Zambia is a country located in Southern Africa where more than half of the population lives in rural areas. Most agricultural production comes from small-scale farmers who rely on rainfall for harvesting. As a water management strategy, the government seeks to increase the irrigated share to increase the crop yield. Moreover, more than 80% of the energy supply is produced from hydropower. However, in recent years, the impact of climate change has become more intense and frequent, leaving the country vulnerable to droughts and flooding. This has caused power blackouts nationwide and crop losses, jeopardizing food and energy security. The country has the potential to diversify its energy mix, especially with renewable energy, and it is working towards forest, land, and water management to prevent and mitigate the impacts of climate change to ensure food security. This work creates a climate, land, water, and energy systems (CLEWs) analysis to determine these sectors' nexus challenges. Moreover, it assesses the impact of climate change on each system and the possibility of mitigating it. This analysis uses the open-source energy modeling tool OSeMOSYS to create the CLEWs model. The thesis indicated that it is possible to diversify the electricity mix to reduce reliance on hydropower and ensure energy security. Moreover, different renewable sources, such as wind and solar, have the potential to be exploited, and they are cost-competitive against hydropower. It is also cost-competitive to increase irrigation to improve the productivity of the crops; however, this also increases the energy and water demand. Moreover, with the proper strategies, it is possible to enhance all systems. For instance, increasing irrigation for better water management while implementing smart agriculture can increase crop yields and reduce energy consumption. This also reduces land use, decreasing deforestation rates and emissions.

Zambia är ett land i södra Afrika där mer än hälften av befolkningen bor på landsbygden. Den mesta jordbruksproduktionen kommer från småskaliga bönder som är beroende av regn för att skörda. Som en vattenhanteringsstrategi söker regeringen att öka andelen bevattnade områden för att öka skördens avkastning. Dessutom produceras mer än 80% av energiförsörjningen från vattenkraft. Under de senaste åren har klimatförändringarnas påverkan blivit mer intensiv och frekvent, vilket gör landet sårbart för torka och översvämningar. Detta har orsakat strömavbrott över hela landet samt skördeförluster, vilket hotar mat- och energisäkerheten. Landet har potential att diversifiera sin energimix, särskilt med förnybar energi, och arbetar mot skogs-, mark- och vattenhantering för att förhindra och mildra klimatförändringarnas effekter för att säkerställa livsmedelssäkerheten. Detta arbete skapar en analys av klimat-, mark-, vatten- och energisystem (CLEWs) för att fastställa dessa sektorers nexus-utmaningar. Dessutom bedöms klimatförändringarnas påverkan på varje system och möjligheten att mildra dem. Denna analys använder det öppna energimodelleringsverktyget OSeMOSYS för att skapa CLEWs-modellen. Avhandlingen visade att det är möjligt att diversifiera elmixen för att minska beroendet av vattenkraft och säkerställa energisäkerheten. Dessutom har olika förnybara källor, såsom vind och sol, potential att utnyttjas och är kostnadseffektiva jämfört med vattenkraft. Det är också kostnadseffektivt att öka bevattningen för att förbättra grödornas produktivitet; dock ökar detta också energi- och vattenbehovet. Med rätt strategier är det möjligt att förbättra alla system. Till exempel kan ökad bevattning för bättre vattenhantering samtidigt som smart jordbruk implementeras öka skördarna och minska energiförbrukningen. Detta minskar också markanvändningen, vilket i sin tur minskar avskogningstakten och utsläppen.