European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 ·...

78
in association with European Commission DG ENV MODELLING OF EU LANDUSE CHOICES AND ENVIRONMENTAL IMPACTS – SCOPING STUDY Contract N° 070307/2007/485312/ETU/G1 Final Report Appendices August 2008 in collaboration with Contact BIO Intelligence Service Shailendra Mudgal – Patricia Benito + 33 (0) 1 56 20 28 98 [email protected] [email protected]

Transcript of European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 ·...

Page 1: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

in association with   

                                           

European Commission DG ENV

 

MODELLING OF EU LAND‐USE CHOICES AND ENVIRONMENTAL IMPACTS – 

SCOPING STUDY  

Contract N° 070307/2007/485312/ETU/G1  

Final Report ‐Appendices 

August 2008 

in collaboration with 

Contact BIO Intelligence Service Shailendra Mudgal – Patricia Benito 

℡ + 33 (0) 1 56 20 28 98 [email protected]  [email protected]    

Page 2: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

2 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices  August 2008 

 

This page is left intentionally blank. 

 

Page 3: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

August 2008  European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices 

 

Contents  

Appendices ..................................................................................................................................... 5 

Appendix 1 – Presentations of the workshop on “Modelling of EU land‐use choices and environmental impacts” ............. 5 Appendix 2 – List of participants of the workshop............................................................................................................... 29 Appendix 3 ‐ Minutes workshop ‘Modelling of EU land‐use choices” ................................................................................. 31 Appendix 4 – Land‐use/land‐cover classes in models and databases .................................................................................. 43 Appendix 5 – Driving forces considered in existing models ................................................................................................. 49 Appendix 6 – Non‐exhaustive list of projects and programmes related to Land‐use change .............................................. 51 Appendix 7 – Pre‐processing phase in selected existing land‐use modelling frameworks .................................................. 61 Appendix 8 – Non‐exhaustive inventory of existing sector‐specific and global models related to land‐use ....................... 65 Appendix 9 – Non‐exhaustive list of existing Land‐use models ........................................................................................... 71 Appendix 10 – Set of criteria for assessing land‐use models ............................................................................................... 75 Appendix 11 – EU policy analytical needs ............................................................................................................................ 77 

 

Page 4: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

4 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices  August 2008 

 

                                  This page is left intentionally blank. 

 

     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 5: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

August 2008  European Commission, DG ENVScoping study on modelling of EU land‐use choices 

 

APPENDICES 

APPENDIX 1 – PRESENTATIONS OF THE WORKSHOP ON “MODELLING OF EU LAND‐USE CHOICES AND ENVIRONMENTAL IMPACTS” 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 6: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

6 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices  August 2008 

 

 1‐ Introduction and objective of the workshop by Jacques Delsalle (EC DG ENV, G.1)  

 

 

 

          

  

 

 

Page 7: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

August 2008  European Commission, DG ENVScoping study on modelling of EU land‐use choices 

 

 

 

 2‐ Requirements for a EU land‐use model by Shailendra Mudgal (BIO Intelligence Service) 

 

 

 

Page 8: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

8 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices  August 2008 

 

    3‐ Available modelling frameworks by Patricia Benito (BIO Intelligence Service) 

  

  

Page 9: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

August 2008  European Commission, DG ENVScoping study on modelling of EU land‐use choices 

 

  

 

  

 

4‐ Potential options for an EU modelling tool by Eric Koomen (SPINlab) 

  

Page 10: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

10 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices  August 2008 

 

  

  

 

  

 

 

 

 

Page 11: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

August 2008  European Commission, DG ENVScoping study on modelling of EU land‐use choices 

11 

 

5‐ Application of  land use models  for policy analysis and spatial planning by  Judith Borsboom (Netherlands Environmental Assessment Agency) 

 

 

  

 

Page 12: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

12 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices  August 2008 

 

 

 

 

 

  

Page 13: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

August 2008  European Commission, DG ENVScoping study on modelling of EU land‐use choices 

13 

 

 

    

 

  

  

 

 

Page 14: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

14 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices  August 2008 

 

 

 

 6‐ Development of  policy support tools by Hedwig van Delden (RIKS) 

  

  

Page 15: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

August 2008  European Commission, DG ENVScoping study on modelling of EU land‐use choices 

15 

 

 

  

 

  

  

  

Page 16: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

16 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices  August 2008 

 

  

  

 

  

  

 

Page 17: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

August 2008  European Commission, DG ENVScoping study on modelling of EU land‐use choices 

17 

 

 

 7‐ Integrating models and indicator rules for land use impact assessment and policy analysis by 

Eric Koomen (SPINlab)  

  

  

  

 

Page 18: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

18 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices  August 2008 

 

 

 

  

  

Page 19: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

August 2008  European Commission, DG ENVScoping study on modelling of EU land‐use choices 

19 

 

  

  

 

  

   

8‐ Scenario development by Peter Verburg, Wageningen University 

Page 20: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

20 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices  August 2008 

 

 

 

 

Page 21: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

August 2008  European Commission, DG ENVScoping study on modelling of EU land‐use choices 

21 

 

 

 

 

  

Page 22: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

22 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices  August 2008 

 

   

 

 

Page 23: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

August 2008  European Commission, DG ENVScoping study on modelling of EU land‐use choices 

23 

 

 

  

 

  

   

Page 24: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

24 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices  August 2008 

 

 

9‐ What  is  being  done  in  other  areas  and  the  link  between  land‐use  modelling  for environmental  impacts  and  land‐use  modelling  in  other  contexts?  by  Barry  Zondag,  (Significance/Delft University of Technology) 

  

 

  

 

Page 25: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

August 2008  European Commission, DG ENVScoping study on modelling of EU land‐use choices 

25 

 

  

 

  

 

  

 

  

 

Page 26: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

26 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices  August 2008 

 

  

 

  

 

   

  

 

Page 27: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

August 2008  European Commission, DG ENVScoping study on modelling of EU land‐use choices 

27 

 

   

    

10‐ Defining the requirements for an EU modelling framework by BIO/SPINlab 

  

  

 

 

 

 

 

Page 28: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

28 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices  August 2008 

 

This page is left intentionally blank. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 29: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

August 2008  European Commission, DG ENVScoping study on modelling of EU land‐use choices 

29 

 

 

APPENDIX 2 – LIST OF PARTICIPANTS OF THE WORKSHOP 

First Name  Family Name  Organisation 

Hedwig   van Delden   RIKS 

Jasper   van Vliet  RIKS 

Maarten   Hilferink    Object Vision BV p/a CIMO ‐ Vrije Universiteit 

Martin   van der Beek  Object Vision BV p/a CIMO ‐ Vrije Universiteit 

Martha  Bakker   Wageningen University  Peter  Verburg  Wageningen University  

Erez   Hatna   Wageningen University  

Louise   Willemen   Wageningen University  

Eric   Koomen  Faculty of Economics and Business Administration, Vrije Universiteit (FEWEB‐VU) 

Shailendra   Mudgal  Bio Intelligence Service 

Patricia   Benito  Bio Intelligence Service 

Judith   Borsboom   Dutch Environmetal Assessment agency 

Barry   Zondag  Delft University of Technology Wolfgang   Loibl  Austrian Research Centers 

GmbH ‐ ARC Tom  Kuhlman   Wageningen University 

Jan Erik   Wien  Centre for Geo‐Information Wageningen UR, Alterra 

Katharina  Olsacher   State Government of Lower Austria 

Ernesto   Ruiz  ATECMA SL Sylvain  Doublet  Solagro 

Eduardo   Carqueijeiro  European Commission DG Research, I.4 

Jacques   Delsalle  European Commission DG ENV, G.1 

Agnieszka   Romanowicz   EEA 

Peter   De Smedt  European Commission ‐ DG Research, I.2 

 

 

 

 

 

 

 

Page 30: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

30 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices  August 2008 

 

 

 

                      This page is left intentionally blank. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 31: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

August 2008  European Commission, DG ENVScoping study on modelling of EU land‐use choices 

31 

 

APPENDIX 3 ‐ MINUTES WORKSHOP ‘MODELLING OF EU LAND‐USE CHOICES”   

 

 

 

 

 

 

 

 

Title Modelling of EU land‐use choices and environmental impacts 

Location Rue Van Maerlant 2, 1040 Brussels, room VM 1

Moderators Mr. Jacques Delsalle  (European Commission DG ENV) Mr. Shailendra Mudgal (BIO Intelligence Service) Mr. Eric Koomen (SPINlab, Vrije Universiteit) 

Contact BIO Shailendra Mudgal Patricia Benito  Tel. : +33 (0)1 56 20 28 98 Email :   [email protected] 

 [email protected]  

Contact SPINlab Mr. Eric Koomen E‐mail: [email protected]  

Content 

1.  Opening and welcome remarks 2.  Introduction to the study and objective of the workshop 3.  Requirements for a EU land‐use model 4.  Available modelling frameworks 5.  Potential options for an EU modelling tool 6.  Application of land use models for policy analysis and spatial planning 7.  Development OF POLICY support tools 8.  Integrating models and indicator rules for land use impact assessment and policy analysis 9.  Scenario development 10.  What is being done in other areas 11.  Discussion on the requirements for an EU modelling framework 

 

 

Workshop “Modelling of EU land‐use choices and environmental impacts” 

‐ Minutes ‐  

Brussels, 26 June 2008

Page 32: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices  August 2008 

 

1. OPENING AND WELCOME REMARKS 

Mr. Delsalle (EC) welcomed the attendees to the workshop on modelling of EU land‐use choices and environmental  impacts. He briefly described the context of the current scoping study. He explained that today’s society faces the challenge of reducing the negative environmental impacts of land‐use practices while maintaining socio‐economic benefits. Land use modelling tools can be used to assess to  what  extent  full  implementation  of  different  policies  may  achieve  adequate  protection  or strengthening of land services. Tools exist, but the operational link with DG Environment is not build yet.  In this context, the current study aims at  identifying and comparing on‐going and  forthcoming relevant  land‐use modelling  research  programs  and  evaluating  their  usefulness  for  policy  analysis purposes. On  this basis,  the  study performs an analysis of  the options  for a  future  land modelling framework useful for the European Commission and defines a roadmap for the development of such modelling framework.   

Mr.  Delsalle  also  highlighted  that  a  call  for  tender  was  being  launched  (closed  in  25/7/08)  for developing such modelling tool and the definition,  implementation and elaboration of a number of different  scenarios and policy options.    In  the medium  term,  the  recommendations of  the  scoping study  might  be  implemented  through  different  research  projects,  complemented  by  service contracts.  

2. INTRODUCTION TO THE STUDY AND OBJECTIVE OF THE WORKSHOP 

Mr. Mudgal  (BIO) presented  a more detailed  introduction  to  the  study. He  further  explained  the approach  followed  in  the  study,  the methodology  used  for  data  gathering  (literature  review  and telephonic interviews with experts) and also the main objectives of the workshop, including: 

• The validation of the information contained in the report on existing relevant modelling tools. 

• The  discussion  of  the  identified  options  for  this  potential  EU  land‐use  modelling framework (pros and cons). 

• The  discussion  of  the  proposed  roadmap  for  further  development  of  a  EU  land‐use modelling framework included in the background document (draft final report). 

• The  definition  of  the  main  requirements  for  an  integrated  assessment  modelling framework.   

He  invited  the  attendees  to  participate  in  the  discussion  and  contact  BIO,  during  or  after  the workshop,  if  there  were  any  questions  or  issues  to  be  discussed  or  to  provide  any  additional information.  

 

Page 33: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

August 2008  European Commission, DG ENVScoping study on modelling of EU land‐use choices 

33 

 

3. REQUIREMENTS FOR A EU LAND‐USE MODEL   

Mr. Mudgal (BIO) gave a presentation on the requirements for an EU land‐use model, addressing in particular the needs for quantitative modelling, how the land‐use modelling can be applied in policy making  and  what  would  be  the  requirements  for  an  EU  land‐use model meeting  the  analytical requirements of the Commission.  

He explained that when developing a modelling framework, different aspects have to be taking into consideration, in particular the policy question that is to be addressed, which in turn will define other elements of the modelling framework such as the main drivers and pressures to be considered, the impacts to be assessed, the sector‐specific models that will be necessary, the type of application of the results of the model, or the time horizon. 

Mr. Mudgal  indicated  that  from  the analytical point of  view, a modelling  framework meeting  the European  Commission  needs  should  allow  simulating  different  types  of  land‐use  changes simultaneously.  Regarding  the  use  of  ex‐ante  assessment  tools,  a  key  issue  is  whether  the  tool answers  a question  that  is  relevant  for developing/assessing  the policy  and making  it  acceptable. Overall, a relevant  land‐use modelling  tool has  to support  the policy needs of different DGs of  the European Commission such as ex‐ante assessment and impact assessments. Such framework should be able  to estimate  the economic, environmental and social  impacts of  land‐use across a  range of scales (from EU‐27) to MS and regional level) while taking into account global sources driving forces such as demography, economic growth or climate change. The modelling framework should focus on a broad understanding of cross‐cutting  trade‐offs of  sector  impacts and be  flexible  to allow  taking into  consideration  new  policy  developments.  Furthermore,  the  modelling  tool  shall  generate projections  that  are  reliable  and  plausible  to  a  degree  that  is  useful  to  the  Commission,  be transparent regarding the data, scenarios, baselines, etc. and that can be applied to  locations other than the one(s) for which it was originally developed and results can be replicable by others. He also highlighted  that,  from an operational point of view,  the modelling  tool shall allow  linkage  to other models  currently,  in  use  by,  or  of  interest  to,  the  Commission  and  its  input  should  be  easy  to interpret and usable by policy makers.  

4. AVAILABLE MODELLING FRAMEWORKS  

Ms.  Benito  (BIO)  presented  different  existing  relevant  research  projects  and  summarised  main differences and similarities among existing modelling tools.  

She  first  presented  the  general  structure  of  a modelling  framework  and  the  different  potential components (pre‐processing phase, the core modelling system and the post‐processing phase). Using the mentioned structure, she presented the main characteristics of different existing modelling tools in  terms of  the policy questions addressed,  the drivers,  the policy scenarios considered, modelling structure, and the indicators that are used.  She proceeded comparing the different modelling tools in  terms  of  Relevancy,  operation  and  technical  requirements.  Finally,  she  concluded  with  some general  remarks  made  on  the  basis  of  such  comparison  of  existing  models.  For  example,  she highlighted  that  current versions of existing modelling  frameworks usually  focus on  specific policy 

Page 34: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

34 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices  August 2008 

 

questions, e.g.  the CAP  reform.  In general environmental  related  issues are addressed  to a  limited extent and social aspects and drivers are generally not well represented in most modelling tools. Two of the main observed limitations in existing modelling tools are their limited re‐utilisation in different policy  questions  than  the  ones  addressed  and  the  difficulties  experienced  in  linking  the  different components or models. 

5. POTENTIAL OPTIONS FOR AN EU MODELLING TOOL 

Mr. Koomen (SPINlab) made a presentation on the possible options for a land‐use policy model to be used by the Commission and a roadmap for further development of such modelling tool.  

Mr. Koomen started explaining that different options are possible to develop a  land‐use modelling framework for assessing environmental  impacts of  land‐use changes, and that the better suitability of one or the other will depend on the foreseen applications, the preferred modelling structure and other  related operational  issues.  For example,  from  the  ‘application’ perspective,  a model  can be sector specific (e.g. agriculture, urban sprawl, transport) or  integrated (e.g. addressing cross‐cutting issue such as climate change affecting all types of land use and different sectors), and its results can be  used  during  different  phases  of  the  policy‐making  process  (i.e.  preparation,  development  and evaluation of  large‐scale  spatial plans and  strategies). From an architectural point of view, models can be developed as stand‐alone entities that replace existing components (such as SEAMLESS) or as integration  framework  that  use  existing  components  (such  as  Eururalis).  Depending  on  the architecture, the modelling tool will be more or  less user‐friendly or a specialist's tool (demanding, but  flexible). From  the operational perspective,  land‐use model output  is  typically delivered  in  the form of tables and maps, but in order to provide sensible results for policymaker, additional impact assessment tools may be applied.  

Mr. Koomen explained also the roadmap that had been proposed in the background paper for an EC land‐use  modelling  framework,  discussing  the  various  options  presented.  He  explained  that  an integrated  application will  be most  suitable  for  the  current  and  foreseen  Commission’s  analytical needs. This approach requires, however, complex linkages between (sub‐) domains and using sector‐specific models  (likely: hydrology, climate,  tourism, agriculture,  forestry, economics, and  transport) that can simulate different types of  land use. The main application type of the modelling tool to be developed will be ex‐ante policy assessment and planning during the development phase, and it will include many different types of scenarios and spatially explicit policy options. He also explained that for  the  basic modelling  architecture,  the  use  of  a  component‐based model  seemed  to  be most appropriate;  with  different  sector‐specific  models  (representing  different  processes  at  different hierarchical  levels)  constituting discrete and  reusable  components  that  could be  integrated  in  the modelling framework depending of the policy questions to be addressed. Mr. Koomen indicated that such model will have to be run by trained modellers given the complexity of the expertise required to integrate  and  calibrate  the  different  components  of  the model.  Therefore,  it would  consist  of  a specialist’s  tools,  but  that  the  participation  of  the  policy‐makers would  be  necessary  in  the  pre‐modelling and post‐modelling phase. 

Page 35: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

August 2008  European Commission, DG ENVScoping study on modelling of EU land‐use choices 

35 

 

As an initial guideline for a generic land‐use modelling framework, a number of model characteristics were proposed,  including,  for example,  a  spatial  resolution of 500m  grid  cells, 2040/2050  for  the time  horizon  of  the  projections with  10  year  time  steps,  covering  the  27‐EU  territory  and with  a regional division for aggregation of Nuts 1/Nuts 3.  

A summary of discussions in light of this presentation is presented below:  

Some  participants  discussed  the  issue  of  the  specific  structure  of  the  potential  modelling framework. For example,  it was highlighted  that while macro‐economic models are specific at  the national  level,  for  sectoral models  there  is not much  information  available on  the market  sectors within each regions.  Therefore, it would be interesting to have a sectoral model that produces itself regional  output.  Mr.  Zondag  (Significance/Delft  University  of  Technology)  indicated  that  when modeling,  two approaches are possible: an  integrated,  in depth model or a broad,  light model. An integrated  framework  could  be  the most  pragmatic  solution  but  it might  pose  some  difficulties, especially  regarding  the  consistency  and  feedback  between  components.  He  highlighted  that modelling  should  be  tailored  to  the  policy  question  that  is  to  be  addressed  and  the  output indicators/information it needs to produce for the evaluation, in particular regarding the component to be  added.  For  those  case where  feedbacks between  components might be  important,  ‘lighter’ models might be more suitable.  

Mr. Koomen (SPINlab) agreed that the specific components to be added in the modelling framework and the potential  linkage  issues will be conditioned by the policy questions.   He added that macro‐economic and demographic models would most likely be required.  

Regarding the variables to be evaluated by the modelling tool, Mr. Loibl (Austrian Research Centers), that  besides  land‐use  classes,  another  important  aspect  to  take  into  account  is    land‐use  density does, which is rarely considered in existing models.   

Another issue that was briefly discussed was the time horizon of the analysis to be performed by the modelling framework. In this regard, Agnieszka Romanowicz (EEA) indicated that if the results of the models were  to be  relevant  for policy making,  the modelling  tool must  take  into account policies’ lifespan, which  is usually  shorter  than 10 years  (proposed  for  the modelling  tool  in Mr. Koomen’s presentation).  She  recommended  simulating  for  each  of  the  budgetary  cycles,  which  is  usually between 5‐7 years.  

 

6. APPLICATION  OF  LAND  USE MODELS  FOR  POLICY  ANALYSIS  AND  SPATIAL PLANNING 

Ms.  Borsboom  (Netherlands  Environmental  Assessment  Agency)  made  a  presentation  on  the application of land use models for policy analysis and spatial planning in the Netherlands. She started by referring to the main reasons that have motivated to the use of this type of tools in policy making, the most  important being the fact that many environmental and ecological problems are related to developments in land use, which motivated an interest in gaining further insight into possible spatial changes in the future.  

Page 36: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

36 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices  August 2008 

 

In  this  context,  the  Netherlands  Environmental  Assessment  Agency  (MNP)  participated  in  the development of the model Land Use Scanner (1997) and the Environment Explorer (1998) modelling tool (property of RIVM/MNP and developed by RIKS), and the application of UrbanSIM (2005) and in the Eururalis project  (2003). These modelling  tools have been mainly applied  in  the context of  the Environmental Outlooks, ex‐ante evaluation of the National Spatial Policy Plan and the Sustainability Outlooks  1  and  2.  Furthermore,  the  tool  EURURALIS  2.00  has  been  applied  under  the motion  in Parliament  for  assessing  the  future  of  the  Dutch  agriculture  (2002),  and  for  investigating  the potential impacts of biofuels (2006).  

Ms. Borsboom described more  in detail  the main output of  the application of  land‐use modelling tools  for  the  Sustainability Outlooks  and  the  application of  the  Eururalis  results  to  support policy discussions.  

Overall,  she  concluded  that  in  general,  land  use models  can  be  a  very  useful  tool  support  policy preparation and policy making for a number of issues, nevertheless, it is important to consider that, to  date,  not  all  environmental  problems  can  be  properly  addressed  with  current  models  (e.g. sometimes  very  detailed  level  needed  that  cannot  be  achieved with  current models,  e.g.  air  and noise pollution).   She highlighted that, currently, there  is a gap between existing ecological models and  land‐use models  in  terms of detail  in  the analysis. She also  indicated  that  it was  important  to differentiate and recognise the importance of societal developments and people’s behaviour and to consider other types of measures other than spatial planning and zoning, such as source measures, fiscal/price measures, or subsidies. Finally, she pointed out the importance of considering that there are different levels of decision making (municipalities, provinces, federal states, multinationals, etc.) that  have  an  important  influence  on  land‐use  configuration  and  changes  and  that  are  difficult  to model. 

7. DEVELOPMENT OF POLICY SUPPORT TOOLS 

Ms. van Delden (RIKS) gave a presentation on the development of policy support tools for modelling the impact of interventions on land use. She first introduced the link between planning and decision support  and  explained  the  concept of Policy  Support  System  (PSS).  She  also described briefly  the LUMOCAP  PSS  as  an  example  that  uses  the  software  environment  GEONAMICA  that  allows  the plugging of the different models.  

She argued that three groups are important during the development of PSS: the end‐users, which in this  case  are  usually  policy‐makers,  scientist,  and  the  IT‐specialist.  A  crucial  aspect  during  the developing phase is how these groups interact and collaborate together.  Also, different steps can be distinguished  in  policy‐relevant  integrated  modelling,  including  the  definition  of  policy  themes, problems, options  and  indicators  (which  is  going  to define  the  relevant  scale  and  resolution);  the selection  of  an  appropriate  model;  model  integration  (e.g.  designing  a  software  architecture, connecting the individual models, adaptation and rebuilding); the translation of scientific knowledge into  information relevant for the policy‐maker; and the calibration and validation of the model and the data that is used.  

Page 37: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

August 2008  European Commission, DG ENVScoping study on modelling of EU land‐use choices 

37 

 

She  indicated  that  for  a  land use modelling PSS  to be useful,  it has  to be  able  to  support policy‐relevant questions. Important elements in this regard are the user‐friendliness of the tool in entering input, viewing output and analysing results; that  it  is spatially explicit, the possibility to operate on different  scales  and  resolutions,  the  incorporation  and  integration  of  actual  data  and  process knowledge from different disciplines, the flexibility of the system to be extended with other modules over time and the dynamism of the feedback loops between individual models.  

Regarding  the  structure  of  the  PSS  presented, Mr. De  Smedt  (EC)  requested more  detail  on  the linkage  between  the  different modelling  of  RIKS  and  their  functionality. Ms.  van  Delden  (RIKS) explained that GEONAMICA is the software environment, where the different models are plugged in depending on the policy questions to be assessed. The PSS is the final executable, the full application that  is delivered to the end‐user and where the policy options can be  introduced. The end‐user has the access to the models and if necessary, new data and models can be introduced.  

Regarding  the  operation  at  different  scales  of  the models  presented, Mr.  Verburg  (Wageningen University) requested to know how the coupling of the different scales was done  in the presented tools. In particular, he highlighted that the feedback between the  local, regional and national  levels and the global can considerably increase the modelling time.  Ms. van Delden (RIKS) explained that, for example  in LUMOCAP,  the  feedback exists between  the  local,  regional and national  levels, but botton‐up feedback with the global scale.   

Mr. Kuhlman (LEI/ Wageningen University) raised the issue of the user‐friendliness of PSS. He argue that while in the morning sessions it has been generally agreed that most modelling tools can only be operated by trained modellers, the modelling tools presented by RIKS seemed to allow operation by non specialist. In this regard, Ms. van Delden (RIKS) replied that this type of user‐friendly tools to be use directly by non‐experts  is possible, although  training  is  required so  that  they can  interpret  the results and the uncertainties.  

8. INTEGRATING  MODELS  AND  INDICATOR  RULES  FOR  LAND  USE  IMPACT ASSESSMENT AND POLICY ANALYSIS 

Mr. Koomen  (SPINlab) gave a presentation on  the use of  indicators  in  land‐use models  for  impact assessment and policy analysis. He explained  that  from a modelling perspective, different  types of indicators can be distinguished depending on the type of information that is used for their estimation and  their  level of aggregation. The  first  type  is  the pure  land‐use  indicators  (information available within  the model)  that  are  used  to  characterise  land  changes.  This  type  of  indicators  consists  of quantitative measures used to interpret, compare, and evaluate different scenario and simulations of land‐use  changes.  Different  types  of  land‐use  indicators  can  be  distinguished  including  general composition metrics (that quantify the variety and abundance of land‐use types without considering their  spatial  character),  spatial  configuration metrics  (that  refer  to  the  spatial  distribution  of  the various  land‐use  types and  focus on  their  individual patches,  i.e. areas of a specific  land‐use  type), structural metrics  (those  that measure  the  physical  composition  or  configuration  of  the  land‐use patch mosaic without explicit reference to an ecological process) and functional metrics (those that 

Page 38: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

38 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices  August 2008 

 

explicitly measure  landscape pattern  in  a manner  that  is  functionally  relevant  to  the organism or process under consideration). 

A second type of indicators can be the so‐called enhanced land‐use indicators (for which further data is  required  from  other  external  sources  .i.e. models), which  are  used  to  evaluate more  complex parameters,  such as,  for example,  the  risk of  floods. Finally, Mr. Koomen also described and gave examples of the dedicated impact assessment tools, used for assessing sustainability in general. This is the case, for example, of the Dutch Outlook (1 and 2) that has estimated, with the help of a land‐use modelling  tools,  impacts  on  people  (flood  risk)  the  environment  (biodiversity  and  landscape quality), and the economy (accessibility, business climate and costs). 

9. SCENARIO DEVELOPMENT 

Mr. Verburg (Wageningen University) gave a presentation on scenarios for  land use modelling. He started by introducing the concept of policy scenarios, their utility and the different types, including  predictive scenarios ( extrapolation of current trends and processes, business‐as‐usual and reference scenarios,  supplemented  with  policy  options),  exploratory  scenarios  (constructing  alternative, plausible futures as trends or shocks),   and normative scenarios (describing desired futures and the events  that  can  lead  to  such  futures).  Also  he  provided  some  examples  of  European modelling projects using the different type of scenarios.  

He  continued  explaining  how  scenarios  are  developed  (narrative  development,  quantification  of drivers, how drivers can be translated into model setting, etc), and discussing the requirements and challenges for scenario development in terms of credibility, saliency and legitimacy). 

He concluded that the choice of one or another type of scenario will depend on the specific use of the modelling  tool  and  the  context  and  that  there  is  not  one‐size‐fits‐all  scenario  for  land  use modelling.  In  general,  he  highlighted  that model  should  be  flexible  enough  to  deal with  scenario requirements and that modellers should pay special attention in the development their development by dealing with aspects of credibility, saliency, and legitimacy.  

10. WHAT IS BEING DONE IN OTHER AREAS 

Mr. Zondag (Significance/Delft University of Technology) gave a presentation on what is being done in  other  areas  and  the  link  between  land‐use modelling  for  environmental  impacts  and  land‐use modelling in other contexts.  

He started by presenting examples of  land‐use modelling  in other fields, particularly  in the fields of transport and water  resources managements. Regarding  transport  interaction models, Mr. Zondag highlighted that they became increasingly helpful in the context of urban sprawl and urbanisation. In these cases, transport and spatial planning are going to be essential to facilitate and define the new developments. Land use and transport  interaction models allow analysing the relationship between transport  and  associated  land  changes.  The  experience  with  this  type  of  models  started approximately  40  years  ago  and  they  have  been  applied  in many  different  regions  and  cities  in Europe. Land use in transport models refers to land itself as well as to its objects (e.g. housing units) 

Page 39: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

August 2008  European Commission, DG ENVScoping study on modelling of EU land‐use choices 

39 

 

and activities  (people,  jobs).  In general,  this  type of models operate at  the city and  regional  levels using zones as spatial units  (1000‐2000 zones), although some models are already operating at the national  level. Mr.  Zondag  continued describing  the  TIGRIS XL  transport  interaction models  as  an example. This model has been applied  in  interaction with the Land Use Scanner  in a major scenario study ‘The Netherlands in the Future’ conducted by the Environmental Assessment Agency in NL.  It contains different economic models (labor market, housing market, etc.), which  is considered to be very important. A great level of detail was necessary (e.g. different dwellers and housing types were considered) and  the  running  times of  the model was elevated. This  is mainly due  to  the  fact  that congestion was analysed, which  is a  local phenomenon  that requires a  lot of data. One  interesting output of this model was the accessibility benefits in monetary terms of different land‐use strategies in comparison with the trend scenario.  

Regarding land‐use changes in the context of water resources management, Mr. Zondag highlighted that  land‐use  projection models  were  essential  in  the  context  of  water  resources  planning.  He provided  an  example of  the  application of  land‐use models  in  the  island of  Java, where  the  total conservation area  for water was estimated  taking  into account  the zoning needed  for erosion and run‐off  conservation.  Furthermore,  the  same  land‐use  modeling  tool  was  used  to  calculate  the impacts of water conservation policies on other sectors like housing or agriculture.  

He continued by discussing some general issues related to spatial modelling based on its experience. He argued that simulating spatial markets and market players (both in the supply and demand side) was crucial as  land‐use changes are strongly driven by changes  in spatial markets, such as housing‐, labor‐,  transport‐  or  agriculture markets. He  also  highlighted  that  as  different  processes  occur  at different spatial scale levels, it is always better to integrate these scale levels and spatial processes in land‐use modeling. Also, he  indicated that  land‐use modelling  is by nature a multi sector activity as different sectors compete for scarce land resources. 

Another important issue raised by Mr. Zondag was the utilization of incremental versus equilibrium approaches.  In  this  regard, he argued  that  in his opinion, a general equilibrium does  in  reality not exist  in  space,  and  therefore,  he was  in  favor  of  an  incremental  approach  and  using  equilibrium techniques  to  solve  specific markets.  Furthermore, he highlighted  that  the difference between an integrated model and a tool linking models is not always very clear as an integrated framework can still have a modular set‐up. He finally highlighted that the  linkage of models can be complex due to problems  resulting  from  overlap,  the  level  of  aggregation  of  the  information,  limiting  policy responsiveness, etc.  

11. DISCUSSION ON THE REQUIREMENTS FOR AN EU MODELLING FRAMEWORK 

Following  the previous presentations, BIO/SPINlab moderated a discussion on  the possible options for an EC land‐use modelling framework.  

The  discussion  started  addressing  the  issue  of  the  possible  options  for  the  architecture  of  the framework. Two main possibilities were  further discussed by participants: a “one  system covering all”, which could also be regarded as a stand‐alone  light version of a  land‐use modelling framework able to replace existing components, or an  integrated framework that uses existing components. In 

Page 40: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

40 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices  August 2008 

 

this regard, Ms. van Delden (RIKS) explained that  in order to define what type of modelling tool  is necessary,  either  ‘heavy’  or  ‘light’  systems,  it  is  necessary  to  discus  first  with  the  end‐user. Depending on the level of detail required, it would be possible to define the type of models that are required, which  in  turn will  define  the  data  requirements,  the  complexity  of  the  system  and  the running time required.    In some situations, an application that  integrates both types of models will be feasible.  

Mr.  Verburg  (Wageningen  University)  agreed  that  for  some  applications  a  ‘somewhere  in  the middle’ solution would be possible but not  for all, as  it not always possible to date to  integrate all kind of models to address certain issues in the same framework (for example, as in the case of CAPRI) due to the complexity in the feedbacks that is required between components and also because of the lack  of  transparency  in  terms  of  the  modelling  chain.  He  highlighted  that,  as  questions  to  be addressed  and  the  level  of  detail  vary widely, what  it would  be  appropriate would  be  to  build  a model  capable  of  integrating  one  or  the  other  type  of models  depending  of  the  question  being addressed  in a coherent and consisted manner.  In any case, he expressed  to be  in  favour of using existing modelling tools that have already been validated and applied for addressing policy questions. 

In this regard, participants generally agreed on the fact that there are certain existing modelling tools that have already been applied  in Europe and  that  should be considered  in  the context of  the EU modelling  framework  for  land use,  such as  in  the  case of TRANSTOOLS or TREMOVE  for  transport (Mr. Zondag, Mr. Delsalle) or CAPRI for agriculture (Mr. Verburg). 

The  issue of the type of end‐user that would be using this modelling framework   and the type of tool  that  would  be  more  suitable  was  also  addressed  during  the  discussion.  Mr.  Delsalle  (EC) expressed his doubts about the usefulness and adequacy of the results obtained from user‐friendly PSS in the context of policy analysis, as thorough analysis and the participation of experts are usually required  in policy assessment.    In  this  regard, Mr. Verburg  (Wageningen University) explained his experience  in  the  development  of  this  type  of  tool  in  the  context  of  the  EURURALIS  project. He indicated that it was complicated to develop such tool and that even with a very simplified version, some kind of assistance from experts was necessary. In his opinion, PSS interface should allow policy makers to overview the process and to access results related to possible futures, but this type of tool should mainly be used for policy discussion but it is not a real decision support tool. Ms. van Delden (RIKS) indicated that in their experience, technicians in the administration are the main end‐user of this type of tools. They are in charge of running and calibrating them are provide outcome to policy‐makers.  Mr.  Kuhlman  (LEI/  Wageningen  University)  highlighted  that  in  the  framework  of  the SENSOR projects, they have seen that there  is not such a thing as ‘end‐user’  in the Commission. He also indicated that depending on the organisation that is commissioning the modelling tool, the focus will be put  in one or another  type of  tool. For example,  in  the case of  JRC,  there  interest was  the development of a tool linking different existing models and not a stand‐alone user‐friendly tool.  

Regarding  the question of whether  the modelling  tool  to be developed  should  focus on questions related to specific sectors or should  it address more  integrated or general  issues affecting different sectors,  it was generally agreed by participants  that  it  should be a multi‐sector  tool given  the  fact that land‐use modelling is in its nature a multi sector activity. 

Page 41: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

August 2008  European Commission, DG ENVScoping study on modelling of EU land‐use choices 

41 

 

Another  important  issue  that was raised was  the approach  that should be  taking when developing this  type  tool  in  the  future. Ms. Borsboom‐van Beurden  (Netherlands Environmental Assessment Agency)  argued  that  the most  efficient  approach  would  be  to  prioritise  policy  questions  to  be addressed and to develop the tool accordingly. In a second phase, it would be possible to adapt the created model  to new policy questions. Mr. Zondag  (Significance/Delft University of Technology) added  that  it will be advisable  to create a  list of policy questions  to be addressed and  the aspects that would be relevant to analyse for each of them. It was also remarked by different attendants (e.g. Mr.  Zondag  and Ms.  van Delden)  that  the  process  of  developing  the  tool  is  in  some  cases more important that the results of the modelling tool themselves, also for policy makers and  it allows to discuss the different drivers of land use changes and to better understand the process. This is one of the reasons why the participation of policy‐makers in the process is so important.  

Finally,  the  issue  of  future  research  needed  to  better  meet  current  analytical  needs  in  the Commission was addressed. Several issues were highlighted during the discussion: 

• More  research  is  required  to  improve our  knowledge  about  the  relationship between land‐use  changes  and  the  resulting  environmental  impacts  (Mr.  Kuhlman,LEI/ Wageningen University). Also more research is required to develop the methodology for assessing the resulting environmental impacts. 

• Social and economic impacts are not addressed to an appropriated detail in most existing modelling tools, particularly at the regional and  local scales. Mr. Verburg (Wageningen University).  Further  research  would  also  investigate  better  ways  to  accommodate behaviour patterns and human preferences  in modelling  tools, which  cause  important impacts on land‐use changes. Appropriate indicators should be developed in this regard. 

• The  link between changes  in  land use and their  impacts  into  landscape  is not very well known  (Mr.  Kuhlman,LEI/  Wageningen  University).  This  is  one  example  where  the scaling issues becomes important.  

• Awareness rising is necessary about the current state of modelling tools, their potential, policy  analytical  needs,  and  the  needed  development  among  policy‐makers  and  also scientist (Mr. Delsalle, EC). 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 42: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

42 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices  August 2008 

 

                         This page is left intentionally blank. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 43: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

August 2008  European Commission, DG ENVScoping study on modelling of EU land‐use choices 

43 

 

APPENDIX 4 – LAND‐USE/LAND‐COVER CLASSES IN MODELS AND DATABASES 

In the PRELUDE project, the following land‐use/cover classes were considered: 

• Urban 

• Cropland 

• Grassland 

• Biofuels crops 

• Forests 

• Abandoned land 

As  it  happens with  the  PRELUDE  classes,  land‐use  and  land‐cover  are mixed  in  the classification used in CORINE. The following classes are considered under CORINE1.   

• Artificial surfaces  

o Urban fabric  

Continuous urban fabric  

Discontinuous urban fabric  

o  Industrial, commercial and transport units  

Industrial or commercial units  

Road and rail networks and associated land  

Port areas  

Airports  

o Mine, dump and construction sites  

Mineral extraction sites  

Dump sites  

Construction sites  

o 1.4 Artificial, non‐agricultural vegetated areas  

Green urban areas  

Sport and leisure facilities  

• Agricultural areas  

o Arable land  

Non‐irrigated arable land  

Permanently irrigated land  

                                                            1 Corine Land‐cover 2006 (http://terrestrial.eionet.europa.eu/CLC2006/) 

Page 44: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

44 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices  August 2008 

 

Rice fields  

o 2.2 Permanent crops  

Vineyards  

Fruit trees and berry plantations  

Olive groves  

o 2.3 Pastures  

Pastures  

o 2.4 Heterogeneous agricultural areas  

Annual crops associated with permanent crops  

Complex cultivation patterns  

Land principally occupied by agriculture, with significant areas of natural vegetation  

Agro‐forestry areas  

•  Forest and semi‐natural areas  

o Forests  

Broad‐leaved forest  

Coniferous forest  

Mixed forest  

o Scrub and/or herbaceous vegetation associations  

Natural grasslands  

Moors and heath land  

Sclerophyllous vegetation  

Transitional woodland‐shrub  

o Open spaces with little or no vegetation  

Beaches, dunes, sands  

Bare rocks  

Sparsely vegetated areas  

Burnt areas  

Glaciers and perpetual snow  

• Wetlands  

o  Inland wetlands  

Inland marshes  

Peat bogs  

o Maritime wetlands  

Page 45: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

August 2008  European Commission, DG ENVScoping study on modelling of EU land‐use choices 

45 

 

Salt marshes  

Salines  

Intertidal flats  

• Water bodies  

o Inland waters  

Water courses  

Water bodies  

o  Marine waters  

Coastal lagoons  

Estuaries  

Sea and ocean  

 

Both SENSOR’s SIAT and  the modelling  framework used  for  the SCENAR projects use the  classification  of  the  CLUE‐s model, which  derivates  from  the  CORINE  European land‐cover map, which  has  been  aggregated.  The  following  land‐use  and  land‐cover classes were used:  

• Built‐up area 

• Arable land (non‐irrigated) 

• Grassland 

• (semi‐)Natural  vegetation  (including  natural  grasslands,  scrublands, regenerating  forest  below  2 m,  and  small  forest  patches within  agricultural landscapes) 

• Inland wetlands 

• Glaciers and snow 

• Irrigated arable land 

• Recently  abandoned  arable  land  (i.e.  “long  fallow”;  includes  very  extensive farmland not reported in agricultural statistics, herbaceous vegetation, grasses and shrubs below 30 cm) 

• Permanent crops 

• Forest 

• Sparsely vegetated areas 

• Beaches, dunes and sands 

• Salines 

•  Water and coastal flats 

Page 46: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

46 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices  August 2008 

 

• Heather and moorlands 

• Recently  abandoned  pasture  land  (includes  very  extensive  pasture  land  not reported in agricultural statistics, grasses and shrubs below 30cm) 

The  SENSOR’s  SIAT does also  consider biofuel  crops, which are usually part of  (non‐irrigated) arable land and therefore not shown in the produced maps.  

Regarding the Land‐use Scanner, developed by VU/SPINlab, the following types of land‐use are distinguished in the present version of the model: 

• Urban: 

o  residential,  

o industrial,  

o roads,  

o railways,  

o airports. 

• Agriculture:  

o pasture,  

o corn,  

o arable land (potatoes, beets, cereals), 

o  flower bulbs,  

o orchards, 

o  cultivation under glass,  

o and other agriculture. 

•  Natural areas:  

o wood,  

o nature. 

• Water. 

 

The EURURALIS modelling tool considers   8 different  land‐use types, which are based and aggregates the categories of the CLUE‐s model. These are: 

 

• Built‐up area 

• Non‐irrigated arable land 

• Permanent pastures 

Page 47: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

August 2008  European Commission, DG ENVScoping study on modelling of EU land‐use choices 

47 

 

• Forest, nature and natural grassland 

• Inland wetlands 

• Abandoned farmland 

• Integrated arable land 

• Other  land‐use  types  considered  static  during  the  simulation  (including glaciers, beaches, coastal wetlands, etc.) 

The MOLAND model (JRC) uses a classification of  land‐use types that are the same of CORINE Land‐cover European database but with a more detailed level of land‐use class and mainly  focused  on  urban  areas.  The  twenty‐four  land‐use  classes  used  in  the MOLAND urban growth model, comprise nine  “active functions” (the urban land‐uses which  change  in  direct  response  to  urban  growth),  eight  “passive  functions”  (which participate  in  the  land‐use  dynamics,  but  change  in  response  to  land  taken  or abandoned by  the  active  functions), one  ”transitional  state”(  represents  a  transition between two functions such as for example construction site), and six “fixed features” (which do not change, but affect the dynamics of the active land‐uses). All twenty‐four land‐use classes used by the MOLAND model are listed below:  

• Nine active functions  

o Residential continuous dense urban fabric  

o Residential continuous medium‐dense urban fabric  

o Residential discontinuous urban fabric  

o Residential discontinuous sparse urban fabric  

o Industrial areas  

o Commercial units  

o Public and private services  

o Port areas  

o Abandoned land  

• Eight passive functions  

o Arable land  

o Permanent crops  

o Pastures  

o Heterogeneous agricultural areas  

o Forests  

Page 48: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

48 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices  August 2008 

 

o Shrub  

o Sparsely vegetated areas  

o Wetlands  

• One transitional state  

o Construction site  

• Six fixed features  

o Road and rail network  

o Airport  

o Mineral extraction sites  

o Dump sites  

o Artificial non‐agricultural vegetated areas  

o Water bodies 

 

 

 

  

 

Page 49: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

August 2008  European Commission, DG ENVScoping study on modelling of EU land‐use choices 

49 

 

APPENDIX 5 – DRIVING FORCES CONSIDERED IN EXISTING MODELS 

For  the PRELUDE project, different  stakeholders were gathered  to  categorise driving forces that  influence different  land‐use types.   20 driving forces were  identified (EEA, 2007): 

• Subsidiarity 

• Environmental Awareness 

• Policy intervention 

• Economic growth  

• Settlement density 

• International trade 

• Population growth 

• Daily mobility 

• Ageing society  

• Self‐sufficiency 

• Immigration  

• Technological growth 

• Internal migration 

• Agricultural intensity 

• Health concern 

• Climate change 

• Social equity 

• Renewable energy 

• Quality of life 

• Human behaviour 

For  the  SCENAR project,  a  fundamental objective has been  to  identify what  are  the long‐term drivers that the Scenar 2020 study had to work with  in developing a vision for  the  future  of  agriculture  and  the  rural world  in  the  European Union.  The main drivers identified in the framework of SCENAR project for the modelling exercise were: 

• Exogenous drivers to the EU policy‐making system 

o Demography 

Page 50: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

50 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices  August 2008 

 

o Macro‐economic growth 

o World agricultural markets 

o Consumer preferences 

o Quality of life 

o Human and Animal Health concerns 

o Agri‐technology 

• Endogenous drivers to the EU policy‐making system 

o Trade policy and agricultural policy 

o EU agricultural policy 

o Environmental Policy (Impact on Agriculture) 

o Enlargement 

o WTO and other international agreements 

In  the case of  the SENSOR project,  the  following drivers were considered  in  the  first SIAT model finalised in 2006: 

• Population growth,  

• Participation rate in the labour force, for the same area,  

• Economic growth in the world outside the EU,  

• The world oil price and  

• Expenditure on research & development in the EU 

Three additional drivers, namely policies, institutions and cultural preferences are kept constant  in  the baseline scenarios, but are  to be considered  through policy scenarios and sectoral analyses. 

The  Land‐use Scanner model  takes  into  consideration  the  socio‐economic  conditions (e.g., economic growth, population, etc), policy (e.g. spatial policy, nature policy, etc), agriculture  trends  (e.g.  rural  land  pricing,  agricultural  production,  etc),  and  external pressures (e.g. urbanization, recreational developments, etc). 

The  EURURALIS  considers  political  developments,  macro‐economic  growth, demographic developments climate change and technology as the main driving forces for land‐use changes.  

 

 

Page 51: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

August 2008  European Commission, DG ENVScoping study on modelling of EU land‐use choices 

51 

 

APPENDIX 6 – NON‐EXHAUSTIVE LIST OF PROJECTS AND PROGRAMMES RELATED TO LAND‐USE CHANGE 

  Project  Goals  Research Scope Project period 

Website 

EU‐ 

AGRICU

LTURE

 AND FISHER

IES  SCENAR 2020  • To  identify  future  trends  and driving  forces  that will be 

the  framework  for  the  European  agricultural  and  rural economy on the horizon of 2020 

Scenario study on agriculture and the rural world 

http://ec.europa.eu/agriculture/publi/reports/scenar2020/index_en.htm 

EU 6

TH FP 

COCONUT(effeCts Of land‐use Changes ON ecosystems to halt loss of biodiversity dUe to habitat destruction, fragmenTation and degradation) 

• To  understand  the  effect  of  land‐use  change  on biodiversity in Europe   

• To  provide  an  evidence‐base  to  underpin  policy  for landscape management 

Impacts of land‐use changes on biodiversity in Europe 

2006‐2008 www.coconut‐project.net/  

DECOIN (Development and Comparison of Sustainability Indicators) 

• to  evaluate  the  existing  methods  and  analytical frameworks  in  order  to  assess  the  progress  towards sustainable development, 

• To elaborate on  forecasts and  scenarios, and  to  identify inter‐relationships  between  selected  unsustainable trends in the EU, and 

• To carry out a detailed analysis on the inter‐relationships between selected unsustainable  trends and  to provide a prototype tool for the analysis and for forecasting. 

  2006‐2007 www.tukkk.fi/tutu/decoin/  

Page 52: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

52 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices  August 2008 

 

  Project  Goals  Research Scope Project period 

Website 

ELME (European Lifestyles and Marine Ecosystems) 

• To  assess  the  consequences of  current human  lifestyles on Europe's regional seas  

• To  create  a  predictive  model  of  key  environmental problems  

• To  form  an  integrated  vision  of  the  future  state  of Europe's  seas  following  the  application  of  alternative policy options 

Modelling of environmental problems in Europe's regional seas 

2003‐2007 

www.elme‐eu.org

EXIOPOL • To  synthesise  and  develop  further  estimates  of  the external costs of key environmental impacts for Europe;  

• To set up an environmentally extended (EE) Input‐Output (I‐O)  framework  in which as many of  these estimates as possible  are  included,  allowing  the  estimation  of environmental  impacts  and  external  costs  of  different economic  sector  activities,  final  consumption  activities and resource consumption for countries in the EU;  

• Apply the results of the external cost estimates and EE I‐O analysis  for  the  analysis  of  policy  questions  of importance. 

EU Policy fields 2007‐2010 www.feem‐project.net/exiopol/  

FORSCENE (Forecasting Framework and Scenarios to Support the EU Sustainable Development Strategy) 

To  develop  an  analytical  framework  for  consistent environmental  sustainability  scenario  building  (forecasting, back  casting,  simulation)  in  areas  such  as  water,  soil, biodiversity, waste and natural resources. 

Policy‐oriented research, Scientific support to policies, Integrating and Strengthening the European Research Area 

2005‐2008 www.forescene.net/Project.htm 

FORWAST • To  inventorise  the  historically  cumulated  physical  mapping of the  2007‐?

Page 53: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

August 2008  European Commission, DG ENVScoping study on modelling of EU land‐use choices 

53 

 

  Project  Goals  Research Scope Project period 

Website 

stock  of materials  in  EU‐27  (EU‐25  plus  Romania and  Bulgaria),  and  to  forecast  the  expected amounts  of  waste  generated,  per  resource category, in the next 25 years. 

• To assess the life‐cycle wide environmental impacts from  different  scenarios  of  waste  prevention, recycling and waste treatment in the EU‐27. 

    

environmental issues of waste generation and management in Europe  

INSEA (Integrated Sink Enhancement Assessment) 

To  develop  analytical  tools  to  assess  economic  and environmental  effects  of  enhancing  carbon  sink  and greenhouse  gas  abatement  measures  on  agricultural  and forest lands 

Greenhouse gases mitigation in forestry and agriculture 

www.insea‐eu.info/

KASSA (Knowledge assessment and sharing on sustainable agriculture) 

To  building  up  a  comprehensive  knowledge  base  on sustainable agricultural practices, approaches and systems in support of stakeholders initiatives in different world regions.  

 

Sustainable agricultural practices in Europe 

2004‐2007 kassa.cirad.fr  

MATISSE (Methods and Tools for Integrated Sustainability Assessment) 

To achieve a step‐wise advance in the science and application of Integrated Sustainability Assessment (ISA) of EU policies 

Tools available for conducting Integrated Sustainability Assessments. 

2005‐2008 www.matisse‐project.net/projectcomm/  

MEA‐SCOPE(Micro‐economic instruments  

• To further development of the multifunctionality concept for European agriculture;  

• To  develop  quantitative  tool  for  assessment  of  the 

sustainability of agriculture and forestry in rural areas 

2004‐2007 www.mea‐scope.org/

Page 54: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

54 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices  August 2008 

 

  Project  Goals  Research Scope Project period 

Website 

for impact assessment  of  multifunctional agriculture to implement the  Model of European Agriculture)  

multifunctionality impacts of CAP reform options; 

• To  answer  policy‐relevant  questions  for  the implementation of the multifunctionality concept; 

• To  demonstrate  the  operability  of  the  integrated assessment framework; 

• To  generate  scientific  knowledge  on  specific  questions regarding  multifunctionality  of  agriculture,  particularly with respect to spatial scale and regional differences. 

METHODEX (Methods and data on environmental and health externalities: harmonising and sharing of operational estimates) 

To  advance  best  practice  in  external  cost  assessment,  and extend  the  ExternE  analysis  to  agriculture,  industry,  waste and other sectors 

Environmental and health externalities of agriculture, industry, waste and other sectors 

2004‐2007

MODELKEY To develop  interlinked and verified diagnostic and predictive modelling  tools  as  well  as  innovative  field  and  laboratory methods  generally  applicable  to  European  freshwater  and marine ecosystems 

Models for Assessing and Forecasting the Impact of Environmental Key Pollutants on Marine and Freshwater Ecosystems and Biodiversity 

2005‐2010 www.modelkey.ufz.de/index.php?en=3138  

MODELS (MOdel  To develop advanced economic modelling methodologies and  Economic, social, and environmental 

2006‐2009 www.ecmodels.eu/

Page 55: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

August 2008  European Commission, DG ENVScoping study on modelling of EU land‐use choices 

55 

 

  Project  Goals  Research Scope Project period 

Website 

Development for the Evaluation of Lisbon Strategies) 

to support the European Commission services to operate this suite of advanced computer‐based economic modelling tools in  order  to  perform  comprehensive  impact  assessments  of the policy agenda set for the Lisbon strategy and the related regulation and legislative proposals of the European Union. 

renewal and sustainability in Europe 

PLUREL (Peri‐urban Land‐Use Relationships) 

To develop  the new strategies and planning and  forecasting tools that are essential for developing sustainable rural‐urban land‐use relationships. 

Strategies and Sustainability Assessment Tools for Urban – Rural Linkages 

2007‐2010 www.plurel.net/Default.aspx?id=4  

SCENES (Water Scenarios for Europe and for Neighbouring States) 

To develop and analyse a set comprehensive scenarios of Europe's freshwater futures up to 2025, 

Future of water in Europe 

2006‐2010 www.environment.fi/default.asp?node=20627&lan=en  

SEAMLESS (System for Environmental and Agricultural Modelling; Linking European Science and Society) 

To assess and compare, ex‐ante, alternative agricultural and environmental policy options. 

Environmental and agriculture modelling covering a full range of scales (farm to EU and global) 

2005‐2009 www.seamless‐ip.org/

SENSOR (Tools for Environmental, Social and Economic Effects of Multifunctional Land‐use in European Regions) 

To develop science based ex‐ante Sustainability Impact Assessment Tools (SIAT) to support decision making on policies related to multifunctional land‐use in European regions. 

Impact assessment of land‐use changes 

2004‐2008 www.sensor‐ip.org/

Page 56: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

56 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices  August 2008 

 

  Project  Goals  Research Scope Project period 

Website 

SustainabilityA‐Test  • Support  the  definition  and  implementation  of  the  EU Sustainable  Development  Strategy  by  describing, assessing  and  comparing  tools  that  can  be  used  to measure or assess sustainable development; and thus  

• Improve  the  scientific  underpinning  of  sustainable development impact assessment 

Assessments tools used to assess a policy's contribution to sustainable development 

2004‐2006 ivm5.ivm.vu.nl/sat/

EFFORWOOD  To  provide methodologies  and  tools  that will,  for  the  first time, integrate Sustainability Impact Assessment of the whole European  Forestry‐Wood  Chain  (FWC),  by  quantifying performance of FWC, using  indicators  for all  three pillars of sustainability; environmental, economic and societal. 

Sustainability impacts of modifications of Forestry‐Wood Chains 

2005‐2009 87.192.2.59/eforwood/default.aspx  

SELMA (Spatial Deconcentration of Economic Land‐use and Quality of life in European Metropolitan Areas),) 

To  design  urban  planning  and  management  strategies  to ensure  the  maintenance  of  quality  of  life  in  European metropolitan areas 

Assessing the impacts of sprawling urban economies 

selma.rtdproject.net/

Page 57: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

August 2008  European Commission, DG ENVScoping study on modelling of EU land‐use choices 

57 

 

  Project  Goals  Research Scope Project period 

Website 

FARO‐EU (Foresight Analysis of Rural areas Of Europe) 

• To analyse recent trends and patterns in the evolution of rural areas in Europe from a territorial perspective 

• To forecast the likely future evolution of identified trends and patterns in the medium term 

• To  identify  the  forms  of  governance  and  institutional cooperation or partnerships which have been  influential in  developing,  codifying  and  diffusing  information  and communication  technologies  in  different  types  of  rural areas 

Rural Development in the EU 

Jan 2007‐Dec 2008) 

http://www.faro‐eu.org/ 

NitroEuropeIP  • To  establish  robust  datasets  of  N  fluxes  and  net greenhouse‐gas exchange (NGE) in relation to C‐N cycling of representative European ecosystems 

• To quantify the effects of past and present global changes (climate,  atmospheric  composition,  land‐use/land‐management) on CN cycling and NGE, 

• To simulate the observed fluxes of N and NGE 

• To  quantify  multiple  N  and  C  fluxes  for  contrasting European landscapes 

Nitrogen cycle 2006‐2011 http://www.nitroeurope.eu 

INTERR

EG  ESPON (European 

Spatial Planning Observation Network) 

Applied research and studies on territorial development and spatial planning seen from a European perspective in support of policy development 

Spatial planning in EU territory 

ESPON programme until 2013 

www.espon.eu/

OTH

ER 

ETC‐LUSI(European Topic Centre Land‐use and Spatial 

To improve national information systems related with land‐ use and spatial information 

Information systems in Europe 

terrestrial.eionet.europa.eu/index_html  

Page 58: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

58 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices  August 2008 

 

  Project  Goals  Research Scope Project period 

Website 

Information) 

LUCAS  (land‐use/ cover area frame survey) Lot 1  

To generate indicators enabling the monitoring of impact of the CAP reform and rural development. 

land‐use/ cover area in Europe 

2006 www.lucaslot1.com/new_sites/About.aspx  

LUMOCAP To develop an operational tool for evaluating changes in land‐use and their impact on the rural landscape according to a Common Agricultural Policy (CAP) orientation. 

Land‐use changes in rural landscapes in EU territory 

2005‐2008 www.riks.nl/projects/LUMOCAP  

PRELUDEproject (PRospective environmental analysis of land‐use development in Europe) 

To develop coherent scenarios that describe plausible future 

developments for land‐use in EU‑25 plus Norway and Switzerland and their potential environmental impacts for the period 2005–2035. 

Land‐use changes and environmental impacts in EU25+ Norway and Switzerland 

2005‐2007 reports.eea.europa.eu/technical_report_2007_9/en/technical_report_9_2007.pdf  

TRANSUST.SCAN (Scanning Policy Scenarios for the Transition to Sustainable Economic Structures) 

To scan a wide range of policy scenarios as to their relevance for the European Sustainable Development Strategy in view of Extended Impact Assessment. 

European Sustainable Development Strategy 

www.transust.org/

EURURALIS To develop an interactive, user‐friendly meta‐model for a balanced discussion on the future of the European rural area (25 EU countries) from the perspective of sustainable development in the coming decades (time horizon app. 30 years). 

European rural area (25 EU countries) 

2003‐2007 http://www.eururalis.eu/  

Land‐use Scanner (LUMOS)  

To provide theoretical foundations and practical adaptations of land‐use models for the Netherlands in order to improve and stimulate the use of these models in (spatial) policy 

Spatial planning in Netherlands 

http://www.lumospro.nl/ 

Page 59: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

August 2008  European Commission, DG ENVScoping study on modelling of EU land‐use choices 

59 

 

  Project  Goals  Research Scope Project period 

Website 

discussions

CLUE To make a spatially explicit, multi‐scale, quantitative description of land‐use changes through the determination and quantification of the most important (assumed) bio‐geophysical and human drivers of agricultural land‐use on the basis of the actual land‐use structure. 

 

Land‐Use and Land‐Cover Change (LUCC) Project 

• To obtain a better understanding of global  land‐use and land‐cover driving forces.   

• To  investigate and document temporal and geographical dynamics of land‐use and land‐cover.   

• To  define  the  links  between  sustainability  and  various land‐uses.   

• To  understand  the  inter‐relationship  between  LUCC, biogeochemistry and climate. 

  http://www.geo.ucl.ac.be/LUCC/ 

 

 

Page 60: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

60 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices  August 2008 

 

  

This page is left intentionally blank. 

Page 61: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

August 2008  European Commission, DG ENVScoping study on modelling of EU land‐use choices 

61 

 

APPENDIX 7 – PRE‐PROCESSING PHASE IN SELECTED EXISTING LAND‐USE MODELLING FRAMEWORKS  

Model/modelling framework 

Policy questions considered  Drivers/Data  Policy Scenarios  Developers/Application  References 

MedAction PSS 

Physical, economic and social aspects  of  land  degradation and  desertification, sustainable  farming  and water  resources.in  Northern Mediterranean  coastal watersheds. 

Wide  range  of  hypothesis  and scenarios  (climatic,  economic, social,  etc.)  including  historic rainfall  and  temperature  data, soil  moisture,    crop  prices, water  demand,  erosion  and sedimentation  and  the salinisation of the soils, etc. 

Afforestation,  grazing regulations,  zoning, construction  of  check  dams, construction  of  infrastructure (dams, roads, channels), etc. 

Commissioned  by  European Union and  developed  by  the  Research Institute  for  Knowledge  Systems (RISK).. Applied  to  the Guadalentın river  basin  in  Spain,  Alentejo (Portugal),  Val  d'Agri  (Italy)  and Lesbos  (Greece).  Other  future applications include MedAction is the updated version of MODULUS, and  is  currently  being  further developed  in  FP‐6  project DeSurvey. 

http://www.riks.nl/projects/MedAction 

(van  Delden  et  al. 2005)  

LUMOCAP  Changes in land‐use and their impact on the rural landscape according  to  a  Common Agricultural  Policy  (CAP) orientation. 

Different  policy,  socio‐economic  ‐  and  bio‐physical drivers.  Models  require  pan‐European  databases  (CLC,  FSS, FADN,  Natura  2000,  Image 2000,  Soils, NDVI  series, MARS meteo,  EUROSTAT  socio‐economic data, etc. 

Different  levels  of  market support and farm income. 

Commissioned  by  European Commission,  DG‐RTD  and developed  by  a  consortium  of  4 partners, coordinated by RIKS: JRC, (Italy);  KU  Leuven  (Belgium)  IUNG (Poland);  and  RIKS  (The Netherlands). 

http://www.riks.nl/projects/LUMOCAP  

SENSOR SIAT  The  Policies  related  to multifunctional  land‐use  in Europe  in  general,  including non‐monetary  (such  as  the EU soil strategy) to monetary instruments  such  as  taxes 

‐Population growth,  

‐Participation rate in the labour force, for the same area,  

‐Economic growth  in  the world outside the EU,  

For  the  reform of  the CAP,  the scenarios  show  the  possible impact  of  changes  in  the  level of  farm  income  support  and market support. 

Integrated  Project  in  the  6th Framework  Research  Programme of the European Commission 

http://www.sensor‐ip.org/  

Page 62: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

62 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices  August 2008 

 

Model/modelling framework 

Policy questions considered  Drivers/Data  Policy Scenarios  Developers/Application  References 

and  subsidies  –e.g.  subsidies to  promote  renewable energies).   The reform of  the Common  Agriculture  Policy (CAP)  is  the  first  policy  case for  which  model  outputs have  been  produced  within the SENSOR project  

 

‐The world oil price and  

‐Expenditure  on  research  & development in the EU 

‐Policy development 

 

EURURALIS  Europe’s  future  agriculture and rural areas 

‐Policy developments 

‐World trade 

‐Demography 

‐Climate change 

‐Technology development 

Four  policy  options  t  that comprise  different  levels  of market  support,  farm payments,  rural  development support,  and  nature conservation  

 

The  EURURALIS  project  was initiated  by  the  Wageningen University  and  Research  Center  and  commissioned  by  the  Dutch Ministry of Agriculture, Nature and Food Quality 

http://www.eururalis.eu/  

SEAMLESS  Agricultural  and environmental  policies.  In particular,  SEAMLESS‐IF  has been  applied  and  tested  in two Test Cases, one  focusing on  assessment  of  Common Agricultural  Policy  reforms and  trade  liberalisations  as  a consequence  of  WTO negotiations, and a second on assessing  local implementations  of 

A  wide  range  of  drivers  are considered  including  climate change, environmental policies, rural  development  options,  an enlarging  EU,  an  international competition.  

Models  require  pan‐European databases  for  environmental, economic  and  social  issues. environmental  data  (soils, altitude  and  climate),  farming 

Policy  scenario  that have been taken  into  account  in  the prototype 1 include:  

‐Reduction of import tariffs 

‐Elimination of export subsidies 

‐Expansion of tariff rate quotas 

‐Specific  bilateral  trade agreements (not considered for Prototype 1)  

The project is funded by the 6th EU Framework  Programme  and  is coordinated  by  Wageningen University 

http://www.seamless‐ip.org/  

Page 63: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

August 2008  European Commission, DG ENVScoping study on modelling of EU land‐use choices 

63 

 

Model/modelling framework 

Policy questions considered  Drivers/Data  Policy Scenarios  Developers/Application  References 

environmental directives  and consequences  of  agro‐technical innovations. 

data and socio‐economic data.  

Page 64: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

64 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices  August 2008 

 

This page is left intentionally blank.

Page 65: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

August 2008  European Commission, DG ENVScoping study on modelling of EU land‐use choices 

65 

 

APPENDIX 8 – NON‐EXHAUSTIVE  INVENTORY OF EXISTING SECTOR‐SPECIFIC AND GLOBAL MODELS RELATED TO LAND‐USE 

MODEL  Themes covered 

Drivers considered  Indicators  Geographical coverage  Temporal coverage  Analytical technique 

Target group/Applications 

ASTRA (ASsessment of TRAnsport strategies)2 

‐ transport ‐air and climate change  (in relation  to transport) 

‐ key economic indicators as GDP and employment ‐ population ‐transport demand 

‐ Traffic volume, vehicle fleet  and  CO2/NOx emissions 

‐ coverage: EU15 ‐resolution: NUTS II 

‐ base year: 1995 ‐ time horizon: 2026 ‐time steps: annual 

‐ system dynamics model  

DG Transport 

CAPRI‐Dynaspat (Common Agricultural Policy Regionalised Impact)3 

‐ agriculture ‐ water, air and climate (i.e. agriculture‐related) ‐land‐use (cropping shares  at  1x1 km grid) 

‐ agricultural policies in the CAP ‐ market prices of agricultural products ‐  feed,  N,P,K  fertiliser, diesel  or  plant protection  costs  by agricultural activity 

‐ areas cropped ‐ livestock (herd sizes), ‐ nutrient balances (N, P, K), ‐emissions  (ammonia, methane  and  N2O) PLUS  energy  use  in agriculture 

‐ coverage: EU27 plus NO plus 6 Western Balkan countries (note that trade of agricultural products is simulated in global module) ‐ resolution: regional level (administrative regions, NUTS2) plus 1x1 km grid (crop level, animal stocking densities, yields, N balances and further indicators),  currently EU15  (EU25  foreseen for late spring 2007) 

‐ base year: 2002 (three year averages 2001‐2003), time series at regional level from 1985 onwards (EU‐10: 1990, Western Balkans: 1995) ‐ time horizon: 5 to 10 years, some analysis until 2020 (e.g. SCENAR 2020 study  for  DG‐AGRI, SENSOR  IP), typically  final  year only 

‐partial equilibrium model 

EU commission (DG‐AGRI) is using the model for policy impact analysis. Several research institutions (UBONN,NILF, SLI, LEI, FAL, Univ. Galway) use the model for different projects (i.a. for DG‐AGRI, DG/ENV, EAA, Norwegian Ag. Council, Ag. Ministry  Ireland, seed and  biochemical manufacturers).   

                                                            2 More information on ASTRA at: http://www.iww.uni‐karlsruhe.de/ASTRA/ 3 More information on CAPRI at: http://www.ilr1.uni‐bonn.de/agpo/staff/jansson/capriwp03‐03.pdf  

Page 66: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

66 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices  August 2008 

 

MODEL  Themes covered 

Drivers considered  Indicators  Geographical coverage  Temporal coverage  Analytical technique 

Target group/Applications 

PHOENIX plus4 

‐ demography  ‐ assumptions on fertility, mortality and migration (from previous studies) 

‐ demography  ‐ coverage: global (in Europe 40 countries detailed) ‐resolution: country level, disaggregated to 0,5 x 0,5 degree grid cells 

‐ base year: 1950 / 2000 (i.e. latest population data) ‐ time horizon: 2100 ‐time steps: annual     

‐systems dynamic modelling approach 

The PHOENIX model has been used, among others, in the IMAGE model, in National Environmental Outlooks, in UNEP's Global Environmental Outlook, IPCC SRES and EURURALIS.   

EcoSense5  ‐ air pollution ‐ energy (i.e. related to air pollution from energy use) ‐environment and  health  (i.e. related  to  air pollution) 

‐ information on power plants (e.g. location, type of technology) ‐  emissions,  e.g.  NOX, SO2,  PM2.5,  PM10, NMVOC,  GHG,  heavy metals 

‐ concentration levels of primary and secondary particles and ozone ‐ receptor exposure (i.e. population, crops, building material) ‐ physical impacts resulting from exposure to airborne pollutants ‐ (damage) costs due to impacts on human health, crops, building materials, ecosystems, and due to climate change. 

‐ Coverage: Europe including North Africa (EcoSense‐Web). EcoSense can be / has been used in other regions, e.g. China, Brasil, Russia ‐ Resolution: local scale: (polar‐stereographic) grids with resolutions of 10 km x 10 km; regional scale: (polar‐stereographic) grids with resolutions of 50 km x 50 km; hemispheric scale: (polar‐stereographic) grids with resolutions of 100 km  x  100  km  covering the  Northern 

‐ no time‐steps / time horizon The EcoSense model is an impact assessment model without forecasts) ‐yearly  average values 

‐ modelling framework combines and links various modelling and impact assessment approaches 

ExternE project partners; policy makers and researcher dealing with air pollution in Europe. Currently being applied in NEEDS (New Energy Externalities Development  for Sustainability) project. 

                                                            4 More information on PHONIX at: http://www.mnp.nl/phoenix/  5 More information on EcoSense at: http://www.ier.uni‐stuttgart.de/forschung/modmeth/ecosense/ecosense.html  

Page 67: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

August 2008  European Commission, DG ENVScoping study on modelling of EU land‐use choices 

67 

 

MODEL  Themes covered 

Drivers considered  Indicators  Geographical coverage  Temporal coverage  Analytical technique 

Target group/Applications 

Hemisphere. 

EFISCEN6 (European Forest Information Scenario Model) 

‐ forestry ‐ biodiversity (i.e. forestry related) ‐climate change  (i.e. forestry related) 

‐EFFISCEN inventory database (i.e. forest types can be separated based on administrative unit, ownership, tree species and site class; see http://www.efi.int/databases/efiscen/intro.php ‐ forest management (tree mortality, yield, and felling regime) ‐  market  demand  for round wood   

‐ tree species distribution ‐ area, growing stock, increment, harvest level and age class distribution ‐ information on carbon stocks  in  biomass  and soil 

‐ coverage: EU27 + CH, NO ‐resolution:  national  to provincial  level (depends  on  inventory database) 

‐ base year: depends on inventory database ‐ time horizon: 50 to 60 years ‐time steps: 5 years 

‐area‐based matrix modelling approach 

The model is designed to be used by various users such as policy and decision makers, researchers as well as the general public. Currently being used in the EU  FP6  projects EFORWOOD and ADAM. 

GLOBIO (Global methodology for  mapping human impacts  on the biosphere)7 

‐biodiversity ‐ land‐use 

‐ interaction between policy strategies and changes in land‐use (agriculture, forestry, settlements), climate changes, infrastructure, fragmentation and nitrogen disposition (i.e. derived from existing scientific studies) ‐ satellite imagery 

‐ maps land areas that are directly urbanised; directly converted; fragmented and under conversion; or still relatively intact ecosystems ‐ecosystem  impacted by  infrastructure development 

‐ coverage: global ‐resolution: visualisation  at  1km  x 1km grid 

‐ base year: 2002 ‐time horizon: 2032 / 2050 

based on impact zones using regression analysis based  on historic  or predicted rates  of growth  in infrastructure 

based on impact zones using regression analysis based  on  historic  or predicted rates of growth in infrastructure 

                                                            6 More information on EFISCEN available at: http://www.efi.int/projects/efiscen  7 More information on GLOBIO available at: http://www.globio.info 

Page 68: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

68 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices  August 2008 

 

MODEL  Themes covered 

Drivers considered  Indicators  Geographical coverage  Temporal coverage  Analytical technique 

Target group/Applications 

RAINS (Regional  Air pollution Information and Simulation)8 

‐ air ‐ energy (as related to air) ‐ transport (as related to air) ‐agriculture  (as related to air) 

‐ economic development ‐sectoral  activity  (for agriculture,  transport, energy,  fuels  and others) 

‐ emissions of sulphur dioxide (SO2), nitrogen oxides (NOX), ammonia (NH3), non‐methane volatile organic compounds (NMVOC), particulate matter (PM) ‐ air pollution effect of energy consumption, transport and agriculture ‐health  impact  and acidification 

‐ coverage: almost all European countries, incl. the European part of Russia ‐ National versions available for Italy and the Netherlands (also RAINS versions for other regions, e.g. Asia, available) ‐  resolution:  country‐level  (can  be  linked with  finer  resolution dispersion models) 

‐ base year: 2000 ‐ time horizon: 2020 ‐time  steps:  5  year time steps 

‐linear programming model  / impact assessment model 

European Commission (e.g. the model was used in preparation of the 1998 EU directive on air quality and emissions). The model is also used by a large number of  governments, universities, and  research institutes. 

SCENES9    ‐ transport  ‐ assumptions on transport infrastructure and pricing tools ‐socio‐economic development 

‐ traffic volumes for passenger transport (i.e. per population group, trip purpose, zone, mode, time and distance) ‐ traffic volumes for freight transport (i.e.  freight  generation, freight movement, etc.) 

‐ coverage: EU 15 plus BG, CZ, EE, HU, LT, LV, PL, SI, SL, RO, CH, NO ‐resolution:  county level  plus  244  ‘zones’ (based on NUTS2) 

‐ base year: 1995 ‐ time horizon: 2020 ‐time steps: annual 

  The model is used by the European Commission (EXPEDITE, MC‐ICAM, IASON, TIPMAC, SPECTRUM). The model has also been used in various European  studies  on transport issues. 

TREMOVE10  ‐ transport ‐ air (i.e. transport‐related emissions) 

‐ BAU transport activity forecast (currently from SCENES model) ‐ BAU transport prices forecast 

‐ demand for passenger km (pkm) / ton km (tkm) per transport type ‐ total fleet and number 

‐ coverage: EU15 countries plus CZ, HU, PL, SI + CH, NO ; extension ongoing to CY, EE, LV, LT , SL, MT, 

‐ base year: 1995 ‐: 2020 (extension to 2030 ongoing) ‐ time steps: annual 

partial equilibrium model 

TREMOVE 1 was primarily used in the EU Auto‐Oil II programme. TREMOVE 2.0 to 2.4 were used in the EU CAFE programme 

                                                            8 More information on RAINS at: http://www.iiasa.ac.at/rains   9 More information on SCENES at: http://www.iww.uni‐karlsruhe.de/SCENES/download.html  10 More information on TREMOVE at: http://www.tremove.org  

Page 69: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

August 2008  European Commission, DG ENVScoping study on modelling of EU land‐use choices 

69 

 

MODEL  Themes covered 

Drivers considered  Indicators  Geographical coverage  Temporal coverage  Analytical technique 

Target group/Applications 

‐  energy  (i.e. transport‐related  energy consumption and  WTT emissions) 

‐ road pricing, public transport pricing ‐ size and composition of vehicle stock in the baseyear(s) ‐ policies on emission standards, subsidies for cleaner cars etc. 

of km for each year according to vehicle type and age ‐ fuel consumption and emissions from transport ‐ cost to society associated with emission reduction scenarios 

SK, BG, HR, RO, TR. ‐ resolution: output by country, each country is split up in three regions ‐ one metropolitan city ‐ an aggregate urban region (all other cities) ‐ non‐urban region 

(Euro 5 emission standards, maritime policies, etc.) and for the EU policy on car CO2 emissions. Also some national applications and applications in cooperation with automobile manufacturers (FP5 projects). 

NEMESIS (New Econometric Model  for Environmental  and Sustainable development and Implementation Strategies)11 

‐energy,  ‐environment  ‐economy 

‐economic (prices, tax systems, trade, government expenditure) ‐demographic (population dynamics and population structure) ‐technological innovation  

‐evolution of main macro‐economic indicators (GDP growth, GDP deflator,  households final consumption, consumer price index, interest rates, rate of technical progress, and value of sectoral production and value‐added). The Energy/Environmental module allows for: ‐ the land‐use by sector ‐ total Fuel Quantities  ‐ emissions ‐ investments in New Plants / equipment ‐ direct energy and 

‐coverage: EU27 (plus Norway, USA and Japan) 

  Neo‐keynesian structure. 

This project belongs to the RTD activities of a generic nature: Socioeconomic Aspects of Environmental Change in the Perspective of Sustainable Development : Tools and Methodologies for Socio‐economic Impacts. The model has been applied, for example in the SENSOR project. 

                                                            11 More information on NEMESIS at: http://www.nemesis‐model.net/  

Page 70: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

70 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices  August 2008 

 

MODEL  Themes covered 

Drivers considered  Indicators  Geographical coverage  Temporal coverage  Analytical technique 

Target group/Applications 

environmental costs to each Sector 

 

Page 71: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

August 2008  European Commission, DG ENVScoping study on modelling of EU land‐use choices 

71 

 

APPENDIX 9 – NON‐EXHAUSTIVE LIST OF EXISTING LAND‐USE MODELS 

Model  Themes covered 

Drivers considered  Indicators  Geographical coverage 

Temporal coverage 

Model type  Target group/Open source 

Land‐use Scanner 

‐ Land‐use changes,  

‐ Water,  ‐ Urban areas,  ‐ Agriculture,  ‐ Biodiversity,  ‐ Transport 

‐ Socio‐economic conditions  (e.g., economic  growth, population, accessibility and other common  location factors),  

‐ Policies  (e.g.  spatial policy, nature policy), 

‐ Agriculture  trends (e.g. rural land pricing, agricultural production,),  

‐ Physical  conditions (e.g.  topography,  soil types,  and groundwater levels).  

Flexible.  It  can  model, for  example,  ecological impacts  (loss  of  natural areas,  or  specific habitats),  landscape impacts  (fragmentation or  loss  of  open  space, deterioration  of landscape  quality,  land‐use  diversity), urbanisation  patterns (urban  sprawl containment),  flood  risk (in  terms  of  potential damage). 

Coverage : national  (NL), supranational (Rhine  and  ELbe catchment Resolution: 100m  or  500m grid)     

  

Anywhere between 2040‐2100 

Comparatively  static model,  logit (economics)    and  mathemetical optimisation model 

The  model  was  developed  in close  cooperation  between  the Netherlands  Environmental Assessment  Agency,  the  Vrije Universiteit  Amsterdam  and Object Vision (OV).  Applications of  this model  include,  amongst others:  the  simulation of  future land‐use  following  different scenarios,  an  outlook  for  the prospects  of  agricultural  land‐use  in  the  Netherlands,  and assessments  of  flood  risk  and water  shortage  in  the Netherlands. Open source 

  

Page 72: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

72 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices  August 2008 

 

Model  Themes covered 

Drivers considered  Indicators  Geographical coverage 

Temporal coverage 

Model type  Target group/Open source 

CLUE (including: CLUE, CLUE‐s, Dyna‐CLUE) (Conversion of  Land‐Use change  and its Effects) 

‐ Land‐use ‐ Agriculture ‐ Urbanisation 

‐ Land‐use  maps, remote  sensing  of land‐cover  or  census data  on  land‐use‐    Demographic  change land‐use requirements (based  on  trends, scenarios,  or  macro‐economic modelling)  

‐ Spatial  policies (assumed)  location factors 

‐    land‐use change  ‐ coverage: EU 27 ‐ resolution: 1km by 1 km grid 

Time horizon:  20‐40 years 

Empirical‐statistical model/  Spatial dynamics model 

The CLUE model has been used by a large number of both universities and governmental research institutes from all over the world. Case study versions for a variety of regions exists. In EUruralis, GEO4, SENSOR, NITRO‐Europe). Open source 

LandSHIFT  (Land Simulation  to Harmonize and  Integrate Freshwater Availability and  the Terrestrial Environment)

‐ Land use ‐ Agriculture 

‐   Agricultural production ‐  Socio‐economic aspects  (population  and environmental policy) ‐  Landscape ‐ Current land use 

‐     Land‐use  types (location and quantity of change)  ‐  Crop production ‐  Population density   Ongoing work concentrates on further model development and testing. The next steps include the coupling of LandSHIFT to the International food market and trade model (IMPACT) from IFPRI and to the LPJ model from 

Coverage: Continental/Global coverage 

2000‐2050  Cellular automata  Developed  by  the  Centre  for Environmental  Systems Research – University of Kassel  First  applications  of  the LandSHIFT  model  include  a simulation  study  on  land  use changes  for  the  African continent and an analysis of the potential  impact  of  bioenergy production  on  natural  land  in India.    A  prototype  version  of the  LandSHIFT  model  is available. 

Page 73: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

August 2008  European Commission, DG ENVScoping study on modelling of EU land‐use choices 

73 

 

Model  Themes covered 

Drivers considered  Indicators  Geographical coverage 

Temporal coverage 

Model type  Target group/Open source 

PIK to cover forest productivity and composition of potential vegetation. 

GEOMOD  Originally designed  to simulate  the loss  of  tropical forests  and  to estimate  the resulting carbon  dioxide emissions 

Biophysical  and  socio‐economic  factors  (e.g. elevation,  slope,  soils and distance from rivers, roads  and  already established settlements) 

‐ Land‐use  dynamics (location  and  rate  of change)   

    Spatially explicit  Developped by SUNY College of Environmental  Science  and Forestry  with  funding  from  the US  Department  of  Energy, Carbon  Dioxide  Research Program,  Atmospheric  and Climatic Change Division 

SLEUTH  Urbanisation  Four  factors  considered: spontaneous  growth (neighbourhood; suitability);  diffusive growth (slope determined);  edge growth  neighbourhood); road influenced growth. 

‐ Urban growth ‐ Land‐use  changes (Residential, commercial,  mixed use, industrial, other) 

Coverage :  San Francisco and Washington/ Baltimore region, Mid Atlantic. Region. Possibility for urban regions in general. User defined 

1900–2100  Cellular  automata/ spatially explicit 

Developed  by  the  University  of California  (USA).  Over  35 SLEUTH  applications  to  cities worldwide  have  been conducted,  in  a  large  variety  of planning contexts such as to the growth  of  informal  settlements in  Africa  and  to  urban encroachment on waste disposal sites in Brazil.  Open source 

Page 74: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

74 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices  August 2008 

 

Model  Themes covered 

Drivers considered  Indicators  Geographical coverage 

Temporal coverage 

Model type  Target group/Open source 

IIASA‐LUC    Various  socio‐economic and  biophysical  drivers considered. Model based on  multi‐sector  input‐output  tables  and detailed agro‐ecologic 

      Projections to 2025 

Integrated /Hybrid model and/or Optimisation model 

Develeoped by the IIASA.  Application in China: agro‐ecological analysis for detailed pixels; integrated analysis for 8 regions 

Constrained cellular automata  

Land‐use changes 

Land  use,  suitability, zoning  status  and accessibility vis‐a`‐vis the transportation infrastructure. 

Land‐use  changes. Depending  on  the sectoral models they are linked  to,  several indicators are possible.  

Coverage:  From cities  to  the national level 

± 30 years  Cellular Automata model and/or Integrated/ Hybrid model 

Used in several modelling frameworks12 such as  RamCo, LOV, MedAction PSS , SIMLUCIA, Environmental Explorer 

CURBA  Land‐use change  in urban areas 

Land‐use  types, topographic  and hydrologic  features, transportation networks, zoning,  and  various socioeconomic  data (e.g.,  population  and employment levels). 

Urban/Non‐Urban or 10‐urban density classes 

Coverage: Regional  (38 counties  in California) Resolution: 1 ha 

User  defined (output  to specific times:  2020, 2060, 2100) 

Logit model  Developed  in  the  University  of California (USA) 

LUCAS  Land‐use change 

Socio‐economic  module (transportation networks,  topographic information,  land  cover, and population density)  

Probability of change in land cover, the landscape change and impact on species habitat 

Coverage:    User defined. Resolution: up to 90 meter cell size

User  defined time  steps (default:  100 yrs/5  yr. Intervals) 

Spatial  stochastic model 

Developed  by  the  University  of Tennessee.    The  LUCAS  model has  been  used  in  the  Little Tennessee  River  Basin  in Tennessee. 

                                                            

12 NOTE: Demands for land use are calculated in sectoral models at an aggregated spatial level 

Page 75: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

August 2008  European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices 

75 

 

APPENDIX 10 – SET OF CRITERIA FOR ASSESSING LAND‐USE MODELS 

 

Criteria  Description 

Relevancy  Does the model provide pertinent information that matches the analytical needs of the Commission? 

Simulation of multiple land‐use changes  Does  the  model  allow  simulating  different  types  of  land‐use changes simultaneously? 

 Spatial resolution  What grid size and/or level of detail can be modelled? 

 

Simulation at multiple scales  Does the model allow for cross‐scale analysis? 

Applicability for decision making  Can the model results aid decision making for policy makers? 

Time horizon  Does the model take into consideration policies’ lifetime? 

Can the model project the outcomes for multiple time periods? 

Assessment  of  environmental  impacts  of  land‐use choices 

Does  the  model  take  into  account  different  environmental, economic and social issues? 

Does the model illustrate cross‐sectoral side effects of land‐use policies? 

Can  the  model  project  outcomes  for  multiple  variables  (e.g. land‐use,  transportation,  employment,  housing,  and environmental)? 

Third‐Party Use  How  extensively  has  this  model  been  used  in  “real‐world” situations  (models used primarily  in academic settings or used more extensively in real‐world settings? 

Can other parties easily use the existing frameworks, or are they protected by, for example, copyright restrictions on the applied software? 

Accuracy and precision  Are the projections generated by the model reliable to a degree that is useful to the Commission? 

Certainty of databases  What it reliability of the data that is used to run the model? 

Certainty of the output results  Are the projections generated by the model reliable to a degree that is useful to the Commission? 

Validation and internal checks  Does  the Commission have  the  technical expertise  required  to calibrate the model?  

Does the model allows to easily add new information in order to enable  the  user  to  introduce  his/her  own  knowledge  to  the model 

Transferability  Can the model be applied to locations other than the one(s) for which it was originally developed? 

Page 76: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

76 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices  August 2008

 

Criteria  Description 

Utilisation  Is the model user‐friendly? 

Expertise required for its utilisation  Do  the  end‐users  in  different  DGs  need  a  special  technical expertise required to use the model? 

Or can anybody with basic IT experience use the model? 

Time to apply and simulate model  What  it  is  the  amount  of  time  and  labor  needed  to  run  the model for a typical scenario? 

Level of  complexity of  the output  ‐ Understandability of the results 

Are  the  output  of  the  model  easy  to  interpret  or  special technical tools are required? 

Linkage Potential  Can the model be linked to other models currently in use by, or of  interest  to,  the Commission  (ability of a model  to  join with other  tools,  including  geographic  information  systems  (GISs), other models, or presentation software)? 

Technical requirements   

Able  to be  run with  common hardware and  software configurations 

Are  the  model  and  the  computer  requirements  (hardware, software) needed to support the system available easily? 

Intensity of data needs  Is  the model  data  intensive  and/or  require  a  certain  scale  of data to provide reliable results?. 

Availability of data  The data necessary to run the model  is provided along with or can be procured easily?  

Time/costs needed for data acquisition  Is the necessary data publicly available?  If not, what can be the potential costs of obtaining this data? 

 

Page 77: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

August 2008                                                                                                                                    European Commission, DG ENV

                                                                                                     Scoping study on modelling of EU land‐use choices       77 

 

APPENDIX 11 – EU POLICY ANALYTICAL NEEDS  

Issue  Policy Context  Policy Options  Potential impacts/indicators to be assessed through modelling 

Water scarcity  ‐ Water  Framework Directive  (Directive 2000/60/EC) 

‐ Communication  on water  scarcity  and droughts (COM(2007)  414 final) 

‐ Construction  of desalination plants 

‐ Dam constructions ‐ Investments  in water treatment technologies 

‐ Restriction  on  water use 

‐ Changes  in  water price 

‐ Programmes promoting  the reduction  of  water consumption 

‐ Revision of the WFD ‐ Transfer  of  water from  other regions/countries  

‐ Areas  facing  possible  water management  problems  due to water shortage 

‐ Increase or decrease of areas with  significant  reduction  of water availability 

‐ Erosion ‐ Desertification ‐ Irrigation water usage ‐ Amount  of  water  from outside the region 

‐ Water prices ‐ Amount  of  water  resources available in aquifers 

  

Floods  ‐ Water  Framework Directive 

‐ Recent  EU  Floods Directive  

‐ Revision of the WFD  ‐ Introduction  of measures  to  reduce the  probability  of flooding  as  required by the Directive 

‐ Urban development  

‐ Floods probability, ‐ Flood damage, ‐ Potential casualties  ‐ Costs  

Impact  of changes  in agriculture 

‐ CAP reform ‐ Implementation  of the  different environmental directives. 

‐ Directive  on  the promotion  of  the use of biofuels and other  renewable fuels for transport 

‐ In  2007,  the  EU target  for  biofuels was  increased  to 10 % level by 2020. 

 

‐ Changes  in  farm income support 

‐ Changes  in  market support  (e.g. elimination of export subsidies  or reduction  of  import tariffs) 

‐ Changes  in  water prices 

‐ Changes  in  nature conservation targets 

‐ Rural  development support 

‐ Subsidising bioenergy ‐ Agro‐technical innovations production in Europe 

‐ Afforestation 

‐ N‐surplus ‐ nitrate balance ‐ Soil biodiversity ‐ Visual landscapes changes ‐ Competition  for  land  by biofuels and agriculture 

‐ Erosion ‐ Decline in organic matter ‐ Soil contamination (local and diffuse) 

‐  Soil sealing ‐ Agricultural  income  ( GDP/capita) 

‐ Employment ‐ Crop diversity ‐ Carbon sequestration ‐ Irrigation water usage ‐ Land abandonment 

Soil  ‐ Thematic  Strategy on Soil Protection 

‐ Proposal  for  Soil 

‐ Afforestation ‐ Grazing regulation ‐ Measures  to  reduce 

‐ Erosion rate ‐  Decline in organic matter ‐  Soil  contamination  (local 

Page 78: European Commission DG ENVec.europa.eu/environment/enveco/others/pdf/landuse... · 2015-11-11 · 32 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices

 

78 European Commission, DG ENV Scoping study on modelling of EU land‐use choices  August 2008 

 

Issue  Policy Context  Policy Options  Potential impacts/indicators to be assessed through modelling 

Framework Directive 

soil sealing ‐ Measures to limit the introduction  of dangerous substances  into  the soil 

and diffuse) ‐ Soil sealing ‐ Soil compaction ‐ Carbon sequestration ‐ Floods and landslides ‐ Soil salinity ‐ Decline in soil biodiversity 

Biodiversity  ‐ Birds Directive ‐ Habitats Directive ‐ Biodiversity Communication 

‐ Ecosystem accounting 

‐ Cost of biodiversity loss 

‐ Changes  in  nature conservation targets 

‐ Extension  of  the NATURA network 

‐ Forest  creation  and management 

‐ Different  levels  of support of  

 

‐ Changes    in  the  surface  of protected areas 

‐ Area of sensitivity areas ‐ Number  of  endangered species (Red List) 

‐ Natural vegetation change ‐ Landscape fragmentation ‐ Cost of biodiversity loss ‐ Loss of recreational areas   

Impacts  of transportation networks 

Green paper on trans‐European  transport network 

  ‐ Accessibility ‐ Congestion ‐ Air pollution ‐ Fragmentation  or  loss  of open spaces 

‐ Soil sealing ‐ Water run‐off ‐ Erosion 

Climate change  ‐ White  Paper  on adaptation 

‐ Greenhouse  Gas Emission  Trading Scheme  (Directive 2003/87/EC) 

‐ Introduction  of measures  for adaptation 

 

‐ Likely  use  at  a  specific location  in  the  future  under different climate conditions. 

‐ Land‐use  impacts  of adaptation    options,  e.g. green  infrastructure  for ecosystems  resilience, water retention, flood prevention 

‐ Desertification ‐ Crop diversity Crop change 

Urban Sprawl  Thematic  Strategy  on the  Urban Environment 

‐ Regional/local  urban development plans 

‐ Increase  of  land prices 

 

‐ Fragmentation  or  loss  of open spaces 

‐ Increase  distance  from residence to work 

‐ Air pollution ‐ Soil sealing ‐ Recreational areas