溫控1.5℃ 對中國意味著什麼

2016年實施的《巴黎協定》正式提出,「要把全球平均氣溫較工業化前水平升高控制在2攝氏度(℃)之內,並為把升溫控制在1.5℃以內而努力」。這一目標對中國意味著什麼?作為氣候變化綜合評估研究專家,中國科學院大學經濟與管理學院副教授段宏波一直在思考這個問題。

然而,在調研文獻時他意外地發現,能夠回答且被國際公認的「科學性結果」,居然幾乎全部來自國外。

「他們有著先進的綜合評估模型技術,且其相關研究結果是聯合國政府間氣候變化專門委員會平均每5年一輪的氣候變化綜合評估報告的重要參考。」

段宏波解釋道,所以盡管有些研究與實際有差異,但由於我們沒有自己的科學性研究,在國際氣候談判時較為被動。

「我們必須有自己原創的綜合評估模型技術,增加氣候談判的底氣和話語權。」他深知此舉頗難,但必須要做。

經過多年努力,段宏波與中國科學院數學與系統科學研究院研究員汪壽陽等組成的國際團隊建立了多模型比較框架,首次分析了《巴黎協定》溫控目標下中國的長期低碳轉型路徑問題。

這對提高減排戰略及政策制定的可靠性、推動綜合評估建模理論的發展,有著顯著意義。

相關成果4月23日發表於《科學》。

「眾說紛紜」求真知

目前,氣候變化仍是世界面臨的最嚴峻挑戰之一。

中國在全球應對氣候變化挑戰的進程中擔當著重要角色,全球相關專家學者都極為關注。

但是,由於中國未來碳排放的演化趨勢受多種因素影響,在中國的能源與氣候政策路徑及目標可行性方面遠沒有達成一致的結論。

「國內外學者有著各自的模型。一方面,由於國外模型研究起步早,他們的模型相對更有影響力,但其刻畫的情況未必真實;另一方面,不同模型各有差異,比如究竟每年花多少錢來做這件事,不同模型可能有3~5倍的差距。眾說紛紜下,決策者『無所適從』。」

段宏波告訴《中國科學報》,他也是該論文的第一作者。

2 ℃升溫將給中國帶來近4%的累計產出損失,高於全球2.3%的平均水平,而1.5 ℃目標下的經濟損失則高達9.5%。

「我們從國家層面專門針對1.5℃目標下中國能源、經濟和技術挑戰的研究嘗試依然較少,更不用說基於多模型比較框架。」段宏波表示。

綜合評估模型是刻畫復雜的氣候—經濟動態交互、研究最優氣候政策的基本工具,近年來已得到越來越多的應用。

段宏波和汪壽陽希望在集成現有全球知名模型和新的國家模型基礎上,構建綜合評估模型,以期探討中國達成1.5℃溫控目標與碳中和目標的關系,及其對中國排放路徑、能源結構調整和經濟發展意味著什麼。

「多模型」構建之路頗不易

這是第一次由科學家團隊主導、聯合國際知名模型團隊開展的氣候目標綜合評估跨模型研究。

然而,從參與到主導的轉變,段宏波坦承一路「並不易」。

這其中十分關鍵的是,研究團隊創建了考慮化石能源、可再生能源和負排放技術等復雜技術體系的中國能源一經濟一環境(E3)系統集成模型。

這是該項研究中中國獨立區域的綜合評估模型。

段宏波介紹,E3模型由宏觀經濟、能源技術和氣候三大模塊構成。

與傳統模型不同的是,它可將多種因素及其之間的關聯性集成在同一個模型系統中,進行全面刻畫,客觀、准確地分析未來能源與碳排放演化。

目前該模型已被廣泛應用於全球及中國的能源和氣候政策模擬與評估工作中。

E3模型是段宏波博士期間的研究課題。

當時,課題組中還尚未開展過該研究。

導師得知段宏波的想法後很吃驚,但十分支持,並告訴他,這將會是個漫長的過程。

3年後,段宏波即將畢業,但仍未有成果發表,「很焦慮,那是我掉頭發最嚴重的時候」。

後來,段宏波加入汪壽陽團隊做博士後,繼續研發了3年模型。

為什麼開發一個模型如此困難?段宏波說,早在上世紀五六十年代,國際知名模型團隊已開始探索,且都較為成熟。

「別人『玩』了很久了,重建框架是非常困難的。」

6年的沉澱,終得回報。2015年,段宏波完成了E3模型的開發和應用,成果被環境模型領域的國際高水平雜誌《環境建模與評估》接收發表,一系列成果也隨之「噴涌而出」。

「後面的研究和合作阻力就小了很多。」段宏波說。

2018年,英國物理學會旗下《環境研究快報》邀請汪壽陽和段宏波撰寫關於多模型比較在氣候政策領域的應用,使得他們對多模型比較研究有了更為系統的認識。

自那時起,他們開始與清華大學、國家發改委能源研究所,以及德國、荷蘭、日本、義大利、美國和歐盟聯合研究中心等多家科研團隊合作,以期構建多模型比較框架。

依據模型結構的可操作性及其與研究任務的貼合程度,研究團隊最終選取了內生技術誘導的綜合評估模型(CE3METL)、中國集成政策評估模型(IPAC)、全球變化評價模型(GCAM-TU)、亞太集成評估模型(AIM/CGE)等9個綜合評估模型。

溫控1.5℃ 對中國意味著什麼

「一致」與「不一致」

段宏波介紹,多模型比較框架僅重點關注全國宏觀與主要產業層面,考慮的時間尺度從2010年到2050年,1.5 ℃溫控目標下考察的主要對象是能源結構轉型、排放路徑演化、碳中和時間選擇以及政策經濟成本等方面。

研究結果顯示,在很大程度上,中國2060年的碳中和目標與全球1.5 ℃溫控目標一致,但後者更為嚴格。

1.5 ℃溫控目標要求中國的二氧化碳排放總量最高減少90%,碳強度(即單位GDP的二氧化碳排放量)要平均下降75.6% 。

要想2050年之前實現近零排放,可能要求碳捕獲占比最高達到20%。

二氧化碳捕獲和封存技術將在溫控目標的實現中扮演重要角色,但其不是主力,歸根到底還是要依靠清潔能源替代傳統能源。

溫控目標要求總化石能源消費量急劇下降,但石油的一次消費量相對穩定,尤其是2040年之前,這意味著中國經濟對石油消費的依賴較為剛性,減排貢獻有限。

此外,中國的氣候政策成本存在著很大的不確定性,尤其到2050年,政策成本最大占到GDP的10.89%, 而最小占比為2.34%,相差近4倍,而最優碳價路徑的跨模型差異達10倍以上。

「嚴格的政策目標下,中國未來能源結構變化的不確定性較大,但我們依然可以得到跨模型一致的發現,即大規模減碳要求經濟快速脫煤以及風能和生物質能等新能源技術的大力發展。」段宏波解釋。

多模型比較也揭示了各行業部門在必要減排方面有著巨大差異;而一致的是,要求電力部門在2050年前實現全面脫煤。

這些結果為未來能源發展帶來了重要啟示。汪壽陽指出,要實現與1.5℃溫控目標一致或碳中和的目標,就需要在未來的「十四五」規劃和中期戰略中明確工業層面的碳減排和清潔能源發展目標。

同時,政策成本也應受到關注,建立充分考慮最新能源和氣候政策的機制。

此外,模型需要通過將碳排放的邊際損害貨幣化來量化碳排放的社會成本(額外排放一噸二氧化碳所帶來的經濟成本),這可以減少政策成本評估的不確定性。

亟須自創有影響力的模型

《科學》經濟學版只刊發極少的研究長文,這是首篇由中國學者主導參與的研究論文作為長文在《科學》發表。

但段宏波相信,這並非「終點」。

「與國外相比,我們模型的競爭力並不強。先進的模型技術是提出合理減排方案、爭取公平排放權的關鍵。」段宏波直言。

模型開發屬於基礎研究,要想原創且獲得國際認可,耗時長且風險高。國外知名模型團隊大多有著數十年的研究歷史。

段宏波表示,想要克服後發劣勢,我們亟須發展出一批先進且具有國際競爭力的模型。

對此,需要國家持續穩定的支持,鼓勵一批熱愛這項事業的科研人員「甘坐冷板凳」,組成研發團隊潛心鑽研。

此外,由於開發模型科研產出低,需要配套寬松的科研考核環境,弱化「唯論文」的考核機制。同時,也要加強國內外交流合作。

「綜合評估模型已發展數十年,如今已相當成熟,實現根本性的創新更為艱難。但是,由於對支撐國際談判、服務減排戰略的重要性,我們亟須努力開發有影響力的自主智慧財產權模型體系,提高話語權。」段宏波說。

作者|韓揚眉

來源:cnBeta