 11. Annual costs of adaptation for coastal zone protection, by scenario and cost 
component, 2010–50 ($ billions at 2005 prices, no discounting) 
Coastal zone cost 
component 
Low sea-level 
rise 
Medium sea-
level rise 
High sea-
level rise 
High sea-level 
rise with 
cyclones 
Beach nourishment 
1.7 
3.3 
4.5 
4.5 
River dikes 
0.2 
0.4 
0.6 
0.6 
Sea dikes 
10.7 
24.6 
36.7 
39.1 
Port upgrades 
0.2 
0.4 
0.5 
0.5 
Residual damages
a
 
0.7 
1.5 
Total 
13.5 
30.2 
44.3 
46.7 
a. Includes impacts remaining after adaptation, such as land loss, coastal flooding, and number of people 
flooded. 
Source: Economics of Adaptation to Climate Change study team. 
 
Coastal adaptation costs are substantial and vary with the magnitude of sea-level rise (table 11), 
making it essential for policymakers to plan while accounting for the uncertainty. Flooding 
dominates both the adaptation costs (of building dikes) and the costs of damages due to the 
residual risk. Sea-level rise does not have a large effect on the size of residual damages—the 
main effect is an increased investment in adaptation.  
 
An analysis of how adaptation costs and residual damages are distributed for the medium sea-
level rise scenario indicates that Latin American and the Caribbean and East Asia and Pacific 
together account for some two thirds of the total cost of adaptation (table 12). Deltaic countries 
and small island states are particularly at risk (see box 13). 
 
Increased tropical storm intensity does not raise annual costs substantially, and targeting future 
population growth outside the coastal flood plain does not reduce costs substantially, as the 
existing development already creates a substantial need for protection.  
Clearly, a wider range of adaptation options than considered in DIVA are available in practice, 
including retreating from coastal zones and accommodating higher water levels by raising 
buildings above flood levels. These steps could reduce the need for protection measures and 
could lead to lower adaptation costs than those estimated here (these softer measures are very 
difficult to cost, which is why that was not done). Realizing these benefits will require long-term 
strategic planning and more integration across coastal planning and management. Few if any 
countries have this capacity today, and strengthening institutional capacity for integrated coastal 
management would seem a prudent response to climate change (also yielding benefits in other 
areas).  
 
background image
52 
 
Table 12. Annual cost of adaptation for coastal zone protection and residual damages for 
the medium seal-level rise scenario, by region, 2010–50 ($ billions at 2005 prices, no 
discounting)  
Type of adaptation 
cost and period 
East 
Asia and 
Pacific 
Europe 
and 
Central 
Asia 
Latin 
America 
and 
Caribbean 
Middle 
East 
and 
North 
Africa 
South 
Asia 
Sub-
Saharan 
Africa 
Total 
Total adaptation cost
 a
  
 
 
 
 
 
 
2010–19 
7.6  
2.4  
8.5  
1.0  
1.6  
3.2  
24.3  
2020–29 
8.4  
2.6  
9.5  
1.2  
1.7  
3.7  
27.1  
2030–39 
9.2  
2.8  
10.6  
1.3  
1.9  
4.2  
30.0  
2040–49 
10.0  
3.1  
11.7  
1.4  
2.1  
4.8  
33.1  
Residual damage
b
  
 
 
 
 
 
 
 
2010–19 
0.3  
0.0  
0.1  
0.0  
0.0  
0.0  
0.4  
2020–29 
0.6  
0.0  
0.1  
0.0  
0.1  
0.0  
0.8  
2030–39 
1.1  
0.0  
0.2  
0.0  
0.3  
0.0  
1.6  
2040–49 
1.3  
0.1  
0.4  
0.1  
0.9  
0.0  
2.8  
a. Includes beach nourishment, river and sea dikes, and port upgrades. 
b. Includes impacts remaining after adaptation, such as land loss, coastal flooding, and number of people 
flooded. 
Source: Economics of Adaptation to Climate Change study team. 
 
I ndustrial and municipal water supply and riverine flood protection
 
Climate change has already affected the hydrologic cycle, and the impacts are expected to 
continue and intensify over the century. Where water availability has increased, the increase is 
expected to continue, and where it has decreased it is expected to continue to decrease. Projected 
increases in the intensity of rainfall are expected to boost the frequency and magnitude of floods. 
Policymakers need to understand these changes and adapt to them. 
 
The analysis of the costs of adaptation for water management includes industrial and municipal 
water supply (box 15) and excludes water for agriculture and ecosystem services. Irrigation is 
considered in the discussion of the agricultural sector, and water management for ecosystem 
services is implicitly dealt with by limiting future withdrawals to no more than 80 percent of total 
runoff, with no further withdrawals permitted in river basins where current water withdrawals are 
already more than 80 percent.  
 
Box 15. Water sector methodology 
 
The effects of climate change on the water cycle were assessed by running the Climate and Runoff 
model (CLIRUN-II) on a monthly time-step. The key parameters were monthly runoff and the 
magnitude of the 10-year and 50-year maximum monthly runoff. The results were aggregated to 
background image
53 
 
the 281 food production units of the International Model for Policy Analysis of Agricultural 
Commodities and Trade (IMPACT) developed by the International Food Policy Research Institute. 
The analysis considers industrial and municipal water supply and riverine flood protection. 
Water supply. Costs of adaptation are defined as the cost of providing enough raw water to restore 
future industrial and municipal water demand to the levels that would have existed without climate 
change. Such demand is assumed to be met by increasing the capacity of surface reservoir storage, 
except when that would raise withdrawals to more than 80 percent of river runoff and when the 
cost of supplying water from reservoir yield is more than $0.30 a cubic meter. In these cases, 
supply is assumed to be met through alternative measures, such as recycling, rainwater harvesting, 
and desalination, at a cost of $0.30 a cubic meter.  
Additional reservoir storage capacity to meet future water demand is calculated using storage-yield 
curves showing the storage capacity needed to provide a given yield and reliability of water supply 
over the year. The storage yield curves were developed using simulated time-series of monthly 
runoff and evaporation from CLIRUN-II. The costs of reservoir construction were based on a 
method relating topography to cost, and annual operation and maintenance costs were assumed to 
be 2 percent of construction costs. Three scenarios were used to estimate the size distribution of 
future reservoirs: small dams, with all future reservoirs having a storage capacity under 25 million 
cubic meters; large dams, with all future reservoirs having a storage capacity greater than 12,335 
million cubic meters; and best estimate, with future construction assumed to follow the same size 
distribution as in the 20
th
 century in the United States. The results in this section are shown for the 
best estimate scenario. 
Flood protection. Costs are defined as the cost of providing flood protection against the 50-year 
monthly flood (maximum monthly runoff) in urban areas and the 10-year monthly flood in 
agricultural areas. First, the baseline costs (without climate change) of providing flood protection 
to all urban and agricultural areas were estimated. Then, the costs of adaptation were estimated by 
assuming that the costs of providing flood protection rose by the same percentage as the 
percentage change in the magnitude of the 50-year or 10-year monthly flood event. Flood 
protection was assumed to be provided through a system of dikes and polders, at a cost of $50,000 
per square kilometer in urban areas and $8,000 per square kilometer in agricultural areas (these 
cost estimates were derived from World Bank case studies). Annual operation and maintenance 
costs were assumed to be 0.5 percent of construction costs. 
 
In a methodological improvement over previous studies (Kirshen 2007, subsequently modified by 
UNFCCC 2007), the sectoral water balance is maintained, with any change in agricultural 
withdrawals accounted for before computing the costs of adaptation for raw industrial and 
municipal water supply. Other methodological improvements include use of a longer time 
horizon (to 2050 rather than 2030); analyses of the baseline without climate change and of the 
baseline changes under climate change, whereas the previous studies examined the combined 
costs of adaptation to socioeconomic development and climate change and then assumed the costs 
related to climate change to be 25 percent of the total; and use of hydrological models to estimate 
change in generic reservoir capacity. In addition, this study estimates the global costs of 
adaptation related to riverine flood protection, which the other studies did not consider, by 
analyzing the costs of protecting against river flooding in urban and agricultural areas against the 
50-year monthly flood in urban areas and the 10-year monthly flood (maximum monthly runoff) 
in agricultural areas (see box 15). 
background image
54 
 
Table 13. Gross and net annual adaptation costs for water supply and riverine flood 
protection, by region, 2010–50 ($ billions at 2005 prices, no discounting) 
Type of cost 
calculation and 
protection 
category 
East 
Asia 
and 
Pacific 
Europe 
and 
Central 
Asia 
Latin 
America 
and 
Caribbean 
Middle 
East 
and 
North 
Africa 
South 
Asia 
Sub-
Saharan 
Africa 
Total 
National Centre for Atmospheric Research (NCAR), wettest scenario
 
Gross 
 
 
 
 
 
 
 
Flood protection 
0.9  
1.7  
1.0  
0.2  
1.1 
0.4  
5.3 
Water supply 
3.1  
1.7  
5.3 
0.5  
1.8  
6.2  
18.6 
Total 
4.0  
3.4  
6.3  
0.7  
2.9  
6.6  
23.9  
Net 
 
 
 
 
 
 
 
Flood protection 
0.8 
1.4 
0.3 
–0.2 
1.0 
0.3 
3.6 
Water supply 
0.3 
0.9 
5.2 
0.0 
–2.3 
5.9 
10.0 
Total 
1.1 
2.3 
5.5 
–0.2 
–1.3 
6.2 
13.3 
Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO), driest scenario 
Gross 
 
 
 
 
 
 
 
Flood protection 
1.6 
0.9 
2.0 
0.6 
1.7 
0.2 
7.0 
Water supply 
2.1 
0.5 
2.9 
0.2 
5.9 
7.6 
19.2 
Total 
3.7 
1.4 
4.9 
0.8 
7.6 
7.8 
26.2 
Net 
 
 
 
 
 
 
 
Flood protection 
1.6 
0.6 
1.7 
0.5 
1.6 
–0.2 
5.8 
Water supply 
0.6 
–0.3 
1.5 
–0.4 
2.4 
7.3 
11.1 
Total 
2.2 
0.3 
3.2 
0.1 
4.0 
7.1 
16.9 
Note: Gross costs set negative values to zero for sector protection in any country with negative costs. Net 
costs are the pooled costs without restrictions on pooling across country borders (positive and negative 
values are treated symmetrically). 
Source: Economics of Adaptation to Climate Change study team. 
 
Adaptation costs for industrial and municipal raw water supply are higher for the CSIRO 
simulations, with its drier global mean conditions, than for the NCAR simulations, with its wetter 
conditions (table 13 and map 3), because more reservoir storage capacity is required to provide 
the same yield. The adaptation costs for riverine flood protection are also greater for the CSIRO 
scenario because the model simulates a larger increase in the magnitude of the 10-year and 50-
year monthly flood events than does the NCAR scenario, despite relatively drier mean conditions. 
The highest costs are in Sub-Saharan Africa under both climate scenarios. Latin America and the 
Caribbean also sustain high costs under both models, and South Asia sustains high costs under 
CSIRO because these regions experience the largest percentage decline in mean runoff (see map 
3). The gross costs of adaptation are significantly greater than the net costs, especially for water 
supply: $23.9 billion gross and $13.3 billion net annual cost under NCAR and $26.2 billion gross 
and $16.9 billion net annual cost under CSIRO. These differences are driven mainly by the 
decreased need for storage capacity in South Asia and East Asia and Pacific under both scenarios 
because of increased mean runoff (see map 3). 
background image
55 
 
Map 3. Change in mean water runoff under the Commonwealth Scientific and Industrial 
Research Organization and National Centre for Atmospheric Research global climate 
scenarios, 2000–50 
 
Commonwealth Scientific and Industrial 
Research Organization (CSIRO), driest 
scenario
 
National Centre for Atmospheric Research 
(NCAR), wettest scenario
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Note: The Economics of Adaptation to Climate Change study team acknowledges the Program for Climate 
Model Diagnosis and Intercomparison and the World Climate Research Programme's (WCRP) Working 
Group on Coupled Modelling for their roles in making available the WCRP’s Coupled Model 
Intercomparison Project phase 3 (CMIP3) multimodel dataset. Support of this dataset is provided by the 
Office of Science, U.S. Department of Energy. 
Source: Maps are based on data developed at the MIT Joint Program for the Science and Policy of Global 
Change using CMIP3 data (the WCRP’s CMIP3) multimodel dataset. Maps were produced by the 
International Food Policy Research Institute.
 
 
As do most sectoral studies of global adaptation costs, this study focuses on hard adaptation 
measures, which are easier to cost than behavioral measures. There is no implication that these 
are the best measures for adaptation. Ideally, adaptation options to ensure water supply during 
average and drought conditions should integrate strategies on both demand and supply sides. 
While demand-side adaptations are not explicitly costed in this study (demand projections already 
account for some increase in efficiencies over time, so this could lead to double counting), there 
is wide scope for economizing on water consumption (see, for example, Zhou and Tol 2005). 
Adaptation options for flood protection can reduce either the probability of flood events or their 
background image
56 
 
magnitude (reducing flood hazard) or the impacts of floods. In both cases, adaptation should 
consider structural and nonstructural measures that address both flood probability and impact. 
Agriculture  
The analysis of agriculture brings together, for the first time, detailed biophysical modeling of 
crop growth under climate change with the world’s most detailed global partial equilibrium 
agricultural model to estimate the costs of adaptation for returning the number of malnourished 
children to pre-climate change levels. One of the few earlier estimates of adaptation costs for 
agriculture takes a simpler approach, assuming that an arbitrary 10 percent increase in research 
and extension funding and a 2 percent increase in capital infrastructure costs are needed by 2030 
to adapt to climate change (UNFCCC 2007). Also, the UNFCCC estimate includes no explicit 
link to climate impacts or any accounting for autonomous (personal) adaptation. 
 
The analysis of agricultural adaptation costs uses the International Food Policy Research 
Institute’s (IFPRI) International Model for Policy Analysis of Agricultural Commodities and 
Trade (IMPACT) to incorporate the direct impacts of climate change on agricultural production 
(yields and crop area) and the indirect effects through food prices and trade on calorie availability 
and the number of malnourished children (see box 16). IMPACT includes 32 crops and livestock 
commodities, including cereals, soybeans, roots and tubers, meats, milk, eggs, oilseeds, oilcakes 
and meals, sugar, and fruits and vegetables. Changes in the number of malnourished children 
between 2050 and 2000 without climate change are compared to changes with climate change to 
determine costs of adaptation.  
 
Box 16. Agriculture sector methodology 
 
Climate change affects agriculture through changes in yields and in areas planted. Farmers respond 
by changing their management practices. The resulting production effects work their way through 
agricultural markets, affecting prices. Consumers respond by changing consumption patterns. 
When prices rise, consumption falls and the number of malnourished children rises. Adaptation 
expenditures on productivity enhancing investments can offset these impacts of climate change. 
 
The biological effects of climate change are modeled with the Decision Support System for 
Agrotechnology Transfer (DSSAT) crop modeling program, assessing yield and area effects for 
five major commodities at 0.5 degree resolution. The DSSAT model includes a carbon dioxide 
fertilization effect of 369 parts per million (ppm) atmospheric concentration, reflecting recent 
research suggesting that fertilization effects are much weaker in the field than in the laboratory. 
Using a 532 ppm value reduces the costs of adaptation by less than 10 percent. 
 
The productivity effects of climate change are aggregated to 32 crops and 281 food production 
units of the International Food Policy Research Institute’s International Model for Policy Analysis 
of Agricultural Commodities and Trade. Growth in crop production in each country is determined 
by crop and input prices, exogenous rates of productivity growth and area expansion, investment in 
irrigation, and water availability. Demand is modeled as a function of prices, income, and 
population growth and has four components: food, feed, biofuels feedstock, and other uses. The 
model links national agricultural markets through international trade. World agricultural 
commodity prices are determined annually at levels that clear international markets. 
background image
57 
 
 
Costs of adaptation are measured against the human well-being measure of malnutrition in 
preschool children, a highly vulnerable group. The number of malnourished children is determined 
in part by per calorie availability but also by access to clean drinking water and maternal 
education. Investments in agricultural research, roads, and irrigation increase agricultural 
productivity under climate change, increasing calorie availability and reducing child malnutrition 
estimates.  
 
The costs of adaptation for agriculture are calculated solely from the perspective of the agriculture 
sector, so the starting point is investment and asset stocks in the base year (2000). Thus, the 
estimates of investments in research, irrigation, and rural roads do not take account of overlaps in 
spending on these activities or assets with the baseline growth or of adaptation costs for other 
sectors, such as infrastructure and water resources management. This is an unavoidable 
consequence of estimating the cost of adaptation for each sector separately and in parallel. For 
rural roads, an attempt was made to eliminate overlapping expenditures in compiling the 
consolidated estimates of the costs of adaptation for developing countries in table 24. The baseline 
provision of rural roads up to 2050 used to estimate costs of adaptation is adjusted to take account 
of the additional length of rural roads consistent with the baseline projections for road investment. 
This adjustment reduces the investment in rural roads included in the cost of adaptation for 
agriculture by about 80–85 percent for the two climate scenarios. The adjustment for these 
overlaps amounts to $2.0–2.2 billion a year averaged over the full period. 
 
 
Changes in temperature and precipitation in the NCAR and CSIRO climate scenarios have strong 
negative effects on crop yields and production. Irrigated and rainfed wheat and irrigated rice are 
especially hard hit. South Asia experiences the biggest loss in production, and developing 
countries fare worse than developed countries for almost all crops under both scenarios.  
 
These productivity impacts, even after accounting for autonomous adjustments through changes 
in, say, input and crop mix (see box 17 on some private adaptation measures in agriculture in 
some case study countries), lead to dramatic impacts on trade flows (another form of autonomous 
adjustment). Without climate change, developed country net exports rise from 83.3 million tons 
to 105.8 million tons between 2000 and 2050—a 27 percent increase. South Asia switches from a 
net exporter to a net importer, and East Asia and Pacific and Sub-Saharan African imports rise 
considerably (table 14 and figure 3). Developed country exports rise 28 percent under the NCAR 
scenario and a dramatic 75 percent under the CSIRO scenario compared with 2000 levels (not 
shown). South Asia becomes a much larger importer of food under both scenarios than under 
baseline conditions of no climate change, East Asia and Pacific becomes a net exporter of food 
under the NCAR scenario, and Europe and Central Asian exports and Sub-Saharan African 
imports fall substantially under both scenarios. Climate change has a smaller impact on meat 
trade. 
 
Box 17. Private adaptation in agriculture and areas needing policy attention 
Farmers in Sub-Saharan Africa are already adapting to increasing rainfall variability and higher 
temperatures by shifting sowing dates and changing crop mix or plot location. In Ethiopia and 
Ghana, farmers in focus groups reported on significant changes in the start of the rainy season 
and in the length and intensity of rainfall. In Ghana, male and female farmers reported that they 
background image
58 
 
had responded to the variable precipitation and higher temperatures by planting drought- and 
heat-resistant crops, selecting crops with a short gestation period, planting vegetables along river 
banks for easier access to water, shifting planting dates forward or backward, and sowing half the 
plot later to spread the risk of early or late rains. Farmers in Bolivia also note adaptations in 
agricultural practices with climate change, including using new seed varieties and turning over 
pastureland to cropland in the Alturas (highlands), where temperatures have risen. 
In these settings, the coping strategies of the poorest farmers are even more constrained under 
conditions of climate change, leaving them less room for implementing adaptation responses. For 
example, a focus group of vulnerable women in rural Ghana noted that the Nandana (poorer 
people) lack collateral for loans and thus have to beg other community members for leftover 
seeds to sow. They are therefore the last to sow their crops and miss crucial sowing dates.  
In all the case study countries, land was identified as a policy area with an important bearing on 
potential climate adaptation activities. Land tenure systems affect poverty outcomes directly. For 
example, priority adaptation investments are expected to include investments in water 
infrastructure (including irrigation) to cope with growing freshwater scarcity. However, the 
greatest impacts of such irrigation investments on poverty reduction have been found in countries 
with low levels of inequality in land holdings (Hussain 2005). Land inequity is greatest for 
women. In Tetauku, Ghana, members of an EACC focus group discussion on the elderly declared 
that “Women do not own land; even their own children who are boys have more inheritance 
rights than th