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《北京理工大学》 2015年
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气候变化综合评估建模方法及其应用研究

米志付  
【摘要】:中国目前是世界上最大的碳排放国和能源消费国,面临着来自国际和国内的双重减排压力。国际方面,中国碳排放随着经济快速发展呈现出指数增长态势,其碳排放路径对全球2℃目标的实现有着决定性影响。而在国内方面,中国面临着减排难度增大、能源供应不足及环境污染严重等问题。中国提出“一带一路”战略,并创建亚洲基础设施投资银行,一方面为中国节能减排带来新的挑战,另一方面也为能源以及应对气候变化国际合作提供了新的机遇。中国不能重复发达国家工业化阶段无约束排放温室气体的发展模式,要努力探索出一条发展经济与应对气候变化双赢的可持续发展之路。中国在气候变化自然科学研究领域已具备了一定的科学积累,但在社会经济系统影响评估方面仍然相对薄弱,气候变化建模领域的学术前沿主要被西方国家所占据。大多数发达国家都有自己的综合评估模型,它们在制定国家气候政策以及应对国际气候变化谈判中发挥了巨大作用。中国亟需从本国国情出发建立气候变化综合评估模型,为中国应对气候变化提供理论和数据支撑,提高在气候变化领域的话语权。本论文面向国家应对气候变化重大战略需求和气候政策建模研究国际前沿,围绕气候变化综合评估建模方法及其应用展开研究。采用运筹学、计量经济学、博弈论、投入产出分析、多准则决策以及文献计量等理论与方法,分别从全球、国家以及地区三个层次建立气候变化综合评估模型,模拟经济、能源、环境以及气候变化之间的复杂关系,取得以下创新性的工作:(1)将碳配额交易机制引入RICE模型,在同一平台下比较了支付能力、平等主义、祖父原则及历史责任四种气候政策公平性原则对社会经济系统的影响。结果显示,全球合作能有效促进减缓气候变化进程。全球2000-2100年累积CO2排放在非合作博弈情景下是合作情景下的2.29倍。从全球角度看,祖父原则造成的损失最小,但发展中国家的利益受到较大损失。对中国而言,优先选择的公平性原则依次为支付能力、历史责任、平等主义以及祖父原则。中国的“历史责任”和“人均”优势随着碳排放的快速增长正在逐渐减弱。(2)基于投入产出表建立了评估经济、能源与气候变化的动态优化模型——IMEC模型。在社会福利最大化的目标下,综合经济增速、产业结构、能源结构及能源效率等方面,探索了中国的低碳发展路径。中国要实现2030年碳排放峰值目标,GDP年均增速到“十五五”需控制在5%以下,2030年后需低于4.5%。在保证“十二五”-“十五五”GDP年均增速分别不低于7.5%、6.5%、7.5%及4.5%的前提下,中国碳排放最早2026年达到峰值。和碳排放2030年达峰相比,提前达峰可减少1.18–5.40%的CO2排放,但会造成1.41–12.53%的GDP损失。(3)综合碳排放、效率、非化石能源和气候政策四方面,基于15个客观指标构建了气候变化减缓指数(CCMI),评价和解读了中国省级的减缓气候变化政策效果。长江中游地区和南部沿海地区在减缓气候变化方面表现较好,而西北地区的平均表现较差。气候变化减缓指数与能源自给率之间存在负向线性关系,因此资源禀赋在减缓气候变化策略中应该得到重视。此外,气候变化减缓指数与社会发展水平没有显著的线性关系,说明处于不同社会发展阶段的地区都有能力取得较好的表现。(4)基于投入产出模型建立最优化模型,以北京为例评估了产业结构对节能减排的潜在影响,并对比了GDP最大化、能源强度最小化、能源消费量最小化、碳强度最小以及碳排放量最小化五种决策目标对社会经济系统的影响。结果表明,产业结构调整具有较大的节能减排潜力。2010-2020年,北京市产业结构调整具有节约能源39%、减少CO2排放46%的潜力。通过合理的产业结构调整,能源强度可以在不影响经济增长的前提下降低。此外,与强度目标相比,总量目标的节能减排效果更明显,但是对经济增长的负面影响也更大。因此,总量目标与强度目标之间需要合理的平衡。
【关键词】:气候变化 综合评估模型 动态优化 低碳发展 排放峰值 IAM
【学位授予单位】:北京理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:F124;P467
【目录】:
  • 摘要5-7
  • Abstract7-16
  • 缩写和缩略词16-17
  • 第1章 绪论17-57
  • 1.1 研究背景17-23
  • 1.1.1 气候变化是全世界共同面对的挑战17-19
  • 1.1.2 中国面临着巨大的减排压力19-21
  • 1.1.3 中国积极应对气候变化21-22
  • 1.1.4 综合评估模型是气候政策研究的主流工具22-23
  • 1.2 文献综述23-51
  • 1.2.1 气候变化综合评估模型研究现状23-31
  • 1.2.2 气候变化综合评估模型研究热点31-39
  • 1.2.3 气候变化综合评估模型方法39-43
  • 1.2.4 气候政策评价准则43-50
  • 1.2.5 主要启示50-51
  • 1.3 研究的由来、目的和意义51-52
  • 1.3.1 研究的由来51
  • 1.3.2 研究的目的与意义51-52
  • 1.4 研究思路和全文框架52-57
  • 1.4.1 研究思路52-53
  • 1.4.2 主要研究问题及技术路线53-55
  • 1.4.3 论文结构安排55-57
  • 第2章 国际气候政策公平性原则比较:基于改进的RICE模型57-74
  • 2.1 引言57-59
  • 2.2 模型方法59-65
  • 2.2.1 责任分担规则59-61
  • 2.2.2 引入碳配额交易机制的RICE模型61-64
  • 2.2.3 研究框架64-65
  • 2.3 数据来源65-66
  • 2.4 结果分析与讨论66-71
  • 2.4.1 碳排放配额分配67-68
  • 2.4.2 全球CO2排放路径68-69
  • 2.4.3 社会经济影响69-71
  • 2.5 结论及政策启示71-72
  • 2.6 本章小结72-74
  • 第3章 中国碳排放峰值研究:基于IMEC模型74-100
  • 3.1 引言74-76
  • 3.2 排放峰值分析方法总结76-79
  • 3.3 模型方法79-84
  • 3.3.1 研究框架79-80
  • 3.3.2 目标函数80
  • 3.3.3 约束条件80-84
  • 3.4 数据来源84-87
  • 3.5 外生参数设定87-89
  • 3.6 结果分析与讨论89-97
  • 3.6.1 中国2030年碳排放达峰的最优路径89-94
  • 3.6.2 中国碳排放最早达峰年份94
  • 3.6.3 中国碳排放提前达峰的社会成本94-96
  • 3.6.4 灵敏度分析96-97
  • 3.7 结论及政策启示97-98
  • 3.8 本章小结98-100
  • 第4章 中国区域减缓气候变化政策效果评估:基于CCMI指数100-125
  • 4.1 引言100-102
  • 4.2. 模型方法102-109
  • 4.2.1 研究框架102-103
  • 4.2.2 气候变化减缓指数的指标及权重103-107
  • 4.2.3 基于TOPSIS的指标合成方法107-108
  • 4.2.4 区域减缓气候变化的影响因素评估方法108-109
  • 4.3 数据来源109-112
  • 4.4 结果分析与讨论112-122
  • 4.4.1 中国大陆八大经济区域划分112-113
  • 4.4.2 减缓气候变化综合表现113-116
  • 4.4.3 四个领域的表现116-118
  • 4.4.4 各经济区域的标杆省份118-121
  • 4.4.5 资源禀赋及社会发展水平对减缓气候变化政策效果的影响121-122
  • 4.5 结论及政策启示122-123
  • 4.6 本章小结123-125
  • 第5章 区域产业结构调整的节能减排潜力:基于投入产出模型125-139
  • 5.1 引言125-126
  • 5.2 模型方法126-130
  • 5.2.1 研究框架126-127
  • 5.2.2 目标函数127
  • 5.2.3 约束条件127-130
  • 5.3 案例研究130-133
  • 5.3.1 研究区域130-131
  • 5.3.2 数据来源131-132
  • 5.3.3 外生参数设定132-133
  • 5.4 结果分析与讨论133-136
  • 5.4.1 产业结构调整可以大幅降低能源消耗和碳排放133-134
  • 5.4.2 低能源强度和低碳强度的产业发展较快134-136
  • 5.4.3 能源强度可以在不影响经济增长的前提下降低136
  • 5.4.4 总量目标比强度目标的节能减排效果更明显136
  • 5.5 结论及政策启示136-137
  • 5.6 本章小结137-139
  • 第6章 全文研究结论与展望139-142
  • 6.1 主要研究结论139-140
  • 6.2 主要创新点140-141
  • 6.3 研究局限与未来展望141-142
  • 参考文献142-169
  • 附录169-173
  • 附录A 代表性气候变化综合评估模型介绍169-170
  • 附录B 论文中RICE模型的主要参数170-171
  • 附录C 论文中RICE模型的碳循环模块171-172
  • 附录D 计算CO_2排放的相关系数及数据来源172-173
  • 攻读学位期间发表的论文与研究成果清单173-176
  • 致谢176-179
  • 作者简介179

【共引文献】
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