美国主办的领导人气候峰会刚刚落幕。会上，习近平主席倡议“构建人与自然生命共同体”赢得了国际社会的广泛关注。这不仅标志着美国重返气候变化多方合作轨道，而且意味着气候变化成为中美合作重要舞台。
4月18日，中美在上海就气候危机举行会谈并共同发表声明。双方强调：中美致力于相互合作，并与其他国家一道解决气候危机。双方肯定了巴黎协定中的温升限制目标，到本世纪末，气温上升控制在2℃以内，努力限制在1.5℃以内，承诺继续努力强化行动，促使实现上述温控目标。
2℃温控目标是在哥本哈根气候变化大会之后成为全球共识的，1.5℃温控目标在2015年巴黎气候变化大会之后成为新的热点。已有研究表明，1.5℃温控目标的经济成本至少是2℃温控目标的3倍(Hof et al., 2017)。但是，相对于2022年即将发布的IPCC第六次气候变化评估报告，关于1.5度温控目标的研究远远不足：不但1.5℃的温控目标没有达成共识，而且相关减缓策略分歧巨大。
作为负责任的大国，中国政府在第75届联合国大会上承诺“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”，为实现全球温控目标迈出了坚实步伐。但是，对比我国和发达国家的碳排放历史曲线（图1），可以清晰感受到我国履行“碳达峰”和“碳中和”承诺的巨大压力。
图1 2000-2019年主要经济体CO2排放量（来源：CDIAC）
IPCC首次气候变化评估报告发布于1990年。由此，1990年成为许多气候变化国际协定的参考节点。英国是世界上最早完成工业化的国家，温室气体排放早在1979年就达到历史峰值。1990年后稳步降低，到2019年排放量仅为1990年的51%。4月20日，英国政府宣布：到2035年，温室气体排放量将比1990年降低78%。美国是历史累积碳排放第一大国，2005年温室气体排放达到峰值66亿吨后逐渐降低，2020年受疫情影响降幅高达7%，低于1990年的排放量。就在4月22日，美国总统拜登进一步宣布，到2030年，美国温室气体排放量减少到2005年的一半，并于2050年实现碳中和。
正是在2005年，中国温室气体排放量首次超越美国，并保持了长期增长势头。迄今，仅在2014-2016年间出现了每年2.4亿吨的微弱下降。2019年，我国温室气体排放量是1990年的4.8倍。尽管过去数年中，我国温室气体排放增长速度放缓，能源利用效率大幅提高，新能源开发进一步深入，但始终面临着强大的减排压力。
2018年发布的《中国实现全球1.5℃目标下的能源排放情景研究报告》显示，我国二氧化碳排放量需要在2020年后每年减少3.84亿吨二氧化碳当量。该报告要求的减排速度远远大于我国2014-2016年间的减排速度， 2030年碳达峰和2060年碳中和承诺履约困难重重。因此，有必要全面、详细评估中国的减排策略和经济后果。
从1990年代中期开始，评价碳排放及其后果的有力工具之一就是综合评估模型。综合评估模型不但可以量化气候稳定的条件，评估国际气候协议的经济影响，还可以评价全球或区域范围内快速变革的可行性。从2013年开始，德国波茨坦气候影响研究所主持的ADVANCE项目开发了新一代先进综合评估模型，并应用改进后的模型探索巴黎协议后不同气候缓解政策备选方案 (Luderer et al., 2018; Vrontisi et al., 2018)。整个模型运行持续三年，2016年12月结束，产生了海量数据，成为各国、各行业研究气候适应的重要数据库。
近日，中国科学院大学段宏波团队从ADVANCE数据库中调取了6个综合评价模型的数据，进行了必需的比较和敏感性实验后，又整合3个中国研发的综合评价模型结果，建立多模型比较框架。在IPCC第5次评估报告推荐的1.5℃温控条件下，首次系统评估了巴黎协定温控目标下中国低碳转型路径问题(Duan et al., 2021)。
所有模型都显示，不加政策干预，中国的碳排放将在2050年前达到峰值，2050年碳排放值的范围为102到198亿吨。多数模型显示，中国有望在2035-2040年间实现碳达峰（图2）。
图2 不同场景中国二氧化碳排放总量的变化（绿色，不控制排放；紫色，1.5℃温控场景）（Duan et al., 2021)
而在1.5℃温控场景中，中国2050年的碳排放量为19到23亿吨二氧化碳。所有模型一致显示，2020年开始中国的碳排放将显著降低。并且，大多数模型在2050年前后将实现近零甚至是负排放。这一结果显示，碳达峰越早，减排越快，对负排放技术的依赖越少。这意味着，在设计1.5℃温控目标路径时，存在着早期减排行动和依赖负排放技术的权衡。多个模型还显示，尽管非碳温室气体（主要包括甲烷和一氧化氮）份额较小，但是它们的减排不可或缺。为实现1.5℃温控目标，二氧化碳需要减排90%，甲烷需要减排70.6%，一氧化氮需要减排52.2%。
不同部门受减缓政策影响程度不同，工业首当其冲。模拟显示，不控制排放情景下，工业占中国能源需求总排放的份额2030年为48.7%-75.2%。到2050年，工业占能源需求总排放的比例降低到50%左右。至少有三个因素共同促成了这一变化：工业结构调整、能源利用的低碳转化，以及能源利用效率提高（图3）。
而1.5℃温控场景明显降低了部门的二氧化碳排放。模型平均结果显示，到2030年电力部门将降低65.6%。随着脱碳的深入，有可能实现近零甚至负排放。跨模型分析显示，电力部门碳减缓最主要来自能源消费总量降低，其次是清洁能源替代的增加，而碳封存技术贡献中等。这意味着，严格控制能源需求，发展清洁能源，是实现1.5℃温控目标的关键。
图3 1.5C温控场景中不同部门的碳排放（Duan et al., 2021）
政策干预的效果可以用碳强度来表示。通常，碳强度是指单位终端利用能源的碳排放量。尽管碳强度的改善不是气候政策的直接目标，却是能源政策落实的有效途径。跨模型一致的结果显示，1.5℃温控目标需要碳强度降低60%。多个模拟结果显示，2050年碳强度低于每吨标准煤的能量排放1吨二氧化碳。这主要得益于单一能源利用效率的提高，以及终端能源消费结构的优化（图4）。
图4 不同模型中，1.5℃温控场景下碳强度的变化（Duan et al., 2021）
实现1.5℃温控目标，很大程度上取决于可再生能源对化石燃料的替代。到2050年，化石能源消耗将降低40.4亿吨标准煤当量，比无政策干预的不控制排放场景减少73.9%。相应地，2030年非化石燃料(包括生物质能、风能和核能)在初级能源消费中将达到30%，到2050年达到62.8%，相当于增长了13亿吨标准煤当量。
电力行业长期以化石燃料为主，因此面临巨大减排压力。实际上，碳减缓推高了碳价格，进而提高了终端能源价格，而电力部门有许多途径脱碳，电价相对于化石燃料价格下降，终端能源消费更倾向于用电。可以预见，中国电力部门有望在2050年实现碳中和，各种低碳技术(如风能和太阳能)将快速增长（图5）。
图5 不同模型的能量重建（Duan et al., 2021）
工业是终端能源消费的主要部门。为实现全行业的深度脱碳，达到预期温控目标，能源利用将迎来深刻变化。但总体上，工业能量需求在终端能量需求总量的比例相对稳定。这很大程度上反映了产业结构调整中，中国工业结构相对稳定和工业能源利用效率的提高。
这些综合评估模型在降低初级能源消费总量、减排温室气体，以及发展负排放技术等方面有高度共识。以上模拟结果同时显示，中国2060年实现碳中和与1.5℃温控目标大体一致。全球1.5℃的温控目标要求，2050年中国化石能源消费总量降低73%，初级能源消费总量降低39%；二氧化碳排放量降低90%，甲烷降低70.6%，一氧化氮52.2%，碳强度降低至少60%；不但碳捕集和封存技术对实现温控目标意义重大，还应推广可再生能源开发利用，加快替代碳基燃料。
同时，也必须注意到，现有模型仍需进一步完善。一个突出的方面是模型对气候政策的经济意义表征整体欠佳。严格的气候目标需要显著降低能量消费，不可避免地对经济有负面影响(Davis et al., 2019)。模拟显示，1.5℃的温控目标或导致2050年GDP降低2.3%到10.9%，不同模型差异巨大。即使从累计角度来看，模型间的变幅依然介于2.8%-5.7%。不同模型输出的2050年中国碳社会成本(碳价格)从每吨315美元到2440美元不等。此外，绝大多数模型对气候变化导致的经济损失缺少量化(Bretschger and Pattakou, 2019)。这固然与模型的参数化水平有关，同时也受制于气象-气候-古气候研究者的预测能力。
温室气体排放过程为人类提供了大量产品和各种服务。由于产品用途和服务功能的差异，相关的温室气体排放责任在国内和国际间都有明显差异。通常使用产品碳足迹来刻画产品从原材料开采、制造、运输、分销、使用到最终废弃阶段所产生的温室气体排放量，为精确量化温室气体排放责任提供了有力工具。
有研究显示(Hertwich and Peters, 2009)，非洲国家人均碳足迹每年1吨二氧化碳，而卢森堡和美国人均每年约30吨二氧化碳。同时，发展中国家食品和服务在碳足迹中贡献突出，发达国家则以流动性和制成品为主。
评估结果显示，2009年美资跨国公司境外碳足迹约为5.1亿吨二氧化碳(López et al., 2019)，与英国或澳大利亚排放量相当，表明跨国公司在应对气候变化中的角色值得关注。该研究还揭示，相同工业增加值，美资跨国公司在境外的碳足迹显著高于美国国内的平均水平，相应的技术转移或可减少这一影响。
目前中国每年产生的超100亿吨的温室气体排放有很大部分是由产品出口导致的，减排策略的制定需要准确认识因全球消费造成本地碳排放空间的变化，促进减排主体与下游消费者之间的合作减排。对中国2012年的碳足迹测度显示，出口驱动的碳排放总量为14.66亿吨，占同年中国工业二氧化碳排放总量的14.6%。如果作为一个国家，将是仅次于中国、美国、印度和俄罗斯的第五大排放国。这些出口驱动碳排放主要产生于电力、热力、燃气、水的生产和供应业(42.3%)与金属冶炼和压延加工业(13.6%)。高分辨率制图显示，我国出口驱动的碳足迹热点集中在制造业中心，包括长三角、珠三角和华北平原等，大约1%的国土面积容纳了75%的出口驱动碳排放。由美国进口中国产品驱动的碳排放占我国出口驱动碳排放的23.0%。不同类型的消费在我国产生的碳足迹有明显的空间差异（图6）。
图6 2012年美国家庭消费(a)和固定资本形成总值(b)导致的中国碳排放分布图(Yang et al., 2020)
实现1.5℃温控目标，需要清晰的碳排放减缓和清洁能源发展目标。综合评价结果不但描绘了我国零碳或低碳情境下能源系统的结构演化，而且肯定了我国碳中和目标与巴黎协定中1.5℃的温控目标殊途同归——我国减排战略及政策制定具有突出的科学支撑。
全球协作、共同削减温室气体排放是实现巴黎协定1.5℃温控目标、减缓气候变化带来灾难损害的关键。我国政府的碳达峰和碳中和承诺不仅向国际社会释放主动应对气候挑战的积极信号，而且可以有效降低我国潜在的气候损失。
广泛适应行动的开展还提高温室气体减排全球合作的可能性。碳足迹精确测算不但为制定基于消费的减排政策提供参考，还将推动发达国家通过技术转移等手段降低自身碳足迹、通过区域合作实现协同减排。
主要参考文献
Bretschger L, Pattakou A. As bad as it gets: how climate damage functions affect growth and the social cost of carbon[J]. Environmental and Resource Economics, 2019, 72(1): 5-26.
Davis S J, Lewis N S, Shaner M, et al. Net-zero emissions energy systems[J]. Science, 2018, 360(6396): eaas9793.
Duan H, Zhou S, Jiang K, et al. Assessing China’s efforts to pursue the 1.5℃ warming limit[J]. Science, 2021, 372(6540): 378-385.（原文链接）
Hertwich E G, Peters G P. Carbon footprint of nations: A global, trade-linked analysis[J]. Environmental Science & Technology, 2009, 43(16): 6414-6420.
Hof A F, den Elzen M G J, Admiraal A, et al. Global and regional abatement costs of Nationally Determined Contributions (NDCs) and of enhanced action to levels well below 2℃ and 1.5℃ [J]. Environmental Science & Policy, 2017, 71: 30-40.
López L A, Cadarso M á, Zafrilla J, et al. The carbon footprint of the US multinationals’ foreign affiliates[J]. Nature Communications, 2019, 10: 1672.
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Vrontisi Z, Luderer G, Saveyn B, et al. Enhancing global climate policy ambition towards a 1.5℃ stabilization: a short-term multi-model assessment[J]. Environmental Research Letters, 2018, 13(4): 044039.
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（撰稿：唐自华/新生代室）
