神仙打架:《美国经济评论》关于气候变化的辩论
学界对气候变化的研究有着不确定性，学者们对碳减排模拟与路径也有不同的观点。亚利桑那大学的Derek Lemoine教授等人与牛津大学的Linus Mattauch教授等人在经济学顶级期刊《American Economic Review》上发表文章，就气候系统的惯性效应是否可以为碳减排路径以及碳税的实施争取更多时间这一观点进行了激烈的辩论。
双方均是在气候变化经济学领域出色的学者。作者形象的将文章命名为“Steering the Climate System”，Steering一词在英语中有驾驶的意思，比喻掌控气候系统就如同驾驶车辆一样，需要充分考虑利用惯性。本文梳理了双方几轮交锋的争论点，以期能使大家对现有气候变化经济学的模型研究有所思考。
01
观点
# LR17 (2017.10)
亚利桑那大学的Derek Lemoine教授与康奈尔大学的Ivan Rudik教授，于2017年10月在《American Economic Review》，发表题为《Steering the Climate System: Using Inertia to Lower the Cost of Policy》（《掌控气候系统：利用惯性降低政策成本》）一文（以下简称LR17）。文章针对“将气候变暖控制在一定水平的有效方法是以指数增长的速度为碳排放定价”这一论述提出以下观点：
（1）对碳排放征收霍特林税（Hotelling Tax）实际上是低效的。成本最低的政策路径是利用气候系统的惯性来推迟减排，并允许更大的累积排放量。有别于霍特林税原则，有效的碳税遵循倒U型路径。
（2）设定呈指数增长碳税的经济模型高估了限制气候变暖的成本，高估了有效的短期碳税，也高估了那些更早成熟的技术。
（3）有效的政策轨迹可以利用气候系统的巨大减排惯性，从而推迟减排。
文章提出，当政策制定者的目标是限制总变暖而不是总二氧化碳时，减排的边际成本应该遵循一个不同的轨迹。气候系统表现出相当大的惯性，它对额外二氧化碳排放的反应是缓慢的。换言之，当气温升高后，同样的二氧化碳排放会产生相对更小的气候变暖效应。所以，某年的温度不仅取决于大气中当时的二氧化碳含量，而且还取决于二氧化碳过去的排放轨迹。由于二氧化碳的暂时增加而导致的额外变暖不能简单地通过回到最初的二氧化碳排放轨迹来消除。只关注二氧化碳增量的减排政策忽略了气候系统惯性所提供的制动效果，会夸大控制温度所需的减排量。这一额外支出抵消了政策制定者从利息和二氧化碳自然衰减中获得的收益。因此，LR17认为，对二氧化碳排放征收有效税的速度应当慢于指数增长。
校验数值示例 …
图一
图一显示了最低成本路径(实线)与霍特林税方案(虚线)的差异。霍特林税是将二氧化碳排放限制在 M* 以下的最低成本政策。霍特林税方案减排过于激进，因为它未能利用气候系统的惯性(Panel A)。因此，其产生的温度轨迹低于温度限值(Panel B)的要求，并且根据霍特林税方案，系统的惯性实际上阻止了温度在有限的时间内达到。在最低成本政策情景下，大气平均二氧化碳浓度可以超过霍特林方案控制的浓度水平（M*）将近100ppm (Panel C)。
霍特林轨迹并未考虑气候系统对二氧化碳浓度超标所作出的反应，以及这种气候惯性对排放带来的额外空间。因此，在霍特林政策下，碳价格一开始时要高得多，并且上升得更快，直到减排接近其稳态水平(Panel D)。然而，2100年后，成本最低的政策会将碳价格提高到远超霍特林税的水平。随着二氧化碳超过其稳态水平，最低成本政策开始采取积极减排措施，以便在温度超过之前开始减少二氧化碳的排放。
02
质疑
# An extended comment (2019.1)
针对LR17的观点，牛津大学的Linus Mattauch和Richard Millar博士等人，于2019年1月发表题为《Steering the climate system: an extended comment》（《掌控气候系统：扩展评论》）的文章，并提出异议和自己的观点。
异议论点 …
LR17认为延迟减排的观点基于其假设气候系统确实存在很大的惯性，但这是对气候物理学的误解。二氧化碳排放量与气候变暖之间并没有实质性的滞后。如果将主流气候物理学模型应用于LR17的研究中，则可证明这篇文章对气候政策的建议是无效的。
本文论点 …
LR17探讨了气候系统中的惯性对延迟二氧化碳减排的影响，并声称“由于未能利用气候系统的惯性，这些模型化的政策承担了比必要更多的总减排量。然而，这一结论是基于排放与气候变暖之间存在过度滞后的假设，以及大气中二氧化碳在长远上来看会大幅衰减。同时，他们对IAM模型政策的理解也有失偏颇，大多数IAM给出的政策都没有限制二氧化碳浓度上限，这意味着LR17所提到的“模型政策”是不具有代表性的。
# Comment (2020.10)
随后，Mattauch等人于2020年10月，在《American Economic Review》再度发文《Steering the Climate System: Using Inertia to Lower the Cost of Policy: Comment》（《掌控气候系统:利用惯性降低政策成本:评论》），对LR17提出详尽的质疑。
异议论点 …
（1）LR17使用了过于简化的碳排放模型。
（2）LR17使用了过于简化的温度模型。
（3）这些过度简化导致了人为偏误：将与地球系统匹配的气候模块代入LR17的模型发现，新模型计算的初始碳税比原LR17高了一个数量级，且增长速度也与霍特林税一致，显著高于原LR17的估计。
LR17认为，由于气候系统对排放的反应存在惯性，推迟减少碳排放是有效的。这个结论是基于对相关地球系统模型的误解：二氧化碳排放和气候变暖之间没有实质性的滞后。因此，LR17对气候政策的影响是无效。将气候变暖限制在2℃的最低成本政策路径意味着碳价格一开始就应该被设置在高位，并随着利率的上升而上升。我们不能依靠气候惯性来推迟减排并允许更多的累积排放。
重新评估LR17气候模型。LR17忽略了气候系统惯性的两个关键方面。（1）首先，大气中的二氧化碳衰减并不遵循简单的指数衰减函数。（2）LR17的气候反应方程也是不正确的，因为它忽略了气候系统的众所周知的特性，即二氧化碳浓度增加对气温变暖的影响既有加速的部分，也有减速的部分，这不能被LR17的单一一阶表达式准确捕捉(Held等，2010年)。
本文观点 …
LR17模拟的气候系统与复杂地球系统模型模拟的全球温度对二氧化碳排放的响应不一致。LR17通过简单的一阶响应公式引入气候系统的惯性，找到了一个延迟二氧化碳减排的最佳轨迹，并得出了他们的结论，即“由于未能利用气候系统的惯性，这些模型化的政策承担了比必要更多的总减排，并以比必要更快的速度提升政策”。然而，这些结论与当前对气候系统的理解相矛盾。
03
回应
# Reply (2020.4)
Lemoine and Rudik于2020年4月在《American Economic Review》发表文章《Steering the Climate System: Using Inertia to Lower the Cost of Policy: Reply》（《掌控气候系统:利用惯性降低政策成本:回复》），对于Mattauch等人所提异议做出回复。
（1）LR17的碳排放模型是否过于简单化？
LR17更关注量化气候惯性的影响程度，而非碳税的实际数值。如果坚持用数值结果指导政策，应该把重点放在LR17对“更现实”碳排放模型的讨论上，这个扩展排放模型与Mattauch等(2020年)提出的碳模型类似。Mattauch的基本模型只允许单一的时间尺度的碳衰减，但他们的扩展允许多个时间尺度的碳衰减。所以， LR17在基础设定里确实过度简化了他们的碳模型，但是在扩展讨论中，LR17的碳模型并没有问题。
（2）LR17的温度模型是否过于简单化？
与Mattauch等(2020年)的温度模型相比，LR17有两处不同：（1）LR17借鉴了深海动力学中的理论，允许单一时间尺度的调整。（2）LR17使用不同的热惯性校准参数。较小的值意味着更大的惯性，较大的值意味着更小的惯性(随着ϕ → ∞，惯性消失)。
（3）LR17的首要理论点是否仍然有效？
LR17的主要量化结论仍然有效：对于2°C的温度限制，考虑惯性会将初始税收减少42%，并将政策的当前成本减少7万亿美元(39%)。Mattauch等人(2020)未能量化检验这些结论。因此，LR17简化了Mattauch的温度模型，但显然不会对他们的政策结论产生严重影响。
LR17的主要定量结论甚至也适用于Mattauch等人(2020)的扩展。在Mattauch等(2020)的研究中显示，有效税收应大约按利率增加，并且他们声称碳税的增加“比LR17得出的快得多”。然而，LR17所提出的碳税收轨迹其实与Mattauch所提出的是十分相似的。关键在于，这些轨迹的增长速度都比利率加上大气二氧化碳衰减率慢。因此，LR17的主要理论观点仍然有效：气候变暖的惯性可以有效减缓碳税的增长速度。
04
尾声
近些年，气候变化经济学得到了快速发展，2018年诺贝尔经济学奖授予美国气候变化经济学家威廉·诺德豪斯。作为新兴交叉学科，气候变化经济学需要自然科学和社会科学的结合。但是，经济学家能够正确理解复杂的气候系统吗？
关于碳排放与气候变化的滞后效应，到底是否存在？对减排政策的影响究竟如何？未来，双方是否会继续就这一问题进行辩论？让我们拭目以待。
原文信息
1. Derek Lemoine, Ivan Rudik. Steering the Climate System: Using Inertia to Lower the Cost of Policy. AMERICAN ECONOMIC REVIEW. 2017, 107, 2947-57. https://doi.org/10.1257/aer.20150986
2. Linus Mattauch et al. Steering the climate system: an extended comment.
https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=3338768#
3. Linus Mattauch, H. Damon Matthews, Richard Millar, Armon Rezai, Susan Solomon, Frank Venmans. Steering the Climate System: Using Inertia to Lower the Cost of Policy: Comment. AMERICAN ECONOMIC REVIEW. 2020, 110, 1231-37. https://doi.org/10.1257/aer.20190089
4. Derek Lemoine, Ivan Rudik. Steering the Climate System: Using Inertia to Lower the Cost of Policy: Reply. AMERICAN ECONOMIC REVIEW. 2020, 110, 1238-41. https://doi.org/10.1257/aer.20191814
内容：周欣星，黄小溪
审核与指导：何可汉，杨璞
校对与编辑：黄予