2016年11月11日，《巴黎協(xié)定》正式提出“全球平均氣溫升幅控制在1.5℃以下”，這一目標(biāo)對中國意味著什么？中國未來將走怎樣發(fā)展路徑？

作為氣候變化綜合評估研究專家，段宏波一直在思考這個問題。自2018年起，他開始著手研究。然而，令他意外地是，能夠回答且被國際公認(rèn)的“科學(xué)性結(jié)果”，居然幾乎全部來自國外的研究。

“他們有著先進(jìn)的綜合評估模型技術(shù)，基于其模型的相關(guān)研究結(jié)果，是聯(lián)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我國實際有差異，但由于我們沒有自己的科學(xué)性研究，在國際氣候談判上也會處于被動。

“我們必須有自己原創(chuàng)的綜合評估模型技術(shù)，增加氣候談判的底氣和話語權(quán)。”他深知此舉頗難，但必須要做。

經(jīng)過多年努力，中國科學(xué)院大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院副教授段宏波與中國科學(xué)院數(shù)學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)研究院研究員汪壽陽等組成的國際團(tuán)隊建立了多模型比較框架，首次分析了巴黎協(xié)定溫控目標(biāo)下中國的長期低碳轉(zhuǎn)型路徑問題，在國家總體和關(guān)鍵部門兩個尺度上，給出了未來碳和非碳可能的近零排放路徑，這對提高我國減排戰(zhàn)略及政策制定的可靠性，同時推動綜合評估建模理論的發(fā)展都有著顯著意義。相關(guān)成果發(fā)表于4月23日在《科學(xué)》雜志。

“眾說紛紜”求真知

目前，氣候變化仍是世界面臨的最嚴(yán)峻挑戰(zhàn)之一。2020年9月，我國進(jìn)一步提高國家自主貢獻(xiàn)力度并提出目標(biāo)：力爭2030年前二氧化碳排放達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。

中國在全球應(yīng)對氣候變化挑戰(zhàn)的進(jìn)程中擔(dān)當(dāng)重要角色。然而，中國未來碳排放的演化趨勢與未來經(jīng)濟(jì)增速、技術(shù)進(jìn)步、能源效率的改善、能源碳強(qiáng)度與能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，及其各要素間的關(guān)聯(lián)影響等因素密切相關(guān)。

也因此，全球相關(guān)專家學(xué)者對中國的能源與氣候政策路徑和目標(biāo)可行性都極為關(guān)注，但遠(yuǎn)沒有達(dá)成一致的結(jié)論。

“國內(nèi)外學(xué)者有著各自的模型。一方面，由于國外模型研究起步早，他們的模型相對更有影響力，但他們刻畫我國的情況未必真實；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個事兒，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(xué)報》，他也是該論文的第一作者。

比如：一些觀點認(rèn)為，中國能源與氣候政策目標(biāo)具有很大的挑戰(zhàn)性，需要付出很大努力才能實現(xiàn)；而另外一些學(xué)者則認(rèn)為，碳達(dá)峰目標(biāo)比較容易地實現(xiàn)，甚至認(rèn)為中國2025年之前即可達(dá)到碳排放的峰值；還有一些觀點認(rèn)為中國很有可能會在2030年達(dá)峰之前快速增加碳排放，以使自己達(dá)峰后仍然有一個較為寬松的排放空間。

2 ℃升溫將給中國帶來近4%的累計產(chǎn)出損失，高于全球2.3%的平均水平，而1.5 ℃目標(biāo)下的經(jīng)濟(jì)損失則高達(dá)9.5%。“我們從國家層面專門針對1.5℃目標(biāo)下中國能源、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)挑戰(zhàn)的研究嘗試依然較少，更不用說基于多模型比較框架。”段宏波表示。

綜合評估模型是刻畫復(fù)雜的氣候-經(jīng)濟(jì)動態(tài)交互，研究最優(yōu)氣候政策的基本工具，近年來已得到越來越多的應(yīng)用。

段宏波和汪壽陽希望集成現(xiàn)有全球知名模型和新的國家模型基礎(chǔ)上，構(gòu)建綜合評估模型，以期探討中國達(dá)成1.5℃溫控目標(biāo)與碳中和目標(biāo)的關(guān)系，及其對中國的排放路徑、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和經(jīng)濟(jì)發(fā)展將意味著什么。

“多模型”構(gòu)建之路頗不易

這是第一次由我國科學(xué)家團(tuán)隊主導(dǎo)，聯(lián)合國際知名模型團(tuán)隊開展的氣候目標(biāo)綜合評估跨模型研究。然而，從參與到主導(dǎo)的轉(zhuǎn)變，段宏波坦承一路“并不易”。

這其中十分關(guān)鍵的是，研究團(tuán)隊創(chuàng)建了考慮化石能源、可再生能源和負(fù)排放技術(shù)等復(fù)雜技術(shù)體系的中國能源一經(jīng)濟(jì)一環(huán)境(E3)系統(tǒng)集成模型，這是該項研究中中國獨立區(qū)域的綜合評估模型。

段宏波介紹，E3模型由宏觀經(jīng)濟(jì)、能源技術(shù)和氣候三大模塊構(gòu)成，最大的特點是引入了基于政策驅(qū)動的logistic多重技術(shù)擴(kuò)散機(jī)制。與傳統(tǒng)模型不同的是，它可將多種因素及其之間的關(guān)聯(lián)性集成在同一個模型系統(tǒng)中，進(jìn)行全面刻畫是客觀準(zhǔn)確分析未來我國能源與碳排放演化。目前該模型已被廣泛應(yīng)用于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。2010年，剛成為博士研究生的他想法很樸素，就是找一個課題做，他花了大約一年時間調(diào)研文獻(xiàn)，找到了氣候經(jīng)濟(jì)模型這一方向。

當(dāng)時，課題組中還尚未開展過該研究，導(dǎo)師聽后很吃驚，但十分支持，并告訴他，這項工作風(fēng)險很大，將會有個漫長的過程。3年后，段宏波即將畢業(yè)，但仍未有成果發(fā)表，“很焦慮，那是我掉頭發(fā)最嚴(yán)重的時候。”

后來，段宏波加入汪壽陽團(tuán)隊做博士后，繼續(xù)研發(fā)模型，他笑道：那3年相當(dāng)于又讀了一個博士學(xué)位。

為什么開發(fā)一個模型如此困難？段宏波說，早在上世紀(jì)五六十年代，國際知名模型團(tuán)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年的沉淀，終得月明。2015年，段宏波完成了E3模型的開發(fā)和應(yīng)用，成果被環(huán)境模型領(lǐng)域的國際高水平雜志《環(huán)境建模與評估》接受發(fā)表，一系列相關(guān)成果也隨之“噴涌而出”。

“后面的研究和合作阻力就小了很多，因為別人知道該模型的獨特之處，了解它有存在的價值。”段宏波說。

2018年，英國物理協(xié)會旗下《環(huán)境研究快報》邀請汪壽陽和段宏波撰寫關(guān)于多模型比較在氣候政策領(lǐng)域的應(yīng)用，使得他們對多模型比較研究有了更為系統(tǒng)的認(rèn)識。這一工作也獲得了該刊2019年度唯一的最佳綜述研究獎。

自那時起，他們開始與清華大學(xué)、國家發(fā)改委能源研究所，以及德國、荷蘭、日本、意大利、美國和歐盟聯(lián)合研究中心等多家科研團(tuán)隊合作，將他們的模型與國內(nèi)模型相結(jié)合，構(gòu)建多模型比較框架。

在這期間，他們還面臨著一大挑戰(zhàn)，就是協(xié)調(diào)所有國際團(tuán)隊，“就像談判一樣，要說服他們盡力配合，畢竟大家對這項研究的興趣程度不同。”除了會議交流，段宏波與各團(tuán)隊專家往來的郵件就有數(shù)百封。

依據(jù)模型結(jié)構(gòu)的可操作性及其與研究任務(wù)的貼合程度，研究團(tuán)隊選取了內(nèi)生技術(shù)誘導(dǎo)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。

結(jié)果中的“一致”與“不一致”

段宏波介紹，多模型比較框架僅重點關(guān)注全國宏觀與主要產(chǎn)業(yè)層面，考慮的時間尺度從2010年到2050年，1.5 ℃溫控目標(biāo)下考察的主要對象是能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、排放路徑演化、碳中和時間選擇以及政策經(jīng)濟(jì)成本等方面。

研究結(jié)果顯示，在很大程度上，中國2060年的碳中和目標(biāo)與全球1.5 ℃溫控目標(biāo)一致，但后者要更為嚴(yán)格。

1.5 ℃溫控目標(biāo)要求中國的二氧化碳排放總量最高減少90%，碳強(qiáng)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(xiàn)近零排放，可能要求碳捕獲占比最高達(dá)到20%。二氧化碳捕獲和封存技術(shù)將在溫控目標(biāo)的實現(xiàn)中扮演重要的角色，但其始終不是排放控制的主力，歸根到底還是要依靠清潔能源替代傳統(tǒng)能源。

溫控目標(biāo)要求總化石能源消費量，特別是煤炭消費的急劇下降，絕大多數(shù)模型對應(yīng)的煤炭消費都將在2050年前后趨零，但石油的一次消費量相對穩(wěn)定，尤其是2040年之前，這意味著中國經(jīng)濟(jì)對石油消費的依賴較為剛性，減排貢獻(xiàn)有限。

“嚴(yán)格的政策目標(biāo)下，中國未來能源結(jié)構(gòu)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(fā)現(xiàn)：即大規(guī)模減碳要求經(jīng)濟(jì)快速脫煤以及風(fēng)能和生物質(zhì)能等新能源技術(shù)的大力發(fā)展。”段宏波解釋。

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%，差距達(dá)5倍，而最優(yōu)碳價路徑的跨模型差異達(dá)10倍以上。

段宏波說，“多模型比較也揭示了各行業(yè)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(xiàn)全面脫煤。”

這些結(jié)果為我國未來的能源發(fā)展帶來了重要啟示。汪壽陽指出，要實現(xiàn)1.5℃一致或碳中性的目標(biāo)，就需要在未來的“十四五”規(guī)劃和中期戰(zhàn)略中明確工業(yè)層面的減排和清潔能源發(fā)展目標(biāo)。同時，政策成本也應(yīng)受到關(guān)注，建立充分考慮最新能源和氣候政策的機(jī)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(jīng)濟(jì)成本），這可以減少政策成本評估的不確定性。

亟需自創(chuàng)有影響力的模型

《科學(xué)》雜志作為頂級學(xué)術(shù)期刊，其經(jīng)濟(jì)學(xué)版只刊發(fā)極少的研究長文，這是首篇由中國學(xué)者主導(dǎo)參與的研究作為長文在《科學(xué)》雜志上發(fā)表。但段宏波相信，這并非“終點”。

“與國外相比，我們模型的競爭力并不強(qiáng)。就像發(fā)動機(jī)是汽車、飛機(jī)的核心技術(shù)一樣，先進(jìn)的模型技術(shù)是能否提出合理減排方案，爭取公平排放權(quán)的關(guān)鍵。”段宏波直言。

模型開發(fā)屬于基礎(chǔ)研究，要想原創(chuàng)且獲得國際認(rèn)可，耗時長且風(fēng)險高，國外知名模型團(tuán)隊大多有著數(shù)十年的研究歷史。

段宏波表示，想要克服后發(fā)劣勢，我們亟需發(fā)展出一批先進(jìn)且具有國際競爭力的模型。對此，需要國家持續(xù)穩(wěn)定的支持，鼓勵一批熱愛該項事業(yè)的科研人員“甘做冷板凳”，組成研發(fā)團(tuán)隊潛心鉆研。此外，由于開發(fā)模型，科研產(chǎn)出低，需要配套寬松的科研考核環(huán)境，弱化“唯論文數(shù)”的考核機(jī)制。同時，也要加強(qiáng)國內(nèi)外交流合作。

“綜合評估模型已發(fā)展數(shù)十年，如今已相當(dāng)成熟，實現(xiàn)根本性的創(chuàng)新更為艱難，但由于對支撐國際談判，服務(wù)減排戰(zhàn)略的重要性，我們亟需努力開發(fā)有影響力的自主知識產(chǎn)權(quán)模型體系，提高我們的話語權(quán)。”段宏波說。