不确定性下的中国减排方案寻优研究*

王 铮朱潜挺吴 静

（1中国科学院科技政策与管理科学研究所 北京 100190 2中国科学院研究生院 北京100049 3华东师范大学地理信息科学教育部重点实验室 上海 200062）

1 引言

气候变化是目前全球面临的最重大的环境问题之一。虽然大多数科学家认为，全球变暖是真实存在的，并最有可能是因人类活动所引起的[1]，但是越来越多的研究表明，气候变化主要为自然过程，而非人类行为所致[2-3]。NIPCC报告从9个方面列举了与IPCC第四次评估报告观点不同的研究成果和证据，并指出气候升温存在着不确定性[4]。因此，对于“后京都时代”全球减排方案的研究，在考虑气候升温及其对大气、水等人类生存环境造成影响的同时，还需关注不确定性下减排行动可能带来的经济损失。

由于发达国家和发展中国家的历史排放责任差别及未来减排义务差别使全球减排方案的制定步履维艰，但在哥本哈根大会上，大多数国家达成全球的气候控制目标，即至2050年将大气温室气体浓度稳定在450ppm二氧化碳当量以内、至2100年全球温度上升控制在2℃以内。以下我们称这个目标为哥本哈根共识。在坎昆会议上，各方最终通过了两项应对气候变化决议，其内容一方面提出及时确保第一承诺期与第二承诺期之间不出现空当，另一方面提出发达国家根据自己的历史责任必须带头应对气候变化及其负面影响，并向发展中国家提供长期、可预测的资金、技术以及能力建设支持。虽然坎昆气候大会暂时保全了 《京都议定书》，但与一个成熟的全球减排行动方案还存在较大的距离。

国内外学者对减排方案的研究颇多。张艳林等（2001）认为，从空间效率上来看，应该是低减排成本的发展中国家先减排，高减排成本的发达国家后减排；从时间效率上来看，发达国家推迟减排的路径可以实现减排总成本最小化[5]。考虑到开发节能减排新技术需要时间，Dembaeh（2008）预测，发达国家最好在2030年后开始减排，因为那时成本会大大下降[6]。显然，这些研究是以效率为优先，并不考虑发达国家温室气体历史排放对环境的负面影响。这对发展中国家很不公平。 国内一些学者，如丁仲礼等（2009）[7]、姜克隽等（2009）[8]、王铮等（2009）[9]对中国及其他发展中国家参与国际减排的方案进行了多方面研究。国际上也有著名的Stern（2008）方案[10-11]、Sφrensen（2008）方案[12]等。在全球共同合作与各国相互博弈的背景下，对全球减排方案的制定必须兼顾公平与效率原则。

针对这种情况，本文基于王铮等构建的气候保护经济政策模拟系统[13]，以哥本哈根共识为前提，结合哥本哈根气候变化峰会期间主要国家承诺的中期减排目标以及发达国家和前苏联地区的长期减排目标，就全球温度变化不确定性下的全球减排方案，特别是，既能保证全球减排目标又有利于保障我国持续增长的总量减排方案，展开模拟研究，以寻求优化方案。

2 分析方法

气候保护经济政策模拟系统是由经济-气候耦合的多区域气候保护政策模型构建而成。该模型将世界分为6个区域，包括：中国、美国、欧盟、日本、前苏联地区、以及其他地区（以下提到的所有“其他地区”均作为专有名词特指除中国、美国、欧盟、日本、前苏联地区以外的世界其他地区）。本研究在该模型的基础上，引入不确定性。

如果全球温度上升，模型以有效社会劳动生产率A*i,t来刻画温度上升对经济的负面影响关系，计算方法见（1）式：

其中，下标i代表区域，下标t代表时期，bi,1表示i区域生产型减排破坏系数，μi,p表示i区域生产型碳排放控制率，Di表示i区域温度上升对经济的破坏系数，Ti表示t时期地表温度比工业化之前上升的度数，Ai,t表示t时期i区域社会劳动生产率。

如果不存在全球温度上升的情景，模型中的有效社会劳动生产率表示为（2）式：

考虑到气候升温及其对人类造成的综合影响，我们采用拉姆齐量指标来对不同减排方案的效果进行比较，其数学表达式如（3）式：

其中，Qi,t代表t时期i区域拉姆齐量，Yi,t代表 t时期 i区域 GDP，Li,t代表 t时期 i区域劳动力。τ是消费的消费参量，这里取τ＝0.75。

一个较优的减排方案应尽可能使减排成本最小化，研究取累计拉姆齐量最大化。i区域的累计拉姆齐量Qitotal表示为：

考虑全球温度上升的不确定性，我们以累计拉姆齐量期望值作为评价减排方案优劣的指标。i区域的累计拉姆齐量期望值表示为：

3 情景模拟

由于全球温度上升不确定性的存在，使得减排与不减排都可能存在着风险。也就是说，如果不存在全球升温而我们进行了减排行动，那么减排行动将是徒劳，并产生经济损失；同样，如果存在全球升温而我们不进行减排，那么全球温度的上升也将会对我们产生负面影响。另一方面，虽然由IPCC提出的“2℃阈值”[14]，即将全球增暖幅度控制在较工业革命前高2℃以内，仍然存在着不确定性，但如果真的超出2℃，其后果可能是人类无法承受的。因此，我们在哥本哈根共识的前提下，充分考虑全球升温的不确定性，对不同减排方案进行情景模拟。

3.1 哥本哈根协议的减排效果

从哥本哈根会议期间主要国家或地区已提出的本国中期减排目标出发，我们对这些现已成型的中期减排目标方案的气候保护效果进行模拟。其中，各国中期减排目标及历史排放数据如表1所示[15-16]。考虑到其他地区主要由发展中国家组成，模拟所用到的其他地区中期减排目标参照中国的中期减排目标。

一个首要的问题是，如果各国均按照哥本哈根会议期间的减排承诺，并在2020年之后继续保持2020年之前的减排力度持续至2100年，大气中二氧化碳浓度变化及全球温度变化将会怎样？模拟结果显示，至2050年全球二氧化碳浓度为 461ppm；至2100年全球温度将上升2.8℃。这已大大超出了至2050年将大气温室气体浓度稳定在450ppm二氧化碳当量以内，至2100年全球温度上升控制在2℃以内的哥本哈根共识。因此，仅靠各国在哥本哈根会议期间的减排承诺，将无法实现哥本哈根共识下的气候目标。

如果考虑发展中国家与发达国家历史排放的差距，模拟保持中国及其他地区以上的减排力度不变，进一步将发达国家的中期减排目标年份（2020年）扩展至长期减排目标年份（2050年），并假设至2050年发达国家碳排放量比1990年减少80%，前苏联地区比1990年减少50%。模拟结果显示，至2050年全球二氧化碳浓度为 436ppm；至2100年全球温度将上升2.5℃。显然，仅靠发达国家将其中期减排目标扩展至长期减排目标，也不能实现哥本哈根共识下的气候目标。也就是说，在未来的全球气候保护过程中，中国与其他地区必须参与总量减排。但关键问题是，中国与其他地区应何时开始总量减排及如何进行总量减排尚需研究。

表1 主要国家和地区至2020年减排目标

3.2 至2050年全球减排方案的情景模拟

在对中国与其他地区较优的总量减排起始时间及总量减排力度进行寻优时，我们对全球至2050年的长期减排方案进行情景模拟。情景模拟在哥本哈根协议的基础上，对美国、日本、欧盟、前苏联地区的长期减排目标进行如下假设：

（1）参照 UNDP 在2007/2008年人类发展报告，设定发达国家的长期减排目标为：至2050年碳排放量比1990年减少80%。

（2）考虑到前苏联地区相对于发展中国家具有较高的人均碳排放量和经济水平，与发展中国家的排放模式存在较大差别，设定前苏联地区的长期减排目标为：至2050年碳排放量比1990年减少50%。

（3）考虑到发达国家与发展中国家历史排放量增长的时间差异，发展中国家的减排基准年份为2005年。

根据不同的总量减排起始年份进行情景模拟，将中国和其他地区的总量减排起始年份分别设置为 2020、2025、2030、2035、2040、2045年。同时，结合其他地区至2050年碳排放量比2005年分别减少0%、10%、20%的长期减排目标，得到3大类18个模拟情景（表 2）。

基于气候保护经济政策模拟系统，在2100年全球升温控制在2℃以内的目标下，本文对表2中18个情景下中国需承担的减排力度展开了估算，结果见表3。可以发现，在不同减排方案下，中国的减排任务将存在较大差别，考虑到中国与其他地区正处于经济增长、摆脱贫困时期，实现至2050年碳排放量比2005年减少过大的减排目标难度很大。因此，本文认为至2050年中国与其他地区碳排放量比2005年减少不应大于50%，那么，基于表3的模拟结果，我们可以对18个模拟情景进行筛选，从而得出5个较为可行的减排方案分别为：方案B1、方案 B2、方案 C2、方案 C3、方案C4。为了便于表述，下文依次将以上5个方案称为方案1、方案2、方案 3、方案 4、方案 5。

表2 模拟情景

表3 各情景下中国所需不同程度的减排力度

分析筛选得到的方案1—5，我们发现，各方案的减排起点年分别为：2020、2025、2030、2035 年。因此，要保证实现哥本哈根共识，中国与其他地区必须在2035年之前开始总量减排。如果迟于2035年，那么至2050年，中国碳排放量要比2005年减少50%以上，并且其他地区碳排放量比2005年减少20%以上，这对正处在发展中的国家来说，是很难实现的。

4 不确定下减排方案分析

如果考虑温度上升的不确定性，我们对可行减排方案（方案1—5）做进一步比较分析。 在分析过程中，以基准方案为标准（不减排方案），以各减排方案相对于基准方案的累计拉姆齐量期望值损失作为各方案的减排成本。其中，各方案的累计拉姆齐量期望值等于该方案在温度上升概率下的累计拉姆齐量与该方案在不存在升温概率下的累计拉姆齐量的加权平均（如图1所示）。

图1 累计拉姆齐量期望值

4.1 90%升温概率下的减排成本分析

在全球温度上升的概率为90%的条件下，图 2（a）、（b）分别显示了方案 1—5 下，中国短时期 （2010—2050年）以及长时期（2010—2100年）累计拉姆齐量期望值。

分别比较图 2（a）、（b）中各方案相对于基准方案的累计拉姆齐量期望值损失，我们得到，中国短时期以及长时期累计拉姆齐量期望值变化率（如图3）。

图2 （a)中国累计拉姆齐量期望值

图2 （b)中国累计拉姆齐量期望值

图3 中国累计拉姆齐量期望值变化率（90%升温概率）

由图3可以看出，在温度上升概率为90%的条件下，各方案中，短时期累计拉姆齐量期望值变化率均为负，长时期累计拉姆齐量期望值变化率均为正。这表明，从短时期来看，各方案均不利于我国未来拉姆齐量的增加，但其中以方案5最优，即累计拉姆齐量损失最少为－0.6%；从长时期来看，各方案均有助于我国未来拉姆齐量的增加，其中方案3最优，即累计拉姆齐量增加最多为1.64%。

4.2 100%升温概率下的减排成本分析

作为后备的选择，不论是否存在全球持续升温的概率，我们都必须做好确定升温的准备。因此，我们对100%升温概率下各方案的减排成本进行了模拟分析。图4显示了方案 1—5在 100%升温概率下的中国短时期以及长时期累计拉姆齐量期望值变化率。

图4 中国累计拉姆齐量期望值变化率（100%升温概率）

由图4可以看出，在温度上升概率为100%的条件下，相对基准情况而言，各方案的短时期累计拉姆齐量期望值变化率仍为负；而长时期累计拉姆齐量期望值变化率仍为正。也就是说，在100%升温概率下，减排行动不利于我国短期拉姆齐量增加，而有助于长期拉姆齐量增加。进一步分析发现，在100%升温概率下，方案5和方案3仍然分别是最有利于短期和长期拉姆齐量增加的方案。这种影响趋势与升温概率90%的结果具有一致性。

与升温概率为90%条件下各方案的减排效果相比，可得出两点结论：

（1）升温概率的大小并不影响不同减排方案的相对减排效果，即无论升温概率为多大，短时期内方案5优于其他方案；而长时期内方案3最优。

（2）升温概率越大，同一减排方案的减排效果越好（短时期累计拉姆齐量期望值损失越小，长时期累计拉姆齐量期望值增加越大）。

4.3 减排方案的风险分析

既然升温概率的大小并不影响不同减排方案的相对减排效果，那么在全球升温概率不确定的条件下，是否我们就可以采用以下两种行动之一？（1）如果以短时期为目标，采用最优方案5；（2）如果以长时期为目标，采用最优方案3。我们认为，方案5或方案3的采用与否不仅与实现目标的时间长短有关而且与温度上升的概率有关。

从短时期来看，方案5的减排效果要优于其他方案。随着升温概率的降低，同一方案的减排效果将变差。以上分析显示，即使考虑升温概率为100%，方案5仍然使得短时期累计拉姆齐量期望值的变化率为负，即小于不减排的基准方案。如果升温概率低于100%，方案5的实施将会使得短时期累计拉姆齐量期望值损失更大。因此，就短时期而言，最优的方案为基准方案。

从长时期来看，方案3的减排效果要优于其他方案。考虑到升温概率对减排方案的减排效果的影响。我们对方案3在不同升温概率下的减排效果进行了模拟，模拟结果如图5所示：

图5 不同升温概率下的减排效果（方案3）

从图5可以看出，长时期累计拉姆齐量期望值变化率与升温概率呈正向关系。当升温概率小于0.56时，虽然方案3的实施将会带来损失（累计拉姆齐量期望值变化率小于零），但是它可避免因温度上升不确定性可能带来的无法挽回的后果；当升温概率大于0.56时，方案3的减排效果开始显现，即累计拉姆齐量期望值变化率大于零，表明减排对拉姆齐量增加带来正的影响。因此，当升温概率大于0.56时，方案3的实施将比完全不实施减排更有利于我国经济的持续增长。

5 方案3的可接受性分析

以上分析得出，当全球升温概率大于0.56时，方案3是一个适合我国的较优的减排方案，即中国和其他地区从2025年开始总量减排，发达国家碳排放量比1990年减少80%，前苏联地区碳排放量比1990年减少50%，中国至2050年碳排放量比2005年减少28%，其他地区至2050年碳排放量比2005年减少20%。那么，就全球而言，方案3是否能被接受呢？这就需要对方案3下中国的排放指标与其他国家的排放指标进行比较分析。

方案3的模拟结果显示，虽然至2050年中国和其他地区碳排放强度仍大大高于美国、日本和欧盟，但是就碳排放强度降低幅度（见图6）而言，至2050年中国碳排放强度比2005年降低了89.9%，接近于发达国家的降低水平，而其他地区的碳排放强度降低水平虽然较低，但也达到了79.6%。由于发展中国家经济力量相对薄弱，如果要使碳排放强度降低79.6%，国际的经济援助仍然是必要的。如果考虑至2100年的碳排放强度降低幅度，发展中国家与发达国家排放强度降低水平将基本持平，其中，中国和前苏联地区的排放强度降幅甚至达到了98%，高于所有发达国家，这种减排强度对我们来说是有压力的，而试图再提高我们的减排义务，在技术实现上将非常困难。另一方面，从人均碳排放量（图7）来看，2050年和2100年中国人均碳排放量低于美国和前苏联地区，略高于全球人均碳排放量水平。中国的人均碳排放量水平处于全球中等水平，考虑到中国为世界承担了制造业，这种高出不仅是合理的而且是积极的。

图6 碳排放强度降低幅度

图7 人均碳排放量

6 结论

本文以气候保护经济政策模拟系统为基础，以哥本哈根共识为前提，在全球温度上升不确定的背景下，对全球减排方案进行了模拟研究。通过对各方案的减排成本和减排风险比较分析，研究得出以下4点结论：

（1）哥本哈根协议无法保证至2050年大气温室气体浓度稳定在450ppm二氧化碳当量以内、至2100年全球温度上升控制在2℃以内的气候控制目标。在发达国家履行至2050年碳排放量比1990年减少80%、前苏联地区减少50%的前提下，要确保该目标的实现，中国与其他地区必须在2035年之前参与总量减排。

（2）从短时期来看，总量减排行动对我国短时期内累计拉姆齐量期望值有所损失，但从长时期来看，减排将有利于我国持续发展。可行方案中，方案3最优，即中国与其他地区从2025年开始减排，至2050年中国碳排放量比2005年减少28%，其他地区减少20%。

（3）升温概率的大小并不影响不同减排方案的相对减排效果，但是升温概率越大，同一减排方案的减排效果越好。从长时期来看，当升温概率低于0.56时，方案3的减排措施将给我国带来损失；当升温概率超过0.56时，方案3的减排措施将使我国获益。

（4）从全球的角度来看，方案3下，各国至2100年的碳排放强度降低幅度都达到95%以上，中国至2100年人均碳排放量略高于全球平均水平，但低于美国和前苏联地区。需要指出的是，前苏联地区的碳排放强度和年人均碳排放量远高于其他国家。就公平性而言，前苏联地区还应在本文研究的基础上进一步加大减排力度。

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