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SSP“共享社会经济路径”如何探索未来气候变化 【译文】

已有 1535 次阅读 2021-7-16 11:12 |个人分类:未来世界|系统分类:科研笔记

共享社会经济路径如何探索未来气候变化

译者按:原文于2018419日刊登在英国CarbonBrief网站,作者是Zeke Hausfather [1],题目是“Explainer: How ‘Shared Socioeconomic Pathways’ explore future climate change”。未来气候变化预估的两个主要工具分别是气候模式和未来排放情景。从事气象学研究的学者对气候模式有较深的理解,而对未来排放情景的认识往往停留在若干条温室气体浓度的未来变化曲线。IPCC AR6报告以新的SSP社会经济情景为基础给定温室气体等的排放量和浓度。了解这些情景数据的产生过程以及各种情景选择的初衷是什么,可以加深对各种未来气候变化预估结果的理解。但面对几篇英文的专业论文,不知从而入手。Zeke Hausfather的这篇文章可以算是个启蒙,能够快速和较全面的了解SSP情景。我将原文译为中文,希望能帮助从事未来气候变化预估的同事们加深对SSP情景的了解。原文中还提供了大量的关联文献,这里作为脚注进行标识。注意文中的定量描述是基于2018年获取的数据,与现在的评估结果可能会有不同。

原文链接如下:

https://www.carbonbrief.org/explainer-how-shared-socioeconomic-pathways-explore-future-climate-change

韩振宇

2021-05-27


 

在过去的几年里,一个由气候科学家、经济学家和能源系统建模者组成的国际团队已经建立了一套新的路径,研究全球社会、人口和经济在下个世纪可能发生的变化。它们统称为共享的社会经济路径[2]Shared Socioeconomic PathwaysSSP)。

这些SSP目前正被用作最新气候模式的重要输入,并被用于2021年即将出版的政府间气候变化专门委员会(IPCC)第六次评估报告。它们也被用来研究不同的社会路径选择如何影响温室气体排放,如何可以实现巴黎协定的气候目标[3]

新的SSP设定为未来世界提供了五条路径。与之前的设想相比,这些设想提供了一个更广阔的视野,是不考虑未来气候政策下的多种基线(business as usualBAU)情景。在这些路径下,到2100年,与工业化前水平相比,全球变暖的范围从最低的3.1°C到高于的5.1°C

它们表明,在未来的某些社会发展路径下,减缓和适应气候变化要比其他路径容易得多。例如,他们认为,民族主义复兴和国际秩序分裂的未来社会下,远低于2°C”的巴黎目标可能无法实现。

Carbon Brief@carbonbrief)在2018419日下午4:03分享的帖子

https://www.instagram.com/p/Bhv-iJtBX9_

Graph by Zeke Hausfather and animation by Rosamund Pearce for Carbon Brief.(译者注:此处有instagram网站上的一个动画)


  


  1. 什么是SSP... 4

  2. 未来世界的描述(narratives) 5

  3. 人口和GDP的未来情景... 10

  4. 基线情景下的二氧化碳排放和变暖... 12

  5. SSP基线情景中的能源使用... 15

  6. SSPs和减缓目标的结合... 19

  7. SSP中的负排放... 26

  8. 不唯一的BAU情景... 28

  

1. 什么是SSP

21世纪初,来自世界各地不同模型组的研究人员开始研发新的情景[4],以探索21世纪余下的时间里世界将如何变化。

早在1990年代,研究人员发展了SRES情景[5],给出了四种不同的人口、经济增长和温室气体排放未来发展路径。然而,由于缺少过去20年来社会和全球经济发生的一些重大变化,这些情景已经过时。

一组研究人员随后开发了代表性浓度路径[6]Representative Concentration PathwaysRCP),描述温室气体和其他辐射强迫[7]在未来可能发生的各种变化情况。他们开发了四种路径,到2100年辐射强迫有较大范围的数值设定,包括2.64.56.08.5W/m2,但并没有设定与之匹配的社会经济发展情景。

第二个小组致力于模拟21世纪社会经济因素的变化。这些因素包括人口、经济增长、教育、城市化和技术发展速度。这些共享的社会经济路径SSP[8]是用以研究在没有气候政策的情况下,世界可能以五种不同的方式演变,以及当RCPs设定的减缓目标与SSPs相结合时,气候变化能够得到何种程度的减缓。

这两项研究的努力旨在相辅相成。RCPs为温室气体浓度和本世纪末可能发生的增暖幅度设定了路径,而SSPs设定了社会背景以研究如何选择减排措施。

SSP定义了不同基线情景(baseline),其中考虑了各国已经采取的气候政策,但是不包括未来可能出现的国际间协调产生的气候政策,也排除了当前已承诺的未来气候政策,如巴黎协定下[9]2025年和2030年的承诺。

SSP的特点是多种基线情景。各种因素,如人口、技术和经济增长的影响,使得即使没有气候政策也可能导致未来出现截然不同的排放和变暖情况。

RCPs被及时完成,用于IPCC第五次评估报告,但是开发更复杂的SSPs是一个漫长而复杂的过程。SSPs2016年发布[10],但直到2018年才刚刚开始用于下一轮气候模拟,即耦合模式第6次比较计划(CMIP6[11]——IPCC第六次评估报告做准备。

2. 未来世界的描述(narratives)

SSPs是基于可以刻画未来社会的5种社会经济趋势的描述(narratives[12]。设计这些路径,以涵盖各种可能出现的未来世界。

它们包括:一个可持续发展的世界,关注增长和平等界(SSP1);一个中间路线的世界,趋势大体上遵循其历史发展模式(SSP2);民族主义复兴的、区域化的世界(SSP3);更加不平等的世界(SSP4);以及一个经济产出和能源使用都快速无限制增长的世界(SSP5)。

下面详细描述了每种情况:

SSP描述

SSP1

可持续性——走绿色道路(减缓和适应的挑战低)
 
世界逐渐的、但是普遍的朝着一条更可持续的路径转变。强调更具包容性的发展,尊重可感知的环境边界。全球公域的管理慢慢改善,教育和卫生投资加速了人口结构的转变,对经济增长的重视转向对人类福祉的更广泛的重视。由于对实现发展目标的承诺越来越大,各国之间和各国内部的不平等现象都有所减少。消费倾向于低物质增长和较低的资源和能源强度。

Sustainability – Taking the Green   Road (Low challenges to mitigation and adaptation)
 
The world shifts gradually, but pervasively, toward a more sustainable   path, emphasizing more inclusive development that respects perceived   environmental boundaries. Management of the global commons slowly improves,   educational and health investments accelerate the demographic transition, and   the emphasis on economic growth shifts toward a broader emphasis on human   well-being. Driven by an increasing commitment to achieving development   goals, inequality is reduced both across and within countries. Consumption is   oriented toward low material growth and lower resource and energy intensity.

SSP2

中间路线(减缓和适应的挑战为中等)
 
世界走的是一条社会、经济和技术趋势不会明显偏离历史模式的道路。发展和收入增长不平衡,一些国家取得了相对较好的进展,而另一些国家则达不到预期。全球和国家机构致力于实现可持续发展目标,但进展缓慢。环境系统经历了退化,尽管有一些改善,而且总的来说资源和能源使用强度下降了。全球人口增长温和,在本世纪后半叶趋于平稳。收入不平等持续存在或改善缓慢,减少社会和环境变化脆弱性的挑战依然存在。

Middle of the Road (Medium   challenges to mitigation and adaptation)

The world follows a path in which social, economic, and technological   trends do not shift markedly from historical patterns. Development and income   growth proceeds unevenly, with some countries making relatively good progress   while others fall short of expectations. Global and national institutions   work toward but make slow progress in achieving sustainable development   goals. Environmental systems experience degradation, although there are some   improvements and overall the intensity of resource and energy use declines.   Global population growth is moderate and levels off in the second half of the   century. Income inequality persists or improves only slowly and challenges to   reducing vulnerability to societal and environmental changes remain.

SSP3

区域竞争——崎岖不平的道路(减缓和适应面临巨大挑战)
 
民族主义的复苏,对竞争力和安全的担忧以及地区冲突,促使各国越来越关注国内问题或者最多是地区问题。随着时间的推移,政策逐渐转向国家和地区安全问题。各国专注于在本区域内实现能源和粮食安全目标,而牺牲了更广域的发展。教育和技术发展投资下降。经济发展缓慢,消费是物质密集型的,不平等随着时间的推移持续或恶化。工业化国家的人口增长率很低,而发展中国家的人口增长率很高。国际社会对解决环境问题的重视程度低,导致一些区域的环境严重退化。

Regional Rivalry – A Rocky Road   (High challenges to mitigation and adaptation)

A resurgent nationalism, concerns about competitiveness and security,   and regional conflicts push countries to increasingly focus on domestic or,   at most, regional issues. Policies shift over time to become increasingly   oriented toward national and regional security issues. Countries focus on   achieving energy and food security goals within their own regions at the   expense of broader-based development. Investments in education and   technological development decline. Economic development is slow, consumption   is material-intensive, and inequalities persist or worsen over time.   Population growth is low in industrialized and high in developing countries.   A low international priority for addressing environmental concerns leads to   strong environmental degradation in some regions.

SSP4

不平等——分化的发展道路(减缓挑战低,适应挑战大)
 
人力资本投资的高度不平等,加上经济机会和政治权力的日益不平等,导致国家之间和国家内部的不平等和分层现象日益严重。随着时间的推移,两种国际社会间的差距会扩大,第一种是互联互通的国际社会,在全球经济体中主导了知识和资本密集型部门的,第二种是碎片化的各个社会,主导的是劳动密集型、低技术经济,是低收入、低教育程度的社会。社会凝聚力下降,冲突和动乱日益普遍。高科技经济和部门的技术发展水平很高。与全球相连的能源部门多样化,既投资于煤炭和非常规石油等碳密集型燃料,也投资于低碳能源。环境政策关注中高收入地区的本地问题。

Inequality – A Road Divided (Low   challenges to mitigation, high challenges to adaptation)

Highly unequal investments in human capital, combined with increasing   disparities in economic opportunity and political power, lead to increasing   inequalities and stratification both across and within countries. Over time,   a gap widens between an internationally-connected society that contributes to   knowledge- and capital-intensive sectors of the global economy, and a   fragmented collection of lower-income, poorly educated societies that work in   a labor intensive, low-tech economy. Social cohesion degrades and conflict   and unrest become increasingly common. Technology development is high in the   high-tech economy and sectors. The globally connected energy sector diversifies,   with investments in both carbon-intensive fuels like coal and unconventional   oil, but also low-carbon energy sources. Environmental policies focus on   local issues around middle and high income areas.

SSP5

高化石燃料消耗的发展 —— 快速发展(减缓挑战高,适应挑战低)
 
这个世界越来越相信竞争性的市场、创新和参与性社会,能够产生迅速的技术进步和人力资本的发展,以此作为实现可持续发展的路径。全球市场日益一体化。在卫生、教育和机构方面也有大量投资,以增强人力和社会资本。同时,在推动经济社会发展的同时,世界各地也在开发大量的化石燃料资源,采取资源和能源密集型的生活方式。所有这些因素都导致了全球经济的快速增长,而全球人口将在未来出现高峰、然后下降。空气污染等地方环境问题得到了成功治理。人们相信有能力有效地管理社会和生态系统,包括在必要时通过地球工程。

Fossil-fueled Development – Taking   the Highway (High challenges to mitigation, low challenges to adaptation)

This world places increasing faith in competitive markets, innovation   and participatory societies to produce rapid technological progress and   development of human capital as the path to sustainable development. Global   markets are increasingly integrated. There are also strong investments in   health, education, and institutions to enhance human and social capital. At   the same time, the push for economic and social development is coupled with   the exploitation of abundant fossil fuel resources and the adoption of   resource and energy intensive lifestyles around the world. All these factors   lead to rapid growth of the global economy, while global population peaks and   declines in the 21st century. Local environmental problems like air pollution   are successfully managed. There is faith in the ability to effectively manage   social and ecological systems, including by geo-engineering if necessary.

每个共享社会经济路径的描述,引自Riahi, 2017[13]

这些SSP描述了未来社会的各种可供选择的路径。它们表现了在没有新增气候政策的情况下的基线情景是如何的,并使研究人员能够结合减排目标,在每个可能的未来世界中研究减缓和适应气候变化所面临的障碍和机会。

SSP1SSP5[14]假定人类发展趋势是相对乐观的,在教育和卫生方面投入大量资金,经济快速增长,机构运转良好。两者的不同之处在于,SSP5假设这将由能源密集型、以化石燃料为基础的经济体驱动,而SSP1则越来越多地转向可持续发展的相关措施。

SSP3SSP4对未来的经济和社会发展的假定更为悲观,贫穷国家在教育或卫生方面的投资很少,加上人口快速增长,不平等现象日益加剧。

SSP2代表了一种中间路线的情景,在整个21世纪都将延续历史发展的模式。

SSPs旨在反映减缓和适应的挑战从低到高的各种世界。虽然SSP的基线情景假设没有气候政策影响,但研究人员也希望研究这些基础的社会经济条件会如何影响气候政策的实施。

例如,由于技术发展迅速、全球收入相对平等并且注重环境可持续性,SSP1在减缓和适应方面的挑战很小。另一方面,SSP4的特点是其技术的迅速发展,同样在减缓方面的挑战很低,但由于世界许多地区持续的不平等和贫困,气候适应面临着很大的挑战。

许多SSP情景最终在描述上与旧的SRES情景[15]大体相似,SRES情景被用于IPCC第三第四次评估报告。例如,注重可持续发展的SSP1SRES B1相当相似,而中间路径SSP2SRES B2相似,区域化的SSP3SRES A2非常相似,高度依赖化石燃料、高增长的SSP5SRES A1F1具有许多相同的元素。

然而,与SRES情景不同,SSP情景设计中减缓措施与其基础路径是分开考虑的。每个SSP都有一个基线情景,描述了在没有新的气候政策下的未来发展情况。然后,SSPs可以与各种减排目标相结合。

具体地说,对于每个SSP,都会研究在不同的社会经济特征和共享气候政策假设(shared policy assumptionsSPAs[16]下各个RCP目标如何实现。但是正如下文所讨论的,并不是所有的SSP路径下都能实现将全球变暖限制在高于工业化前水平1.5°C2°CRCP目标。

3. 人口和GDP的未来情景

SSP之间的主要差异,来自于它们对全球人口增长、教育机会、城市化、经济增长、资源可用性、技术发展和需求驱动力(如生活方式改变)的假设。

下图显示了五个SSP21世纪全球人口(左)和GDP(右)的预估。多组研究人员会分析得到各自的人口和GDP估计值,从中选择一组预估结果来代表每个SSP[17],以确保建模工作的一致性。

                                              clip_image001.png

全球人口(左)以十亿计,全球国内生产总值(右)以万亿美元计,以购买力平价PPP[18]为基础。数据来自SSP数据库[19]chart by Carbon Brief using Highcharts

 

为了构建不同的全球人口情景[20]研究人员使用了基于未来生育率、死亡率、移民和教育的人口统计模型。对未来女性教育机会的假设,会强烈影响生育率和人口增长。在不同SSP基线情景中,这些假设是不同的。

SSP1SSP5的人口数最少,在20502060年间达到85亿的峰值,到2100年下降到70亿左右,与目前的数量相当,这与联合国的低生育率情景[21]基本一致。SSP2SSP4处于中间位置,人口在20702080年间达到峰值,约为95亿,这低于联合国中等生育率情景(115亿左右)。最后,SSP3显示全球人口在本世纪持续增长,到2100年达到126亿;SSP3高于联合国的中等生育率情景,但仍低于联合国的高生育率情景。

SSP中的人口预估值通常略低于先前的建模工作(例如,SRES情景),因为发展中国家的生育率在过去20年下降,并最不发达国家中年轻妇女的教育增长速度超过预期。

所有SSP都预估全球经济的急剧增长[22]2100年全球GDP2010年的410倍,这意味着全球GDP年均增长率在1.8%~3.4%。尽管在所有模型中,增长率在本世纪都有所放缓。这种增长是未来二氧化碳排放的主要驱动力之一,但是不同的情景对未来经济脱碳(a decarbonising of the economy)中经济增长和碳排放的解耦水平[23]有不同的假定。

对于每个SSPGDP值与人口预估值、国际贸易量、技术发展以及其他SSP的要素相关联。

GDP增长最快的是SSP5with rapid development and convergence among countries。到2100年,全球人均国内生产总值(GDP)平均每年约为14万美元。GDP增长最慢的是SSP3,发展缓慢且区域化;在SSP3中,2100年的全球平均收入约为20000美元,仅略高于目前的水平[24]

不同SSP在未来国家内部和国家间的不平等程度上也有显著差异。SSP4的不平等程度最高,其次是SSP3SSP1SSP5都具有相对公平的发展,世界上最贫穷国家在未来一个世纪内也将迅速赶上。

最后,SSP还描述了未来的城市化水平[25]。到2100年,城市化在SSP3处于低水平,60%的人口居住在城市,与现在的54%相当,在SSP1SSP4SSP5中高达92%SSP2处于中间,到2100年城市化率达到80%

4. 基线情景下的二氧化碳排放和变暖

研究人员采用了六种不同的综合评估模型(IAMs),将SSP的社会经济条件转化为对未来能源使用特征和温室气体排放的估计。

IAMs将社会的各个方面添加到能源系统模型中,模拟人口、经济增长和能源使用对自然气候的影响和相互作用。他们构建了各种情景用于描述未来温室气体排放量如何根据基础的社会经济因素而变化,以及能源使用、生产和经济活动如何变化以实现气候减缓目标。

用于创建SSP下能源使用和排放特征的六个IAM,分别是AIM-CGE[26], GCAM[27], IMAGE[28], MESSAGE-GLOBIOM[29], REMIND-Magpie[30]WITCH-GLOBIOM[31]。并非所有模型都针对所有SSP进行模拟,最终由模拟不同SSP的各个IAM模型创建了总共24个基线情景。

为了使这些结果更容易被气候模拟领域使用,选择其中一个IAM模式作为每个SSP的主导情景(“marker” scenario)。因此,如气候研究人员在研究SSP1时,会使用IMAGE模型的输出,而SSP2将使用MESSAGE模型的输出。

简单气候模式MAGICC[32],被用于将IAMs输出的温室气体排放量转换为大气浓度和未来的变暖幅度。(作为CMIP6计划的一部分,更复杂的地球系统和气候系统模式目前正在运行,为IPCC的第六次评估报告做准备。总的来说,模拟得到的全球增温幅度应该大体相似。)

下图显示了每个SSP基准情景下相对于工业化前水平的二氧化碳排放量(左)和全球平均温度(右)的升高。每一线代表一个单独模型的模拟结果,不同SSP用颜色区分,每个SSP情景的主导模式结果用粗线显示。

clip_image002.png

二氧化碳排放量(左),单位:千兆吨(GtCO2),以及相对于工业化前水平的全球平均地表温度变化(右)。给出的是所有模型模拟的SSP无气候政策的基线情景。每个SSP的主导模型(“marker” model)以粗线显示,而该SSP的其余模型用细线表示。数据来自SSP数据库;chart by Carbon Brief using Highcharts

不同的SSP基线情景下,全球二氧化碳排放量存在很大差异。总的来说,SSP框架的优势之一,是突出了基线情景假设对未来排放量和温升的重要性。

在以可持续性为重点的SSP1中,排放量在2040年至2060年间达到峰值,即使在没有具体气候政策的情况下,到2100年,碳排放量也将降至每年224800亿吨。到2100年,全球变暖3-3.5°C

在中间路径SSP2中,排放量持续增加,到本世纪末达到65GtCO285GtCO2之间,由此导致的升温幅度为3.8-4.2°C

区域化的SSP3中,不同模型对基线情景下排放量的模拟结果差异较大,多数模拟结果显示到2100年增加到约76-86GtCO2,但有一个模型(MESSAGE)其排放量为129GtCO2,是所有SSP中最高的。如下一节所述,这些差异与经济上可开采石油储量的未来假设有关。到2100年,SSP3的升温幅度为3.9-4.6°C

尽管不平等程度很高,但由于低碳能源技术的快速发展,SSP4的排放量相对较低。到2100年,SSP4的排放量从34GtCO245GtCO2,升温3.5-3.8°C

最后,高增长的能源密集型SSP5显示了所有SSP中最高的排放量,2100年为104GtCO2126GtCO2,导致变暖4.7-5.1°C

5. SSP基线情景中的能源使用

虽然SSP的各个基准情景都代表了没有新增的应对气候变化政策的世界,但它们对全球能源使用未来变化的假设却大不相同。

一些情景,如SSP3,预测成本划算的低碳替代品或技术的开发很少,而这些技术可以廉价地解决化石燃料的非气候负面影响,例如SSP5中的空气污染问题。在这些世界中,煤炭一直到本世纪末都是全球主要能源之一,这导致了高二氧化碳排放和气候变暖。

其他一些情景下,如SSP1SSP4,来自可再生能源的份额要大得多,一些化石燃料的终端使用也将电气化,如运输或取暖;但这些变化是受成本下降的驱动,而不是考虑气候问题。

下图中显示了到2100年时每个IAMSSP预测的能源使用情况。它们在不同能源来源的组合上差异较小,但有少数例外情况,如SSP3中的MESSAGE模型。对于同一个SSP,所有模型模拟的一次能源总使用量相似。

clip_image003.png

2100年各IAM模拟的SSP基线情景下全球燃料类型一次能源使用量(EJ)。最左边的柱状图显示了当前的能源使用情况(2010年)。数据来自SSP数据库Riahi(2017)chart by Carbon Brief using Highcharts

SSP基准情景涵盖了未来能源需求的众多可能性。在这一范围的高端,SSP5的能源需求为每年超过1500埃焦耳(EJ),比现在的500EJ高出三倍多。SSP2SSP3的能源需求是目前的两倍多;尽管经济增长迅速,但SSP1的能源需求仅比当前水平高出约50%

不同SSP的能源来源也有很大不同。在SSP3SSP4基线情景中,发展中国家的家庭继续使用传统生物量,如木材或动物粪便;而在其他三种情景中,家庭对煤炭和生物量的使用急剧减少。

SSP3中,MESSAGE模型得到异常高的煤炭使用量,部分由于经济上可开采石油储量的枯竭和煤可转化为碳氢化合物[33]以满足运输燃料的需求。而其他SSP3模型假设经济上可开采的石油储量更大,因此煤炭使用量更少。

总体而言,SSP3SSP5的煤炭使用量相当高。在SSP5基线情景的主导模型(REMIND)结果中,2005年至2100年间的煤炭使用量约为44500埃克焦耳(EJ),远远大于目前的技术和经济可采储量[34]大约是21000EJ。但这仍在已知煤炭资源范围内,估计49000EJ左右[35],其中一部分可以通过额外的技术开发以实现经济上的开采。也就是说,高煤炭使用情景,如在SSP5基线情景中所揭示的那样(对应于RCP8.5情景[36]),可能无法实现;这种情景在过去也饱受批评[37]。即使在相对可持续发展的SSP1中,2100年的煤炭使用量也接近当前的水平,这反映了在没有气候政策的情况下从化石燃料转型的挑战。

下图显示了在每个SSP基线情景的主导模型模拟结果中,全球能源使用如何随时间变化。

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2005年至2100年期间,各SSP基线情景下的全球一次能源使用量(EJ)(SSP1IMAGE模型、SSP2MESSAGE模型、SSP3AIMSSP4GCAMSSP5REMIND)。数据来自SSP数据库Riahi等(2017[38]chart by Carbon Brief using Highcharts

在更注重可持续发展的SSP1的能源结构中,虽然可再生能源和生物质能占更大比例,但2100年仍然有约60%的能源需求来自化石燃料。在没有额外的气候政策的情况下,这些情景本身并不能预见技术进步会导致本世纪出现以低碳能源为主的能源系统。(值得注意的是,由于对低碳技术的成本高估,且低估其潜力,能源情景已经被反复批评[39]。)

6. SSPs和减缓目标的结合

虽然SSP的基准情景描述了在缺乏额外气候政策的情况下的一系列结果,但研究人员还希望研究在每个SSP所描述的未来世界下,如何适配不同程度的气候减缓和适应。

为了实现这一目的,他们用共享气候政策假设(shared policy assumptionsSPAs[40]对每个SSP内的气候政策进行描述,关注气候政策的国际合作能够以多快的速度进行。这些假设都以各SSP路径中有关人口增长、经济活动和技术发展的基本假设为基础。

所研究的减缓目标由辐射强迫水平(W/m2)定义,类似于RCPs,设定了温室气体浓度和辐射强迫2100年的目标。

下图显示了在所有SSP基线情景(灰色线)和不同减缓目标下随时间变化的排放量,其中2100年的辐射强迫限定在6.04.53.42.61.9W/m2(彩色线)。图右侧显示了每个SSP基线情景的数值范围以及相关的平均升温量。

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全球二氧化碳排放量(千兆吨,GtCO2),来自SSP数据库中所有IAM模式的模拟结果。SSP无气候政策的基线情景显示为灰色,而各种减缓目标以彩色显示。粗体线表示被选为用以运行CMIP6气候模型模拟的几个重点情景。Chart produced for Carbon Brief by Glen Peters and Robbie Andrews from the Global Carbon Project.

随着SSP情景的发布,建模者已经扩大了所考虑的减缓目标的范围。IPCC第五次评估报告专注于RCP2.6[41]RCP4.5[42]RCP6.0[43]高端的、无需减缓的RCP8.5路径[44]SSP情景增加了RCP1.9RCP3.4,并且计划添加RCP7.0[45](译者注:这是2018年的表述,现在已经有RCP7.0)。

RCP1.9是一种新的路径,其重点是将全球变暖限制在1.5摄氏度以下,这是巴黎协定的雄心目标[46]。在巴黎会议之前,研究界关注限制气候变暖在2摄氏度上,作为当时的雄心目标。然而,《巴黎协定》通过后,将1.5摄氏度纳入了其长期气温目标,因此现在有必要清楚地研究这一更为雄心勃勃的目标。

另一方面,RCP3.4代表了非常严格减缓的RCP2.6和与相对不严格RCP4.5之间的中间路径。它为研究”2度目标的可及性提供另外一种可供选择的方案[47](译者注:RCP2.6RCP4.5目标的减缓成本差异很大,研究时需要一个中间路径进行对比)。RCP3.4的一个变体,是在21世纪中期overshoot,然后一直回落到2100年;这将通过大量的负排放[48]来实现。

最后,RCP7.0将代表未来排放和变暖范围的中高端,是一个基线情景,而不是减缓目标的情景。它将填补一个重要的空白,那就是提供一条类似于中间路径”SSP2基线情景的排放路径。对RCP8.5来说,这是一个强劲的替换方案或者补充,用于减缓情景和基线(BAU)情景的比较研究。

下图显示了五个SSP情景和六个RCP目标的组合(RCP7.0未显示,因为运行尚未完成。)(译者注:目前已经全部提供)

clip_image006.jpg

SSP数据库中的SSPRCP组合的模型运行情况。RCP按增加减缓的顺序列出,SSP按减缓难度的大致顺序列出。单元格中的比率表示在每个SSP的模型总数中能成功地实现SSP-RCP情景的模型数。Carbon Brief制图,改绘自Rogelj等人(2018)的Figure S1[49]

图中的每个框显示了在针对每个SSP情景的IAM模型总数中,能够成功达到RCP目标的模型数。例如,SSP5/RCP2.6单元中的“3/4”意味着4IAMs试图在SSP5世界中实现RCP2.6目标,但只有3个模型能够找到解决方案;剩余1个模式既不能快速减排,也不能产生足够的负排放。同样,只有SSP5可以产生辐射强迫达到RCP8.5的情景,而其他SSP基线情景的排放量都太低。

为了确定SSP情景中的基础的社会经济因素能否满足RCP目标所需的减缓水平,模型在关于中短期国际合作的限制和减排的可能速度等方面使用了共享气候政策假设(shared policy assumptionsSPAs[50]

例如,SSP1SSP4认为到2020年在气候政策上有全球合作是可能的。更多由化石燃料驱动的SSP2SSP5世界,在制定全球行动方面存在延迟,各地区在2020年至2040年之间转向全球合作。区域化发展的SSP3,一些高收入地区在2020年至2040年期间加入全球减排努力,而低收入地区则在2030年至2050年之间加入减排行动。

土地利用是一个重要的但是难以规范的排放源,SSP1SSP5允许有效的国际合作来减少排放。SSP2SSP4允许在减少毁林和农业排放方面做出的努力更为有限,而SSP3则假定不可能鼓励个别国家减少毁林。

SSP之间的差异,会影响情景中对温室气体排放的短期大幅减缓的能力。SSP1SSP4则允许在全球范围内采取快速行动,减少排放量,超过了《巴黎协定》下已经承诺的NDCs(国家自主贡献,nationally determined contributions[51]。在其他社会情景下,如SSP3SSP5,发现即使是这些现有的承诺也很难完全实现。

SSP5中,排放量上升太快,下降太慢;如果在本世纪后半叶没有大量的负排放量以抵消较缓慢的近期减排,就无法达到巴黎目标。SSP5社会下,有四分之三的模型能够开发出可能的情景,以实现RCP2.6并将变暖限制在2摄氏度以下的目标;但是只有四分之二的模型能够找到达到RCP1.9目标并将变暖限制在1.5摄氏度以下的方法。

SSP3中,由于地区竞争和民族主义的抬头限制了未来几十年世界在减排方面的合作能力,IAM模型根本无法实现RCP2.6RCP1.9目标。

虽然SSP4技术的迅速发展使实现更适度的减排目标变得更容易,但高度不平等使实现非常有力的减排变得更加困难,特别是在较贫穷国家的土地使用排放方面。这意味着,虽然SSP4世界下的三种IAM模型都能达到RCP2.6的目标,但三种模式中只有一种能够达到RCP1.9并将升温限制在1.5摄氏度以下。

下图显示了各个SSP世界下的不同排放路径,并显示了与每种排放路径相关的适应和减缓挑战的水平。总的来说,与其他SSP相比,SSP1中较强的减排情景(左下角框)在本世纪后期具有更快的减排速度和更少的负排放量(译者注:可关注每个SSP情景中的RCP2.6路径)。

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各个SSP下的所有IAM模型对全球二氧化碳排放量(GtCO2)的模拟,数据来自SSP数据库Chart via Glen Peters and Robbie Andrews and the Global Carbon Project.

IAMs无法为某些低于2摄氏度和1.5摄氏度的情况找到可行的解决方案,这一事实并不一定意味着这些情景是不可能的。模型必然是不完美的,不能预见未来一个世纪将发生的所有技术或社会变化。例如,模型在纳入大规模的负排放技术之前,要达到2摄氏度目标是困难[52];尽管这些技术基本上仍然只存在于模型中[53]而在实际中未大规模部署[54]

同样,模型研究人员认为看似合理的减排率或负排放率可能会被证明过于保守或者乐观。例如,SSP3下无法模拟强有力的减缓情景,应该被视为一种迹象,表明这样一个民族主义和区域分裂重新抬头的世界,大大增加了所需变革可能无法实现的风险。

7. SSP中的负排放

SSP数据库中所有温升保持在2摄氏度以下的情景都包含了一些具有碳捕获和储存功能的生物能源BECC[55]。然而,它们为实现目标而对BECC(或者更广泛地说是负排放)的依赖程度,因模型和SSP而异。

总的来说,允许更快速的短期减排的SSP,比如SSP1,在本世纪后期对BECCS的依赖较少。下图显示了21世纪内每种SSP/RCP方案以及各个IAM模型模拟的BECC发电总量。它显示了每个IAM模型和每个SSP中使用BECC的数量差异;对于相同的RCP减缓目标,一些模型显示的BECC数量远远大于其他模型。

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不同SSPRCP目标和综合评估模型得到的,2005-2100年累计使用碳捕获和储存的生物能源(BECCS),单位:埃焦耳(EJ)。RCP1.9数据不包括在内,因为它还不能从SSP数据库中获取(译者注:这是2018年的数据获取情况)Chart by Carbon Brief using Highcharts.

对低于2度的RCP2.6目标,BECCS的累计使用量从1660EJ19000EJ不等,是累积使用所有能量的4%26%之间。SSP1BECCS使用量最低,其次是SSP2SSP4。限制短期减排的SSP5需要的BECCSSSP128倍。

RCP3.4目标下也是类似的分布情况,但这里有一个模型(AIM)在几乎没有负排放的情况下达到了SSP1世界中的减缓目标。在所有模型中,RCP3.4需要的BECCSRCP2.630-60%

对于RCP4.5目标,大多数模型在SSP1世界中几乎不需要负排放,但是许多模型仍然在SSP3SSP5世界中使用大量的BECCS

虽然BECCSIAMs中包含的主要负排放技术,但它在很大程度上仅仅是未来各种负排放技术的一个代表。它的作用至少可以部分地被其他方法和技术[56]取代,例如直接气体捕捉[57]或大规模造林[58],因为它们在未来一个世纪变得在成本上更加划算。

8. 不唯一的BAU情景

科学家和决策者面临的一个关键问题是,如果世界不采取行动应对气候变化,将会发生什么。

SSP的发布带来的一个重大变化,是为研究人员扩展了没有新的政策情景的基线情景。在过去十年的大部分时间里,研究人员倾向于使用高排放的、高变暖的RCP8.5路径作为他们研究BAU情景,作为一个不受控制变暖的、最坏的情况,来与未来减排进行对比。

一个重要的变化是,BAU情景的定义发生改变。SSP意味着不再是唯一的BAU情景,而是提供了在没有新增气候政策的情况下可能出现的广泛的未来排放可能情景。这些所有新的基线情景导致2100年至少变暖3.1摄氏度(最高5.1摄氏度)。

虽然RCP8.5目标以SSP5基线情景的形式存在,但它现在只是众多可能没有新气候政策下的未来情景之一。事实上,也只有一个SSP,即SSP5,可以达到RCP8.5约定的排放水平,这表明现在它可能不适合作为未来研究中唯一的基线情景使用。

如果说哪种SSP可以代表当前的社会经济特征,那就是SSP2。在SSP2下,社会、经济和技术趋势不会明显偏离历史发展模式。SSP2基线情景中的温室气体浓度大致相当于新的RCP7.0,它显示出比RCP8.5更低的排放量和减少近1摄氏度的升温——尽管仍高于工业化前水平3.8-4.2摄氏度。

也有可能,世界将更多地遵循SSP1SSP4路径,即技术的快速发展和太阳能、电池存储、传输技术和其他技术的成本下降。即使在没有气候政策的情况下,这些措施将减少减排的障碍,并导致更温和的排放和变暖。

然而,SSP的开发人员并没有给定这些任何情况发生的相对可能性。因为当然可以假设未来是一个高排放的SSP3SSP5世界。基于这些大量的未来情景,研究人员现在可以将减缓结果与可能的基线情景世界(无减缓)进行比较。

 



[1] https://thebreakthrough.org/people/zeke-hausfather

[2] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959378016300681

[3] https://www.carbonbrief.org/interactive-the-paris-agreement-on-climate-change

[4] http://cmaps.cmappers.net/rid=1KJHRBBS9-X1Y02G-RJT/nature08823.pdf

[5] http://sedac.ciesin.columbia.edu/ddc/sres/

[6] https://www.skepticalscience.com/rcp.php

[7] https://www.carbonbrief.org/qa-how-do-climate-models-work#inout

[8] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959378016300681

[9] https://www.carbonbrief.org/paris-2015-tracking-country-climate-pledges

[10] https://tntcat.iiasa.ac.at/SspDb/dsd?Action=htmlpage&page=about

[11] https://www.carbonbrief.org/qa-how-do-climate-models-work#cmip

[12] https://link.springer.com/article/10.1007/s10584-013-0905-2

[13] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959378016300681

[14] https://www.geosci-model-dev.net/9/3461/2016/gmd-9-3461-2016.html

[15] http://sedac.ciesin.columbia.edu/ddc/sres/

[16] https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs10584-013-0971-5

[17] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959378016300681

[18] https://en.wikipedia.org/wiki/Purchasing_power_parity

[19] https://tntcat.iiasa.ac.at/SspDb/

[20] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959378014001095

[21] https://www.un.org/development/desa/publications/world-population-prospects-the-2017-revision.html

[22] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959378015000837

[23] https://www.carbonbrief.org/the-35-countries-cutting-the-link-between-economic-growth-and-emissions

[24] https://data.worldbank.org/indicator/NY.GDP.PCAP.PP.CD

[25] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959378015000394

[26] http://themasites.pbl.nl/models/advance/index.php/Model_Documentation_-_AIM-CGE

[27] http://www.globalchange.umd.edu/gcam/

[28] http://themasites.pbl.nl/models/image/index.php/Welcome_to_IMAGE_3.0_Documentation

[29] http://data.ene.iiasa.ac.at/message-globiom/

[30] https://www.pik-potsdam.de/research/sustainable-solutions/models/remind/remind

[31] http://doc.witchmodel.org/index.html

[32] http://www.magicc.org/

[33] https://en.wikipedia.org/wiki/Coal_liquefaction

[34] http://energyeducation.ca/encyclopedia/Reserve_vs_resource

[35] https://www.bgr.bund.de/EN/Themen/Energie/Downloads/energiestudie_2016_en.pdf?__blob=publicationFile&v=2

[36] https://link.springer.com/article/10.1007/s10584-011-0149-y

[37] https://cedmcenter.org/wp-content/uploads/2017/08/Why-do-climate-change-scenarios-return-to-coal.pdf

[38] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959378016300681

[39] https://www.carbonbrief.org/guest-post-why-solar-keeps-being-underestimated

[40] https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs10584-013-0971-5

[41] https://link.springer.com/article/10.1007/s10584-011-0152-3

[42] https://link.springer.com/article/10.1007/s10584-011-0151-4

[43] https://link.springer.com/article/10.1007/s10584-011-0150-5

[44] https://link.springer.com/article/10.1007/s10584-011-0149-y

[45] https://www.geosci-model-dev.net/9/3461/2016/gmd-9-3461-2016.html

[46] https://www.carbonbrief.org/analysis-the-final-paris-climate-deal

[47] https://www.geosci-model-dev.net/9/3461/2016/gmd-9-3461-2016.html

[48] https://www.carbonbrief.org/explainer-10-ways-negative-emissions-could-slow-climate-change

[49] https://www.nature.com/articles/s41558-018-0091-3

[50] https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs10584-013-0971-5

[51] https://www.carbonbrief.org/paris-2015-tracking-country-climate-pledges

[52] https://www.ipcc.ch/pdf/supporting-material/expert-meeting-report-scenarios.pdf

[53] https://www.carbonbrief.org/beccs-the-story-of-climate-changes-saviour-technology

[54] https://www.carbonbrief.org/analysis-negative-emissions-tested-worlds-first-major-beccs-facility

[55] https://www.carbonbrief.org/beccs-the-story-of-climate-changes-saviour-technology

[56] https://www.carbonbrief.org/explainer-10-ways-negative-emissions-could-slow-climate-change

[57] https://www.carbonbrief.org/swiss-company-hoping-capture-1-global-co2-emissions-2025

[58] https://www.carbonbrief.org/in-depth-experts-assess-the-feasibility-of-negative-emissions




http://blog.sciencenet.cn/blog-3483044-1295718.html


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1 檀成龙

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