氣候變遷小辭典:高排放「RCP8.5」全球暖化推估情境

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專家認為RCP8.5情境不能算是「一切照舊」,沒有任何減排政策會導致的結果,但可視為高碳排的最壞情況。

(Source: Beyond Coal & Gas Image Library on Flickr, CC BY 2.0)

 

原文Carbon Brief (CC BY-NC-ND 4.0)

翻譯楊竣文 

 
編按:在今年IPCC海洋特別報告中,多次提到所謂暖化推估情境(RCPs)。要看懂氣候報告,必須先了解這些名詞縮寫係蝦米,低碳生活部落格特別翻譯Carbon Brief網站專業解釋文,讓大家不再霧裡看花。
 
當今關於未來氣候影響的研究,多數聚焦在「RCP8.5」暖化推估情境。該高碳排情境常被稱作「一切照舊」(business as usual),意指社會沒有付出任何減少溫室氣體排放努力的結果。

 
在這篇文章中,Carbon Brief檢視RCP8.5隱含的排放情境如何發展,以及它如何被使用在文獻與媒體當中。根據開發RCP8.5的研究者,RCP8.5有意成為「非常高基線排放情境」,相當於當今可取得的無政策基線情境(no-policy baseline scenarios)之90%位置。
 
近年來,許多研究者批評RCP8.5採用的排放情境(emissions scenarios),是假設未來出現高度排放及大幅增長的煤炭使用。同時,一組新的未來推估情境,「共享社經途徑」(the Shared Socioeconomic Pathways, SSPs)因此被提出,替未來缺乏氣候政策的地球可能的樣貌提供一個更寬闊的視角。
 
RCP8.5的創造者沒有意圖呈現近似「一切照舊」的結果,並強調該推估情境「沒有附加偏好」於任一特殊情境。看到後續引用顯示,能源系統建模者與氣候模型社群的溝通間存在某種斷層。

 
雖然模擬推估最壞情況的結果很重要,不過也需要檢視大部分會導致未來較低排放的無政策基線結果。

 

代表性濃度途徑(The Representative Concentration Pathways, RCPs)

 
呈現未來氣候變化需要評估許多不確定性。有些與氣候系統相關,例如氣候對於大氣中增加的溫室氣體有多敏感。其他則有關氣體排放量,利用能源系統模型模擬不同的未來排放情況。

 
為了嘗試獲得一系列未來可能排放,能源系統建模者過去使用「整合評估模型」(integrated assessment models, IAMs),模擬未來能源科技和氣體排放。科學家運用這些模型所產生的排放情境,建立複雜氣候模型模擬未來氣候變化。當現代氣候模型大量仰賴電腦,可使用的未來排放推估情境數量往往受到相當的限制。

 
幾十年來,氣候研究已經發展許多不同情境。然而,作為驅動氣候模型研究的標準,且被政策制定者與公眾大量引用的版本包括:

  • 用在政府間氣候變化專門委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)第二評估報告(SAR)6IPCC 1992(IS92)情境;
  • 用在IPCC第三(TAR)、第四評估報告(AR4)的特殊報告之6項排放推估情境(Special Report on Emission Scenarios, SRES)
  • 用在IPCC 第五評估報告(AR5)4RCP情境;
  • 用在未來IPCC第六評估報告(AR6),正在發展基於「共享社經途徑(SSPs)」的9項強制情境(forcing scenarios)
 
在未來的排放情境中,氣候建模者與能源系統建模者的需求有所不同。雖然能源系統建模者想要在不同的社會經濟假設之下,探索一系列不同的結果,例如未來人口和經濟增長。但是,為了能夠有效評估、比較結果,氣候建模者需要足以明顯區分暖化階段的產出。 

 
2007IPCC AR4發布之後,人們普遍希望更新20世紀90年代後期所開發的舊SRES情境,以更好地反映當前科技和社經狀況。 根據2010Richard Moss博士及同事們在自然期刊(Nature)發表一篇具有「洞見」(perspective)的論文,建模者想要確保 「新情境反映近十年的新經濟數據,有關新興技術的資訊,以及對於環境因素的觀察,例如土地使用和土地覆蓋變化......等。」  

 
然而,IPCC AR5計畫在2013年問世,氣候建模者要在2010年前獲得可使用的新情境。礙於時間,研究人員開發了一種「平行途徑」(parallel approach),叫做「代表性濃度途徑(representative concentration pathways, RCPs)」,在更徹底的社經途徑尚未發展成熟時,臨時讓氣候建模者使用。
 

下圖源自上述提到的那篇自然(Nature)論文,顯示了擬議的開發時間表。一旦完成這兩項工作,它們將及時整合到2013IPCC AR5中。

 
擬議的RCP氣候情境和社經排放情境並行發展的示意圖,和後來及時的結合IPCC AR5。圖片來源:Moss et al 20104,經許可重製。
 
能源系統模型社群決定先創造不與特定社經或排放情境相關的未來「輻射驅動力(radiative forcing)」情境,而非先設定細部社經故事線再產生排放及氣候情境的SRES情境。輻射驅動力是測量溫室氣體、氣膠及其他影響氣候保存額外熱能的因素之方法。 

 
每個RCP僅提供該輻射驅動力階段的許多可能途徑之一。發展RCPs的研究人員還強調,RCPs無意成為“新的,完全整合的最終情境”(the final new, fully integrated scenarios),而是僅關注未來溫室氣體的濃度和其他輸入氣候模型的輻射驅動力。   

 
根據世紀末的輻射驅動力,RCP包括以下四種途徑:RCP2.6(表示相對於工業化前的狀況,每平方公尺輻射驅動力增加了2.6瓦 [W/m2])、RCP4.5、RCP6.0RCP8.5  
 
四種途徑的選擇,取決於不同優先考量。這些考量包括跨越科學文獻中預測的未來排放和濃度範圍的情境,但又各有不同。

 
不幸地是,發展社經途徑比預期花更久的時間,而RCPs未能在AR5出版時,及時完成整合。 

 
這導致RCPs無法成為模擬不同潛在氣候產出的有用工具,缺乏任何一致社經假設,好讓研究者檢查不同無政策基線和減緩情境的可能性。例如:Moss和同事明確指出:「RCP8.5不能用作其他RCP的無氣候政策參考情境,因為RCP8.5的社經、技術和生物物理假設與其他RCP不同」。
 
挪威國際氣候研究中心(Center for International Climate Reserch, CICERO)研究主任Glen Peters 博士,告訴Carbon Brief:「事後證明,『新情境架構(SSP/RCPs)』未能如期運作。氣候模型與整合評估模型(RCPsSSP)的結合從未真正發生;RCPs只是個捷徑,2012年與SSPs合併,但現在我們僅看到少量結果。目前為止,我覺得只有極少數的氣候及能源模型建構者,了解SSPsRCPs的背景知識,而這也產生許多誤會。」

 
「在氣候模型社群中,RCPs相當好用,他們已經具備使用、比較他們模型的一致途徑。有了RCPs,基本上IAM社群已不再需要,因此許多IAMs的多元性及細微差別是多餘的。」

 
這種平行過程,對用在產生RCPs的不同排放情境的相對可能性和假設,產生了相當大的混淆。這可能是導致RCP8.5作為學術文獻和媒體中默認的「一切照舊」情境的其中一個因素。

 

最壞情況

 
發展RCP的過程中有一項改變,即結合非減緩"基線"情境與減緩情境,其中氣候政策推動不同程度的減排。

 
在先前模擬成果中,例如IS92SRES,所有情境被特定設計以觀察一系列可能基線「無政策」結果,亦即「參考」情境。這代表著,當模型將未來社會不同發展方向納入考量,它們並未計算任何未來共同氣候減緩成果或既存承諾,像是京都議定書。相較之下,四個用於創造RCP情境的IAM中,只有RCP8.5是包括無政策推動減緩的「基線」情境(註:雖然RCP6.0與一些基線情境維持一致,即便該模型使用的特定IAM包括政策驅動的減緩)

 
Detlef van Vuuren等人關於RCP情境發展的論文中,作者稱它們包括「一個減緩情境導致一個很低的驅動等級(forcing level)(RCP2.6)、兩個中等穩定情境(RCP4.5/RCP6.0),以及一個高基線排放情境(RCP8.5)。

 
他們建議:「RCP8.5應該被視為一個高排放情境,當『RCP6.0可以被解讀成中等基線抑或高減緩案例。』這顯示作者們相信,沒有理由認為RCP8.5RCP6.0更可能是『一切照舊』的結果。

 
RCP8.5被特定選為高端基線情境,並非特定描繪成最可能「一切照舊」無政策結果。研究者們在論文中強調這點,凸顯各情境的排放如何與當時能源模擬文獻發現的範圍相比擬。

 

下方來自他們論文的圖表,顯示各RCP與過往文獻中第90百分位(深灰)和第98百分位(淺灰)的能源模擬情境的比較。

 
RCP情境的溫室氣體排放與文獻情境投影範圍的比較──深灰是第90百分位,淺灰是第98百分位。圖表顯示二氧化碳()、甲烷()和一氧化二氮()。資料來源:van Vurren et al. (2011)圖6。

 
RCP8.5中,從2000年至2100年的二氧化碳排放位於文獻情境的第90和第98百分位之間,有時甚至超過第98百分位。研究者發現整體RCP8.5的輻射驅動力,也位於文獻情境的第98百分比附近,無政策基線情境則位於第90百分位。不過他們也強調,這並非唯一產生這麼高排放與輻射驅動力的情境。在能源模擬文獻中,約有40個情境有類似的驅動等級。

 
所以,RCP8.5使用的排放情境約是可取得非政策基線情境的最高情況。雖然沒理由認為它是不可能的結果,RCP8.5使用的排放情境也沒被認為,比任何其他多數導致低碳排的無政策基線情境更有可能或更不可能。

 
van Vuuren 告訴Carbon briefRCP8.5從未被有意當作一切照舊情境,但作為高端情境,與文獻中的最高排放情境一致。」
 
「很清楚地,RCP8.5是個可能的無氣候政策世界。但它確定不是唯一情境,且就溫室氣體排放階段而言,也不是最可能。我們只能透過一堆因素整合才能得到最高(溫室氣體排放),例如高度人口成長和大量燃煤使用(如同原先RCP8.5情境),或高度經濟發展和強烈仰賴化石燃料(如同當今SSP5版本)。但一個導致約6-7/平方公尺驅動力的排放階段可以被更多情境達成,除了關於許多因素的中等假設(RCP6.0),還有高人口成長與低經濟成長兩個截然不同的情況。」
 
「換句話說,就算這特定的RCP6.0情境並不一定比其他情境更可能發生,在那個數量級的驅動等級比較可能是基於中央極限定理(central limit theorem)。」
 
在詳述RCP8.5情境的論文中,Keywan Riahi博士和同事們形容RCP 8.5是描述「一個高排放一切照舊情境。」他們意思是,它是文獻中「一切照舊」基線情境的高端,但他們對RCP8.5的「一切照舊」描述與任何相關細節差異不符。

 
如同Riahi告訴Carbon Breif「因為RCP8.5假設高人口與低科技發展,所以未在可能基線情境的高端。我多希望我能在那個段落中,更清楚解釋何謂一切照舊。」
 
相較其他無政策基線,RCP8.5的高端本質在科學社群裡沒有被充分地溝通,導致RCP8.5作為唯一可獲得的無氣候政策情境,在IPCC AR5發布後,被數以百計的不同論文廣泛引述為「一切照舊」結果。

 
事實上,根據van Vuuren和同事的意見,把RCP8.5視為最壞情境產出之一比較合理。文獻中超過90%的無政策基線情境造成更低的排放。

 

新的SSP情境

 
2017年,共享社經途徑(SSPs)終於出版,比Richard Moss和同事預期的晚5年。SSPs將不同人口、經濟成長以及其他社經假設整合進未來排放情境。他們同時考慮一個廣泛的潛在無政策基線情境,以及減緩情境在不同社經途徑下實現,能夠多麼不一樣。

 
SSPs擁有至2100年前,從5.08.5/平方公尺輻射驅動力的基線情境。在驅動力限於6.04.53.42.61.9/平方公尺時,它們也特別考慮減緩情境。當計算限制阻礙科學家透過每個氣候模型測試所有SSPs,許多「創作者("maker)」情境在不同驅動力等級被選則用在CMIP6,一個準備IPCC AR6而正在進行的全球氣候模擬計畫。

 
CMIP6將包括RCPs的四個驅動力等級(8.56.04.52.6),和新的1.93.47.0驅動力情境。8.57.0情境源自SSP資料庫的無政策基線排放情境,其他則是在某些等級的減緩情境下。

 
下方圖表顯示四個CMIP6情境的CO2排放:8.5(紅色)7.0(橘色)6.0(黃色)4.5(藍色),與SSP資料庫中的無政策基線情境範圍做比較(灰色)。

 
CMIP6驅動力情境使用的創造者IAM(顏色線),相較於SSP資料庫使用的無政策基線範圍(灰色區域)。圖表來自 Carbon Brief,使用Highcharts繪製
 
新的8.5情境代表所有SSP過程的最高排放無政策基線情境。7.0情境趨近中間值,6.0情境接近模型所認定,缺乏氣候政策推動的共同減緩付出的可能結果最低值。

 
8.5情境類似原本的RCP8.5,雖然前者比後者在本世紀末多出約20%二氧化碳排放量,以及其他溫室氣體的更少排放。IAMs生產該情境遇到一些困難。在五個受檢驗的社經途徑中,只有一個──SSP5──能產出那麼高的排放量。Raihi和同事們在他們概述SSPs的論文中,建議「8.5/平方公尺只能出現在相對較小的情況範圍下。相反地,一個中間基線(SSP2)只能製造約6.5/平方公尺的驅動力訊號(範圍6.5-7.3/平方公尺)。」
 
(有許多原因造成新舊RCP8.5情境的差距。前者基於一個不同IAM──REMIND而非MESSAGE。新情境也基於非常不同的社經假設。雖然RCP8.5具有非常高的人口成長率及相對低的經濟成長,新的8.5情境除了具有低人口成長,亦即全球人口在2050年到達高峰,在2100年降低至原先水準,還有很高的經濟成長。)
 
RCP8.5和新的SSP8.5情境有個特殊的視角,即對未來煤炭使用,引來能源研究者許多批評。達到這些情境的二氧化碳排放量需要大規模使用煤炭──2100年比當今多出6.5倍。
 
下方圖表顯示,SSP資料庫中不同基線情境下的2100年國際主要能源結構。每個基線情境的煤炭使用大相逕庭,從SSP1SSP4情境中,與今日相同的使用量,到REMIND IAM產出的SSP5 基線情境中,基於CMIP6 8.5情境,煤炭使用量較今日

高出數倍之多。

2100年的全球一次能源使用量,y軸以1018焦耳(EJ)為單位對於每個IAM(x軸)和SSP(從SSP1到SSP5,從左到右)的基準情境。 最左側的欄中顯示了當前的能源使用情況(截至2010年),以供參考。 來自SSP數據庫Riahi et al 2017的數據;圖表來自 Carbon Brief,使用Highcharts繪製
 
這些模型中的煤炭使用時間序,呈現在下方圖表中,其中包含所有基線及SSP減緩情境(以細線呈現),還有CMIP6使用的創造者情境(以實線標示)。
全球煤炭使用歷史資料(單位:焦耳)(黑色)SSP資料庫情境。粗線代表CMIP6驅動力情境選擇的創作者模型。資料來源:Glen Peters
隨著全球煤炭使用自2014年到達高峰後,已開始稍微降低,即使缺乏新的氣候政策,很難想像未來全球煤炭使用會遽然增加。考慮近年其他能源科技價格開始下降,這很可能是真的。一個即將到來的「專家啟發(expert elicitation)」,亦即能源專家被要求評估各種產出的可能性,RCP8.5只有5%的可能,在所有可能無政策基線情境中。

       

不過,我們需意識到,關於未來排放的預測存在極高不確定性。譬如說,一個與諾貝爾經濟學獎得主Bill Nordhaus共同主筆的近期研究提到,本世紀前全球有35%機率超過RCP8.5情境。縱使大部分能源學者相信RCP8.5的排放量不太可能發生,它也非全然不可能。

       

盡管無法代表特定可能產出,模擬如RCP8.5般的高驅動力情境,可以是個有用的科學成就。譬如,高驅動力情境在偵測氣候系統劇烈變化時,具有更高的訊號雜訊比(signal-to-noise ratio)。換句話說,因為全球氣溫升高在這些情境比較顯著,研究者比較容易在模擬情境中區隔這些氣候變遷訊號。這對於氣候影響的研究,辨識人為暖化效果並區隔自然變因,特別有幫助。
 
RCP8.5也用於一致性,因為它包含在過去的IPCC建模工作中──CMIP5──並且類似於先前IPCC報告所包含的場景(例如SRES情境中的A2A1F1)。
 
碳循環也存在巨大不確定性,甚至在IAMs中,相對低的排放也可能導致比假設值更高的驅動力。為了更容易比較不同模型,CMIP氣候模型實驗設計使用相同驅動力設定,限制模型考量碳循環回饋的能力。

 
當研究員關注氣候模型使用RCP8.5的排放情境會發生什麼事──而非CMIP的固定驅動力──他們發現平均二氧化碳濃度比CMIP情境高出44 ppm,輻射驅動力高出約0.25/平方公尺。簡單來說,給予RCP8.5排放量,模型最終產出平均8.75/平方公尺,而非8.5/平方公尺。

 
這代表人為排放造成的暖化影響比IAMs預期的更高。當CMIP6模型與更好的碳循環回饋物理表徵(physical representations),例如北極永凍土的解凍,這些碳循環回饋幅度可能會增加。
 
如同van Vuuren告訴Carbon Brief「有個可以探索未來可能性的高端基線情境很重要。而且,8.5/平方公尺的驅動力等級不無可能。除了促成RCP8.5社經因素,溫室氣體的強烈回饋例如苔原排放的甲烷)可能導致高驅動力等級。同時,與RCP8.5一致的氣候產出可能出現在相對敏感的氣候系統。因此,為了透明,若探索高端有用,RCP8.5應被認可為一高端情境。」
       

超過「一切照舊」

 
基線「無政策」情境可以作為氣候變遷研究的一個有用的反事實(counterfactuals),使人們洞悉一個缺乏氣候政策的地球將發生什麼事。但同時,基於科技的快速進展,要理解它們並不容易。雖然在2100年前,全球煤炭使用持續增長看似合理,2019年不存在任何新的氣候政策似乎不太可能。

       

透過十幾年來國家採用的氣候政策及科技發展,這個世界已經遠離所謂的「一切照舊」。這已經造成不可逆的科技進步。而此亦是最近Peters形容「無政策」情境「有問題」。

 
 
Van Vuuren告訴Carbon Brief,雖然現在RCP8.5比一開始還來得可信,過去十幾年來的進展使它變得更不可能:「比起2008年到2011年間,RCP8.5剛發展、發表,它已經變得更不可能。原因是,自從那時起,許多國家和企業受到巴黎協定啟發而採型氣候政策,同時太陽能與風能的能本比預期下降的更快。但是,這不代表這個情境毫無可能(也因此與探索高端驅動力情境無關),也不太可能是最類似一切照舊的案例。它一開始並不是(一切照舊情境),現在也不是。」

 
雖然有助於檢查可能存在的情況,這些沒有政策基線的情境不一定是預測未來氣候影響的最有用方案。無論是每個國家放棄巴黎協定承諾,或像過去一樣大量燃燒煤炭,可能性都不高。但隨著民粹主義風潮逐漸抬頭,上述情況未必不會發生。

 
與此同時,在美國第四次全國氣候評估中,有論者稱當今排放正在跟隨RCP8.5情境。雖然過去幾十年的排放量一直處於預測的上半部分,很難看出這些預測如何使世界更加走向8.5,7.06.0的未來驅動力等級。

 
雖然很明顯的,目前全球並沒有朝向符合巴黎協定目標之緩解方案的方向邁進,運用目前排放量決定哪個無政策基線最有可能在世紀末發生,是很困難的。

 
下圖顯示了歷史排放(黑線)與四種RCP情境、以前的SRESIS92情境的對比。左圖顯示了化石燃料二氧化碳排放量,而右圖顯示了二氧化碳總排放量,包括土地利用的變化。

 
全球化石燃料二氧化碳排放量(左)和來自化石燃料及土地使用的二氧化碳排放(右)用於歷史觀測和RCPSRESIS92情境。圖片來源:Glen Peters

 
如同Peters告訴Carbon Brief:「看起來所有情境在前幾年都算步上正軌,如同它們都設定在相同的基準年。我並不認為,透過加總的二氧化碳,可以說出我們正在哪一條特定情境的路上。」
 
關於RCP8.5的文獻清楚地表明,該情境代表了可能的基線排放推估情境的高端,而不是最可能的「一切照舊」結果。概述RCP的原始文件表明,沒有理由認為在無政策世界中,高排放RCP8.5基線會比低排放RCP6.0更具可能性。

 
然而,RCP8.5作為IPCC AR5報告唯一考慮的無減緩情境,再加上能源模擬社群和氣候模擬社群之間缺乏良好溝通,導致了媒體和學術文獻中普遍存在的誤解。誤解RCP8.5是「一切照舊」(business as usual),在未來缺乏任何氣候政策的世界的結果。
 
不過,考慮到最壞情況固然重要,特別是考慮到碳循環回饋量的不確定性,但不能只考慮這種情境。將可能基線結果範圍從輻射驅動力6.0提高至8.5/平方公尺,可以提供氣候影響研究,關於無政策未來的更貼近現實的情境。
 
【延伸閱讀】
 

綠色新政—美國的氣候震撼彈 陳喬琪、趙家緯 2019/03/29

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