中美两国选择不同时间开始减排二氧化碳的模拟研究

摘要 气候保护是一个国际性问题，气候保护政策的有效实施，离不开世界各国的共同努力。中国和美国作为世界上主要的两个碳排放大国，对世界气候保护进程具有重要的影响。本文通过建立一个多国气候保护宏观动态经济模拟系统，模拟中美两国在不同时期开始减排对世界主要国家经济和全球气候变化的影响。模拟发现，在研究中国减排进入时间的问题时，相对不减排情况，中国在讨论的五个情景里参与减排都会给中国的经济带来损失，而且越早参与减排，GDP损失的越多。世界其他国家都从中国的减排方案中获得了利益。和讨论的中国进入方案相似，美国实施减排政策与不实施减排政策相比，本国的累积GDP会损失，而世界其他国家累积GDP会增加。从对世界温度的影响来看，两国实施减排与不实施减排的影响程度较为接近。从对全球累积GDP的影响来看，美国的减排政策对全球GDP的影响要大于中国的减排政策对全球GDP的影响。

关键词 气候变化；CO2减排；政策模型；经济增长

中图分类号 P467 文献标识码 A 文章编号 1002-2104(2008)06-0087-07

气候保护是一个国际性问题，气候保护政策的有效实施，离不开世界各国的共同努力。中国作为一个发展中国家，已经签署《联合国气候变化框架公约》，表明了在支持全球响应气候变化的国际行动中的支持态度。虽然到目前为止，中国并没有采取专门针对气候变化的对策，但是国内相关经济、能源、环境政策已经对温室气体排放的控制做出了很大的贡献［1］。作为发展中国家，如果近期就承担温室气体减排义务，我国的能源供应将受到制约。这表明我国目前的国家政策必然是不能过早的承诺减排义务，在相当长的一段时间内，需要坚持“节约能源、优化能源结构、提高能源利用效率”的能源政策。

但是，目前国际上要求我国减排温室气体的压力越来越大。气候保护会在一定时期对一国经济带来负面影响。中国作为发展中国家，在《京都议定书》中没有规定减排义务。但是一些发达国家，像美国,总是以发展中国家不加入碳减排为理由拒绝制定本国碳绝对排放量减少的目标。目前，国际上并没有达成得到所有国家共识的减排方案，随着《京都议定书》的 到期，《京都议定书》后的碳减排方案的谈判正在进行。为了争取谈判的主动性，需要对中国选择不同年份实施碳减排的气候保护政策进行评估。

美国二氧化碳的减排政策是影响全球气候变化的重要因素。而美国在二氧化碳减排问题上一再以美国实现议定书目标成本太大、气候变化问题上尚存在科学不确定性、《京都议定书》没有规定中国和印度等发展中国家的减排义务等各种借口拒绝批准《京都议定书》，并且提出《京都议定书》的替代方案，即美国总统于2002年2月14日在马里兰州的国家海洋与大气局（NOAA）宣布的一项新的环境方案――《晴朗天空与全球气候变化行动》，以取代规定了发达国家具体绝对减排量的减排目标。该替代方案与GDP直接挂钩，是基于温室气体排放强度的减排，允许在经济增长的同时，排放量有一定程度的增长，这是不妨碍美国经济发展的相对减排（强度减排）方案，其结果是温室气体排放增长速度的减少，而不是二氧化碳绝对数量的减少［2 ］。

虽然在布什总统的任期之内，迫于国内政治经济形势和利益集团的压力，美国的气候政策不会有所改变，但是从长期来看，由于气候保护可以和外交、经济增长、能源与环境、跨国投资和贸易等国际事务建立联系，如果美国自行孤立于国际社会气候保护进程之外，这绝对不符合美国长期的战略利益。可见，美国为了维护大国长期战略利益，不得不对其气候保护政策进行调整。因此，有必要针对中美两国在不同时间开始减排对各国经济和气候变化的影响进行研究。

为了研究气候保护政策在国家间的经济影响，进而为制定有效的减排方案提供理论基础，国际上气候保护政策的研究多转向多国模型研究。如OECD的GREEN模型［3］和LINKAGE模型［4］、美国西北国家实验室的SGM［5］ 模型，美国能源部的GCubed模型［6］，日本国家环境研究所的AIM等模型［7］。近年来，多国模型的一个重要发展方向是动态宏观经济模型。如RICE［8］ ，FEEMRICE［9］。20世纪90年代末以来，我国学术界也开展了对温室气体减排政策的模拟研究，建立了一些气候保护政策模拟模型，如CGE模型［10，11］，3E模型［12］，中国MARKALMACRO模型应用能源―环境―经济耦合的进行模拟分析［4］；中国SGM模型［13］，宏观动态模型［14，15］。当然还有其他一些优秀的工作，这里不一一讨论。由于《京都议定书》到2012年就要到期，后京都时代开始后，新的气候保护谈判就要开始，研究多国参与减排的政策模拟研究变得更为重要［16］。因此，为了在全球气候变化问题的谈判中提高主动性，有必要基于多国气候保护模型研究气候保护战略。本文建立了一个多国气候保护宏观动态经济模型，然后就中美两国在不同时间开始减排对各国经济和气候变化的影响进行了模拟研究。

1 多国气候保护宏观动态经济模型

本文的研究是基于一个多国气候保护的宏观动态经济模型。该模型主要基于两个气候保护模型。首先是RICE模型（a Regional dynamic Integrated model of Climate and the Economy)，主要是由Nordhaus从其原来的单国模型DICE基础上发展起来［8］。RICE模型是一个宏观动态模型，很多学者以该模型为基础建立面向不同研究内容的气候保护模型。该模型主要的贡献在于将气候和经济动态联系起来，可以评价不同减排政策的经济影响。其次是王铮,郑一萍,蒋轶红等(2004)建立的人地协调意义下的气候保护模型［14］。由于在RICE模型中，气候保护政策仅通过生产减少型保护来实现,而一国的气候保护政策往往是综合性的，除了考虑生产型减排，还包括能源替代型减排和增汇型减排。该模型是一个单国气候保护模型，但完全将三种气候保护政策同时考虑进来。本文建立的多国气候保护模型借鉴该模型，将三种气候保护政策同时纳入模型体系。同时，本文建立的多国气候保护模型还参照了Buchner,Carraro(2005)的FEEMRICE模型（FEEM是Fondazione Eni Enrico Mattei的缩写）［9］。因为在RICE模型中的碳贸易机制受到了许多限制，增加了模型的不确定性［17］。因此，在联系各国的经济时，我们参照FEEMRICE模型仅以气候将其连接。

由于模型涉及到大量公式，限于篇幅，这里不再给出。这里仅说明模型的基本结构（见图1）。多国气候保护模型将全世界分为六个国家(地区)，分别为中国，美国，日本，欧盟，前苏联地区，除上面几个国家以外的地区合称为“其它国家”。每个国家都以宏观动态经济模型为基础。

该系统是在Delphi 7.0的IDE环境中，使用Object Pascal语言编写而成的。模型流程(见图2)如下：首先从数据库中调用参数和部分需要的初值，并且即时输入政策参数（在一些情景控制率是外部输入，将另外一部分需要计算的初值计算出来，并存入数据库相应位置中；接着开始进入每一年各个变量的循环计算：一方面，先根据增汇型、能源替代型和生产型气候保护控制率以及上一年的GDP值和有效社会生产率计算出下一年的全国总排放量，将该排放量代入气候系统的计算方程中，最后得到有效社会生产率在受到该排放量影响之后的值；另外一方面，计算三种气候保护政策的经济投入成本，进而计算出当年的投资额和资本存量。然后，两条计算路线汇合，计算出下一年GDP。

2 模型数据说明与情景设置

模型是以2004年为基年开始计算的，因此，模型变量初值指的是2004年的初置。同时模型中的价值量以美元表示，如无特别说明，均是以2000年不变价美元表示。增汇的成本存在不确定性。按照Sedjo(2006)［18］的研究，我们将美国，日本，欧盟每增汇一吨碳的成本设为70美元，中国，前苏联，其他国家设为20美元。本文默认2004年为初始年。实际上由于美国抵制减排，世界性减排并没有开始，各种模拟（包括我们的），都是一种虚拟情景，在平推若干年后，得出一种趋势性估计。作为一个DSS，我们最后建立的系统，在修改初始参数后，理论上可以从任意年开始。

有关宏观经济变量的数据来自IEA(2007)［19］,中国统计年鉴(2005)［20］，气候变化参数来自RICE［8］。限于篇幅，这里不一一说明。需要特别说明的是控制成本参数，一般普遍认为全球变暖的破坏在发展中国家更为严重。根据OECD的估计，CO2排放量增长2倍，温度上升2.5℃时，中国的GDP大约损失4.7％［3］，No rdhaus（1999）估计到2090[CM)] 年全球气温上升3℃时，全球的平均GDP损失为36％，损失范围在0%～21％之间［8］。新近的研究表明损失会更大Eyckmans，Tulkens（2003），我们这里的取值来自FEEMRICE（见表1）［17］。

需要说明的是，这里的减排率并不是针对某一年的碳排放（例如与1990年碳排 放相比的减排率），而是针对当年实际应排放而言。从某种意义上来讲，是一种少增排率。这种碳排放控制率设定是宏观动态模型中常用的方法［8，17］。考虑到经济总量的不断增长和气候保护政策的连续性，模型中每年的减排率都比上一年增长1%。而且这里的减排政策是一种考虑了生产减少，增汇和能源替代的综合性政策。在模型中设定生产减少占20%，增汇和能源替代各占40%。当然我们开发的系统可以调整这个参数。

3 气候变化下中美两国不同时间开始减排的模拟分析

3.1 中国选择不同时间减排方案的研究

本节研究了在其它国家按照一定的减排率减排时，中国在不同年份参与减排的情景。在模拟中，设定美国，日本，欧盟以2005年20%的减排率开始减排，前苏联和其他国家以2005年15%的减排率开始减排。我们设定了中国参与减排的四个情景，分别是从2010、2015、2020、2025年和2030年以15%的减排率开始减排。

情景0：中国不采取任何减排措施，美国，日本，欧盟以2005年20%的减排率开始减排，前苏联和其他国家以2005年15%的减排率开始减排；

情景1：中国以2010年15%的减排率开始减排，美国，日本，欧盟以2005年20%的减排率开始减排，前苏联和其他国家以2005年15%的减排率开始减排；

情景2：中国以2015年15%的减排率开始减排，美国，日本，欧盟以2005年20%的减排率开始减排，前苏联和其他国家以2005年15%的减排率开始减排；

情景3：中国以2020年15%的减排率开始减排，美国，日本，欧盟以2005年20%的减排率开始减排，前苏联和其他国家以2005年15%的减排率开始减排；

情景4：中国以2025年15%的减排率开始减排，美国，日本，欧盟以2005年20%的减排率开始减排，前苏联和其他国家以2005年15%的减排率开始减排；

情景5：中国以2030年15%的减排率开始减排，美国，日本，欧盟以2005年20%的减排率开始减排，前苏联和其他国家以2005年15%的减排率开始减排；

和前面的讨论中设定一样，这个减排率每年都会比上年递增1%。

3.1.1 中国不同时间减排情景下的各国GDP

模型对上面提到的三种情景做了模拟分析，模拟期间从2005-2100年，模型是递归动态模拟，一期为一年。

首先，通过计算，得到了各减排情景下各国的GDP如表2。

可以发现，相对不减排情况，中国在讨论的五个情景里参与减排都会给中国的经济带来损失，而且越早参与减排，GDP损失的越多(见表2)。世界其他国家都从中国的减排方案中获得了利益。相比中国不实施减排的情况，世界其他国家的GDP都是增加的。可以看出，各情景下除了其他国家受益最大，第二大受益国家就是美国，然后是欧盟，第四受益 国是日本，最后是前苏联。各情景下各国[CM)] 具体的累积GDP增加值见表2，这里不再一一赘述。 从全球总体来看，在情景1下，相比中国不减排的情景，全球的累积GDP增加了342 439.7亿美元；在情景2下，相比中国不减排的情景，全球的累积GDP增加了311 220.1亿美元；在情景3下，相比中国不减排的情景，全球的累积GDP增加了279 625.6亿美元；在情景4下，相比中国不减 排的情景，全球的累积GDP增加了247 707.4亿美元；在情景5下，相比中国不减排的情景，全球的累积GDP增加了215 599.4亿美元。

[BT4]3.1.2 中国不同时间减排情景下全球碳排放量和温度变化

和前面的讨论一致，中国越早进行减排，全球的碳排放量就越少。图3显示了各情景下2005-2100年的全球累计碳排放量。其中情景1相对情景0全球累计碳排放量减少9526GtC，情景2相对情景0全球累计碳排放量减少89.35GtC，情景3相对情景0全球累计碳排放量减少8356GtC，情景4相对情景0全球累计碳排放量减少7789GtC，情景5相对情景0全球累计碳排放量减少7233GtC。

与碳排放量的减少类似，各减排情景下的温度变化相对不减排情景要低（见图4）。情景1相对情景0降低0.093 9℃，其中情景2相对情景0降低0.087 9℃，其中情景3相对情景0降低0.082 1℃，其中情景4相对情景0降低0.076 4℃，其中情景5相对情景0降低0.070 8℃。因此，各减排情景里中国气候保护政策对2100年全球平均地表温度的影响在0.07℃～0.09℃之间。

3.2 美国选择不同时间减排方案的研究

和中国通过以不同开始减排的年份为标准设置情景一样，我们设定了美国在不同年份参与减排的五个情景。在模拟中，设定日本，欧盟以2005年20%的减排率开始减排，中国，前苏联和其他国家以2005年15%的减排率开始减排；美国参与减排的五个情景，分别是从2010、2015、2020、2025年和2030年以20%的减排率开始减排，和前面的讨论中设定一样，从起始年开始，各国减排率每年都会比上年递增1%。同样我们也设定了一个美国不减排的基准情景（情景0*）。

情景0*：美国不采取任何减排措施，日本，欧盟以2005年20%的减排率开始减排，中国，前苏联和其他国家以2005年15%的减排率开始减排；

情景1*：美国以2010年20%的减排率开始减排，日本，欧盟以2005年20%的减排率开始减排，中国，前苏联和其他国家以2005年15%的减排率开始减排；

情景2*：美国以2015年20%的减排率开始减排，日本，欧盟以2005年20%的减排率开始减排，中国，前苏联和其他国家以2005年15%的减排率开始减排；

情景3*：美国以2020年20%的减排率开始减排，日本，欧盟以2005年20%的减排率开始减排，中国，前苏联和其他国家以2005年15%的减排率开始减排；

情景4*：美国以2025年20%的减排率开始减排，日本，欧盟以2005年20%的减排率开始减排，中国，前苏联和其他国家以2005年15%的减排率开始减排；

情景5*：美国以2030年20%的减排率开始减排，日本，欧盟以2005年20%的减排率开始减排，中国，前苏联和其他国家以2005年15%的减排率开始减排；

3.2.1 各减排情景下的世界其它国家的GDP比较

相对不减排情况，美国在讨论的四个情景里参与减排都会给美国的经济带来损失，越早参与减排，GDP损失的越多。世界其他国家都从美国的减排方案中获得了利益。相比美国不实施减排的情况，世界其他国家的GDP都是增加的（见表3）。

可以看出，各情景下除了其他国家受益最大，第二大受益国家就是中国，然后是欧盟，第四受益国是日本，最后是前苏联。我们计算了五个情景下美国参与减排与不参与减排相比较的累积GDP损失（2005-2100年）：其中情景1*累积GDP损失208 528亿美元，情景2*累积GDP损失207 371亿美元，情景3*累积GDP损失205 768亿美元，情景4*累积GDP损失203 658亿美元，情景5*累积GDP损失200 953亿美元。相邻情景的差别不大。各情景下各国具体的累积GDP增加值见表3，这里不再一一赘述。从全球总体来看，在情景1*下，相比美国不减排的情景，全球的累积GDP增加了387 0953亿美元；在情景2*下，相比美国不减排的情景，全球的累积GDP增加了363 499.9亿美元；在情景3*下，相比美国不减排的情景，全球的累积GDP增加了337 284.9亿美元；在情景4*下，相比美国不减排的情景，全球的累积GDP增加了308 481.3亿美元；在情景5*下，相比美国不减排的情景，全球的累积GDP增加了277 219.8亿美元。

3.2.2 各情景下全球碳排放量和温度变化

和前面的讨论一致，美国越早进行减排，全球的碳排放量就越少。图5显示了各情景下2005-2100年的全球累积碳排放量。其中情景1*相对情景0*全球累计碳排放量减少9058GtC，情景2*相对情景0*全球累计碳排放图5 各情景下全球碳排放量量减少8635GtC，情景4*相对情景0*全球累计碳排放量减少8385GtC，情景5*相对情景0*全球累计碳排放量减少8107GtC。

与碳排放量的减少类似，各减排情景下的温度变化相对不减排情景要低（见图6）。情景1*相对情景0*降低0.09℃，情景2*相对情景0*降低0.088℃，情景3*相对情景0*降低0.086℃，情景4*相对情景0*降低0.083℃，情景5*相对情景0*降低0.08℃。因此，各减排情景里美国气候保护政策对2100年全球平均地表温度的影响在0.08 ℃～0.09℃之间。

3.3 中美两国选择不同时间减排方案的比较与分析

通过前面两节中国和美国分别选择不同时间开始减排方案的模拟研究，可以比较中国和美国的碳减排政策对国际碳减排进程的影响程度。尽管在情景模拟中中国的起始减排率为15%，美国的起始减排率为20%，但考虑到两国的实际经济差异，即便实际中两国都实施减排，减排程度肯定存在差异，所以这样的比较还是有意义的。

首先，从对世界温度的影响来看，两国实施减排与不实施减排的影响程度较为接近。中国实施减排与不实施减排对温度的影响在0.07℃～0.09℃之间，也就是说如果中国不实施减排相对于中国实施减排的情况，将使世界的温度上升0.07℃～009℃。而美国如果不实施减排相对于美国实施减排的情况，将使世界的温度上升0.08℃～0.09℃。

其次，从对全球累积GDP的影响来看，美国的减排政策对全球GDP的影响要大于中国的减排政策对全球的影响。各相应情景下，美国减排相对于不减排对全球累积GDP的影响都大于中国的相应影响。例如，美国从2010年开始减排相对于不减排，可以使全球累积GDP增加387 095.3亿美元，而中国从2010年开始减排相对于不减排，可以使全球累积GDP增加342 439.7亿美元。两者相差44 655.6亿美元。其他情景也是如此。

4 结 论

本文通过构建多国气候保护模拟系统，对中美两国不同时间开始减排的影响进行了探索性的研究。主要得到如下结论：

第一，在研究中国减排进入时间的问题时，模拟发现，相对不减排情况，中国在讨论的五个情景里参与减排都会给中国的经济带来损失，而且越早参与减排，GDP损失的越多。其中2010年累积GDP损失228 000亿美元，2015年损失217 693亿美元，2020年为207 764亿美元，2025年为198 207亿美元，2030年为188 959亿美元。

第二，模拟结果显示，世界其他国家都从中国的减排方案中获得了利益。相比中国不实施减排的情况，世界其他国家的GDP都是增加的。各情景下除了其他国家受益最大，第二大受益国家就是美国，然后是欧盟，第四受益国是日本，最后是前苏联。从全球总体来看，在情景1下，相比中国不减排的情景，全球的累积GDP增加了342 440.2亿美元；在情景2下，相比中国不减排的情景，全球的累积GDP增加了311 219.8亿美元；在情景3下，相比中国不减排的情景，全球的累积GDP增加了279 625.7亿美元；在情景4下，相比中国不减排的情景，全球的累积GDP增加了247 707.6亿美元；在情景5下，相比中国不减排的情景，全球的累积GDP增加了215 599.2亿美元。

第三，和讨论的中国进入方案相似，美国实施减排政策与不实施减排政策相比，本国的累积GDP会损失，而世界其他国家累积GDP会增加。

第四，中国和美国的减排政策对世界的影响是有差别的。从对全球累积GDP的影响来看，美国的减排政策对全球GDP的影响要大于中国的减排政策对全球的影响。各相应情景下，美国减排相对于不减排对全球累积GDP的影响都大于中国的相应影响。从对世界温度的影响来看，两国实施减排与不实施减排的影响程度较为接近。中国不实施减排相对于中国实施减排的情况，将使世界的温度上升0.07～009度。而美国如果不实施减排相对于美国实施减排的情况，将使世界的温度上升0.08～009度。

本文用宏观动态模拟的方法分析评价了中美两国不同时间开始实施气候保护政策的影响，然而，在真正实现计算的过程中，也发现了一些值得去进一步考虑和探讨的问题：首先，国家之间的联系在未来模型改进中需要进一步加强。这种联系包括经济贸易的联系，包括碳贸易的联系。其次，减排的成本问题需要进一步研究。气候保护不仅涉及到经济问题，还涉及到自然科学问题。不同的国家，不同的时期，不同的减排量，不同的减排方式，都存在不同的减排成本。在今后的工作中应当进一步完善参数的精确性或进行不确定分析。

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Implementation of CO2

Abatement Policies on Different Time of China

and US Based on Model Simulation

ZHANG Huanbo1，2 WANG Zheng2，3

（1. School of Public Policy & Management, Tsinghua University, Beijing 100084，China；2. Institute of Policy & Management,

CAS, Beijing 100080,China；3. Geocomputation Key Lab of CEDD,

ECNU, Shanghai 200062,China）

Abstract Climate protection is an international issue. The efficiency of climate policy depends on the efforts of all countries. As main carbon emission countries, both China and the United States have important influences in the process of global climate protection. To evaluate the influences, this paper constructs a multicountry climate protection macroeconomic dynamic model. Simulation results show that abatement could make more GDP loss of China in any abatement scenario than that in the scenario in which China never performs climate protection policy. And the other five countries gain benefits from China's abatement. Utility has the same results as GDP. Similar with China's scenario, GDP and utility would lose for the United States in abatement scenario in contrast to the scenario in which the United States never performs climate protection policy. The effect on global temperature of abetment policy for two countries is similar, but the effect on world GDP and utility of the United States abatement policy is larger than that of China.

Key words Climate change；CO2 abatement; policy modeling ; economic growth