全球溫室氣體減排目標及其分配

〔奧〕斯蒂芬·P·施萊謝爾著，劉 荔譯

（1.奧地利格拉茨大學維格納氣候與全球變化中心，維也納，奧地利；2.北京物資學院，北京市 101149）

一、研究動機

從京都模式到哥本哈根模式，溫室氣體排放目標一直是氣候政策的基礎，世界上絕大多數國家都愿意為限制溫室氣體排放作貢獻。該目標能夠將全球氣候變暖限制在2°C之內，而且還有很多有關如何將該目標轉換為排放目標的提議。梅紹森等（Meinshausen et al.）2009年時曾預測，即便在2050年之前將全球排放量降到1990年水平的一半，實際溫度上升超過2°C的概率仍將達到12%~45%。聯合國環境規劃署（UNEP）2011年認為排放量將在2020年達到峰值。隨后，為了爭取實現2°C目標，排放量必須以每年超過2%的速度下降。在一份2050年路線圖中，歐洲委員會提出了2011年3月歐盟將排放量降低80%~95%的目標建議。本文中我們將利用全球化分析工具對排放減半所需的能源體系的根本性變化進行研究。

我們將建立一個包括社會、經濟、能源和排放數據在內的綜合數據庫，通過將世界劃分為占全球排放總量2/3的6個國家和地區以及剩余排放總量的1個地區，我們對分析性框架中能源體系的關鍵驅動因素和參數進行了研究，包括人口動態、經濟活動以及能源和碳強度等，基于對這些關鍵參數分散和收斂的假設，推導出長期減排目標的涵義。

二、全球能源體系的結構和動態

不言而喻，全球能源體系正在發生著快速的變化，我們將在全球和地區范圍內收集有關這些變化的證據。除此以外，我們還希望捕捉這些變化驅動因素的基本特征。人口以及用GDP衡量的經濟活動被認為是與能源需求最具因果關系的因素，這兩個因素通過能源構成中的碳強度決定了二氧化碳的排放量。

1.全球視角

在GDP（按照2000年的固定價格和購買力平價計算）、能源總供給量（TES）、二氧化碳排放量以及人口這些關鍵要素方面，1990年以來不同地區均出現了不同形態的增長，尤其是人口數量呈線性增長、全球GDP（經過顯著的指數性增長后趨于平穩）幾乎翻番，能源方面的變化情況與GDP基本相同。二氧化碳排放量的變化路徑與能源總供給量的變化路徑基本相同，這是過去20年碳強度幾乎沒有發生變化的原因。

在全球能源總供給量方面，2000年以來煤炭供給量的快速增加超過了石油供給量的穩步下降，近年來天然氣以及可再生能源的供給略有增加，而核能的供給略有下降。

2.地區視角

通過將世界劃分為7個國家和地區（歐盟27國、美國、日本、中國、印度、俄羅斯以及世界其他國家），我們從人口、經濟活動、能源供給和二氧化碳排放的地區性差異中獲得了有價值的發現。如美國擁有全球人口的5%，而GDP、能源供給和二氧化碳排放量均為全球總量的18%。與之相對應的是歐盟人口占比為7%，GDP占比為19%，能源占比為14%，排放量占比為12%。與美國相比，歐盟的人均GDP較低，能源和排放強度更低。

在過去的20年中，上述因素都出現了新的變化。

（1）中國的GDP增加了530%，隨之而來的是能源增加了160%，排放量增加了210%，而人口僅增加了17%；

（2）印度的GDP增加了兩倍，隨之而來的是能源增加了110%，排放量增加了170%，人口增加了36%；

（3）美國的GDP增加了大約60%，能源增加了13%，排放量增加了7%，人口增加了23%；

（4）歐盟的GDP增加了大約40%，能源未增加，排放量下降了12%，人口增加了6%；

（5）日本的GDP只增加了17%，能源增加了7%，排放量增加了3%；

（6）相對于1990年，俄羅斯的GDP和人口都下降了大約4%，能源和排放量分別大幅下降了26%和30%；

（7）世界其他國家的GDP增加了90%，能源增加了57%，排放量增加了53%，人口增加了40%。

三、溫室氣體減排目標的單一標準指標及多標準指標體系

有關減排目標的建議經常建立在人均排放量、人均GDP或人均能源使用量等單一標準指標基礎之上，在給這些單一標準指標設定不同權重后，便得到了多標準指標體系。

對單一標準指標和多標準指標體系的使用進行對比，并通過界定一套基于能源體系的供給和需求結構以及相關排放量的結構性指標，我們提出了一個更為綜合性的方法。

1.單一標準指標

由于單一標準的減排指標能夠傳達非常明顯的信息，如人均排放量或單位GDP排放量等，這些指標廣為人們所接受。

人均溫室氣體排放量存在著明顯的地區性差異。美國的人均排放量是歐盟的兩倍多，但正在快速下降。與之相反，過去10年中，中國的這個指標正在顯著上升，印度則稍遜于此。

另外一個廣為人們所接受的單一指標是單位GDP排放量，該指標也以與人均排放量同樣的方式進行了標準化。從這個與經濟活動相關的排放強度指標中，我們發現了非常不同的情況，所有地區在這個指標方面都有所改善。但是中國，尤其是俄羅斯，其經濟活動仍然伴隨著非常高的排放強度。美國與世界其他國家和地區則稍遜于此，歐盟的單位GDP排放量最低。

這兩個常用單一標準指標說明，由于每個指標都能夠提供互補的信息，所以僅僅依靠某一個指標的信息是不夠的。因此，經常通過給各個指標設定不同的權重得到一個綜合指標體系。由于設定權重的過程具有一定的主觀性，因此，我們建議建立一套基于能源體系結構性模型的指標體系。

2.結構性模型的指標體系

建立結構性綜合指標體系的起點是一個基本模型，該模型通過以下參數說明能源體系的供給和需求結構，這些參數包括人口數量、經濟活動（人均GDP）、能源強度（單位GDP的TES值）以及碳強度（單位TES的二氧化碳量）等。

上述參數來源于可再生能源、核能和化石的碳強度（單位化石的二氧化碳含量）在TES中的占比。

此綜合指標方法的分析性框架是一個含有以下變量的能源體系的基本結構模型，包括二氧化碳排放量（C）、人口（P）、GDP（Q）和 TES（E）。

以下等式代表的是排放需求：

其中，Q/P：經濟活動（人均 GDP）；E/Q：能源強度（單位GDP的TES值）；C/E：碳強度（單位TES的二氧化碳量）；TES的組成部分為化石（Efos）、可再生能源（Eres）、核能（Enuc）、其他能源（Eoth）。

我們把能源供給描述為：

我們可以得到總碳強度為：

供給參數的含義為：C/Efos：化石的碳強度；Eres/E：TES中可再生能源占比；Enuc/E：TES中核能占比；Eoth/E：TES中其他能源占比。

在這個分析性框架中，可根據公式（1）通過人口、經濟活動、能源強度以及碳強度的影響對二氧化碳排放進行跟蹤。總碳強度可以通過由化石的碳強度、TES中可再生能源占比、TES中核能占比以及TES中其他能源占比等因素決定的公式（3）進行追蹤。

四、仿真排放目標及分配

我們在對分析性框架及一些仿真結果進行解釋的基礎上，提出建立一個基于公式（1）解釋過的結構性模型尋找減排目標及其在各個國家和地區間分配的程序。

1.仿真程序的假設

我們在結構性指標框架中基于一些假設對全球二氧化碳排放變化進行仿真分析。

（1）碳排放量C取決于一系列相關指標，如人口（P）、經濟活動（人均 GDP）（Q/P）、能源強度（單位GDP的TES值）（E/Q）、碳強度（單位 TES的二氧化碳量）（C/E）。

（2）將起始期與結束期進行對比。起始期為2009年（能夠得到數據的最近時間），結束期暫定為20年后。

（3）借助聯合國對2030年人口數量的預測對結束期的人口進行預測。

（4）對于其他結構性參數假設了一個對和諧的全球經濟結構進行調整的程序。

這個調整程序是建立在公式（4）中因子d對目標價值C的前兆性變化和各國家、地區值進行調整的基礎之上的。

此調整的合理性如下：在起始期，參數X的全球值為100，Xstart，i代表第i個國家或地區此參數的個體值；結束期的前兆性全球目標為100·C，結束期的前兆性個體目標為Xstart，i·C；調整因子d（在0到1之間）決定了結束期前兆性個體目標和全球目標之間的差值被調整的幅度。

2.仿真結果

通過對7個國家和地區的仿真，說明了這個決定全球排放目標及其在各國家和地區間分配的程序的適用性。

我們想得到關于（假設結束期）2030年全球減排目標的建議以及其在所考慮的7個國家和地區間適當的分配結果。

仿真的起點是歐盟對2030年的人口預測，所有數據都被轉化為以1990年值為100的指標。因此，在2030年人口增加57%這個預測基礎上，2009年世界人口比1990年高28%。

在將調整機制應用于模型框架中的結構性參數時，需要為所有參數界定前兆性目標和調整因子。假設所有參數全球和個體目標值的調整值均為0.3或者說是30%。

對定義為人均GDP的經濟活動來說，假設未來20年前兆性增長值為20%，從程序結果可以看出，所有國家都呈現出未來經濟增長的趨勢，其中貧窮國家的增長值更高。

對于定義為單位GDP的TES的能源強度來說，假設前兆性降低比率為30%，所有參數都被標準化為2005年歐盟27國值為100的指標，這意味著歐盟27國在2009年前將其能源強度改善10個指標點，變為90，并預期將在結束期2030年前使此參數下降至65%。

對于定義為單位TES二氧化碳排放量的碳強度，仍然假設前兆性降低比率為30%，結果顯示出中國極高的碳強度。

對全球二氧化碳減排目標及其在7個國家、地區間的分配的最終仿真結果以及對能源和碳強度大幅下降特別是貧困國家更為頻繁經濟活動的假設，我們意識到，只有到2030年左右，全球排放量才能達到峰值。工業化國家和中國需要大幅降低其排放量，但這些將被印度和世界其他國家仍在增長的排放量所抵消。

因此，在我們所預測的結束期，全球排放量相對于2005年降低1.2%的變化是以下變化的結果，即截至2009年實現排放量增加6.7%、人口增加14.9%、經濟活動增加97.3%、能源強度降低75.3%以及碳強度降低44.7%。

五、結論

我們從界定全球排放目標及其在各個國家和地區間分配的程序中所得到的各方面結果似乎令人吃驚且嚴峻。

第一，盡管有關能源和碳強度下降的設想很強烈，但只有到2030年左右（而非全球氣溫上升2°C左右的目標所建議的2020年之前），全球二氧化碳排放才能下降。

第二，未來二氧化碳排放的變化性非常強。世界其他地區，尤其是印度還會大量增加排放量。中國的排放量馬上就要開始下降，而且，為了使排放量穩定在一定水平，大量工業化國家都需要大幅降低其排放量。

第三，二氧化碳排放量增加的主要驅動因素還是印度和其他國家的人口增長以及世界貧困地區經濟活動的增加。

第四，這些結果的獲得是建立在對能源強度和碳強度等方面巨大的技術進步基礎上的，這說明我們需要加快對相應技術的傳播和采用。