气候变化情景

气候变化情景（Climate change scenario，或称社会经济情景socioeconomic scenario），是分析师所做的不同温室气体排放预测，用来评估因此所造成的气候变化脆弱性。

科学家们建立情景和路径，用来研究各种长期变化模式，并探索人类施行缓解措施的有效性，以帮助我们了解世界未来的状况，而能预见将来人类环境系统的模样。创建情景，需要加入各式数值资料，包括未来人口水平、经济活动、治理结构、社会价值和技术变革模式。电脑经济模型和能源系统模型（例如World3或POLES两种）可针对此类驱动因素产生的影响予以量化，再做分析。

科学家可开发出各自独立的国际性、区域性和国家的气候变化情景，以协助利益相关者了解哪类决策可在执行缓解或是调适的行动中产生有效的影响。大多数国家在制定调适计划或根据《巴黎协定》而提出国家自订贡献时，均会委托进行情景研究，以了解可用资源及设想状况，再往下一步迈进。

通过联合国政府间气候变化专门委员会 (IPCC)、巴黎协定和可持续发展目标 13（“采取紧急行动应对气候变化及其影响”）等而设定的国际性缓解气候变化目标，就是经审查过这类情景后所做。例如于2018年发布的《IPCC全球升温1.5ºC特别报告》与2014年发布的IPCC第五次评估报告 (AR5) 和2015年签订的巴黎协定（内含国家自订贡献）相比，就采用更多更新过的温室气体排放模型。

## 温室气体排放情景

### 全球情景预测

这些情景可被当作是未来会发生的故事情节。把难以量化的因素（例如政府治理、社会结构和制度）以描述方式表达。研究人员Morita等人在探讨全球未来的科学文献中探索，他们发现情景的模样众多，包括不同可持续发展的变体，也包括社会、经济和环境系统崩溃的情况。在大多数的探索中，发现有以下关系：

- 温室气体排放上升：此与因全球化而发生持续增长的后工业经济情景有关，主要是政府少干预，竞争普遍高涨的后果。各国内部收入平等性转弱，但在社会公平性或国际收入平等性方面并无明确的模式。
- 温室气体排放下降：在此类情景中的一些，有国内生产毛额（GDP）上升的情况，而其他情景则显示经济活动在生态可持续水平上受限。排放量下降的情景中显示政府在经济上干预程度很高。大多数情景显示各国内部和国际间的社会公平和收入平等有所改善。

Morita等人（2001年）的报告指出，这些关系并非因果关系的证据。

在经济活动和温室气体排放之间的关系中并没明显的模式。经济增长与增加或减少温室气体排放量均能相容。在减少温室气体排放情景下，是经提高能源效率、转向非化石能源和/或转向后工业经济（以第三产业为主）来达成。

### 发展趋势

在建立情景中，一个重要的考虑因素是开发中国家的社会和经济发展将如何进展。当此类国家采取与当前已开发国家相同的发展道路，会有导致排放量大增的结果。排放不仅取决于经济增长率。其他因素包括生产系统的结构变化、能源等部门的技术模式、人类定居点和城市的地理分布（此会影响例如交通运输需求）、消费模式（例如住房模式、休闲活动等）和贸易模式（贸易保护主义的程度和建立区域贸易集团会影响到技术的取得）。

### 基线情景

基线情景用来与替代情景（例如缓解情景）进行比较，作参考用。研究人员Fisher等人在评估基线情景的科学文献时发现对二氧化碳排放的预测，有相当广阔的范围。美国的火力发电厂每年排放约24亿吨二氧化碳，约占全国总排放量的40%。美国国家环境保护局（EPA）已采取重要步骤去制定标准，要求汽车和卡车的碳污染到2025年减少近一半，也提出限制新火力发电厂碳排放的规范。

影响这些排放预测的因素有：

- 人口预测：当所有其他因素均为相同时，较低的人口会产生较低的排放量。
- 经济发展：经济活动是能源需求和温室气体排放的主要驱动力。
- 能源使用：未来能源系统的变化是温室气体排放的基本决定因素。
- 能源强度：每单位GDP的一次能源供应总量 (total primary energy supply，TPES)。

在所有基线情景评估中，预计能源强度会在21世纪内显著改善。但根据Fisher等人于2007年的报告，预测能源强度的不确定性范围很大。

- 碳强度：每单位TPES的二氧化碳排放量。Fisher等人的报告提出，与其他情景相比，在没把气候政策列入考虑的情况下，碳强度将会维持在较为稳定的状态。预测碳强度的不确定性范围很大，在范围的高端，一些情景包含的预测有：不会产生二氧化碳排放的能源技术将在没气候政策的情况下变得具有竞争力。这些预测是基于化石燃料价格上涨和无碳能源技术快速演进的假设。碳强度改善不高的情景与广泛使用化石燃料、阻止煤炭消费力道不足或缺乏不用化石燃料的技术发展的情景相吻合。
- 土地利用变化：土地利用变化在气候变化中发挥重要作用，会影响排放、碳截存和太阳辐射反照率。土地利用变化的主要驱动力之一是粮食需求。而人口和经济增长是粮食需求的最重要驱动力。

## 定量排放预测

目前已有范围广泛的温室气体排放定量预测。“SRES”情景是种“基线”排放情景（即假设未来不会进行任何限制排放的工作），并且在科学文献中经常使用（参见IPCC排放情景特别报告）。

### 个别研究

由国际能源署（IEA）于2004年发表的年度世界能源展望提供的参考情景，预测未来与能源相关的二氧化碳排放量，估计从2002年至2030年间排放量会增加62%。此估计介于SRES A1和B2情景两估计值的+101%和+55%之间。在2007年IPCC第四次评估报告中包含有研究人员Sims等人撰写的资料，把到2030年的几种基线和缓解情景做比较。基线情景包括IEA的2006年世界能源展望 (WEO 2006) 的参考情景、SRES A1、SRES B2和ABARE（Australian Bureau of Agricultural and Resource and Economics and Sciences）参考情景。缓解方案包括WEO 2006替代政策、ABARE全球技术和ABARE全球技术 + CCS（碳捕集与封存）。预计2030年与能源相关的总排放量（以吉吨（10亿吨）二氧化碳当量（GtCO2-eq）衡量），在IEA WEO 2006参考情景中为40.4吉吨二氧化碳当量，在ABARE参考情景中为58.3吉吨二氧化碳当量，在SRES A1情景中为52.6吉吨二氧化碳当量，在SRES B2情景中为37.5吉吨二氧化碳当量。IEA WEO 2006替代政策情景的减缓情景排放为34.1吉吨二氧化碳当量，ABARE全球技术情景为51.7吉吨二氧化碳当量，ABARE全球技术 + CCS情景为49.5吉吨二氧化碳当量。

研究人员Garnaut等人 (2008年)的报告中对2005-2030年期间化石燃料的二氧化碳排放量做过预测。在此段期间内，如果“一切照旧，不采任何缓解措施”的年度预计增长率为3.1%。相较之下，化石燃料密集型SRES A1FI排放情景增长率为2.5%，SRES中位数情景增长率为2.0%（所谓中位数，由Garnaut等人（2008年）定义）， SRES B1情景增长率为1.6%。Garnaut等人（2008年）在报告中还参考同期的其他预测：美国气候变化科学计划（最高2.7%，平均2.0%）、国际货币基金组织（IMF） 2007年世界经济展望（2.5%）、能源建模论坛（最高2.4%，平均1.7%），美国能源信息署（2.2%（高），1.8%（中），1.4%（低）），IEA的2007年世界能源展望（2.1%（高），1.8（基本情况）），以及 DICE模型的基本情况（1.3%)。

IEA出版的《2011年世界能源展望》的核心情景预测全球与能源相关的二氧化碳排放量将持续增加，于2035年达到36.4吉吨二氧化碳当量。与2010年相比，增加20%。

### 联合国环境署2011综合报告

联合国环境署（UNEP）于2011年的综合报告中根据不同的政策决定，预测到2020年世界排放量发展状况。UNEP为编写此项报告（UNEP (2011)）而邀请来自15个国家/地区的28个科学团体的55名科学家和专家提供意见。

假设没新的减排措施或基于“一切照旧”的假设趋势，预测显示2020年全球排放量为56吉吨二氧化碳当量，范围为55-59吉吨二氧化碳当量。采用不同的基准，即使以最高标形式去履行对哥本哈根协议的承诺，预计到2020年全球排放量仍为50吉吨二氧化碳当量。维持目前的趋势，特别是在低标形式的情况下，预计到本世纪末全球气温将升高3°C，估计将会带来严重的环境、经济和社会后果。例如气温升高和由此产生的蒸发散会导致更大的雷暴和更高的暴洪风险。

其他预测把《联合国气候变迁纲要公约》（UNFCCC）缔约方为应对气候变化而提出政策的影响列入考虑。采取更严格的排放限制措施会让2020年全球排放量达到49-52吉吨二氧化碳当量，中位数估计为51吉吨二氧化碳当量。假设限制排放不那么严格，2020年全球排放量会在53-57吉吨二氧化碳当量之间，中位数估计为55吉吨二氧化碳当量。

## 国家气候（变化）预估

所谓国家气候（变化）预测（也称为“国家气候情景”或“国家气候评估”）是专门的区域气候预测，通常专为个别国家制作，或是由其自行制作。国家气候预测与其他气候预测的区别在于它们由个别国家政府正式签署，当作国家调适规划的基础。这类气候预测通常由各国的国家气象部门或从事气候变化研究的学术机构经历多年的制作而成。

这类预测通常作为单一产品发布，把来自多个气候模型的信息浓缩，使用多个温室气体排放路径（例如代表性浓度路径（RCP））来描述不同，但属于连贯的气候预测。这样的产品通过使用叙述、图表、地图和甚至是原始数据来凸显可能的气候变化。气候预测通常可供政策制定者、公共和私人决策者以及研究人员公开获取，以进行进一步的气候影响研究、风险评估和气候变化调适研究。这些预测会每隔几年纳入新的科学见解和改进过的气候模型来更新。

### 目的

国家气候预测为一国未来为多变的气候变化做描述，会使用多种排放情景，列出不同的全球缓解措施对变量的影响，包括温度、降水和日照时数。气候科学家强烈建议采取多种排放情景，以确定所做的决定在不同变化情况中均能稳健表达。国家气候预测构成国家气候变化调适和气候韧性计划的基础，并会向UNFCCC报告，也用于IPCC的评估报告中。

### 设计

为探索各种可能的气候结果并增强对预测的信心，国家气候变化预测通常由多个大气环流模型 (GCM) 生成。这种气候集合可采用扰动物理集合 (perturbed physics ensembles，PPE)、多模型集合 (multi-model ensembles，MME) 或初始条件集合 (initial condition ensembles，ICE) 的形式。由于潜在的GCM的空间分辨率通常相当粗糙，因此经常会使用区域气候模型 (regional climate models，RCM) 动态式或是统计式来浓缩预测。一些预测会包括超越国界的数据，例如为跨界河流流域整体做全面评估。一些国家还为较小的行政区域制作更为当地化的预测，例如美国的州和德国的邦。

各国根据利益相关者的反馈和/或与其互动而制定国家气候预测。这类工作有助于符合利益相关者的需求而定制气候信息，包括提供特定部门的气候指标，例如暖房度日数。以往此类参与形式包括有调查、访谈、演示、研讨会和使用范例。此类互动不仅有助于提高气候信息的可用性，也促进有关如何在调适项目中使用气候信息的意见沟通。有趣的是对英国、荷兰和瑞士气候预测的比较，揭示在不同国家中利益相关者对不同参与方式，以及对气候模型产出资料的浓缩和传达方式的偏好。

### 范例

超过30个国家在最近提交给UNFCCC的国家信息通报（National Communications to UNFCCC）中揭示国家自身的气候预测/情景。许多欧洲国家政府也资助建立国家气候变化信息门户网站。

- 澳大利亚：CCIA
- 美国加利福尼亚州：Cal-Adapt
- 荷兰：KNMI'14
- 瑞士：CH201130 / CH2018 / CH2018
- 英国：UKCP09 / UKCP18

对于缺乏足够资源来开发自己气候变化预测的国家，联合国开发计划署（UNDP）或粮农组织（FAO）等组织会提供资金协助其开发预测和国家适应计划 (NAPA) 的工作。

### 应用

国家气候预测被广泛用于预测气候变化对各项经济部门产生的影响，并为气候变化适应的研究和决策提供信息。其中不同部门的案例有：

- 能源
- 水资源
- 农业与林业：气候变化对农业的影响
- 水产业
- 生态系统和生物多样性：气候变化对海洋的影响、气候变化对陆生动物的影响、气候变化对植物多样性的影响
- 健康：气候变化对人类健康的影响
- 运输
- 海岸地区
- 旅游业
- 保险
- 基础设施
- 市区与环境
- 减灾
- 人口迁徙（跨越许多国家，并与国家边境管制、移民政策和气候变化调适相关）

### 比较

目前有针对一些国家（尤其是在欧洲的）的气候预测进行过详细的比较。

## 全球长期情景

研究人员在2021年发现当前在研究和决策中广泛采用的仅为预测到2100年温室气体排放的影响，有短视的问题。如建模把预测推到2500年，会发现如果未有迅速的缓解措施，气候变化的影响会在2100年后更为快速，因此该把预测政策框架拓展到2100年之后。

根据RCP6.0温和-高排放情景，全球在2100年及2500年适合不同粮食作物生产的区域。

要能减少温室气体排放将需进行许多重大转变：包括大量减少使用化石燃料，尽速生产和分配低排放能源，转向各种其他能源供应者，也许最重要的是要节约能源，并提高能源效率。如果仍继续使用化石燃料，任其排放温室气体进入大气，而想减缓气候变化，无异缘木求鱼，徒劳无功。

## 缓解情景

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在气候变化缓解情景中，人类通过有意的行动（例如全面以再生能源取代化石燃料）来减缓全球变暖。这些行动可最大限度降低温室气体排放，而限制气候变化的不利后果。使用这类情景，可在不同级别的全球愿望框架内检查不同碳定价对经济的影响。

一个典型的缓解方案可选择一个长期目标来构建，例如期望达成的大气二氧化碳浓度，再根据目标采取行动，例如对全球和各国温室气体净排放量设定上限。

根据大多数定义，全球气温上升超过2°C将会构成危险，且让人无法忍受的气候状况，而根据《巴黎协定》，则期望各国共同努力将温度上升限制在不超过第一次工业革命之前水平的1.5°C以内。

### 气候稳定楔

所谓稳定楔（stabilization wedge，或简称为“楔（wedge）”）是种逐步减少排放量的行动，随时间演进，造成减排和未减排轨迹之间的三角形差距。例如，由于效率提高而导致电力需求减少，表示需要的电力更少，因此产生的排放量也会更少。Stabilization Wedge的名称源自气候稳定楔的团体减排教育游戏。稳定楔可比拟为如下的缓解行动：部署20万台单位发电容量为10兆瓦（MW）的风力发动机、全面停止毁林，并于3亿公顷的土地上植树、全球所有建筑的平均能源效率提高25%，或在800家大型燃煤电厂安装碳捕集与封存设备。设计此种理论的两位美国研究人员史蒂芬·帕卡拉与劳勃特·H·索科洛在报告中提出，按照目前的技术，到2050年需设置7个楔子才能在减缓气候变化的工作中产生重大影响。但另有消息来源估计需要14个楔子，因为根据两位研究者的提议，只会将二氧化碳排放量稳定在当前水平，而非把大气中二氧化碳浓度稳定，浓度每年仍会增加超过2ppm（百万分点浓度）。索科洛于2011年将他们早先估计的楔由7个增为9个。

### 二氧化碳的目标浓度

会导致地球气候变化的因素（无论是变冷还是变暖），通常用其对地球能量收支产生辐射强迫或不平衡来描述。现在和未来的人为二氧化碳被认为是这种强迫的主要成分，其他成分通常会以产生相同量级辐射强迫的“ppm二氧化碳当量”（ppm CO2e）或二氧化碳浓度增量/减少来表示。

#### 450ppm

IEA于2008年出版的能源技术展望蓝色情景（BLUE scenarios）描述大气中二氧化碳浓度达到450ppm长期浓度的路径。美国气候专家约瑟夫·罗姆概述该如何应用14个楔子来达成此一目标。

与上述相关的2008年世界能源展望还描述一个“450政策情景”，提起到2030年的额外能源投资比参考情景（Reference Scenario）会高出9.3兆美元。所谈的情景还包括中国和印度等主要经济体将于2020年后参与原先仅在经合组织（OECD）和欧盟国家实施的全球碳排放限额与交易计划。此外，这项不太保守的450ppm情景要求广泛部署二氧化碳移除（CDR）设施。根据IEA和OECD的说法，“实现这种较低的浓度目标 (450ppm) 在很大程度上取决于采用生物能源与碳捕获和储存（BECCS）的做法”。

全球在2022年的二氧化碳浓度为417.06ppm。

#### 550ppm

这550ppm上限是经济学家尼古拉斯·斯特恩为英国政府撰写的《斯特恩报告》中提倡的目标。根据对气候敏感性的传统估计，大气中二氧化碳水平相对于工业化前时期大约增加一倍，即表示气温约会升高3°C。帕卡拉与索科洛列出15个“楔子”，其中任何7个组合应该足以把二氧化碳水平维持在550ppm以下。

IEA2008年世界能源展望报告描述世界能源未来的“参考情景”，“假设除2008年年中已采的政府政策之外，并没新的政策”，然后在“550政策情景”中采用进一步的政策，包括“限额与交易计划、经济部门间协议和国家措施”的混合体。在参考情景中，从2006年到2030年，全球在能源供应基础设施上的投资为26.3兆美元，在550政策情景中，这一时期又额外支出4.1兆美元，主要用于提高效率，而从中节省超过7兆美元的燃料成本。

### 其他温室气体

其他温室气体浓度按二氧化碳当量汇总。研究人员Meinshausen等人建模来模拟一些多种气体减缓情景。

#### 短期关注重点

研究人员汉森（Hansen）等在2000年发表的一篇论文中，认为在过去100年全球平均温度上升主要是由二氧化碳以外的温室气体所驱动，因为二氧化碳引起的变暖已被气胶降温，表示初始该采取减少非二氧化碳温室气体和黑碳排放的战略，而对减少二氧化碳排放该采长远的做法。

学者Veerabhadran Ramanathan和Jessica Seddon Wallack两人在2009年9月/10月版的《外交事务》（专攻美国国际事务及外交政策的杂志）中也提出此一观点。

## 外部链接

- National climate change vulnerability and risk assessments in Europe, 2018
- Climate-ADAPT portal (large selection of European studies using national climate projections)
- UNDP Climate Change Country Profiles - Introduction ; UNDP Climate Change Country Profiles (61 countries)