西方主要国家和中国百年历史陆地碳汇比较分析和政策建议

聂 昊,邢继俊,王绍强,程邦波

(1.中国科学院 地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室,北京 100101;2.中国科学院 研究生院,北京 100049;3.科学技术部 国际合作司,北京 100862)

西方主要国家和中国百年历史陆地碳汇比较分析和政策建议

聂 昊1,2,邢继俊3,王绍强1,程邦波1

(1.中国科学院 地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室,北京 100101;2.中国科学院 研究生院,北京 100049;3.科学技术部 国际合作司,北京 100862)

由于发达国家在保护森林资源、扩大森林面积等方面的长期努力,使其陆地生态系统历史累计碳汇 (碳收支值为正)相当可观。然而在历史同期,我国陆地历史累计碳汇相对较小,难以有效抵消历史碳排放。本文通过对西方主要发达国家和中国在 1900-2005年期间的历史陆地累计及人均碳收支状况的对比分析,同时估算发达国家利用陆地历史累计碳汇可能获得的经济效益,从而提出了西方发达国家可能利用其可观的历史累计陆地碳汇来抵偿历史碳排放欠账的观点。基于这种判断以及当前关于陆地历史累计碳汇研究中存在的不确定性问题,本文提出了我国参与国际气候谈判和加强陆地历史累计碳汇研究等方面的建议。

西方发达国家;历史陆地碳汇;减排成本;全球变化;CO2减排

从 1992年的《联合国气候变化框架公约》,到1997的《京都议定书》,再到 2009年的《哥本哈根协议》,气候变化已从一个科学问题演变为当今世界的主要政治和经济问题之一。在联合国主导下,世界各国已就定量减排责任分担和时间表进行了多轮谈判,不同国家和国家集团为各自利益而进行的外交博弈和斗争呈现愈来愈烈之势。2009年 12月《哥本哈根协议》已就全球升温 2℃的阈值达成共识,若将此阈值与 2050年大气 CO2浓度 450ppm的控制目标挂钩,则事实上规定了未来全球可排放的空间[1]。在此目标下,围绕减排责任分担的激烈争论的本质是对未来 CO2排放权的争夺[2]。

中国政府已经向国际社会承诺,到 2020年我国单位 GDP二氧化碳排放比 2005年下降 40%-45%。然而,国际社会要求中国减排的压力并未因此终结,而是会继续要求中国做出长期总量减排的承诺。为此,我国应设法缓解这种压力,并努力扩大自身排放权。尽管发达国家人均历史累计排放 (1900-2005年)是发展中国家的 7.54倍[3],因此广大发展中国家要求西方发达国家承担历史排放的责任,但是发达国家也会设法减小自身减排压力、扩大自身排放权,尤其会利用自身的陆地历史累计碳汇 (碳收支值为正)来反驳发展中国家的观点。因此,我们必须全面了解西方主要发达国家陆地历史累计碳汇的情况,从而抵制西方发达国家不公平的方案,捍卫我国及广大发展中国家的正当权益[4]。

一、发达国家利用其可观的陆地历史累计碳汇可抵消部分历史碳排放

虽然 1997年达成的《京都议定书》已规定发达国家的定量减排义务,但近年来部分发达国家的排放量不但没有下降,反而增长较快。如日本和加拿大的减排责任都是 6%,实际却分别增长了7%和 27%;日本要完成议定书规定的减排义务难度很大,加拿大政府也承认几乎肯定完不成减排目标[5]。可以预见,面临巨大减排压力的发达国家在哥本哈根气候变化大会后的谈判中会更强调“抵消排放”和“换取排放”方案,并更倾向于选择经济实惠的碳汇“抵消排放”方案。

碳汇,一般是指从空气中清除 CO2的过程、活动、机制,主要包括陆地碳汇以及海洋碳汇 (非陆地碳汇)两部分。陆地碳汇主要是指森林、草原和农田净吸收并储存大气 CO2的数量,或者说是陆地生态系统净吸收并储存 CO2的能力。由于海洋碳汇基本上具有不依赖人类活动的特点,同时海洋碳的周转时间常常为几百年甚至上千年[6],因而本文并未考虑海洋碳汇的影响。因为陆地碳汇受人类的影响非常大,同时《京都议定书》等国际公约也认可增加陆地碳汇可以用以抵减本国碳排放指标的方案。因而陆地碳汇成为各国关注的焦点问题。

本文将文献资料中世界主要发达国家各时期的平均碳收支 (见表 1,若该时期内没有数据则以附近年份的平均值代替)与该时期时长相乘,统计出 1900年以来各历史时期各国家的陆地历史累计碳收支情况 (如表 2)。从计算结果可知,19世纪工业革命以来,由于发达国家在保护森林资源、扩大森林面积等方面都做出了努力,因此其陆地碳汇逐渐增大,尤其在第二次世界大战之后增加量相当可观。例如美国 1900-2005年陆地累计碳汇为 35.1-213.1亿吨碳,加拿大 1900-2005年陆地累计碳汇为 35.3-125.8亿吨碳,俄罗斯 1900-2005年陆地累计碳汇为 57.8-129.3亿吨碳,日本 1900-2005年陆地累计碳汇为 7.4亿吨碳。研究发现,美国、欧洲、加拿大和俄罗斯 1900-1949年的陆地碳排放皆可分别被其 1950-1989年的陆地碳吸收所抵消 (或基本抵消),从而使其1990年后的陆地生态系统处于净吸收状态,且该吸收数量都比较庞大 (见图 1)。

表 1 各国家各时期陆地碳收支

同时,我们计算了 1990-2005年各发达国家陆地生态系统的人均陆地累计碳收支 (见表 3),其中 1900-1949年人口数据来自 Populstat网站[31](如果某国数据缺失则以临近年份平均值代替),1950-2005年数据来自世界资源研究所 (WR I)的人口数据[32]。可以看出,由于发达国家的人口均小于我国同期水平,所以其人均陆地碳收支水平普遍都比中国高,美国在 1990-2005年期间人均碳收支水平为 1.43-3.6吨碳 /年,而同期中国的人均碳收支水平仅为 0.15-0.21吨碳 /年 (见图2)。如此悬殊的差异更加大了发达国家利用陆地历史碳汇来抵偿历史欠账的可能性。

20世纪 80、90年代全球陆地生态系统每年净吸收碳约为 15-30亿吨,能够抵销 20%-40%的化石燃料燃烧的碳排放。美国陆地生态系统在这个时期内每年大致净吸收 3.0-5.8亿吨碳,欧洲陆地生态系统每年大致净吸收 1.4-2.1亿吨碳(我国陆地生态系统在这段时间每年吸收了 1.9-2.6亿吨碳)。尽管发达国家近年来的陆地碳汇占全球陆地碳汇比例不高,但是他们完全可以利用陆地历史累计碳汇来消减其碳排放的历史债,从而减轻发展中国家要求其偿还历史债的责任和压力。

二、巨大的经济效益必将强化西方发达国家利用陆地碳汇抵消历史排放欠账的意愿

工业革命以来,发达国家的 CO2人均排放量已经远远超出了其配额,造成了严重的赤字[1]。如果说 CO2排放是气候变暖的原因,那么发达国家对于气候变暖负有不可推卸的责任,而要求其偿还历史赤字也是合情合理的。

表 2 各发达国家历史排放赤字与陆地历史累计碳收支 (亿吨碳)

图 1 各历史时期各国家累计历史陆地碳收支

表 3 各发达国家历史人均陆地碳收支 (吨碳 /年)

图 2 各历史时期各国家人均历史陆地收支

关于碳减排的成本,据有关文献显示,不同发达国家给出了不同的数据。将 CO2减排成本折算为碳减排成本,欧盟认为减排 1吨碳的成本为 66美元,日本认为可能高达 348.3美元,美国认为至少为 330美元,因此利用陆地历史累计碳汇每减少1吨碳排放大致能节约 66-348.3美元[5]。如果各发达国家利用陆地历史累计碳汇抵偿其历史欠账,将为其带来巨大的经济利益。

本文通过各发达国家各时期内累计碳汇乘以其减排成本,得出发达国家可能利用陆地历史累计碳汇减少历史排放赤字所带来的经济效益 (见表 4)。从中可以看出,对于主要发达国家而言,利用陆地历史累计碳汇减少历史排放赤字所带来的经济效益,,高者可达 2.3-74.2千亿美元,低者也有 0.1-0.3千亿美元。由于既能抵消历史道义责任,又能创造经济效益 (节省经济成本),因此在“抵消排放”方案中,发达国家很有可能选择历史陆地碳汇来抵消历史碳排放。

表 4 利用陆地碳收支减少历史排放赤字所带来的经济效益 (千亿美元)

三、我国陆地历史累计碳汇相对较小,难以有效抵消历史碳排放

《巴厘行动计划》对 2012年《京都议定书》第一承诺期到期后发展中国家控制其温室气体排放增长的要求,以及 2009年哥本哈根大会达成的 2℃阈值共识,对发展中大国持续发展形成巨大压力[4]。我国面对严峻形势,迫切需要掌握现实陆地生态系统碳储量和气候变化影响下的碳汇潜力。

我国在 20世纪 80年代以来,逐步加大了对人工造林的投入和天然林保护的力度,人工造林面积居世界首位。研究表明,大致从 20世纪 80年代中后期开始,中国的陆地生态系统由碳源转变为碳汇,而 20世纪 80、90年代,中国陆地碳汇量相当于欧洲同时期的陆地碳汇量,但是低于美国同时期的陆地碳汇量 (见表 1、表 5)。

表 5 中国历史陆地碳收支 (亿吨碳)

然而,由于 20世纪 80年代之前,中国的陆地碳汇的观测资料和相关研究非常有限,因此目前中国整体的陆地历史累计碳汇还难以大量抵消历史碳排放。例如,中国 1950-1989年的碳排放为102.8亿吨碳[3],而据表 5数据的不完全统计,1950-1988年的陆地碳收支为 -5.7亿吨碳 (即陆地排放了 5.7亿吨碳);即使以部分研究结果得出的 1980-1999年的碳汇量 (38-52亿吨碳)来与其比较,也不足以抵消中国 1950-1989年的碳排放。因此,我们需要尽快开展历史时期中国陆地碳收支的研究,挖掘我国陆地历史碳汇的潜力,扩大我国陆地碳减排的作用。

四、当前关于陆地历史累计碳汇研究中存在大量的不确定性问题

尽管发达国家在陆地生态系统碳循环方面开展了大量研究,利用清查资料、碳通量和浓度观测数据、卫星遥感信息、大气反演模型、生态系统模型等关键资料和技术方法,综合分析了全球不同区域不同历史时期陆地碳收支状况,但是发表的研究结果之间依然存在较大的差异和不确定性(见表 1)。

当前计算历史陆地累计碳汇,主要存在以下三方面的问题:(1)由于较长历史陆地碳循环观测和监测的数据有限,而精确的大气 CO2观测开始于 20世纪 50年代,使得很多历史碳收支分析都只是依赖于非连续性的土地利用变化数据、清查和环境数据来进行估算,从而导致历史时期陆地碳收支研究结果之间存在很大差异,而且不同研究时期也难以统一[39]。(2)发达国家科学家由于掌握的资料和数据较发展中国家多,而且研究方法和手段多样,因此发达国家利用本国数据来外推发展中国家陆地历史平衡,造成很大的误差和不公平,例如美国科学家利用较为粗糙的文献资料就估算了中国 1850-2000年中国土地利用变化导致 230亿吨碳排放[29]。由于发达国家占据科学研究的制高点,研究结果很容易发表在较高影响力的国际刊物上,使得发展中国家难以在短期内推翻他们的研究结果,导致发展中国家在环境外交谈判中缺乏有效的科学研究的支持。(3)用来测定各国陆地碳汇的方法存在不确定性,目前计算陆地碳汇的方法有大气反演、模型估算、基于土地利用变化估算陆地碳汇、基于森林清查资料估算等,但它们均存在很大的缺陷。如基于土地利用变化估算的陆地碳汇没有考虑自然干扰下的陆地碳汇 (如气候、CO2施肥效应、森林类型对于陆地碳汇的影响);大气反演模型受通量塔位置 (特别是在东西方向上,计算存在很大的不确定性)、气候、大气传输模式的干扰很大;非林业的清查资料比较稀缺,通常根据林业清查资料计算的土壤碳库部分存在很大的不确定性。

全球各国化石燃料燃烧的碳排放较为容易统计,但是陆地历史碳收支的研究存在很大的科学不确定性问题,包括西方发达国家之间的研究结果也是千差万别,需要我们仔细鉴别其中的不确定性和误差等问题,寻找并利用他们研究的漏洞,做好环境外交谈判的准备。

五、关于我国参与国际气候谈判和加强陆地历史累计碳汇研究的政策建议

(一)提前准备应对发达国家利用陆地历史累计碳汇作为气候变化谈判的“筹码”

根据科学界的主流认识,过去 50年的气候变化有超过 90%的可能性是人类活动造成的,而人类排放的 CO2中有 80%来自发达国家[40]。因此,西方发达国家负有不可推卸的减排责任。未来我国参加气候谈判,应继续坚持“共同但有区别的责任”原则,要求西方发达国家偿还历史欠账。同时,应该看到,由于“共同但有区别的责任”原则得到广泛的支持和维护,少数发达国家为了谋取利益,很可能找出其他途径逃避责任。从现有方法计算的主要发达国家陆地历史累计碳汇数据可以看出,利用陆地历史累计碳汇不仅可减少发达国家偿还历史欠债的压力,还能为其带来巨大的经济效益。因此,发达国家很有可能在未来不需付出太多实质性减排努力的情况下,利用其陆地历史累计碳汇来回应发展中国家提出的偿还历史欠债的要求。我国在未来参与国际气候变化谈判过程中应对这一动向提前有所准备。

(二)设立陆地碳汇研究专项,加强对全球主要国家 (包括西方发达国家和我国)陆地历史累计碳汇的研究

针对目前计算方法中存在的不确定性,在国家科技计划 (如全球变化研究重大科学研究计划)设立陆地碳汇与土地利用变化研究专项,加强对全球主要国家(包括西方发达国家和我国)陆地历史累计碳汇的研究。充分吸收发达国家在历史陆地碳收支研究方面的先进技术、方法和理论,尽快建立全球 1700-2000年世界各国陆地历史碳收支数据库,如建立历史时期土地利用/土地覆被变化的长期历史数据,构建历史时期的森林、农田、草地及土壤碳收支数据库,摸清发达国家和主要国家集团陆地碳库储量的变化;开展我国陆地不同类型生态系统碳收支的清查研究,完善各类生态系统碳清查数据库,构建碳收支计量指标体系和碳循环数据 -模型融合系统,发挥生态系统碳循环模型对陆地历史碳汇模拟与预测的作用;分析各发达国家陆地碳收支研究中的不确定性和误差,利用我国建立的全球变化数据库,估算发达国家陆地历史累计碳汇,探讨各国 1700-2000年陆地历史累计碳汇的差异,并为应对 2010年墨西哥坎昆气候变化大会中可能出现的新情况提供科技支撑。

(三)完善陆地碳汇建设的相关制度,加大陆地生态系统保护力度

基于我国的历史、地理状况和当前政策体系,建立和健全相关制度,保障陆地碳汇的建设。包括:(1)借鉴西方发达国家在生态补偿机制方面的成功经验,推动我国生态补偿机制的发展,统筹经济建设与环境保护,实现人与自然和谐发展;(2)建立健全碳交易市场机制,充分发挥政府和市场的互补作用,鼓励企业和公众参与陆地碳汇建设,并使其在生态保护中获得收益;(3)加大对绿色碳基金的投入,广泛宣传成立绿色基金的重要意义和作用,提高公众对碳汇事业的认识,同时促进植树造林、保护森林等林业碳汇项目的发展;(4)加强对陆地生态系统的管理,制定相应法律法规,严禁对森林、湖泊等陆地生态系统的破坏,开展森林经营管理、秸秆还田、免耕和保护性耕作等固碳措施,提高未来陆地生态系统的固碳能力。

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(本文责编:留 钟)

Comparative Analysis of Accumulated Terrestrial Carbon Budget of Major Developed Countries and China and Related Policy Recommendations

N IE Hao1,2,X INAG Ji-Jun3,WANG Shao-qiang1,CHENG Bang-bo1
(1.Key Laboratory of Ecosystem Ne twork Observation and Insitute of Geographic Sciences and Natural Resources Research Academ y of Sciences,Beijing100101,China;2.Graduate University of the Chinses Academy of Sciences,Beijing100049,China;3.International cooperation at China'sM inistry of Science&Technology,Beijing100862,China)

Long-ter m efforts on increase and conservation of forest resources have made huge numbers of accumulated terrestrial carbon sink(carbon sink is that carbon budget is positive)for developed countries.Some major developed countries have enjoyed net carbon-absorbing terrestrial ecosystems since 1990.Meanwhile,accumulated terrestrial carbon sink ofChina is too smallwhen comparedwith accumulated carbon emission,and the terrestrial carbon sink per capita ofmany developed countries are higher than China.Focusing on terrestrial carbon budgets of major developed countries and China from 1900 to 2005 aswell as their potential economic profit for developed counties,this article presents an opinion that the developed countrieswill probably use their terrestrial carbon budgets to make compensation for their historical green house gas emissions.Based on the judgement and uncertainties in the researches of accumulated terres-

trial carbon sink,we provide some advice for Chinese government about international climate change negotiation and terrestrial carbon sink research.

developed countries;historical terrestrial carbon sink;GHGs abatement cost;global change;carbon dioxide emissions reduction.

X24

A

1002-9753(2010)10-0015-08

2010-04-09

2010-10-08

中国科学院知识创新工程方向性项目课题“面向履约对策的中国碳汇计量指标体系与决策支持研究”(kzcx-yw-305-3);中国科学院知识创新工程重要方向项目“东南林区森林的固碳潜力与增汇途径”(kzcx2-yw-305-05)。

聂 昊 (1987-),男,江西景德镇人,中国科学院地理科学与资源研究所硕士研究生,研究方向:森林碳汇计量。