不同氣候保護政策的模擬對比研究

摘要 氣候變化問題已經成為制約經濟發展、影響社會福利的重要因素。如何在經濟穩定發展的前提下實行有效的氣候保護政策是一個重要的研究課題。以StateContingent模型和Demeter模型為基礎建立一個宏觀動態模型。該模型主要包括三個模塊：宏觀經濟模塊，氣候變化模塊，人地關系協調的決策選擇模塊，以此分析不同氣候保護政策對經濟的影響。模型在考慮了增匯、技術進步等因素的基礎上，針對生產型、增匯型、能源替代型三種氣候保護政策作了模擬情景分析。通過模擬計算得到在不實施任何氣候保護政策下中國歷年的CO₂排放和GDP、效用等結果，然后與實施不同氣候保護政策所得結果進行比較。研究發現在實行單一氣候保護政策時，增匯型政策和能源替代型政策遠優于生產型替代政策；而混合型政策要優于任何單一政策。

關鍵詞 氣候變化；二氧化碳減排；模型；經濟增長

中圖分類號 P467 文獻標識碼 A 文章編號 1002-2104(2008)03-0024-07

氣候變化問題已經成為制約經濟發展，影響社會福利的重要因素。全球變暖使得人類不得不考慮新的生產和生活的方式。自20世紀80年代后期以來，在全球氣候保護的政策研究方面，國際上已出現一系列CGE模型，它們或在全球尺度，或在國際與區域尺度，或在國家尺度上，研究GHG減排與經濟發展的相互作用，研究減排機制對國民經濟的綜合影響［1］。其中大部分模型研究的是生產型減排政策與經濟增長的影響，如Nordhaus等人建立的“DICE”模型及后來的“RICE”模型［1，2］，Eyckmans，Tulkens（2004）CWS模型［3］，Buchner，Carraro(2005)的FEEMRICE模型［4］。還有一部分模型研究了能源替代型政策的影響，如Zwaan（2002）的Demeter模型［5］，張阿玲，鄭淮等（2002）結合國外模型和中國國情特點建立了3E（經濟—能源—環境）一體化模型［6］。對于增匯型減排，研究還主要集中在對碳匯的作用的分析上，如Holland對美國1980-1994年的碳匯做過分析［7］，Brown，Costa和Krankin對亞洲、東南亞以及俄羅斯等的碳匯也做了比較詳盡的研究［8～10］。鄭一萍，王錚（2005 ）重點研究了增匯型氣候保護政策對我國經濟的影響［11］ 。

但是這些研究沒有將三種政策進行比較分析。三種政策誰優誰劣，不能直接通過不同的系統進行比較。一方面是因為不同的系統模型有較大的差別，并且系統是不斷改進的，一些公式或參數可能存在不連續性；另一方面，在實際政策中，不僅要考慮單獨的政策，對于混合型政策的成效，也需要考慮。因此，有必要將三種政策放在一個系統中進行模擬，然后根據結果進行比較。本文的工作就是在技術內生的條件下構建模型對生產型減排，能源替代型，增匯型三種減排政策進行模擬分析。

1 建 模

1.1 模型概述

本文建立的模型以Pizer的StateContingent模型和Zwaan的Demeter模型為基礎［12，5］。StateContingent模型是基于DICE模型發展而來的。Pizer采用不確定性參數進行了全球最優CO₂減排率的選擇模擬，它綜合了地球氣候系統和社會、經濟系統及其相互作用關系。Demeter模型是通過在氣候變化的宏觀經濟模型中，引入內生技術進步，來研究其對最優的CO₂減排的影響。模型主要包括如下三個模塊：宏觀經濟模塊，氣候變化模塊，人地關系協調的決策選擇模塊。如圖1所示。

其中宏觀經濟模塊和氣候保護模塊在這里我們繼續沿用以前的工作，限于篇幅 ，詳細過程可參考鄭一萍碩士論文(2004，華東師范大學)。下面我們著重討論政策模塊。

1.2 人地關系協調決策選擇模塊

中國氣候保護決策支持系統共包含三種政策選擇：增匯型CO₂排放控制、生產型CO₂排放控制和能源替代型CO₂排放控制。增匯型CO₂排放控制就是通過增匯的方式，如培育森林、改變土地利用方式等，使得森林、土壤等匯吸收更多空氣中的二氧化碳，這從另外一個角度減少了大氣中的碳。生產型CO₂排放控制是在計算GDP時在生產函數中就加以考慮的，體現在對有效社會生產率的修正上；至于能源替代型CO₂排放控制，是通過用非化石燃料能源替代化石燃料能源，在確保不影響產出的情況下，采用更多的非化石燃料能源也能減少排放出的碳。

這些政策措施的選取和實施都將給未來經濟發展、氣候變化以及人地關系協調等產生不同的影響，因此，人地關系協調意義下，在模型中加入對這些政策的研究模塊是非常必要的。這里，我們將增匯型CO₂排放控制和能源替代型CO₂排放控制的成本投入按照一定比例分別扣在了每年的投資和消費上。

我們分別考慮增匯型CO₂排放控制、生產型CO₂排放控制和能源替代型CO₂排放控制的控制率，最后總的控制率將是三者的總和。即：

這里，μc是中國各種氣候保護措施的CO₂排放控制率之和；μs是增匯型控制率，μp是生產型控制率；μd是能源替代型控制率。

一是增匯型CO₂排放控制的成本投入。

其中，μs是增匯型控制率，C(s)是每減少排放一噸CO₂的增匯成本，σt表示t階段排放量比總產出的外生趨勢，Yt是產出，At純外生勞動生產率，At*是有效社會勞動生產率。

二是生產型CO₂排放控制的成本。

這里所謂的“有效”，是指At*是描述了可用于消費和投資的產出量，即在產出因控制成本和氣候破壞減少后的數量。所以，它可以表達為At與控制成本和氣候破壞成本之間的關系：

式（3）表明，政策制訂出來的生產型CO₂排放控制率將減少有效社會勞動生產率。μp是生產型CO₂排放控制率；b1，b2是減排成本參數；D0是溫度上[WTBZ]升3℃所導致的GDP損失。

三是替代型CO₂排放控制的成本投入。

替代型排放控制指的是非化石能源對化石能源的替代。由于考慮采取能源替代政策來控制CO₂排放，又因為中國主要是以化石燃料為主的能源消費結構，排放的CO₂絕大部分都來自于化石燃料的燃燒，所以倘若假設化石燃料和非化石燃料的比例按照控制率μd每年遞減，那么，μd也就是能源替代型二氧化碳控制率，即得到：

ΔFt和ΔΝt是t時期沒有采取能源替代政策的化石和非化石能源消費量較t時期采取能源替代政策后的化石和非化石能源消費量的變化量。干中學通過累積生產量的比例函數嵌入到模型中，這個比例函數意味著，如果只有較少的累積生產量，相對于較高水平的累積生產量，需要更多的特定能源資本和維護、運作資本才能生產出一定水平的能源。由于能源替代政策的實施，化石和非化石能源消費量的變化所帶來的化石和非化石能源資本投入的變化分別為I（f）和I（n），帶來的維護和運作化石燃料和非化石燃料的資本的變化分別為M（f）和M(n)，它們的關系一般可由以下方程表達［6］：

其中，aF，bF分別為化石能源使用的資本強度和所需的維護、運作強度；相應的，aN，bN分別為非化石能源使用的資本強度和所需的維護、運作強度；X（f）t，X（n）t分別為化石燃料和非化石燃料的累積生產量，本文假設能源的生產完全用于消耗，于是有：

函數g(.)通常是用來表示通過學習后生產成本下降，指數α的值是干中學過程的基礎，它說明了學習所需技術的速率［6］：

這里lr為學習率，在本文中取0.2。[KH*2]1.3 模型參數及初始值概述

該模型有關參數中的所有初始參數均以2003年作為基準年份計算。關于純時間偏好ρ。其計算多少帶有任意性，根據OECD對發展中國家的評估，對中國來說它在4％～8％，基于中國人比較傾向儲蓄這一事實，我們取4％［11］。對于經濟活動的參數的估計采用了《中國統計年鑒2004》的統計數據［13］，經過分析后所得參數見表1。

從全球范圍來看，一些氣候變化參數D0是恒定的，因此采用DICE模型中所采用的氣候變化參數。對于控制成本參數，許多學者都做過相應的研究，一般普遍認為全球變暖的破壞在發展中國家更為嚴重。根據OECD的估計，CO₂排放增長2倍，即溫度上升2．5℃ 時中國的GDP大約損失4．7％，Nordhaus估計到2090年全球氣溫上升3℃ 時，全球的平均GDP損失為3．6％，損失范圍在0％～21％，因此假設當氣溫上升到3℃ 時，中國的GDP年損失為5．5％［2］。模型為動態模型，其中，后一期的數據是根據前期數據計算得到的，因此需要設置模型開始運算時的初始值。以2003年作為模型開始的初始年份，通過查閱有關資料、計算獲得各初始值［2，13］，如表2所示。

在國內，關于增匯成本的研究目前還處于初級階段，而且大多是針對特定地區 所做的科學試驗來采集數據結果，并不代表全國的平均水平。其中徐德應（1996）研究了我國不同地區采取不同方式增匯的成本，但是由于沒有考慮土地資源的有限性，結果偏低［14］。這里我們采用袁嘉祖（1997）的計算結果1238.6元/tC（已經按2003年不變價格調整）［15 ］。

1.4 模型的情景設定

不同的氣候保護政策通過設定不同的情景來確定。情景主要對于控制氣候保護措施的選擇的政策參數來設置，分為以下五種情景。這五種情景的選擇是為了適應人地關系協調下進行氣候保護的要求并根據我國經濟發展的實際情況做出的。

情景1：中國不實行任何形式的氣候保護，世界其它地區到2060年減排10%；

情景2：中國每年實行10%的增匯型CO₂排放控制率，不實行其他控制方式，世界其它地區到2060年減排10%；

情景3：中國每年實行10%的能源替代型CO₂排放控制率，不實行其他控制方式，世界其它地區到2060年減排10%；

情景4：中國每年實行10%的生產型CO₂排放控制率，不實行其他控制方式，世界其它地區到2060年減排10%。

情景5：中國每年分別實行4%的增匯型和能源替代型CO₂排放控制率，以及2%的生產型CO₂排放控制率，世界其它地區到2060年減排10%。

本文所指的三種氣候保護政策控制率是相對于本年不實施任何減排措施的排放量而言，是基于目前中國不同的增匯、能源替代和生產減排的基礎情況下設置的政策參數；情景1是不實施任何的氣候保護措施，這種情景作為基礎情景，以便與其他情景做比較，使得結果更加明晰；這里設置的情景2、3、4、5都能基本實現到2060年中國的CO₂排放比在傳統生產和排放情況下減少10%的目標，我們對這些情景下的CO₂排放量、經濟增長和社會福利的變化情況做了預測計算，通過這樣的模擬可以對比各種不同的氣候保護措施的排放控制效率和效益； 世界其它地區到2060年減排10%，是指在1990年水平的基礎上減排10%，相當于世界其它地區年減排0.1%。這里設定到2060年世界減排10%是因為《京都議定書》中為 38個工業化國家在2008-2012年的承諾期內，把他們的溫室氣體排放量從1990年排放水平平均降低大約5%。按照這個推算，減排繼續的話，保守估計到2060年減排可以達到10%。情景5是將三種保護政策結合起來實施的一種情景，該情景比較符合中國目前的國情，比較容易實現。

2 模擬結果

通過運用本項研究編制的系統，我們對上述情景進行了模擬計算，得到了大量的計算結果，下面將分別從各種情景下我國排放量以及經濟發展水平、效用這幾個方面給出預測結果并進行分析。

2.1 中國CO₂排放量、經濟發展水平及效益預測結果（1）CO₂排放量。在模擬計算中，除了第一種情景之外，其他四種情景都基本上能實現到2060年排放量比不控制減少10%，這是我們根據計算結果特意設置的(見表3)。

表3列出了各情景下我國二氧化碳排放量的數據，根據這里的預測，可以得到：

情景1：2030年我國CO₂排放量約達到18.09億t，

情景2：2030年我國的CO₂排放量將達到16.09億t，2060年達到19.67億t。相對于不控制的情況下，到2030年少排放11.06%；2060年少排放11.08%。

情景3：2030年我國的CO₂排放量將達到16.06億t， 2060年達到19.69億t。相對于不控制的情況下，到2030年少排放11.22%，2060年少排放11.07%。

情景4：2030年我國的CO₂排放量將達到16.1億t， 2060年達到19.65億t。相對于不控制的情況下，到2030年少排放11%， 2060年少排放11.17%。

情景5：2030年我國的CO₂排放量將達到16.11億t， 2060年達到19.72億t。相對于不控制的情況下，到2030年少排放10.95%， 2060年少排放10.93%。

這里列出的僅是部分的預測數據，事實上我們計算出了各種情景下每一年CO₂排放量的預測數據。根據這些數據我們可以計算出與不進行任何控制的情景相比，其他四種情景在55年(2005-2060年)內分別減少的CO₂排放的量，其中情景2共少排109.24億t，情景3共少排109.95億t，情景4共少排109.16億t，情景5共少排107.72億t。

（2）中國GDP預測。氣候保護對經濟安全的影響是最為引人注目的問題，也是本項研究的重點。氣候與經濟系統之間的相互作用非常復雜，我們通過模擬計算得到不同情景下的GDP的值，見表4和圖2。

（3）效用預測。GDP不是度量經濟增長的唯一指標，按照可持續的發展觀，我們需要研究社會的累積效用。應用我們開發的系統的模擬發現，中國實施無論實施何種氣候保護政策都會帶來累積效用的減少，因為生產型排放控制在一定程度上限制了生產活動，而增匯型和能源替代型由于需要資金投入，這勢必將減少國內的投資和消費，投資減少又將影響生產的發展，消費的減少則直接降低效用。表5是通過模擬得到的結果。

由表5可以看出，情景1中各年的效用是最高的，這是因為此時沒有實施任何排放控制措施，與情景1相比，到2060年，情景2、情景3、情景4和情景5下的效用值分

2.2 綜合分析

由上面預測的結果我們可以觀察到以下事實：無論何種氣候保護措施，都肯定會對中國的宏觀經濟產生影響，也就是說，實施控制排放政策對我國經濟發展一定會有損耗。但是由我們的模擬結果來看，增匯和能源替代兩種政策在對經濟影響非常小的情況下就實現了排放控制的目標；而對于生產型CO₂排放控制，相對投入較大，到2060年，通過生產型CO₂排放控制實現控制目標的，GDP較不控制要減少2.25%。而情景5達到了最小的GDP損失。也就是說，在實行單一政策時，增匯型和能源替代型排放控制的GDP損失要小于生產控制型。我們嘗試了其他幾種比例的混合政策，發現混合政策的GDP損失要小于單一政策。這種現象是由于影響有效生產率的非線性機制引起的。生產減少型控制是通過有效生產率影響GDP，生產控制率和有效生產率的關系是非線性。隨著生產減少控制率的增大GDP的損失是邊際遞增的。

根據計算，不實行任何控制，在2020年中國的效用將達到1 559 230， 2030年達到2 342 338， 2060年達到3 808 995。在情景2中， 相比情景1，在2060年中國的效用要下降0.76%。在情景3中， 相比情景1，在2060年中國的效用要下降0.88%。在情景4中 ， 相比情景1，在2060年中國的效用要下降1.46%。在情景5中， 相比情景1，在2060年中國的效用要下降0.70%。和GDP的趨勢一樣，單一政策時，實施生產型排放控制的累積效用是最小的，這進一步證明了生產型排放控制對國家經濟安全的影響是最大的，最容易引起國家經濟不安全的就是生產型排放控制，增匯和能源替代兩種政策在對效用影響非常小的情況下就實現了排放控制的目標；而對于生產型CO₂排放控制，效用影響較大。而混合政策要優于任何單一政策。

3 結論與討論

通過運用開發的氣候保護政策模擬系統進行計算，我們發現，無論實施何種氣候保護政策，都將對中國的經濟發展產生影響，通過比較五種情景下的計算結果，可以得到以下結論：

首先，從長遠來看，我國需要制定有效的減排方案。在情景1中，我們不設置任何排放控制方案，如果不實施任何氣候保護政策，即按照目前正常的發展狀況，到2020年，我國CO₂排放量約達到1.52GtC，2025年達到1.62GtC，2030年達到1.81GtC，2060年達到2.21GtC。中國作為一個經濟快速增長的大國，對世界氣候變化的潛在影響也不容忽視。中國在保持經濟能夠穩定發展的同時，承擔適當的氣候保護任務也是不可避免的。

其次，在實行單一氣候保護政策時，增匯型和能源替代型排放控制優于生產型控制。其中，僅實施增匯型排放控制政策，到2060年GDP比情景1的不控制將減少1.25%，CO₂排放量卻減少了11.08%；僅實施能源替代型排放控制政策，到2060年GDP比情景1的不控制將減少1.1%，CO₂排放量卻減少了11.07%。僅實施生產型排放控制政策，到2060年GDP比情景1的不控制將減少2.25%，CO₂排放量減少了11.17%；很明顯，增匯型和能源替代型排放控制政策的效率和效益要優于生產型控制政策。

第三，混合型保護政策要優于任何單一氣候保護政策。在情景5中，從計算的結果來看，到2060年，GDP比情景1的不控制將減少1.0%，是在四種控制政策中GDP損失最小的。當然，三種政策到底實施何種比率組合能實現最優控制還可以進一步仔細的推敲，本文只是作為一種方法上的嘗試和基礎性研究提出來。另外，從居民累計效用來看，各種情景也有和GDP相似的趨勢。單一政策時，增匯和能源替代兩種政策在對效用影響非常小的情況下就實現了排放控制的目標；而對于生產型CO₂排放控制，效用影響較大。而混合政策要優于任何單一政策。

本文用宏觀動態模擬的方法分析評價了實施不同氣候保護政策的影響，但是應當看到，氣候保護是一個多國參與的行為，其本身具有公共產品的性質，一國的政策在很大程度上受到其他國家政策的影響，這在我們的模型中沒有考慮。在下一步的工作中我們會考慮多個國家主體的模型，并將博弈的因素考慮進來。另外，一些經濟參數，鑒于現有研究成果的局限性和統計上的差異性，使得環境政策模擬存在一定的不確定性，在今后的工作中應當進一步完善參數的精確性或進行不確定分析。

(編輯：于 杰)

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Contrastive Analysis of Different Climate Abatement Policies Based on SimulationModel

ZHANG Huanbo1，2 WANG Zheng2，3 ZHENG Yiping3 HE Qiong 4

（1.School of Public Policy Management，Tsinghua University，Beijing 100080，China；

2.Institute of Policy and Management，Chinese Academy of Scienc es，Beijing 100080，China；

3.Geocomputation Key Lab of CEDD， ECNU，Shanghai 200062，China；

4.Management School Hunan University of Science and Technology，

Xiangtan Hunan 411201，China）

AbstractClimate change is a constraint to economic progress and human welfare. How to constitute efficient emission policies and ensure economic steady developing is an important task. In this paper we make a climate protection model which considers the relation between human and ecology. Based on the StateContingent Model and Demeter Model and within the theoretic framework of new economic growth， this paper presents a dynamic macroeconomic model of climate protection with the intention of analyzing the impact of greenhouse gases (GHG) emission in China at different CO₂ abatement policies. The model used to analyze economic effecto of deffrent climate protection policies include three modules:macro e conomic module，cliamate change module and decisionmaking model reflecting the ManLand relationships coordination.Three climate protection policies in the model have been analyzed: increasing carbon sink， energy alternation and production reduction. Based on the modelling of the computer system， we get many results of CO₂， GDP and utility of each year in the scenorio of no any protection policies. By choosing various climate protection policies and adjusting their control rates and style of their combination， we simulate the impact of various climate protection policies on the national macroeconomic growth.We find that when only one policy is carried out increasing carbon sink and energy alternation are more efficient than production reduction， but mixed policy is good than any sole policy.

Key words climate change；carbon dioxide emission reduction;policy mode ling；economic growth