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    [Newsletter]深度減碳下的沙盤推演-全球情境分析

     

    文/黃翰榆 風險社會與政策研究中心助理研究員

    前言

      欲達成世界深度去碳的零碳排目標,需要透過全球緊密合作,一同更深入的討論各國在本世紀中葉時如何達成。而「深度去碳路徑計畫」(Deep Decarbonization Pathways Project, DDPP)的開啟,也是希望藉由深入研究來產出各國溫室氣排放減量的路徑(DDPP, 2014),各國可以基於各自國內不同情況與發展,有效規劃與執行減碳策略。同時,各國在政策上也需要尋求可行的路徑,而部門之間因職掌業務層面不同,會使得未來發展與因應策略皆有所不同,進而需要比較與分析。情境研究的出現讓各國在深度減碳的路徑上,可針對不同的情境提出相對應的關鍵策略作為達標的工具。以德國為例,在其DDPP報告中藉由帶入假設的數據(GDP、人口、經濟推估、能源政策等),以不同的情境預測出溫室氣體排放情形(Kemfert et al., 2015: 8)。在日本方面,於其「深度去碳路徑計畫」的報告中,利用三種不同的情境(核能占比調配)來評估未來能源與排碳密集度的變化。由此可見,各國在評估減碳目標過程中,都很注重情境的探討。

      然在全球氣候政策討論上,也需要全球溫室氣體排放路徑的未來情境進行評估,政府間氣候變化專門委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)於2000年發表「未來溫室氣體排放情境特別報告」(Special Report on Emissions Scenarios, SRES),從4個主要情境(A1, A2, B1, B2)考量經濟、人口、工業、環境、全球性、區域性發展等因子,並提出數種可能溫室氣體排放的趨勢於第四次評估報告中(AR4)。然而,考量到上述各項因子的數據更新、新的因子(空氣污染、大氣組成等)、整合評估模型(Integrated assessment models, IAM)的更新、排放源分布更加分散、排放數據的空間解析度、氣候模型(Earth System Model、Climate Model)推演的資料與其他衝擊與調適面研究(Impacts, Adaptation, and Vulnerability models)的需求,給予使用者演繹不同的情境,來因應更多不確定因素。(UNFCCC, 2015; Moss et al., 2010; Bowerman et al., 2011; van Vuuren et al., 2011; O’Neill et al., 2014)。

      因此在IPCC第五次評估報告(AR5)中改以「代表濃度路徑」(Representative Concentration Pathways, RCPs)取代舊有情境。四種新的情境(RCP8.5, RCP6.0, RCP4.5, RCP2.6)分別由四組不同模型(Riahi et al., 2011; Masui et al., 2011; Thomson et al., 2011; van Vuuren et al., 2011)模擬出。其中路徑名稱所指的是濃度的變化歷程(包含人類活動造成的影響),並以輻射作用力(radiative forcing)在2100年與1750年之間的差異量當作指標性的數值來區分之。被命名為RCP2.6的情境意味著每平方公尺的輻射作用力在2100年增加了2.6瓦,並涵蓋上述考量層面。

      同時,有鑑於RCPs尚未如先前SRES中的情境模擬中,考量人口、經濟與科技發展等社經發展(socioeconomic development)相關因子,並需要一起評估土地使用與氣候政策對於情境模擬、排放量的影響。因此,跨國氣候變遷研究團隊自2011年起著手建構「共享社會經濟路徑」(Shared Socioeconomic Pathways, SSPs),用於結合RCPs進行氣候政策評估等用途(Kriegler et al., 2012)。

    共享社會經濟路徑(SSPs)內容簡介

      「共享社會經濟路徑」(以下簡稱SSPs)主要包含兩大要素,一個是敘述性的故事情境,另一個則是透過數據量測資料搭配整合性模型(IAM)來進行社經發展模擬。SSPs最主要的功能在於,透過情境模擬來評估政策施行後對社會與經濟面向的影響,並且提供給不同領域的研究者從各自的專業,去審視或比較各類型政策的有無,如何改變初始設定的社經與環境條件(van Vuuren et al., 2014)。因此,濃度路徑、人口資料、經濟成長與政策執行等資料都會進入整合性評估中,去模擬或描述氣候與人類的未來發展,不同的資料會模擬出多種不同的路徑,路徑之間各自獨立不互相影響。考慮到此工具主要聚焦於政策回饋與提供開放使用,SSPs本身的設計中並未將氣候本身的變化、氣候變遷對環境帶來的影響與新氣候政策的發明等因素放入(Kriegler et al., 2012)。

      SSPs推演主要分成5大步驟(Riahi et al., 2017)流程說明如下:

      1.情境敘述的設計:
       主要提供每個SSP的基礎邏輯演進與故事,設計上也須考慮到一些社會與經濟變化是不能被模型模擬所描述的情況。

      2.情境的擴展:
       根據模型模擬欲納入的因子,來描述主要SSP的質性特徵和情景假設。

      3.情境的驅動:
       根據量化模型模擬下的兩大驅動因素(scenario drivers):人口和經濟,來闡述SSP的基本要素。

      4.基礎情境發展(SSP baseline scenarios):
       運用整合評估模型(IAMs)的推演成果,來描述在基礎情境中能源系統、土地溫室氣體和空氣污染物排放的發展情況。

      5.推演加入氣候政策後的情境:
       最後透過整合評估模型(IAMs)來模擬執行減緩策略(mitigation)後的情境(詳細的方法會於下一章節中敘述)。

     

      然而,上述的步驟比較近似於SRES推估情境的正演(forward approach)方式,將各種關鍵驅動因素放入模擬中來繁衍未來世界可能的情境。除此之外,也可從SSPs的模擬成果進行逆推(inverse approach),辨識出影響情境變化的關鍵社會經濟因素,藉此在規劃與設計氣候政策上能聚焦關鍵重點。

      同時,考量到SSP本身的設計在評估氣候政策的執行難易上是否足夠,以及當延伸到其他氣候變遷研究(例如:Impact/Adaptation/Vulnerability)有何限制。Kriegler et al. (2012) 提出以二維的方式,分別從執行調適與減緩的難易度來探討SSP情境設計的限制,並根據XY軸高低劃分出了四種情境。如圖1所示,Y軸代表減緩的挑戰難易度(越往上代表缺少氣候政策時,排放量越高、科技發展越高與更難以減少溫室氣體排放),X軸則代表調適的挑戰難易度(越往右代表缺少氣候政策時,環境脆弱度越高與難以適應氣候變遷)。接下來,科學家則參考SRES四種情境,透過專家諮詢的方式,以質性的敘述四種情境故事,再劃分出第五種介於難易程度中間的情境(O’Neill et al., 2014)。最後,再根據人口、人類發展、經濟、生活型態、政策與機構、科技、環境與自然資源等基本要素與驅動因素的真實情況,完整敘述了五大情境基礎邏輯演進與故事(O’Neill et al., 2017),以下簡要對應各項情境於氣候策略難易度與整理各項情境故事如表1與圖1。

    圖1:五大情境標題簡述與氣候政策難易度
    資料來源:Bauer et al., 2017

     

    表1:五大情境基礎邏輯演進與故事簡述
    表1
    資料來源:本文製作

     

      換句話說,透過辨識上述各項基礎因素與搭配氣候政策的難易執行程度,有助於透過情境推估更多未來的不確定性、人類活動對於環境的影響並採用適合自身情形的因應策略。

    共享社會經濟路徑(SSPs)在減碳上的運用與其他幫助

      根據五大情境不同,不同的減碳或氣候政策便可以搭配,其中SSPs模擬後續最重要的部份便是納入有減緩政策的情境。考量到各項資源花費與排放減量目標的不同,在設計氣候政策上會給予不同的假設(shared climate policy assumptions, SPAs),在一定的時間範圍內考量經濟部門與土地使用部門對於排放的影響(Riahi et al., 2017),其重點簡述如下:

      1.SSPs與SPAs的鏈結在於強調每個情境主要面臨的減緩挑戰難易程度不同,問題面向也不同。

      2.根據每個SSPs的基礎邏輯演進與故事,去連結與設計適宜的減緩策略來因應每個情境主要面臨的挑戰(例如:同樣的策略方針對於不同領域、部門與情境的成效不同,甚至要針對特定部門提出策略)。

      3.這樣的設計在進行模型分析時,給予使用者更多的彈性去選擇不同的政策工具加入整合性評估當中。

      SPAs主要是針對不同的情境,描述情境中氣候政策執行的有效性或是嚴謹度。整體來說,SPAs主要考量到政策同步或接軌全球的情況與有效管控土地上的排放量。舉例來說,五大情境下氣候政策分別在2020年後有不同的執行成效,其中,SSP1與SSP5情境中,全球性的氣候政策能夠有效管理能源與工業部門的排放量。與此相反,SSP3因為各國(各區域)聚焦於資源爭奪與安全等議題,對各自為政的結果讓全球性的氣候政策執行上可能面臨失敗的風險。

      而SSPs推演的氣候策略情境,更是做為各國與跨國組織衡量減碳目標與氣候協定的工具使用。同時,也做為各方利益團體、科學家等檢驗上述目標與分析的工具之一。在影響二氧化碳排放方面,諸如人口、收入、能源效率、低碳能源發展占比都是影響因素之一。舉例而言,SSP1情境強調使用環境友善的科技,並溫和地逐漸變成使用資源密集度低的生活方式,並在全球合作的基礎上,具有一個經濟穩定增長,人口在本世紀下半開始遞減的世界(van Vuuren et al., 2017)。另一個SSP2情境,則是反映了世界現況持續延伸到未來的情境,二氧化碳排放量持續上升,並預計於本世紀末全球增溫約達攝氏四度,在執行減緩與調適策略的困難度上都居於中間。根據Fricko et al. (2017)的研究成果,推估各情境欲達到各項氣候目標(代表濃度路徑,RCPs)所必須花費的經濟成本來看(如圖2),顯見SSP1情境時減量成本對總體經濟影響比例為0.76%,只需SSP2情境的一半,就可以達到同樣的氣候目標。而在SSP3區域分化情境下,即使2030年的碳價提升至每噸59美元以上,都無法達成抑制增溫在攝氏兩度以下的目標。由此可見,除氣候政策外,整體社會、經濟與制度的發展,亦對能否達成減量目標具有決定性的作用。

     

    圖2:各情境達成不同增溫幅度時的減量總成本
    資料來源: Fricko et al., 2017

     

      在其他運用方面,空氣污染對於生態系統與人類健康的危害影響甚鉅,Rao et al. (2017)透過針對SSPs五大情境分組後,對應高、中、低三種污染嚴重程度時,發現SSP3與SSP4情境的污染物(二氧化硫與氧化氮)排放密集度超越經濟合作暨發展組織(OECD)所預估的標準。倘若世界依照SSP1的情境發展,透過科技發展與共同的氣候行動確實可以有效降低污染程度。另外,透過SSP的分析發現經濟的富裕與化石燃料的大量使用,會加重用水的需求。建議在規劃策略時,搭配不同的水資源策略可形成綜合效應,能降低灌溉用水的需求,又能減少溫室氣體排放量。因此,在設計氣候政策時,也必須將水資源策略(特別是灌溉用水)的納入考量(Mouratiadou et al., 2016)。

    共享社會經濟路徑(SSPs)在臺灣應用的可行性

      跨國氣候變遷研究團隊有鑑於SSPs主要應用於全球尺度的科學研究,而更希望SSPs成果也能提供給地方(區域)、次國家層級的氣候變遷影響、調適與脆弱度相關研究參考,而在思考如何將區域、國家與全球尺度的數據資料進行鏈結。為此,Absar et al.(2015)嘗試從全球尺度的情境逐漸分出降尺度的情境,根據前人經驗採用由上而下(Top-down)的路徑,並使用情境發展方法中的嵌套法(Nesting approach)與架構(Factor–Actor–Sector framework)以1對1的方式,外插(Extrapolating)出國家層級與地方層級的情境,並比較不同成果。結果可見,受到不同世界趨勢的影響(不同全球尺度的SSP情境),國家在水資源的政策投入與資源分配上有明顯的差異(SSP1注重水與生態系統管理,SSP5則針對使用端發展因應策略)。整體來說,在推演小尺度情境的過程中主要的困境如下:

     1.需要辨識三大故事元素

      (1) 因素(Factor):人口、全球化、經濟、科技、土地使用、生物多樣性等。
      (2) 行動者(Actor):公共機構、私人機構與社會。
      (3) 機構部門(Sector):能源、水、農業、林業、運輸、教育、健康等。

      然而,受到不同的國家與地方受到文化、歷史背景與環境等因素影響,上述要素必然有所差異。

     2.資料的缺乏

      在推演次層級的情境時,目前只能仰賴過去的地方、次國家情境研究成果,同時在文獻回顧上需要去尋找符合SSPs五大情境下的地方情境敘述、經濟成長與科技發展等情境與數據資料,資料獲取十分困難。

      而我國在氣候變遷與情境研究方面,科技部已推動臺灣氣候變遷推估與資訊平台建置計畫(TCCIP)1 ,產製國內外的氣候變遷推估資料的分析與降尺度資料,提供科研社群最完整的臺灣氣候資料,其中亦包含四種「代表濃度路徑」(RCPs)的探討與開發後續政策的評估系統(臺灣氣候變遷調適科技知識平台,TaiCCAT)2但是,上述評估與討論並未納入社會與經濟發展層面。考量到,目前在國家層級上的各機構部門(Sector)與因素(Factor)資料較為完整,或許我國可以初步利用SSPs先推演出自身的情境,來進行分析。若我國能按照SSP1的情境發展,就可以在減碳上減少更多經濟成本與花費。

      然而,面對未來城市、區域性組織以及社區等網絡連結越來越緊密的時代,物聯網等科技發展逐漸提高地方、區域的自主性,或許SSPs的下一步發展應著重於發展小尺度或是次城市層級的情境給在地居民或城市首長參考。

    結論
      綜觀而言,從國際趨勢發展與SSPs情境研究的回顧中,我們可以發現在推動氣候政策與深度減碳策略上不應只侷限在能源與用電部門,而是應該將人口、經濟、科技、教育等不同因素與社會網絡都列入執行策略的目標中。同時,決策者在思考能源轉型與低碳發展時,也並非只有綠能科技與能源效率發展,需要更廣泛的思考,將國家、經濟、社會及自然環境之間進行連結,共同引導公民凝聚這樣的變革信念,把整個社會都帶向新的技術與制度。
     

    註解:

    [1]科技部(2010),臺灣氣候變遷推估與資訊平台建置計畫(TCCIP),https://tccip.ncdr.nat.gov.tw/v2/index.aspx 2017/11/5檢索。

    [2]科技部(2011),臺灣氣候變遷調適科技知識平台(TaiCCAT),http://taiccat.ncu.edu.tw/main.php 2017/11/5檢索。

     

    參考資料


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