Changing landscapes of Switzerland: assessing effects of historic and future land uses and land covers on the occurrence of selected butterfly species

Summary Landscapes are continuously changing. Natural forces of change such as heavy rainfall and fires can exert lasting influences on their physical form. However, changes related to human activities have often shaped landscapes more distinctly. In Western Europe, especially modern agricultural practices and the expanse of overbuilt land have left their marks in the landscapes since the middle of the 20th century. In the recent years men realised that mare and more changes that were formerly attributed to natural forces might indirectly be the result of their own action. Perhaps the most striking landscape change indirectly driven by human activity we can witness in these days is the large withdrawal of Alpine glaciers. Together with the landscapes also habitats of animal and plant species have undergone vast and sometimes rapid changes that have been hold responsible for the ongoing loss of biodiversity. Thereby, still little knowledge is available about probable effects of the rate of landscape change on species persistence and disappearance. Therefore, the development and speed of land use/land cover in the Swiss communes between the 1950s and 1990s were reconstructed using 10 parameters from agriculture and housing censuses, and were further correlated with changes in butterfly species occurrences. Cluster analyses were used to detect spatial patterns of change on broad spatial scales. Thereby, clusters of communes showing similar changes or transformation rates were identified for single decades and put into a temporally dynamic sequence. The obtained picture on the changes showed a prevalent replacement of non-intensive agriculture by intensive practices, a strong spreading of urban communes around city centres, and transitions towards larger farm sizes in the mountainous areas. Increasing transformation rates toward more intensive agricultural managements were especially found until the 1970s, whereas afterwards the trends were commonly negative. However, transformation rates representing the development of residential buildings showed positive courses at any time. The analyses concerning the butterfly species showed that grassland species reacted sensitively to the density of livestock in the communes. This might indicate the augmented use of dry grasslands as cattle pastures that show altered plant species compositions. Furthermore, these species also decreased in communes where farms with an agricultural area >5ha have disappeared. The species of the wetland habitats were favoured in communes with smaller fractions of agricultural areas and lower densities of large farms (>10ha) but did not show any correlation to transformation rates. It was concluded from these analyses that transformation rates might influence species disappearance to a certain extent but that states of the environmental predictors might generally outweigh the importance of the corresponding rates. Information on the current distribution of species is evident for nature conservation. Planning authorities that define priority areas for species protection or examine and authorise construction projects need to know about the spatial distribution of species. Hence, models that simulate the potential spatial distribution of species have become important decision tools. The underlying statistical analyses such as the widely used generalised linear models (GLM) often rely on binary species presence-absence data. However, often only species presence data have been colleted, especially for vagrant, rare or cryptic species such as butterflies or reptiles. Modellers have thus introduced randomly selected absence data to design distribution models. Yet, selecting false absence data might bias the model results. Therefore, we investigated several strategies to select more reliable absence data to model the distribution of butterfly species based on historical distribution data. The results showed that better models were obtained when historical data from longer time periods were considered. Furthermore, model performance was additionally increased when long-term data of species that show similar habitat requirements as the modelled species were used. This successful methodological approach was further applied to assess consequences of future landscape changes on the occurrence of butterfly species inhabiting dry grasslands or wetlands. These habitat types have been subjected to strong deterioration in the recent decades, what makes their protection a future mission. Four spatially explicit scenarios that described (i) ongoing land use changes as observed between 1985 and 1997, (ii) liberalised agricultural markets, and (iii) slightly and (iv) strongly lowered agricultural production provided probable directions of landscape change. Current species-environment relationships were derived from a statistical model and used to predict future occurrence probabilities in six major biogeographical regions in Switzerland, comprising the Jura Mountains, the Plateau, the Northern and Southern Alps, as well as the Western and Eastern Central Alps. The main results were that dry grasslands species profited from lowered agricultural production, whereas overgrowth of open areas in the liberalisation scenario might impair species occurrence. The wetland species mostly responded with decreases in their occurrence probabilities in the scenarios, due to a loss of their preferred habitat. Further analyses about factors currently influencing species occurrences confirmed anthropogenic causes such as urbanisation, abandonment of open land, and agricultural intensification. Hence, landscape planning should pay more attention to these forces in areas currently inhabited by these butterfly species to enable sustainable species persistence. In this thesis historical data were intensively used to reconstruct past developments and to make them useful for current investigations. Yet, the availability of historical data and the analyses on broader spatial scales has often limited the explanatory power of the conducted analyses. Meaningful descriptors of former habitat characteristics and abundant species distribution data are generally sparse, especially for fine scale analyses. However, this situation can be ameliorated by broadening the extent of the study site and the used grain size, as was done in this thesis by considering the whole of Switzerland with its communes. Nevertheless, current monitoring projects and data recording techniques are promising data sources that might allow more detailed analyses about effects of long-term species reactions on landscape changes in the near future. This work, however, also showed the value of historical species distribution data as for example their potential to locate still unknown species occurrences. The results might therefore contribute to further research activities that investigate current and future species distributions considering the immense richness of historical distribution data. Résumé Les paysages changent continuellement. Des farces naturelles comme des pluies violentes ou des feux peuvent avoir une influence durable sur la forme du paysage. Cependant, les changements attribués aux activités humaines ont souvent modelé les paysages plus profondément. Depuis les années 1950 surtout, les pratiques agricoles modernes ou l'expansion des surfaces d'habitat et d'infrastructure ont caractérisé le développement du paysage en Europe de l'Ouest. Ces dernières années, l'homme a commencé à réaliser que beaucoup de changements «naturels » pourraient indirectement résulter de ses propres activités. Le changement de paysage le plus apparent dont nous sommes témoins de nos jours est probablement l'immense retraite des glaciers alpins. Avec les paysages, les habitats des animaux et des plantes ont aussi été exposés à des changements vastes et quelquefois rapides, tenus pour coresponsable de la continuelle diminution de la biodiversité. Cependant, nous savons peu des effets probables de la rapidité des changements du paysage sur la persistance et la disparition des espèces. Le développement et la rapidité du changement de l'utilisation et de la couverture du sol dans les communes suisses entre les années 50 et 90 ont donc été reconstruits au moyen de 10 variables issues des recensements agricoles et résidentiels et ont été corrélés avec des changements de présence des papillons diurnes. Des analyses de groupes (Cluster analyses) ont été utilisées pour détecter des arrangements spatiaux de changements à l'échelle de la Suisse. Des communes avec des changements ou rapidités comparables ont été délimitées pour des décennies séparées et ont été placées en séquence temporelle, en rendrent une certaine dynamique du changement. Les résultats ont montré un remplacement répandu d'une agriculture extensive des pratiques intensives, une forte expansion des faubourgs urbains autour des grandes cités et des transitions vers de plus grandes surfaces d'exploitation dans les Alpes. Dans le cas des exploitations agricoles, des taux de changement croissants ont été observés jusqu'aux années 70, alors que la tendance a généralement été inversée dans les années suivantes. Par contre, la vitesse de construction des nouvelles maisons a montré des courbes positives pendant les 50 années. Les analyses sur la réaction des papillons diurnes ont montré que les espèces des prairies sèches supportaient une grande densité de bétail. Il est possible que dans ces communes beaucoup des prairies sèches aient été fertilisées et utilisées comme pâturages, qui ont une autre composition floristique. De plus, les espèces ont diminué dans les communes caractérisées par une rapide perte des fermes avec une surface cultivable supérieure à 5 ha. Les espèces des marais ont été favorisées dans des communes avec peu de surface cultivable et peu de grandes fermes, mais n'ont pas réagi aux taux de changement. Il en a donc été conclu que la rapidité des changements pourrait expliquer les disparitions d'espèces dans certains cas, mais que les variables prédictives qui expriment des états pourraient être des descripteurs plus importants. Des informations sur la distribution récente des espèces sont importantes par rapport aux mesures pour la conservation de la nature. Pour des autorités occupées à définir des zones de protection prioritaires ou à autoriser des projets de construction, ces informations sont indispensables. Les modèles de distribution spatiale d'espèces sont donc devenus des moyens de décision importants. Les méthodes statistiques courantes comme les modèles linéaires généralisés (GLM) demandent des données de présence et d'absence des espèces. Cependant, souvent seules les données de présence sont disponibles, surtout pour les animaux migrants, rares ou cryptiques comme des papillons ou des reptiles. C'est pourquoi certains modélisateurs ont choisi des absences au hasard, avec le risque d'influencer le résultat en choisissant des fausses absences. Nous avons établi plusieurs stratégies, basées sur des données de distribution historique des papillons diurnes, pour sélectionner des absences plus fiables. Les résultats ont démontré que de meilleurs modèles pouvaient être obtenus lorsque les données proviennent des périodes de temps plus longues. En plus, la performance des modèles a pu être augmentée en considérant des données de distribution à long terme d'espèces qui occupent des habitats similaires à ceux de l'espèce cible. Vu le succès de cette stratégie, elle a été utilisée pour évaluer les effets potentiels des changements de paysage futurs sur la distribution des papillons des prairies sèches et marais, deux habitats qui ont souffert de graves détériorations. Quatre scénarios spatialement explicites, décrivant (i) l'extrapolation des changements de l'utilisation de sol tels qu'observés entre 1985 et 1997, (ii) la libéralisation des marchés agricoles, et une production agricole (iii) légèrement amoindrie et (iv) fortement diminuée, ont été utilisés pour générer des directions de changement probables. Les relations actuelles entre la distribution des espèces et l'environnement ont été déterminées par le biais des modèles statistiques et ont été utilisées pour calculer des probabilités de présence selon les scénarios dans six régions biogéographiques majeures de la Suisse, comportant le Jura, le Plateau, les Alpes du Nord, du Sud, centrales orientales et centrales occidentales. Les résultats principaux ont montré que les espèces des prairies sèches pourraient profiter d'une diminution de la production agricole, mais qu'elles pourraient aussi disparaître à cause de l'embroussaillement des terres ouvertes dû à la libéralisation des marchés agricoles. La probabilité de présence des espèces de marais a décrû à cause d'une perte générale des habitats favorables. De plus, les analyses ont confirmé que des causes humaines comme l'urbanisation, l'abandon des terres ouvertes et l'intensification de l'agriculture affectent actuellement ces espèces. Ainsi ces forces devraient être mieux prises en compte lors de planifications paysagères, pour que ces papillons diurnes puissent survivre dans leurs habitats actuels. Dans ce travail de thèse, des données historiques ont été intensivement utilisées pour reconstruire des développements anciens et pour les rendre utiles à des recherches contemporaines. Cependant, la disponibilité des données historiques et les analyses à grande échelle ont souvent limité le pouvoir explicatif des analyses. Des descripteurs pertinents pour caractériser les habitats anciens et des données suffisantes sur la distribution des espèces sont généralement rares, spécialement pour des analyses à des échelles fores. Cette situation peut être améliorée en augmentant l'étendue du site d'étude et la résolution, comme il a été fait dans cette thèse en considérant toute la Suisse avec ses communes. Cependant, les récents projets de surveillance et les techniques de collecte de données sont des sources prometteuses, qui pourraient permettre des analyses plus détaillés sur les réactions à long terme des espèces aux changements de paysage dans le futur. Ce travail a aussi montré la valeur des anciennes données de distribution, par exemple leur potentiel pour aider à localiser des' présences d'espèces encore inconnues. Les résultats peuvent contribuer à des activités de recherche à venir, qui étudieraient les distributions récentes ou futures d'espèces en considérant l'immense richesse des données de distribution historiques.

Sovereign debt markets in turbulent times: Creditor discrimination and crowding-out effects

In 2007, countries in the Euro periphery were enjoying stable growth, low deficits, and lowspreads. Then the financial crisis erupted and pushed them into deep recessions, raising theirdeficits and debt levels. By 2010, they were facing severe debt problems. Spreads increased and,surprisingly, so did the share of the debt held by domestic creditors. Credit was reallocatedfrom the private to the public sectors, reducing investment and deepening the recessions evenfurther. To account for these facts, we propose a simple model of sovereign risk in which debtcan be traded in secondary markets. The model has two key ingredients: creditor discriminationand crowding-out effects. Creditor discrimination arises because, in turbulent times, sovereigndebt offers a higher expected return to domestic creditors than to foreign ones. This providesincentives for domestic purchases of debt. Crowding-out effects arise because private borrowingis limited by financial frictions. This implies that domestic debt purchases displace productiveinvestment. The model shows that these purchases reduce growth and welfare, and may lead toself-fulfilling crises. It also shows how crowding-out effects can be transmitted to other countriesin the Eurozone, and how they may be addressed by policies at the European level.

Strategic behaviours in healthcare : evidence from primary care and pharmaceutical markets

We analyse the strategic behaviours of agents in a market through the appropriate¬ness of their skills to the market. If agents' skills are well adapted to market and they can reach their target, they will not need to adopt strategic behaviours. The agents will behave as selfish individuals. However, if their skills are not well adapted and they cannot attain their target alone, they will adopt strategic behaviours to reach their objectives. These behaviours will have a different impact on the utilities of other agents, depending on the skills and the objectives of the agent. If these agents need other agents to reach their objectives, they will behave as altruistic individuals who internalise the utilities of other agents in reaching their objectives and will adopt cooperative behaviours. However, if these agents fear that other agents could prevent them from reaching their target because they can foresee that the skills of other agents are better adapted than their own skills, the agents will then behave as predator individuals and will adopt destructive behaviours to attain their objective. It is in the interests of these agents to manipulate information to increase disorder and dissimulate their lack of skills. They will reproduce the strategies of animals that modify their appearance to escape predators or simulate being bait to attract their prey. These agents will seek to induce chaos into the behaviours of other agents to amplify the impact of their strategies. The appropriateness of skills to the market allows an understanding of the emer-gence of networks and associated strategies. The members of a networks are inputs who are excluded when their costs are higher than their benefits. A network simul-taneously allows cooperation and selfish, predatory behaviours among its members. A network may adopt informational strategies when seeking to become the leader in a market or when it cannot survive. The creation of networks and the manipulation of information are two overlapping evolutionary strategies, with the first strategy favouring the second. In our model, an agent does not behave like a firm that aims only to maximise the profits of the firm but rather as a member of a network who adopts strategic behaviours as a function of the interests of this network. If his skills are well adapted to the market and he can innovate, he will not invest in erroneous input; in contrast, if his skills are not adapted, the agent will invest in the erroneous input of information into the market in order to survive. Therefore, when any informational asymmetries between the agents and their principals characterise the market, the price cannot be the main element that allows equilibrium to be reached in the market; instead, the appropriateness of skills to the market enables equilibrium. We will now apply these hypotheses to explain the strategic behaviours of physicians and pharmaceutical companies.

Consistency and population sensitivity properties in marriage and Rrommate markets

We consider one-to-one matching markets in which agents can either be matched as pairs or remain single. In these so-called roommate markets agents are consumers and resources at the same time. Klaus (Games Econ Behav 72:172-186, 2011) introduced two new "population sensitivity" properties that capture the effect newcomers have on incumbent agents: competition sensitivity and resource sensitivity. On various roommate market domains (marriage markets, no-odd-rings roommate markets, solvable roommate markets),we characterize the core using either of the population sensitivity properties in addition to weak unanimity and consistency. On the domain of all roommate markets, we obtain two associated impossibility results.

Multi-sided Böhm-Bawerk assignment markets: the nucleolus and the core-center

En aquest treball mostrem que, a diferència del cas bilateral, per als mercats multilaterals d'assignació coneguts amb el nom de Böhm-Bawerk assignment games, el nucleolus i el core-center, i. e. el centre de masses del core, no coincideixen en general. Per demostrar-ho provem que donant un m-sided Böhm-Bawerk assignment game les dues solucions anteriors poden obtenir-se respectivament del nucleolus i el core-center d'un joc convex definit en el conjunt format pels m sectors. Encara més, provem que per calcular el nucleolus d'aquest últim joc només les coalicions formades per un jugador o m-1 jugadors són importants. Aquests resultats simplifiquen el càlcul del nucleolus d'un multi-sided ¿¿ohm-Bawerk assignment market amb un número molt elevat d'agents.

Vertical Syndication-Proof Competitive Prices in Multilateral Markets

[eng] A multi-sided Böhm-Bawerk assignment game (Tejada, to appear) is a model for a multilateral market with a finite number of perfectly complementary indivisible commodities owned by different sellers, and inflexible demand and support functions. We show that for each such market game there is a unique vector of competitive prices for the commodities that is vertical syndication-proof, in the sense that, at those prices, syndication of sellers each owning a different commodity is neither beneficial nor detrimental for the buyers. Since, moreover, the benefits obtained by the agents at those prices correspond to the nucleolus of the market game, we provide a syndication-based foundation for the nucleolus as an appropriate solution concept for market games. For different solution concepts a syndicate can be disadvantageous and there is no escape to Aumman’s paradox (Aumann, 1973). We further show that vertical syndicationproofness and horizontal syndication-proofness – in which sellers of the same commodity collude – are incompatible requirements under some mild assumptions. Our results build on a self-interesting link between multi-sided Böhm-Bawerk assignment games and bankruptcy games (O’Neill, 1982). We identify a particular subset of Böhm-Bawerk assignment games and we show that it is isomorphic to the whole class of bankruptcy games. This isomorphism enables us to show the uniqueness of the vector of vertical syndication-proof prices for the whole class of Böhm-Bawerk assignment market using well-known results of bankruptcy problems.

Symmetrically multilateral-bargained allocations in multi-sided assignment markets

[cat] Aquest treball tracta d’extendre la noció d’equilibri simètric de negociació bilateral introduït per Rochford (1983) a jocs d’assignació multilateral. Un pagament corresponent a un equilibri simètric de negociación multilateral (SMB) és una imputación del core que garanteix que qualsevol agent es troba en equilibri respecte a un procés de negociación entre tots els agents basat en allò que cadascun d’ells podria rebre -i fer servir com a amenaça- en un ’matching’ òptim diferent al que s’ha format. Es prova que, en el cas de jocs d’assignació multilaterals, el conjunt de SMB és sempre no buit i que, a diferència del cas bilateral, no sempre coincideix amb el kernel (Davis and Maschler, 1965). Finalment, responem una pregunta oberta per Rochford (1982) tot introduïnt un conjunt basat en la idea de kernel, que, conjuntament amb el core, ens permet caracteritzar el conjunt de SMB.

Complements and substitutes in multilateral assignment markets

[cat] En aquest treball provo que, en mercats d’assignació amb més de dos costats, agents de diferents sectors poden no ser complementaris mentre que agents del mateix sector poden no ser substituts. Shapley (1962) va provar que això mai pot succeïr quan el mercat d’assignació només té dos costats. No obstant, demostro que existeixen condicions suficients que garanteixen la substitutabilitat i la complementarietat entre agents en aquests tipus de mercats. A més, provo que, quan els béns al mercat son homogenis, el resultat de Shapley (1962) es manté.

Uniform-price assignment markets

Uniform-price assignment games are introduced as those assignment markets with the core reduced to a segment. In these games, for all active agents, competitive prices are uniform although products may be non-homogeneous. A characterization in terms of the assignment matrix is given. The only assignment markets where all submarkets are uniform are the Bohm-Bawerk horse markets. We prove that for uniform-price assignment games the kernel, or set of symmetrically-pairwise bargained allocations, either coincides with the core or reduces to the nucleolus

Prediction markets supporting technology assessment

In this thesis, we study the use of prediction markets for technology assessment. We particularly focus on their ability to assess complex issues, the design constraints required for such applications and their efficacy compared to traditional techniques. To achieve this, we followed a design science research paradigm, iteratively developing, instantiating, evaluating and refining the design of our artifacts. This allowed us to make multiple contributions, both practical and theoretical. We first showed that prediction markets are adequate for properly assessing complex issues. We also developed a typology of design factors and design propositions for using these markets in a technology assessment context. Then, we showed that they are able to solve some issues related to the R&D portfolio management process and we proposed a roadmap for their implementation. Finally, by comparing the instantiation and the results of a multi-criteria decision method and a prediction market, we showed that the latter are more efficient, while offering similar results. We also proposed a framework for comparing forecasting methods, to identify the constraints based on contingency factors. In conclusion, our research opens a new field of application of prediction markets and should help hasten their adoption by enterprises. Résumé français: Dans cette thèse, nous étudions l'utilisation de marchés de prédictions pour l'évaluation de nouvelles technologies. Nous nous intéressons plus particulièrement aux capacités des marchés de prédictions à évaluer des problématiques complexes, aux contraintes de conception pour une telle utilisation et à leur efficacité par rapport à des techniques traditionnelles. Pour ce faire, nous avons suivi une approche Design Science, développant itérativement plusieurs prototypes, les instanciant, puis les évaluant avant d'en raffiner la conception. Ceci nous a permis de faire de multiples contributions tant pratiques que théoriques. Nous avons tout d'abord montré que les marchés de prédictions étaient adaptés pour correctement apprécier des problématiques complexes. Nous avons également développé une typologie de facteurs de conception ainsi que des propositions de conception pour l'utilisation de ces marchés dans des contextes d'évaluation technologique. Ensuite, nous avons montré que ces marchés pouvaient résoudre une partie des problèmes liés à la gestion des portes-feuille de projets de recherche et développement et proposons une feuille de route pour leur mise en oeuvre. Finalement, en comparant la mise en oeuvre et les résultats d'une méthode de décision multi-critère et d'un marché de prédiction, nous avons montré que ces derniers étaient plus efficaces, tout en offrant des résultats semblables. Nous proposons également un cadre de comparaison des méthodes d'évaluation technologiques, permettant de cerner au mieux les besoins en fonction de facteurs de contingence. En conclusion, notre recherche ouvre un nouveau champ d'application des marchés de prédiction et devrait permettre d'accélérer leur adoption par les entreprises.