对抗不确定后果的不确定补救措施：以太阳能地球工程为例（英）

应对不确定后果的不确定补救措施 ：太阳能地球工程案例 FelixD.Meier和ChristianP.Traeger 工作文件23-372023年9月 关于作者 FelixD.Meier在基尔大学世界经济研究所的全球公共和气候政策研究中心工作。他从基尔大学获得了经济学博士学位。他的主要研究兴趣是最近的页岩 美国的天然气繁荣和区域综合评估模型中气候工程技术的经济潜力。 ChristianP.Traeger是奥斯陆大学经济系教授，也是ifo能源，气候和资源中心的研究主任 。 关于项目 未来太阳能地球工程研究项目采用来自多个社会科学研究学科的工具，以更好地了解太阳能地球工程的风险，潜在利益和社会影响，作为一种可能的方法，以帮助减少气候风险以及积极和必要的缓解和适应努力。该项目始于2020年，在SRM跨大西洋对话下召开了一系列专家研讨会。这些会议在2021年的《科学》杂志上发表了一篇文章，列出了一系列与太阳能地球工程研究和潜在部署相关的关键社会科学研究问题。该项目随后进行了其他赞助研究，包括旨在解决科学文章中强调的研究领域的竞争性招标。本文是该竞赛产生的八篇研究论文之一，并得到了两个作者研讨会的支持。A. 征集和整个项目的主要目标是与来自世界各地的更广泛的研究人员，越来越多的感兴趣的利益相关者和公众接触。 Acknowledgements 我们感谢LAD气候基金的支持以及来自未来资源研讨会的有用评论和反馈。我们特别感谢来自MariiaBelaia，SimonDietz，MoritzDrupp，HermannHeld，JuanMoreo-Cruz，GrischaPerino，BillyPizer，RickvanderPloeg，MartinQuaas，WilfriedRickels，FrankVenmans和Dani 关于RFF 未来资源(RFF)是华盛顿特区一家独立的非营利性研究机构。其使命是通过公正的经济研究和政策参与来改善环境、能源和自然资源决策。 工作文件是作者为提供信息和讨论而分发的研究材料。它们不一定经过正式的同行评审。这里表达的观点是个别作者的观点，可能不同于其他RFF专家、官员或董事的观点。 分享我们的工作 我们的工作可在归因-非商业-NoDerivatives4.0国际（CCBY-NC-ND4.0）许可证下进行共享和改编。您可以以任何媒介或格式复制和重新分发我们的材料；您必须给予适当的信用，提供许可证的链接，并指出是否进行了更改，并且您可能不会应用其他限制。您可以以任何合理的方式这样做，但不得以任何方式暗示许可方认可您或您的使用。 您不得将材料用于商业目的。如果在材料上重新混合、变换或构建，则不得分发修改后的材料 。有关更多信息，请访问https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/. 应对不确定后果的不确定补救措施：太阳能地球工程案例 FelixD.Meier#和ChristianP.Traeger*2022年11月14 日 Abstract 太阳能地球工程可以冷却我们的星球，并抵消温室气体排放造成的变暖。鉴于目前的排放轨迹，太阳能地球工程有可能挽救生命，减少对经济生产的严重影响，并拯救生态系统和岛国。确定性综合评估模型倾向于显示太阳能地球工程的主要好处，但对太阳能地球工程的假定和高度不确定的损害以及冷却地球的有效性高度敏感。我们分析了不确定性和学习的预期如何改变了在温度对二氧化碳排放的不确定响应的世界中太阳能地球工程的情况。 JEL代码：Q54、H23、H43、E13、D80、D61 关键字:地球工程,气候变化,综合评价,不确定性,学习,社会碳成本 #基尔世界经济研究所(felix.meier@ifw-kiel.de)。*奥斯陆大学经济系(traeger@io。不）；慕尼黑CESifo。我们感谢L.A.D.气候基金以及未来资源研讨会的有用评论和反馈。我们特别感谢MariiaBelaia，SimoDietz，MoritzDrpp，HermaHeld，JaMoreo-Crz，GrischaPerio，BillyPizer，RicvaderPloeg，MartiQaas，WilfriedRicels，FraVemas和DaieleVisioi的反馈。 1Introduction 基于硫的地球工程提供了一种负担得起的措施，可以在全球范围内应对危险的气候变化。然而，潜在的补救措施伴随着新的风险和不确定性。这些风险涉及来自使用的冷却剂以及太阳能地球工程本身的即时和长期损害。可能的影响是降水变化，酸雨，臭氧层消耗以及入射光变化对作物产量的直接影响（Crtze，2006年，Hecedor等人。2009年，基思和麦克马丁2015年）。这些潜在的影响是高度不确定的，在大规模测试太阳能地球工程之前，这些不确定性不太可能大幅减少。许多研究表明，太阳能地球工程是一种高成本效益的工具，可以在依赖预期效率和最佳猜测损害时对抗地球工程。同时，许多科学家一直在警告甚至调查太阳能地球工程选项的危险，因为它可能会抵消缓解措施，例如Procedre，Bierma等人。(2022)突出敦促就太阳能地球工程达成一项国际不使用协议。本文分析了具有和不具有学习预期的不确定性如何改变进行地球工程的基本原理。我们明确地 将基于硫的地球工程的损害及其冷却效率的不确定性引入到气候变化和太阳能地球工程的综合评估模型中。我们在持续的长期不确定性和快速解决短期不确定性之间进行区分。快速解决的短期不确定性使政策制定者能够从大规模部署中积极学习。这样的学习仅在政策制定者预见到学习并预期将来如何以实现的损害和冷却效率为条件时影响初始部署决策。我们解决了学习前后的合理部署策略 。我们还从决策者的角度评估这些部署策略，他们只关注部署的近期预期净收益。我们还正式表达了这样的担忧，即执行和学习硫基地球工程可以减少减少温室气体排放的动机。减少排放的动机体现在碳的社会成本(SCC)中。我们展示了不确定性，对学习的预期以及学习如何影响减轻的动机。Ofthispurpose,werelyonMeierandTraeger's(2022)SolACEmodelintroducingsolar geoengineeringinto Traeger’s(2021)气候经济分析模型(ACE)。该模型将仔细校准硫的非线性强迫贡献和气候动力学与一般经济生产系统相结合。为了整合不确定性，我们依赖于并扩展了Traeger(2018)的方法。继Epstei和Zi（1991）之后，我们将风险厌恶与替代的跨期弹性分开——我们认为这是统一的，就像TallariiJr（2000）一样。因此，我们可以引入合理的风险厌恶水平，而不会过度贴现未来，解决风险溢价和无风险利率难题中引发的担忧。 文学。我们的贡献将有关太阳地球工程的文献与有关气候变化的随机综合评估的文献联系 起来。许多作者发现，最佳部署的太阳能地球工程可以减少气候破坏（Nordhas和Boyer2000 ，Moreo-Crz等人。2012年，Bah等人。2015)，我们指的是哈丁和莫雷诺-克鲁兹(2016)，赫特尔等人。(2016)和Flegal等人。(2019)对这一文献进行更全面的讨论。太阳能地球工程为气候变化的综合评估模型引入了一些新的不确定性，包括控制地球工程损害和平流层硫注入的辐射强迫响应的不确定性（Hetel等人。2018)。Goes等人。(2011b)分析在广泛的情景下对地球工程策略的敏感性和鲁棒性。Hetel等人。（2018）发现气候敏感性的不确定性增加了地球工程，而地球工程损害的不确定性降低了最佳部署。Hetel等人。（2016）发现太阳能地球工程在处理影响温度对碳的响应性的临界点方面是有效的，但在处理导致直接经济损失的临界点方面效果较差。Emmerlig和Tavoi（2018a）在气候变化和Kelly等人的两个时期模型中分析了地球工程的不确定未来实施对当前排放的影响。（2021年）表明，基于硫的地球工程在DICE模型的随机扩展中减慢了气候敏感性的学习。Helwege等人。(2019)在DICE模型的随机版本中研究太阳能地球工程部署。Rosha等人。（2019）在有关气候敏感性的概率信息下，使用成本风险分析来评估太阳能地球工程和缓解的最佳组合。Maossi和Xepapadeas（2017）开发了一个动态的太阳地球环境博弈，扩展到Maossi等人的不确定性和鲁棒控制的设置。(2018)。 Weconnectthisliteraturetoarecentliteratureonanalyticalapproachestotheintegrated assessmentofclimatechange.Golosovetal.(2014)andGerlaghandLiski(2018)deliverabreak-throughinanalyticalintegralassessmentmodeling,andTraeger(2021) 开发一种全面的综合评估模型的方法，该模型具有最先进的气候动力学和一套通用的能源部门 。我们建立在Meier和Traeger（2022）的模型扩展基础上，集成了太阳能地球工程和海洋酸化。我们的模型通过对不确定性下太阳能地球工程的成本和收益进行新的定量评估来推进这两篇文献。因此，我们将不确定性Hoel和Karp（2001），Newell和Pizer（2003），Karp和Zhag（2006）以及采用成熟的综合评估模型Traeger（2018），VadeBremer和VaderPloeg（2021）下的早期半分析方法联系起来。 2SolACE模型 本节简要总结了Meier和Traeger(2022)开发的确定性SolACE模型。该模型将硫基太阳能地球工程的选项引入Traeger(2021)分析气候经济(ACE)模型。我们回顾了确定性下的主要方程和结果。 2.1主要模型组件 经济生产。最终产出是资本，劳动力，化石能源，可再生能源以及不同部门的技术水平的函数。我们将世界总产出写为 Yt=F(At,Kt,Nt,Et)(1) 其中向量At表征外生发展的技术水平，向量KtandNt跨部门的最佳资本和劳动力分布，以及 Et能源投入的向量。我们对生产函数的唯一假设是程度的同质性 κ∈(0,1)在首都，包括柯布-道格拉斯最终生产与CES Golosov等人的能源部门。(2014)，Nordhaus和Sztorc的DICE设置(2013)， 以及更一般的环境，在化石能源和可再生能源之间具有不同的能源强度和不同的可替代性的几种最终产品Traeger（2022）。化石燃料资源可能是稀缺的，在这种情况下，他们的Hotelling租金与碳激励缓解的社会成本相互作用。 M 气候。CO2根据经典的碳循环模型，排放在大气和其他碳汇中积累。测量由此产生的大气CO是方便的2浓度M1,t相对于工业化前的浓度为mt=M1,t.大气CO2导致温室效应增加大气温度，我们使用Traeger（2021）的非线性大气-海洋温度动态系统进行建模。由此产生的全球大 pre 气温度T1,t测量超过1900摄氏度的增加。用科学术语来说，温室效应和硫基冷却的强度是根据它们的辐射强迫来衡量的，辐射强迫表征了我们星球的能量通量变暖或冷却。为了冷却我们的星球，我们可以部署硫磺St（以二氧化硫的形式）进入平流层，即云层上方的大气层 oSolACE模型将由此产生的辐射强迫表征为 n ! m ηffm+t Ft(mt,St)=日志(2)日志 01t f2−f3St .(2) St `˛x ≡FCO2 t 表达式FCO2表征CtO的联合辐射强迫2和CO中的硫2等价物。在没有太阳能地球工程的情况下 ，只有F中的第二项CO2会有所贡献。内部支架依赖于参数f2和f3减少强迫对硫注入的响应St。主要贡献来自术语f3 倍增平流层硫。硫强迫相对于CO更有效2大气碳浓度越大，硫浓度越低。在 tn