文献阅读 | 实现1.5℃的情景模拟和IAM结果

题目

Scenarios towards limiting global mean temperature increase below 1.5 °C

作者

Joeri Rogelj, Alexander Popp, Katherine V. Calvin, Gunnar Luderer, Johannes Emmerling, David Gernaat, Shinichiro Fujimori, Jessica Strefler, Tomoko Hasegawa, Giacomo Marangoni, Volker Krey, Elmar Kriegler, Keywan Riahi, Detlef P. van Vuuren, Jonathan Doelman, Laurent Drouet, Jae Edmonds, Oliver Fricko, Mathijs Harmsen, Petr Havlík, Florian Humpenöder, Elke Stehfest & Massimo Tavoni.

期刊

Nature Climate Change

时间

2018年

一作

单位

International Institute for Applied Systems Analysis (IIASA), Laxenburg, Austria

链接

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

研究背景

2015年《巴黎协定》呼吁全球社会应努力在本世纪末将温度升高幅度控制在1.5℃以内，其对应的辐射水平大约为1.9W m^-2，而2℃所对应的辐射水平大致是2.6 W m^-2。这源自于联合国政府间气候变化委员会，即IPCC所做的第五次评估报告，简称为AR5。AR5中测算了多种代表性浓度路径（RCPs），为科学家提供了1.5℃情景的可靠依据。此外，共享社会经济情景（SSPs）则从社会经济的角度提供了未来可能的演变情景，按照低碳程度、发展水平、国际合作等维度SSPs一共有五大类：从SSP1至SSP5。在此基础上，本文运用目前在国际上比较知名的六类综合评估模型：AIM, GCAM4, IMAGE, MESSAGE-GLOBIOM, REMIND-MAgPIE和WITCH-GLOBIOM模型，在本世纪末同一个减排浓度目标即1.9W m^-2的基础上，运行五种不同的SSPs情景。本文将这种SSP-RCP的复合情景简称为“SSPx-1.9”。

研究发现

所有模型均可以在SSP1路径下实现1.5℃的排放浓度限制目标。SSP1的假设主题是“可持续低碳发展路径”。如图1所示，SSP1是最能配合1.5℃实现的情景，其次是SSP4和SSP2，他们的主题分别是“发展但却不公平的路径”和“中间路线”。此外，从概率计算的角度，本文得出将温升控制在1.5℃的概率大致是在66%左右，净零排放时间点大约出现在2055-2075年（图2）。

图1  不同的SSPx-1.9温室气体排放结果图

图2  各情景下的排放路径估算

实现1.5℃或2℃目标需要全球经济进行深刻转型，其中能源消费和土地利用将经历深刻变革。减排将使得传统能源消费受到较大抑制（图3c），自2020-2050年，能源强度将以平均每年2-4%的程度下降，煤炭消费绝对量和相对量都将持续下降，在2050年前后降为0左右。减排也使得生物质能源消费得到提升，尽管这将对粮食供给和土地利用造成压力 (图4)。据估测，因为1.5℃的缘由，生物质能源消费将以平均每年1-5%的幅度上升，但SSP1下生物质能源消费量小于其他社会经济情景，这可能由于SSP1下社会经济发展更为平衡，土地利用和碳减排的矛盾将因为较小生物质能源比例而得到缓解，毫无疑问，这是一个所有模型都认同的trade-off（图4）。而在减排政策下，新能源消费和碳捕捉与封存技术将持续上升（图3a, b），在SSP1下，新能源消费将达到一次能源消费的60-80%，在SSP2下将达到32%-79%，其中太阳能和风能消费占比的提高最具有确定性，在所有情景下都将呈现不断上升的趋势。

图3  一次能源消费量（a: 非生物质类的新能源，有太阳能、风能、水能和地热能；b: CCS和生物质能源；c: 煤炭消费，不含CCS）

图4  各模型下生物质能源消费

图5  2℃迈向1.5℃所需的减排成本

本文通过图5表达了2℃所需的减排成本与1.5℃所需减排成本的对比。上半部分表示金额成本，下半部分表示减排成本量，圆环的阶梯表示相比于2℃情景，1.5℃需要额外付出多大程度的减排努力。可见若要实现1.5℃，无论短期成本或长期成本，都将增加一倍左右，其中在更不平衡发展的SSP2和SSP3情景下，所需付出的努力要大于SSP1。工业、电力等碳减排量至少需要在2℃的基础上再作出额外50%的努力。图6则汇报了更为具体的碳减排价格，SSP2下碳减排成本约为50-165美元/吨，SSP1下更高，将近可以达到300美元/吨。因为SSP1对可持续发展和低碳作出了更高的要求。此外，各模型的结果差异比较大，以SSP1的1.5℃结果为例，MESSAGE的结果最小，碳价约为10-20美元/吨，WITCH模型的结果最大，约为500-1000美元/吨左右，值得注意的是，对于1.5℃的估测结果仍存在很大的不确定性，该不确定性来自于不同类型的模型。若暂且搁置不确定性的讨论，仅从横向对比的角度来看，只有社会经济按照或靠近SSP1或SSP2的方式，才有较大可能实现1.5℃减排。

图6  各SSP情景下实现各种温升目标所需的碳减排成本

编辑：郭超艺

排版：江琴

相关阅读

点击“阅读原文”浏览小组主页