（地图学与地理信息系统专业论文）中美co2减排溢出的政策模拟系统及应用.pdf

中美c 0 2 减排溢出的政策模拟系统及其应用 摘要 摘要 全球气候变化的研究是当今地球科学研究的热点和难题，为应对全球气候变化问题的挑 战，国际社会为达到全球减排的一致行动已经经历了漫长和艰苦的谈判过程。各国从本国 的国家经济安全利益出发，方面要减少温室气体捧放，一方面又要保证本国经济增k 。许 多学者纷纷提出备种控制温室气体排放对策及其对于经济发展的影响，中国要在关r 全球气 候变化问题的谈判中争取自身应有的国家利益，必须从各方面来研究气候保护问题及其影 响，本文选择了从气候保护政策导致的国际g d p 溢出的角度来研究中国的气候保护问题。 本文的模型体系包含了c 0 2 减排宏j 昵经济影响模拟的连贯状态型模型和包含了内生技 术进步d e m t e r 模型上，融入了增汇型c 0 2 减排成本投入模型，构成了包含内生经济增长抠 架下包含内生技术进步的c 0 2 减排影响模型。本文在继承前人模型体系的基础上的一个人 的创新就是将研究国家阀溢出作用的开放经济下的两国- t u n d e l l f t e m i n g 模型与气候保护 模型整合起来，实现了气候保护政策下国家间g d p 溢出的分析。 与前人研究成果相比，本文的主要改进之处在于： 1 )将内生经济框架f 的宏观动态经济一气候模型按照美国的数据特点和实际情况进 行模型修改和参数修正如：生产函数、人力资本、教育投资、能源消费、排放强 度的方程构建和参数设置 2 )根据美国目前在二氧化碳减排问题上的态度及其政策演变的趋势按照其政策制定 的出发点，即保证经济增长的稳定性和速度，本文对美国实施控制性减排措施对r 美国经济增长和社会福利的影响进行了模拟分析。 3 )气候保护政策f 两国g d p 溢出分析，本文在实现气候保护的宏观经济模型与两国间 g d p 溢出模型整合的基础上，以排放量居世界前两位的中美两国为例，分析了在他 国气候保护政策对于本国的g d p 溢出效应及其大小。 对丁_ 中荚气候保护政策影响与溢出模拟涉及到自然气候系统、社会经济系统和能源消费 系统，同时所模拟的对象具有国别性的特点不同国家具有不同的方程和系统，而且最后的 模拟还要针对不同的气候保护政策，为了实现最优气候保护方案的选取，实现快速决策和科 学分析，本文还设计并实现了一个荚于中美气候保护政羡影响及溢出的模拟系统，该系统按 照软件- l 程的原理进行设计，以d e l p h i6 0 位开发平台，采用组件式数据库技术，实现了 三个核心功能：模型计算和数据存储和可视化结果输出。 基于本文所建立的中美气候保护政策影响与溢出模拟系统，采用情景分析法本文实现 了对该系统的丽个应用。首先针对美国实施不同的控制性气候保护政策对国家宏观经济盼影 中美c 0 2 减排溢出的政策模拟系统及其应用摘要 响问题做出模拟，通过对美国情况的模拟，我们发现，从对经济和社会福利的影响来看，选 择增汇型和能源替代型的控制性气候保护政策都能够在不对经济发展造成很大影响的基础 上，实现排放量的增长保持在有效的控制范围之内。通过我们的模拟也发现美国实施控制性 减排是具备可行性的，美国一味的逃避在c 0 2 减排问题上应该承担的责任是国际社会所 不能接受的。 本系统的应用之二就是对于中美c o z 减排政策所导致的g d p 溢出影响进行模拟研究， 通过设置中美两国采取不同的控制性气候保护政策，这种减排政策包括减排和不减排以及减 排政策的控制量大小，进行情景模拟的结果发现，美国实行控制性减排政策对于中国的g d p 溢出影响要小于中国控翩性气候保护政策对于美国g d p 溢出的影响，这两种指向不同的影 响都经历了一个从负向走向正向的过程，因此，扶长期来看，美国的减排政策对于中国的 g d p 增长具有正向溢出作用。 关键词 气候保护c 0 z 减排增汇能源替代技术进步g d p 溢出宏观经济影响 中美c o ：减捧溢出的政策攘拟系统及其应用 a b s t r a c t a b s t r a c t g l o b a lc h a n g eh a sb e c o m et h eh i g h l i g h ta n dd i f f i c u l tp a r to ft h ee a r t hs c i e n c e i no r d e rt o m e e tt h ec h a l l e n g eo f t h eg l o b a lc l i m a t ec h a l l e n g e ，t h ew o r l dc o m m u n i t yh a st a k e ng r e a tt r o u b l ei n n e g o t i a t i n ga n dd i s c u s s i n gt oa c h i e v e t h ec o l l e c t i v ea c t i o ni nt h ec a r b o na b a t e m e n t e v e r yc o u n t r y f a c e st h ed i l e m m ab e t w e e nc a r b o na b a t e m e n ta n de c o n o m i cg r o w t h m a n ys c h o l a r sh a v ec o n ou p w i t hl o t so fc o u l l t e r m e a s u r e st or e s t r a i nt h ee m i s s i o no ft h eg r e e n h o u s eg a s e sa sw e l la st h e s u g g e s t i o n sa b o u t t h ee f f e c to nt h ee c o n o m i c g r o w t h t o s t r i v ef o rc h i n e s en a t i o n a li n t e r e s t si nt h e g l o b a ln e g o t i a t i o no f c l i m a t ec h a n g e ，m a n ye f f o r t ss h o u l db ed o n ei nt h er e s e a r c ho ft h ei n f l u e n c e o fc l i m a t ep r o t e c t i o nf r o ma 1 1a s p e c t s ，f r o mt h ev i e w p o i n to fi n t e r n a t i o n a lg d p s p i l l o v e r sc a u s e d b yc l i m a t ep r o t e c t i o np o l i c y , t h i st h e s i sp r o p o s e ss o m ep o i n t sa b o u tt h ec h i n e s ep o l i c ya b o u t c l i m a t ec h a n g e f i r s t l y , t h em o d e ls y s t e mo ft h ep a p e ri s b a s e du p o nf o u rm a i nm o d e l s ，w h i c hi n c l u d e s s t a t e - c o n t i n g e n t m o d e lc o n t a i n i n g t h ea n a l y s i so f t h e m a c r o e c o n o m i c i m p a c t o f c a r b o n a b a t e m e n t ， a n dt h ed e m e t e rm o d e li n t e g r a t i n gt h ee n d o g e n o u st e c h n o l o g yc h a n g e ，a sw e l la st h em o d e lo f c a r b o na b a t e m e n tm e c h a n i s mb yt h ei n c r e a s i n go fc a r b o ns i n k ，t h em o s ti m p r o v e m e n to ft h e m o d e ls y s t e mo ft h ep a p e ri st h ei m e g r a t i o no f t h em e n d e l l - f l e m i n gm o d e l ，w h i c hd e a l sw i t ht h e p r o c e s s o fi n t e r n a t i o n a ls p i l l o v e r s ，a n dt h em o d e l o f c l i m a t e e c o n o m ym o d e l ，w h i c hm a k ew a y f o r t h ea n a l y s i so f t h ei n t e r n a t i o n a lg d p s p i l l o v e r sc a u s e db y t h ep o l i c yo f c l i m a t e p r o t e c t i o n b a s e do nt h ea c h i e v e m e n t so ff o r m e rr e s e a r c hw o r k ，t h i st h e s i sh a sa c c o m p l i s h e ds o m e c r e a t i v ew e r ki i s t e da sb e l o w ： i ) a p p l i c a t i o no ft h ed y n a m i ce c o n o m y c l i m a t em o d e li nt h ef r a m eo fe n d o g e n o u se c o n o m y g r o w t h t ou s a c c o r d i n gt ot h ef e a t u r eo f a m e f i c 钆t h ep a p e rr e b u i l d ss o w t ee q u m i o na n d a c q u i r e st h ep a r a m e t e ro f a m e r i c a ne q u a t i o nb yr e g r e s s i n ga n de s t i m a t i o n 2 ) s t u d y i n gt h ee f f e c to fc o n t r o l l a b l ec l i m a t ep r o t e c t i o np o l i c yo nt h ea m e r i c a ne c o n o m i c g r o w t h ，s o c i a lw e l f a r e a sw e l la st h er e s u l to f q u a n t i t yo f c a r b o nr e d u c t i o n 3 ) a n a l y z i n gt h eg d ps p i l l o v e r sb e t w e e nc h i n aa n du sb r o u g h tb yt h ei m p l e m e n t a t i o no f c o n t r o l l a b l ep o l i c y 、 c o n s i d e r i n gt h ei s s u eo ft h es p i l l o v e r so fs i n e - a m e r i c a nc l i m a t ep o l i c y , w h i c hc o v e r e dt h e n a t u r a lc l i m a t es y s t e m ，e c o n o m i cs y s t e ma n de n e r g y c o n s u m p t i o na s w e l la st h ed a t aa n d e q u a t i o n sf r o m d i f f e r e n tc o u n 订i e s ，w ed e v e l o p e da n o p e nc o m p u t e ri n f o r m a t i o ns y s t e mt op r o c e s s t h ee f f e c to f m u l t i p o l i c ya n dt om o d e l i n g t h ee f f e c to f s p i l l o v e r sf o rt h ec o n v e n i e n c eo fd e c i s i o n i 中美c o ：减排溢出的政策模拟系统及其应用 a b s t r a c t m a k i n g d e s i g n e db yt h eg u i d a n c eo f t h et h e o r yo fs o f t w a r ee n g i n e e r i n g ，t h ec o m p u t a t i o nm o d e l s y s t e mr e a l i z e st h r e em a i nf u n c t i o n s ：c o m p u t a t i o nm o d e l i n g ，d a t as t o r a g ea n d v i s i b l eo u t p u ti nt h e p r o g r a m m i n g e n v i r o n m e n t o f d e l p h i6 0w i t ht h eh e l po f a d oc o m p o n e n t b a s e do nt h ec o m p u t a t i o nm o d e l i n gs y s t e m ，u s i n gt h es c e n a r i oa n a l y s i sm e t h o d ，w er e a l i z e d t w oa p p l i c a t i o n so f t h es y s t e m f i r s t l y , w es i m u l a t et h ei m p a c to fv a r i o u sc o n t r o l l a b l ec l i m a t ep r o t e c t i o np o l i c i e so nt h e a m e r i c a nm a c r o e c o n o m i cg r o w t ha n dt h ec a r b o ne m i s s i o nf r o mu s t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o w t h a tw i t h o u tu n a c c e p t a b l ec n t s ho na m e d c a ne c o n o m y , t h es t r a t e g yo f i n c r e a s i n gc a r b o ns i n ka n d t h ep o l i c yo f s u b s t i t u t i n gt h ef o s s i le n e r g yw i t hn o n - f o s s i le n e r g yc a nw i n t h eg o a lo f c o n t r o l l i n g t h ee m i s s i o no fc a r b o n ，n l er e s u l t sa l s or e v e a lt h ef e a s i b i l i t yo fc o n t r o l l a b l ep o l i c yo fc a r b o n a b a t e m e n tt ou s a n o t h e ra p p l i c a t i o no ft h es y s t e mi sm o d e l i n gt h eg d p s p i l l o v e r sb e t w e e nc h i n aa n du s c a u s e db yt h ec l i m a t ep r o t e c t i o np o l i c y b ys e t t i n gt h es c e n a r i o so fd i f f e r e n tc l i m a t ep o l i c y , w h i c h i n c l u d e sw h e t h e rt or e d u c ec a r b o ne m i s s i o na n dt h el e v e lo fc o n t r o l m e n lw ef i n dt h a tt h ee f f e c to f a m e r i c a np o l i c yo fr e d u c ec a r b o ne m i s s i o no nc h i n e s eg d pi sm o r ec o n s i d e r a b l et h a nt h ee f f e c t o fc h i n e s ep o l i c yo l la m e r i c a ng d et h e s et w o s p i l l o v e re f f e c t sw i t hd i f f e r e n td i r e c t i o nb o t hg o t h r o u g hap r o c e s sf r o mt h en e g a t i v ee f f e c tt ot h ep o s i t i v ee f f e c t s ot h ec o n c l u s i o ni sd r a w nt h a t c h i n e s eg d p g r o w t ht a k et h ea d v a n t a g eo f a m e r i c a np o l i c yo f r e d u c ec a r b o ne m i s s i o ni nt h el o n g r u n k e y w o r d s ：c l i m a t ep r o t e c t i o n ，c 0 2a b a t e m e n t ，c a r b o ns i n k ，e n e r g ys u b s t i t u t i o n ，c a r b o ns i n k ，g d p s p i l l o v e r s ，e c o n o m i ci m p a c t s 前言 政府间气候变化委员会( p c c ) 在2 0 0 1 年发表的第三次评估报告指出，近百年来地球 气候正经历一次以全球变暖为主要特征的显著变化，全球变暖已经对于全球的生态系统以及 社会经济系统产生了明显和深远的影响。自从1 8 4 1 年以来。全球气温在2 0 世纪夫约上升了 0 4 一o 8 ，2 0 世纪的这一增温幅度魁过去1 0 0 0 年中增温最大的1 0 0 年。现有的气候模式 预估表明，未来5 0 1 0 0 年全球气候仍将继续向变暖的方向发展。i p c c 的报告同时指出， 近5 0 年的气候变暖主要是因为人类使用化l i 燃料排放的大量二氧化碳等温室气体的增温敛 应造成的。很显然，人类必须采取措施减少温室气体的排放但是，在谁来减、如何减、减 多少等问题上由于各个国家利益集团存在严重的利益冲突。从长远看，各国都希望保护气候， 避免气候变化对自然生态系统和人类产生的不利影响，从而使自己免受气候变化带来的灾 难；从近期看，各国又都不愿意囡自行减少温室气体排放，而限制或者影响本国经济、社会 发展以及本国产品在国际市场上的竞争力。因此国际社会在气候变化问题上矛盾重重，全 球一致减排议程举步维艰。 2 0 0 5 年2 月1 6 目，京都议定书在历经了7 年的波折后终于正式生效，全球3 5 个国 家及欧盟各国在2 0 1 2 年之前，按照各自的减排指标削减温室气体的排放量。为对抗全球气 温变暖共同作出努力。这样在全球气候变化问题上的第一个国际多边协议在世界范围内正 式生效，是国际社会应对全球气候变化问题的一个重要胜利。但是美国作为世界上c 0 2 排 放零最大的国家却始终拒绝加入京都议定书将在很大程度t 影响京都议定书的 实施成效。京都议定书坚持减排责任“挟同但有差别”的原则，我国作为发展中国家， 京都议定书的生效在短期内不会对我国的经济发展产生负面影响，但是中匿免于减徘温 室气体绝对不会是长期的。京都议定书的第一承诺期马上就要到来，在2 0 1 2 年之后，不 排除在下一轮气候谈判中修改协议内容，将排放量日益增大的中国列为减排国家之列，中国 时刻都面临着来自国际社会的减排压力。中国另一方面的重要压力来自美国，美国拒绝加入 京都议定书的借口之一就是以中国为代表的发展中国家不承担减排义务。为了在f 一轮 的气候谈刿争取我国作为发展中国家应有的利益，我们必须从保证国家经济安全的角度出 发，从备方面加强气候变化的研究。 在全球一体化的背景下各开放经济体通过大规模持续的贸易流、投资流、人流和信息 流紧密联系t 由于区域闻溢出作用的存在，一个国家或地区的技术和政策选择必然会对其他 地区的发展产生影响，某个国家采取的c 0 2 减排政策不仅会对本国国内生产和消费模式的 调按，而且还通过这种溢出作用对其他国家的经济发展产生影响。中美作为世界上两个主要 的c 0 2 排放国家，都还没有开始实施具体的减排政策，为了分析美国将来的减排政策能够 对中国经济发展产生多大影响，本文将溢出理论用于国家间c 0 2 减排政策研究，以期为目 前还相对薄弱的c 0 2 减捧的国际溢出研究作些探索性的研究，为中国应对将来的气候谈判 提供一定的决策支持。 在研究方法上，本文选择了可计算模拟的方法对中美两国的减排政策的结果和影响进行 分析，同时考虑到我们所分析问题域具有宏观、复杂以及反馈机制繁复的特点，本文在技术 上虑用地理信息科学技术，使用计算机程序进行模拟和预测研究，这种研究方法为气候变化 政维及其影响研究的定量化提供了最科学和最快速的方法。通过建立中美c 0 2 减排溢出的 政策模拟系统我们实现了不同政策情景f 的模拟计算和分析，得出了气候保护政策对本国 经济发展的影响以及对他国的g d p 溢出影响。 本文分为六个部分。第一章为引论主要介绍本论题研究的学科背景，全球气候变化的 挑战及其国际社会的应对态度，尤其是中美两国在戍对全球气候变化问题中的态度和立场， 以及碳减排政策模拟研究的国内外进展，尤其是气候保护政策的国际间溢出的研究进展。第 二章主要是按照软件工程的原理对我们所开发的中美c 0 2 减排溢出的政策模拟系统进行系 统目标规划系统需求分析，系统各模块设计及系统模拟方法角的选择。第三章是模型体系 研究，本文的模型体系基于内生经济增长框架f 的宏观动态经济一气候模型和开放经济下两 国m u n d e l l f l e m i n g 模型，在前人研究的基础上构造了美国的模型体系，将中美两国的气候 保护模型通过两国g d p 溢出模型整合起来，以此来研究一国气候保护政策对于另一国g d p 溢出的影响。第四章主要阐述系统开发以及系统实现过程中要涉及到的关键技术。第五章是 系统的第一个应用部分，针对美国的具体情况，设置具体情景，对美国实施控制性的增汇型、 能源替代碰和生产型减排措施所导致的碳排放量和g d p 产出进行模拟，并对所得到的结果 进行分析，从而得到美国采取控制性减排措旋的相应结论。第六章是系统的第二个应用，对 中美两国设置了不同的气候保护情景，对两国在实施控制性气候保护措施之后所导致的 g d p 溢出进行了分析，对二氧化碳减排的国际溢出问题进行了探索性的研究。第a 章是对 整篇论文的总结，提出了中国在对待全球变化问题上豹政策建议，并针对研究过稃中存在的 问题进行讨论。 鍪堡登硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 承继成教授北京大学主席 丁平兴教授华东师范大学 应龙根教授华东师范大学 刘敏教授华东师范大学 王远飞副教授 华东师范大学 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意 作者签名：鏊燮 学位论文授权使用声明 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆被查阅。有权将学位论文的内容编入有关数据库进 行检索有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在 解密后适用本规定。 学位论文作者签名：絮罕酶 导师签名： 日期：地。5 ! ：坚日期： 网 j 中美c o ：减排溢出的政策模拟系统及其应用第一章引论 1 1 地球信息科学 第一章引论 1 1 1 地球信息科学的发展 地球信息科学是在地理信息系统的基础上发展起来的。地理信息系统( g e o g r a p h i c a l i n f o r m m i o ns y s t c m ，g i s ) 是1 9 6 0 s 发展起来的地理学研究技术。最初的地理信息系统，其 最主要的作用是利用当时的计算机技术提高空间数据的管理水平和处理水平( g o o d c h i l d 2 0 0 0 ) 。随后g i s 被广泛应用于城市和区域管理、资源环境管理、人口和商业管理、社会统 计和交通运输、军事等多个领域。随着g i s 的迅速发展。1 9 9 0 s 年代出现了对g i s 的反思， 许多学者们认为g i s 不能仅仅局限于充当一个数据库的管理系统，更广泛意义的g i s 应该 足地理信息科学( g e o g r a p h i c a l i n f o r m m i o ns c i e n c e ) 。1 9 9 2 年g o o d c h i l d 首次提出了地理信 息科学的概念，他认为地理信息科学主要研究在应用计算机技术对地理信息进行处理、存储、 提取以及管理和分析过程中所提出的一系列基本问题( g o o d c h i l d ，1 9 9 2 ) 。1 9 9 4 年成立了荚 国大学地理信息科学协会，标志着地理信息科学这一概念得到了美国科学界的承认。大会认 为地理信息科学的研究内容包括：空间数据的获取和集成、分布式计算、地理信息的认知和 表达、空间分析、地理信息基础设旅建设、地理数据的不确定性及其对地理信息系统操作的 影响、地理信息系统的社会实践。f r a n k ( 2 0 0 0 ) 认为地理信息科学本质上是- - f l 计算地理 学，它有着自己的研究领域，包括关于空间自然过程、人文、环境等在内的与时空有关的所 有方面的正式模型。 她理信息科学的提出是地理信息系统技术及应用发展到相当水平后的必然要求，随着遥 感、全球定位系统、因特网和地理信息系统等现代化信息技术的发展及其相互之间安的渗透， 逐渐形成了以地理信息系统为核心的集成化技术系统，为解决区域范围更广、复杂性更高的 现代地学问题提供了新的分析方法和技术保证，这就是“地理信息科学”产生的广泛社会基 础。 国内的学者在地理信息科学的基础上提出了地球信息科学的概念。陈述彭。何建邦， 承继成等( 1 9 9 7 ) 将地球信息科学的概念概括为“地球信息科学以地球为舞台( 电离层一萸 霍面) ，以人地关系为主题，以服务全球变化与区域可持续发展为目标，将卫星应用、遥感 技术、地理信息系统、电脑辅助设计与制图、多媒体与虚拟技术、互联信息网络为主体的高 速全息数字化集成的科学体系，形成能对人流、物流、能流进行时空分析与宏观调控的战略 中美c 0 2 减捧溢出的政鬣模拟系统及其应用第一章引论 技术系统。” 地球信息科学是- - f l 交叉学科，是地球系统科学、信息科学和信息技术等的交叉和融合 ( 如图1 1 ) ，是地球科学的一门新兴的重要分支科学：同时，地球信息科学也是一门应用科 学它以信息流为手段研究地球系统的物质流、能量流和人流的运动状态和方式；它由三部 分组成：“地球信息机理”是其理论研究的主体，“遗球信息技术”是其研究手段，“全球变 化与区域可持续发展”是其主要应用研究领域。图1 1 给出了周成虎，鲁学军( 1 9 9 8 ) 提出 的地球信息科学的学科体系。作为一种学科体系，我们并不觉得它是完各的，其中信息模拟 的内容强调看见辅助决策的“空问”失之偏颇，而应该是一般的地学辅助决策支持系统。例 如气候模拟的g c m ，显然是地球信息模拟系统，但是它不是空间意义上的。 地球信息机理 地球信息的结构特征、性质与表达 地球圈层间信息传输机理及过程： 地学信息传输的不确定性与预测性 地球信息流的动力学机制 地球系统科学 物质流 能量流 信息流 地球信息科学 理论 技术 应用 区域町持续发展全球变化 区域农业 区域工业 区域经济 区域社会 气候变化 自然灾害 人类活动 环境生态 信息获取 遥感技术 全球定位系统 地面台站网络 堕璺堡墼 地理信息系统 宅回辅助决策系统 信息传播 因特网 信息高速公路 图1 1 地球信息科学的学科体系( 周成虎，鲁学军1 9 9 8 ) 无论是地理信息科学还是地球信息科学的兴起和发展，都是建立在地理信息系统技术极 大的捉赢了人类处理和分析大量有关地球资源、环境、社会与经济数据能力的基础之上的。 地球信息科学的发展必然带动地理信息技术在全球变化和区域可持续发展以及地理系统科 学理论研究方面的应用。 i 1 2 地学决策支持系统 地球信息科学的研究对象决定了g i s 不得不与决策支持系统( d e c i s i o n s u p p o r ts y s t e m d s s ) 相接合起来解决问题 决策支持系统的定义最早是在2 0 世纪7 0 年代末美国的s c o t tm o r t o n 在管理决策支持 系统一文中提出来的。随着运筹学、系统分析、人工智能、专家系统、数理统计等相关学 科的长足发展使得在信息系统内部进行更为深刻的挖掘和应用的决策支持系统的发展成为 2 中美c 0 2 减排溢出的政策模拟系统及其应用第一章引论 可能。作为一种新型的计算机信息系统，d s s 已经得到了迅速的发展，它已经成为系统工 程、管理科学、计算机科学领域十分活跃的研究课题。 d s s 至今还没有一个完全的定义不同的专家和学者对它有着不同的定义虽然定义的 出发点不同，但是其内容大致都可以归结为：d s s 是一个利用数据和模型来辅助决策者解 决半结构化问题的系统，它以模型驱动为主要特征，以提高决策的有效性为主要目的( k e e n ， 1 9 9 8 ) 它的产生和发展正是为了以迅速和灵活的方式提供各种各样的数据、便利可用的模 型和分析操作，来为高层决策者遇到结构不良的求解提供有效的计算机支持环境。 一般地，d s s 由数据库子系统、模型库子系统和方法库子系统这三库组成，即传统的三 库结构。d s s 按照库的种类和个数，可以划分为二库结构、三库结构、四库结构和五库结 构。二库结构是1 9 8 0 年由s p r a g u e 提出的，是d s s 的基本结构。包括数据库和模型库。从 模型库中分离出方法库，就形成了三库结构。二库和三库结构是基于数值分析和数值判断的 是传统的d s s 。四库和五库结构在传统d s s 基础上添加了知识库、规则库以及文本库，从 而形成了智能决策支持系统( i n t e l l i g e n td s s ，i d s s ) ( c h u a n g ，1 9 9 8 ) 。 决策支持系统的应用非常广泛，其在地球信息科学中的表现之一就是建立地学决策支持 系统也就是在图1 1 地球信息科学体系中的空间辅助决策系统空间辅助决策支持系统直 接面向地球科学的问题领域，它的任务是在地理信息系统有关地球空间信息分析结果的基础 上产生人类行动的目的、计划和策略信息( 周成虎鲁学军，1 9 9 8 ) ，地学决策支持系统不 同于地理信息系统中的信息处理过程，信息处理是决策的准备和基础，决策分析是信息处理 的目的和结果。这表明地球信息科学在技术方面的发展必然要求将决策支持系统引入，发展 针对地球系统科学的决策支持系统即地学决策支持系统( g c o - d s s ) 。 从地球信息科学的方法论来看( 图1 2 所示) ，地理信息系统遭过对来源于地球系统的数 据流进行空间信息分析，而将数据转换为信息流( 目标信息) ；它实质上完成了对于地球系 统的了解和认识即实现了对于这个复杂地球系统的认识过程。空间决策系统通过对来源于 地理信息系统的信息流进行空间决策分析。而将信息流转换为知识流( 目的、计划和策略信 息流) ；它实质上模拟了对于地球系统的调节和控制作用。即模拟丁对于这个复杂地球系统 的调控过程：而策略、方案实施则将知识流转化为真正可供操作的调节和控制行为，而这正 是决镱支持系统所要完成的目标。 圈l2 地球信息科学的方法论( 周成虎，鲁学军1 9 9 8 略有修改) 3 中美c 0 2 减排溢出的政策模拟系统及其应用第一章引论 综上所述，面向地球系统科学的地学决策支持系统包含广泛的内容，结合地球信息科 学的应用领域全球变化和区域可持续发展问题，本文更多的关注于环境经济决策支持系 统的建设。所谓环境经济决策支持系统，就是运用地理计算( g e o c o m p u t a t i o n ) 方法和地理 信息系统( g i s ) 技术，以环境经济系统为研究对象，分析自然环境与经济发展之间的互动 关系与作用机制，研究经济要素在地域空阃上的优化配置模式，模拟环境经济系统的演化过 程，揭示环境经济系统的运行规律，预测经济增长与环境演化的趋势，探讨环境经济系统的 优化调控机制，寻求经济发展与环境保护的新对策( 郑一萍，2 0 0 4 ) 。本文就是在这种理论 背景的指引下，建立一个针对二氧化碳减排所导致的国际间经济溢出的环境经济决策支持系 统。 1 2 全球气候变化一一地球信息科学面临的一个焦点问题 1 2 1 地球信息科学的特点决定了其在全球气候变化的研究必然大有可为 当前，人类正面临着一系列重大而紧迫的全球环境闫题，包括全球变暖，植被破坏 生物灭绝、土地退化、淡水资源短缺等。目前国际学术界和一些国际机构先后发起弗组建了 4 个大的跨学科的国际研究计划包括国际地豳生物圈( i g b p ) 全球变化人文因素( i h d p ) 世界气候研究( w c r p ) 和生物多样性( d i v e r s i t a s ) 。由于消耗臭氧层物资的生产和使 用在蒙特利尔公约的约束下已经得到有效控制而且生物多样性和水环境的地域特征较 为明显，因而近年来全球变化的焦点集中在全球气候变化。气候变化问题是全球变化问题研 究的核心问题( 潘家华，2 0 0 2 ，林海，2 0 0 2 ) 。 全球气候变化的研究是当今地球科学研究的热点和难题，涉及到地球科学、天体科学 和遥感技术等众多学科领域，具有高度综合和交叉学科研究的特点。遥感、全球定位系统和 地理信息系统组成的对地观测体系。以及计算机网络化为研究全球变化提供了最先进的手 段，为人类研究人地关系提供了丰富的地球观测数据再加上空间数据库和地学决策支持系 统、数学模型的整合，使得从地球系统科学的宏观角度来“分析和解释”及“概念化和数值 模拟”甚至“预测和验证”成为可能，由此可见，地球信息科学必将在全球变化领域的研究 内大有作为。 1 2 2 全球气候变化对社会环境经济系统的影响日趋严重 全球气候变化最主要的是气候变暖问题，人类活动自觉和不自觉地影响着气候变化的 方向和速率，尤其是工业革命以来，人类活动影响气候变化的作用在显著加剧。尽管引起气 候系统变化的因素来自多方面，包括自然的气候波动与人类活动的影响这两大类。政府间气 候变化专门委员会( i p c c ) 最近发表的第三次评估报告指出( i p c c ，2 0 0 1 ) ，近5 0 年的气 4 中美c 0 2 减排溢出的政簟横拟系统及其应用 第一章引论 候变暖主要是人类使用化石燃料排放的大量二氧化碳等温室气体的增温效应造成的( 秦人 河，2 0 0 4 ) 。 气候作为人类赖以生存的自然环境的一个重要组成部分，它的任何变化都会对自然生 态系统以及社会经济系统带来多重影响而且，其影响将是全方位的，多尺度和多层次的， i p c c 第一下作组第三次评估报告显示全球平均地表温度自1 8 6 1 年以来就一直在升高2 0 世纪人约升高了0 6 0 2 ，这可能是过去1 0 0 0 年增温最大的1 0 0 年：2 0 世纪5 0 年代以 来，北半球春夏海冰面面积减少了大约1 0 - - 1 5 ，雪盖面积自2 0 世纪6 0 年代末以来已经减 少了1 0 左右，北半球中高纬度河湖结冰期年减少约两个星期，非极区的高山冰川普遍退 缩：全球平均海平面升高了火约o 1 棚2 m ；极端气候事件如厄尔尼诺、干旱、洪涝、沙尘 暴、森林火灾等发生的频率和强度都有所增加。科学家使用了3 1 个复杂气候模式，对6 中 代表性温室气体排放情景下来来1 0 0 年的全球气候变化进行了预估，结果表明。全球平均地 表气温到2 1 0 0 年是将比1 9 9 0 年上升1 4 5 8 c ( 秦大河，2 0 0 4 ) ，这以增温值将是2 0 世纪 内增温值( 0 6 c 左右) 的2 1 0 倍可能是近1 0 0 0 0 年中增温最显著的速率。这表明全球气 候将继续变暖，负面影响将不断扩大。 1 3 国际社会应对气候变化问题的态度和开展气候变化研 究的重要性 1 3 1 保护全球气候的国际过程 1 9 7 9 年由世界气象组织( w m o ) 召开的第一次世界气候大会标志着气候变暖第一次往 国际上被承认为一个严重问题，这次大会发出声明，号召世界各国政府霞视和防止潜在地人 为气候变化。1 9 8 9 年1 1 月，世界气象组织和联合国环境署成立了“政府间气候变化专fj 委 员会( p c c ) ”，为国际社会提供科学咨询。此后i p c c 开展了广泛的科学认识、影响预 5 | 1 4 和对策方面的共同研究。1 9 9 0 年1 2 月，联合国人会第四十五届大会决定设立政府间气候谈 判委员会进行有关气候变化问题的国际公约谈判，进而在1 9 9 2 年5 月，在联合国环境与 发展大会( u n c e d ) 上签署了气候变化框架公约( p c c c ) ，1 5 3 个国家和区域一体化组 织正式签署了公约，1 9 9 4 年3 月2 1 日公约正式生效。截止到2 0 0 1 年1 2 月共有1 8 7 个国家 和区域一体化组织成为缔约方。由于气候公约只是一项框架公约，没有法律约束力，并且公 约确定的措施远未能够实现公约的目标，为此这次会议决定开始“议定书”的谈判，制定一 项具育法律约束力的、以及具有明确减排义务的议定书。经过两年艰苦谈判，1 9 9 7 年1 2 月 在日本京都召开的公约第三次缔约方大会通过了京都议定书，为发达国家规定了剑 2 0 0 8 2 0 1 2 年的具体的温室气体减捧义务。京都议定书共有2 7 条和a 、b 两个附件。 附件a 列出了温室气体种类及捧放的经济部门附件b 为发达国家的减捧指标。议定议定 书规定，发达国家在2 0 0 8 2 0 1 2 年内要将其二氧化碳等温室气体排放水平比1 9 9 0 年的平 中美c o ：减排溢出的政策模拟系统及其应用第一章引论 均水平减少5 2 具体是欧盟减8 ，美国减7 ，日本减6 。俄罗斯不增不减澳火利 亚增8 。京都议定书还确定了帮助发达国家缔约方减轻其承担减排与控排义务费用的3 个“灵活机制”，其中包括发达国家与发展中之间合作的“清洁发展机制”。在1 9 9 8 年第四 次缔约方大会上要求在2 0 0 0 年第六次缔约方大会( 海牙会议) 通过议定书的具体实施细 则，并争取在2 0 0 2 年使京都议定拉在法律上生效。然面，由于美国与欧盟在一些重要 实施问题上分歧严重，发展中国家与发达国家的立场也有较大距离2 0 0 0 年1 1 月召开的海 牙会议无果而终。而且，美国布什政府于2 0 0 1 年3 月不顾国际社会的反对与谴责，拒绝批 准京都议定书，虽然在2 0 0 1 年7 月丁波恩召开的联台国气候变化框架公约( u n f c c c ) ) 第六次缔约国( 地区) 会议签署了一些妥协性的协议，但是布什政府仍然拒绝返网京都议 定书。事情出现转机是2 0 0 4 年l o 月2 2 日和2 7 日俄罗斯国家杜马( 议会下院) 和联邦 委员会( 议会上院) 分别批准了京都议定书，使得“附件i 国家”中的缔约方1 9 9 0 年二 氧化碳排放量须至少占全体“附件j 国家”中缔约方1 9 9 0 年排放总量的5 5 ，京都议定 ； 就满足了生效的条件。2 0 0 5 年2 月1 6 日京都议定书在联合国生效，联合国历史上首个 具有法律约束力的温室气体减排协议在世界范围内