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LCC Insight /// 碳排放的社会成本

 导读 

本次的“LCC Insight”栏目将介绍由学院讲师余海珊为大家推荐2018年诺贝尔经济学奖得主William D. Nordhaus 2017年发表在PNAS上的文章Revisiting the Social Cost of Carbon。

碳排放的社会成本(Social Cost of Carbon, SCC)是气候变化经济学中最重要的概念,也是理解和推行气候政策的关键和前提。通过对特定年份的边际碳排放(即,额外的一吨二氧化碳排放或其当量)所造成的(社会)损失进行货币化描述,SCC定量地反映了碳排放的负外部性,为基于成本收益分析制定气候政策(如温室气体排放标准、碳税等)以及确定减排目标提供了基础。这篇文章是Nordhaus基于气候变化综合评价模型DICE(Dynamic Integrated Model of Climate and the Economy)和RICE(Regional DICE)的系列文章之一,其中使用的DICE-2016R是IPCC第五次报告发布之后DICE的主要更新版本。文章解释了模型改进的地方,给出了更新后的SCC,同时简要剖析了DICE-2016R相较于前一版本得到更高的SCC的原因,并与其他综合评估模型(IAMs)进行比较。

碳排放社会成本(SCC)的计算是一件极其复杂的事情,它包含了边际碳排放通过碳循环和气候系统所造成的各种影响,包括但不限于对生产力和人类健康的影响、对生态系统的影响,以及频繁的极端气候现象所致财产损失等。SCC一般是通过比较基准排放路径下和引入额外单位碳排放路径下所造成的福利损失而得到,用经济学的语言定义为

中间的表达式分子表示t期碳排放对福利的边际影响,分母表示t期消费对福利的边际影响;通过二者的比较,可以得到用t期消费来表示的边际碳排放的影响,即货币化度量的SCC。值得注意的是,由于社会福利函数W是跨期效用的贴现,这里用来度量的影响也是贴现后得出的值,是一个动态评估的过程。

Nordhaus是最早对碳排放社会成本进行研究的学者之一。他在新古典经济增长理论的基础上引入大气碳循环方程,耦合气候系统(辐射强度与全球平均温度的关系),同时考虑气候变化对经济产生的影响,构建反馈函数(即,损失函数),形成了生产带来消费,产生碳排放;碳排放引起气候变化,进而产生损失,降低消费的闭环气候经济系统。模型通过对(跨期)社会福利函数的优化,给出了权衡经济发展和减缓气候变化的最优路径,可以用来动态综合地评估不同气候政策的影响。

(From: Nordhaus and Sztorc (2013) DICE 2013R: Introduction and User’s Manual)

精彩段落

目前,美国政府的许多相关部门都在政策的经济分析中使用碳排放的社会成本(SCC)。据估计,这些政策所涉及的经济利益超过了1万亿美元。DICE模型是美国政府用来估计SCC使用的三个气候变化综合评估模型之一(另外两个模型分别是FUND和PAGE)。这篇文章基于改进后的DICE-2016R模型重新评估了SCC,其模型的改进和 重新评估的SCC为美国和其它国家进一步研究SCC提供了参考。文章根据DICE-2016R模型,得出基本情境下2015年边际碳排放的社会成本是31美元(以2010年美元价格计价),并以每年3%的速度增长。

什么是SCC

碳排放社会成本(SCC)是以货币(例如美元)度量的(额外)一吨二氧化碳排放或其当量(即边际碳排放)所造成的(社会)损失。

基本的DICE(Dynamic Integrated Model of Climate and the Economy)模型:

(1)目标函数:社会福利函数W,通常定义为基于人均消费的效用在整个时间内的贴现;

(2)经济模块:主要包含了生产函数、损失函数和成本函数;

(3)碳循环和气候系统:假设存在三个碳储存层(大气层,大气层生物圈与海洋上层,深海层),并在此基础上构建碳循环模块,通过参数校准,使碳循环模块的结果与其他复杂地球物理模型基本一致;在气候系统模块中描述碳浓度对辐射强度(radiative forcing)的影响以及气候敏感性。

DICE 模型是开源的,可以从Nordhaus个人的谷歌学术主页下载。DICE主要有两个软件版本,其中一个基于GAMS软件,可以进行完整的优化和分析;另外一个基于Excel,能直观地进行简单的政策模拟。Nordhaus and Sztorc (2013) 的手册里也包含了DICE-2013R以及之前版本的GAMS代码。

DICE-2016R较之前版本

有所改进的地方:

(1)更加细致地描述了经济产出。之前的版本主要使用了世界银行关于经济增长的估计。当前版本则基于购买力平价(PPP),用各国名义GDP的占比作为权重,计算加权平均的全球经济增长率。

(2)减排成本函数根据其他IAMs模型进行重新校准。更新后的减排成本与以前的版本比较略有增加。

(3)损失函数根据气候变化科学的最新发现进行了更新。

(4)在Ramsey方程的基础上,使用了增长纠正的贴现率(Growth-Corrected Discounting)。

DICE-2016R 计算得出的SCC

表1给出了基于DICE-2016R计算的不同假设条件下用2010年美元价格计价的SCC。现行政策情境下(Baseline),2015年的SCC是31.2美元,并以每年3%的速度增长(基于增长纠正的贴现率)。表1还给出了2.5摄氏度温控情境下以及不同贴现率下的SCC。

表2在表1基础上给出了SCC在不同经济体之间的分布。值得注意的是,由于模型中使用了各经济体在全球产出的占比作为权重来计算全球平均产出,这里的SCC占比与产出占比高度相关。表2同时还与其他IAMs模型的结果进行了比较。

表4解释了DICE-2016R比DICE-2013R得出更高的SCC的原因,主要从损失估计、人口预测、气候敏感性、经济产出和碳循环模块进行了分解。

推荐理由

可能产生的社会效应

碳社会成本(SCC)是碳定价政策的重要理论依据,可以为中国碳交易市场以及其他与碳排放相关政策的分析和评估提供理论指导。目前SCC已经被一些国家的政府部门用于政策评估。例如,美国奥巴马政府时期,由来自11个政府机构的专家成立了部门联席工作组(Interagency Working Group)对碳排放社会成本进行评估,并分别于2010年和2013年发布了不同贴现率对应的碳社会成本指数。该指数被用于制定和评估与碳排放有关的政策,例如环保局与交通部共同制定的机动车温室气体排放标准(CAFE)、Portland水泥行业危险性空气污染物排放标准修订、发电厂的排放标准提案、汞和有毒空气污染物排放标准、商业和工业固体废弃物燃烧标准等。英国政府是最早在政策制定与评估中考虑SCC的国家,值得注意的是,虽然英国的很多部门都在使用SCC,并且有多年的经验,但是因为SCC的值与模型设定有关,通常报告的是基于不同参数值的SCC的范围,而不是一个具体的数字。因此,不同的政府部门使用的SCC的值也不一样。英国目前在短期碳减排目标的评估中倾向于使用边际减排成本,而SCC主要是在成本效益分析中作为参考值。关于SCC在英国政策评估中的使用,请参考Watkiss and Hope(2011)。

Watkiss P. and Hope C. (2011) Using the social cost of carbon in regulatory deliberation. WIREs Climate Change, vol 2., 886-901. 

点评意义

William D. Nordhaus是耶鲁大学经济学系和环境学院的双聘教授,被授予了2018年诺贝尔经济科学奖,以表彰他“把气候变化集成到长期宏观经济分析中”作出的杰出贡献。传统上,气候变化属于自然科学的研究领域,Nordhaus在20世纪70年代开始气候变化综合评估模型(IAM)的研究时,气候变化经济学还是一门非常冷门的学科,并不入“主流”。 直到2006年,英国经济学家Nicholas Stern主持发布《The Economics of Climate Change: The Stern Review》指出气候变化是对全球的严重威胁,如果我们目前不采取任何减缓气候变化的行动,到下个世纪初,气候变化可能会给全球造成5%-20%的GDP损失。”斯特恩报告”激进的结论成功地引起了世界对气候变化问题的广泛关注,气候变化经济学也逐渐成为热门的经济学分支领域,相关文献都在不断地引用同一个名字:William D. Nordhaus。Nordhaus也因为开创性的研究被誉为“气候变化经济学之父”。现在著名的DICE和RICE模型最早分别见于Nordhaus发表在1994年Science和1996年American Economic Review上的文章。关于Nordhaus的学术成就以及气候变化经济学的研究历程,请参考向国成、李宾、田银华:《威廉·诺德豪斯与气候变化经济学——潜在诺贝尔经济学奖得主学术贡献评介系列》,《经济学动态》2011年第4期。

虽然通过综合评估模型对碳社会成本的研究日益受到关注,但是也有很多争议。其中主要受到质疑的是:(1)贴现率的处理;由于气候变化的影响跨越很长时间,贴现率的选择会对结果造成很大影响。“斯特恩报告”激进的结论很大程度上依赖于近似为零的时间贴现因子和特定的效用函数假设。Nordhaus 对“斯特恩报告”中时间贴现率的质疑,一度引发了Stern vs Nordhaus的学术大讨论。(2)损失损害的估计;由于气候变化造成的影响时间跨度很大,受影响的部门也非常多,对于损失损害的估计非常困难,也备受争议。(3)气候预估的不确定性;碳排放导致气候变化是一个复杂的过程,IAMs一般都采用简化的气候模型,在一定程度上忽略了气候部分的不确定性,从而影响结果的可靠性。虽然对于IAMs仍然存在一定的质疑和争论,但由于气候问题的复杂性,很多问题(例如不确定性)确实难以避免。目前的研究主要就是基于最新研究成果不断去校正更新模型,尽可能保证模型的可靠性。

原文摘要

The social cost of carbon (SCC) is a central concept for understanding and implementing climate change policies. This term represents the economic cost caused by an additional ton of carbon dioxide emissions or its equivalent. The present study presents updated estimates based on a revised DICE model (Dynamic Integrated model of Climate and the Economy). The study estimates that the SCC is $31 per ton of CO2 in 2010 US$ for the current period (2015). For the central case, the real SCC grows at 3% per year over the period to 2050. The paper also compares the estimates with those from other sources.


来源: 上海交通大学中英国际低碳学院 阅读量:1963 |   收藏
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