2℃和1.5℃目標(biāo)下全球碳預(yù)算及排放路徑

崔學(xué)勤,王 克*,傅 莎,鄒 驥,3

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2℃和1.5℃目標(biāo)下全球碳預(yù)算及排放路徑

崔學(xué)勤1,王 克1*,傅 莎2,鄒 驥1,3

(1.中國(guó)人民大學(xué)環(huán)境學(xué)院,北京 100872；2.國(guó)家應(yīng)對(duì)氣候變化戰(zhàn)略研究和國(guó)際合作中心,北京 100038；3.哈爾濱工業(yè)大學(xué)(深圳)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院,廣東深圳 518055)

利用截止目前最新的全球情景研究結(jié)果,對(duì)《巴黎協(xié)定》提出的2℃和1.5℃目標(biāo)下全球碳預(yù)算的區(qū)間進(jìn)行分析,并比較了碳預(yù)算約束下不同排放路徑對(duì)關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)的減排要求、實(shí)現(xiàn)排放峰值及碳中和的時(shí)間要求和對(duì)負(fù)排放技術(shù)的需求等方面的影響.結(jié)果表明:相對(duì)于2℃目標(biāo),1.5℃目標(biāo)下全球剩余碳預(yù)算將縮減一半以上,2020年以后需要立刻快速減排,且到21世紀(jì)末更依賴于負(fù)排放技術(shù)的應(yīng)用;延遲近期(2030年以前)的減排行動(dòng),將會(huì)使得2030年以后的碳排放空間被壓縮,中長(zhǎng)期的減排要求提高,2030~2050年間年均減排率增加約1.2%,實(shí)現(xiàn)碳中和的時(shí)間提前近20a,給未來(lái)的低碳轉(zhuǎn)型帶來(lái)更大困難;全球碳預(yù)算可以通過不同的公平分配方案分配到各國(guó),其地區(qū)分布與公平分配方案的選擇密切相關(guān).排放量分配方案對(duì)美歐較為有利,而減排量分配方案對(duì)中印較為有利.

2℃和1.5℃目標(biāo)；全球碳預(yù)算；排放路徑；公平分配方案

2015年12月通過的《巴黎協(xié)定》,在進(jìn)一步確認(rèn)2℃目標(biāo)的基礎(chǔ)上,提出了更為雄心勃勃的目標(biāo),努力將氣溫升幅限制在工業(yè)化前水平以上1.5℃之內(nèi)[1].近年來(lái)科學(xué)研究確定了全球溫升與累積碳排放之間的近似線性關(guān)系[2-4].累積碳排放也被稱為碳預(yù)算.1.5℃目標(biāo)將使得在2℃目標(biāo)下已經(jīng)受到嚴(yán)格約束的全球碳排放空間更為緊張.溫升目標(biāo)與累積碳排放之間的轉(zhuǎn)換,存在很大的不確定性[5].同時(shí),即便是在一個(gè)給定的累積排放下,滿足此碳預(yù)算的全球排放路徑,也并非唯一.不同排放路徑的差異主要體現(xiàn)在減排的時(shí)點(diǎn)不同,從而造成未來(lái)排放不同的時(shí)空分布.對(duì)2℃和1.5℃目標(biāo)下不同的排放路徑進(jìn)行分析,能夠幫助識(shí)別2030和2050年等關(guān)鍵時(shí)點(diǎn)的減排目標(biāo)、實(shí)現(xiàn)碳排放達(dá)峰和碳中和的時(shí)間、負(fù)排放技術(shù)的應(yīng)用規(guī)模等重要決策信息.

全球排放路徑需要根據(jù)公平分配方案落實(shí)為各國(guó)的減排目標(biāo).現(xiàn)有研究提出了眾多公平分配方案,采用各國(guó)現(xiàn)有排放規(guī)模、人均排放均等、減排能力、歷史責(zé)任、成本有效性等不同的氣候公平原則及其組合,將未來(lái)全球碳預(yù)算分配到各個(gè)國(guó)家[6-16].政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)第5次評(píng)估報(bào)告(AR5)根據(jù)責(zé)任、能力和平等這3個(gè)公平原則,將這些分配方案歸納為7個(gè)類別[17].目前各國(guó)提出的國(guó)家自主貢獻(xiàn)(NDC)并不足以實(shí)現(xiàn)2℃和1.5℃目標(biāo)[18-20].因此各國(guó)需要按照《巴黎協(xié)定》下全球盤點(diǎn)的進(jìn)程,逐步提高減排力度.在不同的公平分配方案下,對(duì)各國(guó)更新NDC目標(biāo)、提高減排力度的要求也不盡相同.

根據(jù)巴黎氣候大會(huì)(COP21)的要求,IPCC將在2018年發(fā)布關(guān)于1.5℃情景的特別報(bào)告.目前,僅有少數(shù)研究發(fā)布了與1.5℃目標(biāo)相匹配的情景結(jié)果[21-26].而且現(xiàn)有關(guān)于全球碳預(yù)算分配的研究,通常只考慮一組情景,既沒有考慮碳預(yù)算本身的不確定性,也沒有考慮同一碳預(yù)算約束下不同排放路徑的影響[7-10,12-16].此外,也少有文獻(xiàn)在1.5℃目標(biāo)背景下對(duì)近期減排行動(dòng)力度與中長(zhǎng)期減排要求之間的關(guān)聯(lián)進(jìn)行綜合分析[17].本文利用截至目前最新的全球情景研究結(jié)果,對(duì)2℃和1.5℃目標(biāo)下全球碳預(yù)算的可能區(qū)間進(jìn)行分析,并比較了碳預(yù)算約束下不同排放路徑對(duì)關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)的減排要求、實(shí)現(xiàn)排放峰值及碳中和的時(shí)間要求和對(duì)負(fù)排放技術(shù)的需求等的影響,同時(shí)對(duì)不同公平分配方案下全球碳預(yù)算的地區(qū)分布進(jìn)行了比較分析.

1 研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 未來(lái)排放情景數(shù)據(jù)篩選

最新研究表明,從2℃目標(biāo)到1.5℃目標(biāo)額外的減排貢獻(xiàn)主要來(lái)自CO2[21].同時(shí)考慮到土地利用和森林(LULUCF)的CO2排放(或吸收)的數(shù)據(jù)不確定性較大,因此本文只考慮能源和工業(yè)部門的CO2排放作為未來(lái)排放配額的分配對(duì)象.如無(wú)特殊說(shuō)明,下文所指CO2排放,均只包括能源和工業(yè)部門.

針對(duì)2℃目標(biāo),本文以IPCC第5次評(píng)估報(bào)告(AR5)情景數(shù)據(jù)庫(kù)[27]作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù),并采用以下標(biāo)準(zhǔn)和方法進(jìn)行情景篩選:1.實(shí)現(xiàn)2℃目標(biāo)的概率為>66%,即450′10-6或RCP2.6情景;2.情景包含的時(shí)間跨度至少到2100年;3.為保證模型數(shù)據(jù)與現(xiàn)實(shí)情況相符,剔除模型2010年排放與現(xiàn)實(shí)排放差異大于10%的情景;4.考慮到《巴黎協(xié)定》達(dá)成,全球絕大多數(shù)國(guó)家已經(jīng)提出了2030年前的減排目標(biāo)和相應(yīng)行動(dòng),本研究剔除了與現(xiàn)實(shí)政策進(jìn)程不相符的在2030年前不采取任何氣候政策、而將減緩行動(dòng)延遲到2030年以后的情景; 5.剔除了2100年負(fù)排放大于35Gt CO2,即2100年負(fù)排放規(guī)模超過2010年全球總排放的情景.這類情景過于依賴目前尚不成熟的負(fù)排放技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用,將帶來(lái)很大的技術(shù)不確定性.在IPCC AR5數(shù)據(jù)庫(kù)中這類情景全部來(lái)自GCAM模型.

根據(jù)上述5條標(biāo)準(zhǔn)對(duì)IPCC AR5數(shù)據(jù)庫(kù)中的1184組情景進(jìn)行篩選,共得到249組2℃情景.本研究選取其10%和90%分位數(shù)作為情景區(qū)間,選取中位數(shù)作為代表情景.

對(duì)于1.5℃目標(biāo),IPCC AR5數(shù)據(jù)庫(kù)中相應(yīng)的情景研究數(shù)量很少,且研究時(shí)間較早,因此在本文中不采用.本文的1.5℃情景來(lái)自Rogelj等(2015)的最新研究[21].該研究應(yīng)用REMIND[22]和MESSAGE[23-24]模型,并利用隨機(jī)設(shè)定的MAGICC模型[28]評(píng)估未來(lái)溫升,提出了37組與1.5℃目標(biāo)相匹配的排放情景.該研究中的情景全部滿足上述5條情景篩選標(biāo)準(zhǔn),共37組.本研究同樣選取其10%和90%分位數(shù)作為情景區(qū)間,選取中位數(shù)作為代表情景.

現(xiàn)有研究已有一致結(jié)論,2030年的近期減排目標(biāo)力度,對(duì)未來(lái)全球排放的時(shí)空分布以及全球長(zhǎng)期減排成本有重要影響[17].評(píng)估表明,根據(jù)各國(guó)目前提出的NDC目標(biāo),2030年全球CO2排放能夠控制在30~35Gt,相對(duì)各國(guó)現(xiàn)有氣候政策所對(duì)應(yīng)排放(>35GtCO2),有所下降[27-28].而在實(shí)現(xiàn)2℃目標(biāo)的最小成本路徑下,2030年全球CO2排放低于25Gt[17].

因此,本文根據(jù)2030年排放,對(duì)篩選得到的2℃情景進(jìn)一步分類,得到反映不同排放時(shí)空分布的子情景:1.子情景A,現(xiàn)有政策路徑情景:各國(guó)遵循坎昆承諾[29]下的現(xiàn)有氣候政策, 2030年全球CO2排放將超過35Gt;2.子情景B,NDC路徑情景:各國(guó)遵循現(xiàn)有NDC目標(biāo),2030年全球CO2排放為30~35Gt;3.子情景C,強(qiáng)化NDC路徑情景:各國(guó)在現(xiàn)有NDC目標(biāo)基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高減排力度,2030年全球CO2排放額外下降20%左右,達(dá)到25~30Gt;4.子情景D,最小成本路徑情景:全球按最小成本路徑減排,2030年CO2排放低于25Gt.

對(duì)于1.5℃情景,篩選得到的37組情景中,只有3組情景2030年排放略高于25Gt,因此對(duì)1.5℃情景不再進(jìn)行進(jìn)一步分類.

1.2 碳排放配額公平分配模型

在特定溫升目標(biāo)下,分配未來(lái)碳排放空間與分配減排努力相互等價(jià).公平分配方案,就是將全球2℃或者1.5℃目標(biāo)下剩余的碳排放空間,或者與基準(zhǔn)排放相比需要實(shí)現(xiàn)的減排量,按照某種比例分配到各個(gè)國(guó)家.本文將分配剩余排放空間的方案稱為排放量分配方案,將分配所需減排量的方案稱為減排量分配方案.

本文應(yīng)用基于R語(yǔ)言平臺(tái)自主開發(fā)的碳排放配額公平分配模型[30](見圖1),選取在現(xiàn)有碳預(yù)算公平分配文獻(xiàn)中常用的排放基數(shù)、平等、能力和責(zé)任4個(gè)氣候公平原則[17],其中排放基數(shù)和平等原則應(yīng)用于排放量分配方案,能力和責(zé)任原則應(yīng)用于減排量分配方案.這4種原則涵蓋了大部分不同立場(chǎng)的氣候公平觀,其組合能覆蓋絕大多數(shù)公平分配的結(jié)果[6,17].

對(duì)于排放量分配方案,首先將排放基數(shù)和平等原則量化,量化方法為一國(guó)排放配額占全球的比重,分別等于其基年(2010年)排放以及人口占全球的比重[30].然后利用量化的公平分配指標(biāo),將全球允許的排放量分解到各個(gè)國(guó)家,得到各國(guó)的排放配額.在減排量分配方案下,首先計(jì)算全球照常情景(BAU)下的排放與全球允許排放之間的差值,得到全球所需減排量,然后將能力和責(zé)任原則量化,量化方法為一國(guó)所需減排量占全球的比重,分別等于其GDP及歷史累積排放占全球的比重[30].再利用量化的公平分配指標(biāo),將全球所需的減排努力分解到各國(guó).由各國(guó)的BAU排放減去各國(guó)所需的減排努力,得到各國(guó)的排放配額.基于以上步驟,構(gòu)建碳排放配額公平分配模型,計(jì)算不同公平分配方案下主要國(guó)家的碳排放配額.

圖1 碳排放配額公平分配模型框架

對(duì)于權(quán)重的設(shè)置,體現(xiàn)了對(duì)公平原則不同理解的主觀判斷.通過不同權(quán)重值的設(shè)定,可以得到各國(guó)排放配額邊界值之間的任意數(shù)值.本文擴(kuò)展了現(xiàn)有文獻(xiàn)[7,9-10]中權(quán)重設(shè)置的方法,設(shè)置了4組權(quán)重組合,分別代表4種單一公平原則的邊界值,同時(shí)設(shè)置了一組權(quán)重代表4種公平原則的綜合,作為參考方案用于對(duì)比,見表1.

表1 本文設(shè)置的公平分配方案組合

1.3 主要參數(shù)及來(lái)源

本文應(yīng)用的碳排放配額公平分配模型,主要用到的參數(shù)包括用于量化公平原則的未來(lái)人口和GDP預(yù)測(cè)、歷史累積排放,以及用于減排量分配的各地區(qū)和全球BAU排放.

各地區(qū)BAU排放來(lái)自WITCH模型[31-32]的模擬結(jié)果.WITCH模型是由意大利FEEM研究所開發(fā)的綜合評(píng)估模型(IAM),是IPCC第五次評(píng)估報(bào)告的主要參與模型之一[17,25].各地區(qū)未來(lái)人口和GDP假設(shè),來(lái)自國(guó)際應(yīng)用系統(tǒng)分析研究所(IIASA)的共享社會(huì)經(jīng)濟(jì)路徑(SSPs)[33]情景下的估計(jì)[34-35].共享社會(huì)經(jīng)濟(jì)路徑是IPCC在典型濃度路徑(RCPs)基礎(chǔ)上新發(fā)布的社會(huì)經(jīng)濟(jì)情景,綜合考慮了人口增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、技術(shù)進(jìn)步、環(huán)境政策等方面因素,其情景數(shù)據(jù)已經(jīng)應(yīng)用于IPCC第五次評(píng)估報(bào)告[17].

對(duì)于歷史累積排放的計(jì)量起始年份、是否應(yīng)當(dāng)包含土地利用(LULUCF)排放和其他溫室氣體等問題存在不同的觀點(diǎn),且對(duì)各國(guó)歷史責(zé)任的計(jì)算影響很大[36-37].考慮到氣候變化是由工業(yè)革命以來(lái)的溫室氣體排放造成,而LULUCF排放數(shù)據(jù)不確定性較大,本文選擇1850-2010年不計(jì)LULUCF的CO2排放量作為衡量歷史責(zé)任的指標(biāo).數(shù)據(jù)來(lái)自世界資源研究所(WRI)的CAIT數(shù)據(jù)庫(kù)[38].

2 結(jié)果與討論

2.1 2℃和1.5℃目標(biāo)下的全球排放路徑

圖2展示了本文篩選以后得到的1.5℃和2℃情景的10%和90%分位數(shù)區(qū)間.2℃目標(biāo)下,部分情景近期(2030年以前)減排力度較弱,2030年排放相對(duì)2010年進(jìn)一步上升.同時(shí)有部分情景可以在21世紀(jì)末不需要實(shí)現(xiàn)凈負(fù)排放的情況下實(shí)現(xiàn)2℃目標(biāo).與2℃情景相比,1.5℃目標(biāo)下,近期減排力度要求較高,2020年以后所有情景的排放均開始下降,同時(shí)在21世紀(jì)末需要較大規(guī)模的應(yīng)用負(fù)排放技術(shù).

為實(shí)現(xiàn)2℃目標(biāo),未來(lái)全球排放存在不同的時(shí)空分布方式,對(duì)應(yīng)不同的排放路徑,其差異主要在于減排時(shí)點(diǎn)的不同(圖3).現(xiàn)有政策路徑情景下,近期的減排力度較弱,排放進(jìn)一步上升,到2030年以后進(jìn)入快速下降期,且到21世紀(jì)末需要較大規(guī)模的應(yīng)用負(fù)排放技術(shù).與現(xiàn)有政策路徑情景形成鮮明對(duì)比,最小成本路徑情景下,近期減排力度較大,排放快速下降,而中期(2030~2050年)減排要求相對(duì)緩和,同時(shí)21世紀(jì)末在不需要實(shí)現(xiàn)凈負(fù)排放的情況下就能保證實(shí)現(xiàn)2℃目標(biāo).NDC路徑和強(qiáng)化NDC路徑情景在減排量和減排成本的時(shí)間分布上,介于現(xiàn)有政策路徑和最小成本路徑情景之間.現(xiàn)有研究已有一致結(jié)論,2030年前近期減排力度越低,全球累積減排成本越高[17].延遲近期減排行動(dòng)導(dǎo)致減排成本上升的原因,一方面在于中長(zhǎng)期減排要求的提高會(huì)帶來(lái)快速上升的減排成本,另一方面在于高碳的基礎(chǔ)設(shè)施會(huì)造成鎖定效應(yīng).此外,延遲減排行動(dòng)會(huì)進(jìn)一步增加負(fù)排放技術(shù)的需求,帶來(lái)技術(shù)上的風(fēng)險(xiǎn)[17].

圖2 2℃和1.5℃目標(biāo)下的全球排放路徑

淺灰色和深灰色區(qū)域分別代表2℃和1.5℃情景的10%和90%分位數(shù)區(qū)間,帶數(shù)據(jù)點(diǎn)的虛線代表2℃和1.5℃的中位數(shù)情景,細(xì)實(shí)線代表IPCC AR5數(shù)據(jù)庫(kù)中所有的情景

2℃和1.5℃情景,以及2℃情景的不同子情景之間,在累積排放、關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)的減排要求、實(shí)現(xiàn)排放峰值及碳中和的時(shí)間要求和負(fù)排放技術(shù)需求等方面,都存在很大不同(表2,圖4 ~圖7).

2℃目標(biāo)下,全球2011~2100年累積碳排放為1020(690~1250)GtCO2(括號(hào)外為中位數(shù),括號(hào)內(nèi)為10%和90%分位數(shù),下同).相對(duì)于2℃目標(biāo),1.5℃目標(biāo)下的全球碳預(yù)算將進(jìn)一步削減一半以上,僅剩余460(160~580)GtCO2.2010年全球能源燃燒和工業(yè)過程相關(guān)的CO2排放為33.8Gt[38].因此如果全球排放維持在2010年的水平上,則2℃目標(biāo)下的全球剩余碳預(yù)算僅夠排放30a左右,而1.5℃目標(biāo)下全球剩余碳預(yù)算的耗竭時(shí)間還不到15a.需要強(qiáng)調(diào)的是,盡管溫升與累積排放之間存在近似線性關(guān)系,但比例參數(shù)存在較大不確定性,其上下限差距可能達(dá)到2倍以上[17,39].因此將2℃和1.5℃目標(biāo)轉(zhuǎn)換為全球及各國(guó)的減排目標(biāo)和政策行動(dòng)時(shí),不能簡(jiǎn)單地依賴一組情景、選取碳預(yù)算的某一個(gè)值,而需要充分考慮累積排放的不確定性.

2℃路徑下不同減排時(shí)點(diǎn)的選擇,不會(huì)影響2011~2100年剩余的碳預(yù)算,但會(huì)對(duì)累積排放的分布造成很大影響(表2,圖4).近期減排力度越弱的情景,2011~2050年累積排放越高,相應(yīng)的2051~2100年累積排放越低.而近期減排力度越高的情景,則與之相反.因此延遲近期的減排行動(dòng),本質(zhì)上就是將減排要求向后推,導(dǎo)致21世紀(jì)下半葉所允許的排放量被大幅壓縮,甚至為負(fù)值,給未來(lái)減排帶來(lái)了很大困難.

圖3 2℃目標(biāo)子情景的代表排放路徑

2℃-A情景:現(xiàn)有政策路徑情景;2℃-B情景:NDC路徑情景;2℃-C情景:強(qiáng)化NDC路徑情景;2℃-D:最小路徑情景;下同

表2 2℃和1.5℃目標(biāo)下全球累積排放空間和排放路徑

與更為嚴(yán)格的碳預(yù)算約束相匹配,1.5℃目標(biāo)下關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)的減排幅度要求,也比2℃目標(biāo)更高(表2,圖5).2℃目標(biāo)下,全球2030和2050年CO2排放相對(duì)2010年分別需要下降17%(-25%~50%)和63%(21%~83%).而1.5℃目標(biāo)下,下降幅度則分別提高到37%(16%~59%)和89%(79%~112%). 1.5℃目標(biāo)要求2020年以后立刻快速減排, 2020~ 2030年間年均排放下降率達(dá)到3.1%(1.5%~ 4.0%),是2℃目標(biāo)下減排率的2倍.2℃目標(biāo)的不同子情景之間,近期和中期減排要求存在負(fù)相關(guān)關(guān)系.2020~2030年近期減排力度越高,則2030~ 2050年年均排放需要下降的幅度越低.提高近期減排行動(dòng)的力度,能夠有效減輕中長(zhǎng)期減排的挑戰(zhàn)和壓力.

圖4 2℃和1.5℃目標(biāo)下的累積排放

每個(gè)箱體中間黑線代表中位數(shù),上下邊框代表上下四分位數(shù),兩端豎線的頂點(diǎn)代表最大值和最小值,獨(dú)立的點(diǎn)代表與其他結(jié)果差異較大的值,下同

《巴黎協(xié)定》要求全球排放盡快達(dá)峰,并在本世紀(jì)下半葉實(shí)現(xiàn)碳中和.2℃目標(biāo)下,多數(shù)情景要求全球排放在2015年左右達(dá)峰,少數(shù)情景下可以將達(dá)峰時(shí)間推遲到2030年(表2,圖6).1.5℃目標(biāo)下全球碳排放達(dá)峰的時(shí)間要求進(jìn)一步提前,多數(shù)情景要求全球排放在2015年以前達(dá)到峰值,最晚不能超過2020年達(dá)峰.在碳中和時(shí)間上,1.5℃情景比2℃情景提前20a左右,在最嚴(yán)格的情況下需要在2050年實(shí)現(xiàn)零排放.延遲近期的減排行動(dòng),在推遲排放達(dá)峰時(shí)間的同時(shí),將提高中長(zhǎng)期的減排要求,從而使碳中和時(shí)間提前.現(xiàn)有政策路徑情景下,全球排放可以晚至2030年達(dá)峰,但同時(shí)需要在2070年左右實(shí)現(xiàn)零排放.而在最小成本路徑情景下,立即采取積極的減排行動(dòng),盡早達(dá)到峰值,使得實(shí)現(xiàn)碳中和的時(shí)間推遲到21世紀(jì)末,給未來(lái)的低碳轉(zhuǎn)型留出了較為充裕的時(shí)間.

圖5 2℃和1.5℃目標(biāo)下近期和中期年均排放下降率

圖6 2℃和1.5℃目標(biāo)下碳排放達(dá)峰和碳中和時(shí)間

每條線段的端點(diǎn)代表最大值和最小值,線段中間的點(diǎn)代表中位數(shù)

2.2 2℃和1.5℃目標(biāo)對(duì)負(fù)排放技術(shù)的要求

要實(shí)現(xiàn)碳中和,一種選項(xiàng)是減少化石能源的使用直至為零,另一種選項(xiàng)是應(yīng)用負(fù)排放技術(shù)(例如生物質(zhì)能+CCS技術(shù)等),抵消使用化石能源產(chǎn)生的排放.負(fù)排放技術(shù)的應(yīng)用,將使得大氣中CO2存量減少、濃度下降,相當(dāng)于產(chǎn)生了“負(fù)”的排放.當(dāng)某年份負(fù)排放的絕對(duì)量大于由化石能源和工業(yè)過程產(chǎn)生的正排放時(shí),則該年份的CO2排放為凈負(fù)排放.將出現(xiàn)凈負(fù)排放的年份的排放量進(jìn)行加總,就得到了累積凈負(fù)排放.累積凈負(fù)排放數(shù)值的大小,代表了對(duì)負(fù)排放技術(shù)總體的依賴程度.與2℃目標(biāo)相比,實(shí)現(xiàn)1.5℃目標(biāo)對(duì)負(fù)排放技術(shù)的依賴更大(表2,圖7).2℃目標(biāo)下累積凈負(fù)排放量為50(5~160)Gt CO2,同時(shí)有不少情景可以在完全不依賴凈負(fù)排放的情況下實(shí)現(xiàn)目標(biāo).而對(duì)于1.5℃目標(biāo)累積凈負(fù)排放量為230(165~310)Gt CO2,且所有情景都需要依賴負(fù)排放技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用.而在2℃目標(biāo)子情景中,延遲近期的減排行動(dòng),也將帶來(lái)對(duì)負(fù)排放技術(shù)需求的增加.

因此,2℃目標(biāo)可以通過使經(jīng)濟(jì)發(fā)展與化石能源使用逐步“脫鉤”來(lái)實(shí)現(xiàn).而由于1.5℃目標(biāo)對(duì)負(fù)排放技術(shù)的需求,使得1.5℃目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),不能僅僅依賴提高能源效率、增加可再生能源比重等現(xiàn)有常規(guī)的低碳措施,而必須要大規(guī)模依賴目前尚不成熟且較為昂貴的負(fù)排放技術(shù).這將大大提高實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的成本,并且可能存在較大的技術(shù)挑戰(zhàn)和技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)[17,40-42].而部分負(fù)排放技術(shù),如太陽(yáng)能輻射管理等,還可能帶來(lái)破壞生態(tài)平衡等環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[17,42].

圖7 2℃和1.5℃目標(biāo)下2011~2100年累積凈負(fù)排放

2.3 2℃和1.5℃目標(biāo)下碳預(yù)算的地區(qū)分布

各國(guó)未來(lái)碳預(yù)算,不僅受到溫升目標(biāo)和排放路徑的影響,也和公平分配方案的選擇密切相關(guān).美國(guó)、歐盟、中國(guó)和印度是目前世界上最大的排放國(guó),并且正處于碳排放變化的不同階段,分別是全球歷史排放、當(dāng)前排放和未來(lái)排放的主要來(lái)源,也是大部分情景研究針對(duì)的研究對(duì)象.因此本文主要針對(duì)美歐中印4個(gè)國(guó)家來(lái)評(píng)估2℃和1.5℃目標(biāo)下碳預(yù)算的地區(qū)分布.

從分配方案的2個(gè)類別來(lái)看,排放量分配方案(基數(shù)方案和平等方案)對(duì)于美歐較為有利.在此類分配方案下,美歐仍獲得了一定數(shù)量的未來(lái)排放空間.而減排量分配方案(能力方案和責(zé)任方案)對(duì)美歐較為不利.在考慮到美歐的歷史排放已經(jīng)擠占了發(fā)展中國(guó)家未來(lái)排放空間的事實(shí)基礎(chǔ)上,減排量分配方案下美歐未來(lái)的累積排放配額很小甚至為負(fù),需要償還其氣候債務(wù)[43].不同公平分配方案對(duì)美歐的影響總體相近,但也有差別.美國(guó)由于人均排放遠(yuǎn)高于全球平均水平,因此在強(qiáng)調(diào)人均排放均等的平等方案下能夠獲得的排放配額相對(duì)強(qiáng)調(diào)排放規(guī)模的基數(shù)方案大幅下降,而歐盟人均排放已經(jīng)接近世界平均水平,從基數(shù)方案到平等方案的變化影響較小.

與美歐相反,中印在減排量分配方案下獲得的累積排放配額更多.對(duì)于中國(guó)來(lái)說(shuō),目前人均排放已經(jīng)超過世界平均水平,因此基數(shù)方案比平等方案更為有利.而印度目前人均排放還遠(yuǎn)低于世界平均水平,強(qiáng)調(diào)人均排放均等能夠?yàn)橛《葼?zhēng)取更大的排放空間.而強(qiáng)調(diào)歷史排放的責(zé)任方案,對(duì)中印來(lái)說(shuō)都是幾種方案之中最為有利的.

從2℃到1.5℃,所有國(guó)家在所有方案下的排放配額都進(jìn)一步趨緊.在排放量分配方案下,美歐中印累積排放配額縮減的比例與全球保持一致,都進(jìn)一步減少一半左右.在減排量分配方案下,中印累積排放配額縮減的比例在1/3~1/4之間,低于排放量分配方案下的縮減比例.而美歐減排量分配方案下累積排放配額的負(fù)值進(jìn)一步加大,所欠的氣候債務(wù)更高.

更為趨緊的碳預(yù)算約束,對(duì)各國(guó)2030年減排目標(biāo)提出了更為嚴(yán)格的要求.本文應(yīng)用的碳排放配額公平分配模型,對(duì)各國(guó)國(guó)家自主貢獻(xiàn)(INDC)目標(biāo)力度的評(píng)估[30]顯示,美歐中印4國(guó)INDC目標(biāo)加總,與實(shí)現(xiàn)2℃目標(biāo)之間,存在8.0~9.3GtCO2的排放差距.除中印INDC目標(biāo)滿足少數(shù)公平分配方案的減排要求以外,其他國(guó)家相對(duì)不同公平分配方案的減排要求,需要不同程度提高INDC目標(biāo)的力度.若要實(shí)現(xiàn)1.5℃目標(biāo),各國(guó)現(xiàn)有INDC目標(biāo)的減排差距將進(jìn)一步擴(kuò)大.因此在后續(xù)全球盤點(diǎn)和INDC更新談判中,推動(dòng)各國(guó)進(jìn)一步提高目標(biāo)力度,將是實(shí)現(xiàn)《巴黎協(xié)定》溫升目標(biāo)的關(guān)鍵.

圖8 2℃和1.5℃目標(biāo)下累積碳排放配額的地區(qū)分布

誤差線代表10%和90%分位數(shù)

1.5℃目標(biāo)也要求各國(guó)2050年減排目標(biāo)進(jìn)一步提高.根據(jù)目前美國(guó)[44]和歐盟[45]提交的減排目標(biāo),2050年兩國(guó)并不能實(shí)現(xiàn)碳中和.而在減排量分配方案下,要實(shí)現(xiàn)2℃特別是1.5℃目標(biāo),美歐需要早于2050年實(shí)現(xiàn)凈負(fù)排放.因此美歐在進(jìn)一步加強(qiáng)國(guó)內(nèi)減排行動(dòng)的同時(shí),也需要應(yīng)用《巴黎協(xié)定》設(shè)置的“國(guó)際轉(zhuǎn)讓的減排成果”機(jī)制,通過資助其他國(guó)家的減排行動(dòng),來(lái)履行其減排義務(wù).對(duì)于尚未正式提出中世紀(jì)目標(biāo)的中國(guó)和印度等發(fā)展中國(guó)家而言,需要在制定目標(biāo)過程中,考慮1.5℃目標(biāo)下的碳預(yù)算約束.

3 結(jié)論

3.1 相對(duì)2℃目標(biāo),1.5℃目標(biāo)對(duì)全球剩余碳排放空間施加了更為嚴(yán)格的約束,全球碳預(yù)算進(jìn)一步削減一半以上,2030和2050年相對(duì)2010年的減排目標(biāo)分別提高20%和26%,碳排放達(dá)峰和碳中和時(shí)間需要分別提前10a和20a左右.

3.2 1.5℃目標(biāo)還會(huì)帶來(lái)對(duì)負(fù)排放技術(shù)更大的依賴.與部分情景在不實(shí)現(xiàn)零排放的情況下就能實(shí)現(xiàn)2°C目標(biāo)不同,1.5℃目標(biāo)下所有情景都需要負(fù)排放技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用.因此實(shí)現(xiàn)1.5℃目標(biāo),不能僅僅依賴提高能源效率、增加可再生能源比重等現(xiàn)有常規(guī)的低碳措施,而必須要大規(guī)模依賴目前尚不成熟的負(fù)排放技術(shù).這將大大提高實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的成本,并且可能存在較大的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn).

3.3 實(shí)現(xiàn)2℃目標(biāo)存在不同的排放路徑.延遲近期的減排行動(dòng),將會(huì)使得未來(lái)的碳排放空間被大幅壓縮,中長(zhǎng)期的減排要求大幅提高.同時(shí)由于高碳基礎(chǔ)設(shè)施造成的鎖定效應(yīng),給未來(lái)的低碳轉(zhuǎn)型帶來(lái)更大困難.因此全球應(yīng)當(dāng)盡可能提高近期的減排力度,給未來(lái)排放留出充裕的空間.

3.4 全球碳預(yù)算的地區(qū)分布,與公平分配方案的選擇密切相關(guān).從2℃到1.5℃,所有國(guó)家在所有方案下的排放配額都進(jìn)一步趨緊.總的來(lái)看,排放量分配方案對(duì)美歐較為有利,而減排量分配方案對(duì)中印較為有利.減排量分配方案下美歐未來(lái)的累積排放配額很小甚至為負(fù),超出了其國(guó)內(nèi)減排的技術(shù)潛力,需要通過《巴黎協(xié)定》中設(shè)置的國(guó)際減排合作機(jī)制履行其減排義務(wù).不同公平分配方案中,強(qiáng)調(diào)歷史排放的責(zé)任方案,對(duì)中印最為有利.因此中國(guó)在未來(lái)氣候談判中,仍然要堅(jiān)持對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家造成全球氣候變化的歷史責(zé)任的追溯.

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致謝：感謝意大利FEEM研究所M. Tavoni, L. Drouet和G. Marangoni對(duì)本文研究框架提供的建議.感謝J. Rogelj和G. Luderer提供1.5℃情景數(shù)據(jù).感謝IPCC AR5數(shù)據(jù)庫(kù)中所有模型組的工作.

Global carbon budget and emissions pathway of 2℃ and 1.5℃ target.

CUI Xue-qin1, WANG Ke1*, FU Sha2, ZOU Ji1,3

(1.School of Environment and Natural Resources, Renmin University of China, Beijing 100872, China；2.National Center for Climate Change Strategy and International Cooperation, Beijing 100038, China；3.School of Economics and Management, Harbin Institute of Technology (Shenzhen), Shenzhen 518055, China)., 2017,37(11)：4353~4362

By collecting up-to-date global emissions scenario results, we analyzed the range of global carbon budget of 2 ℃ and 1.5℃ target set by the Paris Agreement, and compared mitigation requirements of key time points, time of emission peaking and carbon neutral, and scales of negative emissions technologies application, of different emissions pathways. Compared to 2℃ target, global remaining carbon budget will be halved, more rapid mitigation will be required from 2020 onwards, and negative emissions technologies will be more heavily relied on. Delaying near-term mitigation action will strongly reduce future carbon budget, thus require deeper mitigation in mid and long term. Annual reduction rate will be required to increase by 1.2%, and net-zero emissions need to be reached 20years earlier; global carbon budget could be allocated to countries through different effort-sharing schemes. Regional distribution of global carbon budget is closely related to the chosen effort-sharing schemes. Resource-sharing schemes are more favourable for the United States and Europe, while burden-sharing ones are more favourable for China and India.

2℃ and 1.5℃ target；global carbon budget；emissions pathway；effort-sharing scheme

X24

A

1000-6923(2017)11-4353-10

崔學(xué)勤(1987-),男,浙江寧波人,中國(guó)人民大學(xué)博士研究生,主要從事能源-氣候-經(jīng)濟(jì)模型研究.發(fā)表論文8篇.

2017-04-19

中國(guó)人民大學(xué)科研基金項(xiàng)目“基于全球碳預(yù)算公平分配的主要國(guó)家減排目標(biāo)評(píng)估”(17XNA014).

* 責(zé)任作者, 講師, wangkert@ruc.edu.cn