低碳生活部落格: 氣候變遷小辭典：高排放「RCP8.5」全球暖化推估情境

"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)的6項IPCC 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)的4項RCP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。

在2007年IPCC 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2010年Richard 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2013年IPCC 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 2010圖4，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、RCP6.0和RCP8.5。

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(RCPs和SSP)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SSPs、RCPs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IS92、SRES，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)

在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RCP8.5比RCP6.0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(左)、甲烷(中)和一氧化二氮(右)。資料來源：van Vurren et al. (2011)圖6。

在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。

如van Vuuren 告訴Carbon brief：「RCP8.5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瓦/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5.0至8.5瓦/平方公尺輻射驅動力的基線情境。在驅動力限於6.0、4.5、3.4、2.6和1.9瓦/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(8.5、6.0、4.5和2.6)，和新的1.9、3.4和7.0驅動力情境。8.5和7.0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)和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瓦/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瓦/平方公尺的驅動力訊號(範圍6.5-7.3瓦/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──在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SSP1、SSP4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 的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數據庫和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)和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A2和A1F1）。

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瓦/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瓦/平方公尺，而非8.5瓦/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瓦/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」。

It is like saying "let's undo the limited progress we have made in the last 10-20 years, & rerun history where we try and burn as much CO2 as we can".
— Glen Peters (@Peters_Glen) August 11, 2019

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8.5,7.0或6.0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SRES和IS92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。