【正文】 假設(shè)全球碳排放以煤炭、石油、天然氣燃燒后碳元素均以二氧化碳?xì)怏w形式進(jìn)入大氣；l 假設(shè)忽略農(nóng)林產(chǎn)業(yè)(如樹木、花草)進(jìn)行光合作用所消耗的CO2和人類活動(dòng)所產(chǎn)生的廢棄物的碳排放從效果上看大致相等； l 假設(shè)化石能源（主要是煤炭、石油、天然氣）在本世紀(jì)中葉前不受到各個(gè)國家或地區(qū)的地方保護(hù)性儲(chǔ)備，即大規(guī)模減少能源供給的可能性忽略。 針對(duì)問題三，在問題二建立的模型的基礎(chǔ)上，利用問題一預(yù)測的未來三十年時(shí)間內(nèi)碳排量的數(shù)據(jù)計(jì)算溫度升高的范圍。本文依托中國煤炭資源網(wǎng)（）等網(wǎng)站提供的世界煤炭年消費(fèi)量數(shù)據(jù)、世界石油年消費(fèi)量數(shù)據(jù)、世界天然氣年消費(fèi)量數(shù)據(jù)，應(yīng)建立模型的需要，將數(shù)據(jù)進(jìn)行了一定的技術(shù)處理，統(tǒng)一折算到標(biāo)準(zhǔn)煤，進(jìn)而利用改造過的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測算法即灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測算法預(yù)測未來三十年時(shí)間內(nèi)世界年煤炭、石油、天然氣的消耗量。 下圖所示為解題過程中需要解決的問題。 計(jì)算公式釆用《IPCC2006溫室氣體排放清單》所推薦的公式,即: C（總排放量）=E（能源終端消耗量）c（排放系數(shù)） 具體數(shù)學(xué)公式如下:　　　 （21）國家發(fā)改委能源所C02排放系數(shù)推薦值(tC/tce)(tC02/tce)　　其中C為碳排放量,單位為104t；C為碳排放系數(shù)(tC/tce)；E為能源終端消耗量,。　　因?yàn)槲覈F(xiàn)在還沒有碳排放量的直接監(jiān)測資料,所以本文對(duì)碳排放量的研究是通過對(duì)能源消費(fèi)量的測算得來的,能源消費(fèi)量就是統(tǒng)計(jì)年鑒中終端能源消費(fèi)量?！　≈饕且訧PCC的國家溫室氣體排放清單為代表的全面測算碳排放,IPCC2006年國家溫室氣體排放中,碳排放的全面測算包括能源、工業(yè)過程和產(chǎn)品使用、農(nóng)業(yè)、林業(yè)和其他土地利用、廢棄物四個(gè)方面。因此，投入資金進(jìn)行植樹造林、森林維護(hù)，以及控制東南亞、南非國家的森林砍伐和林業(yè)發(fā)展，都是有效解決碳存量的方法。亞洲的森林面積雖然整體上有所增加，但個(gè)別國家森林持續(xù)減少的局面沒有多大改觀。從地區(qū)看，非洲全域森林減少率相對(duì)較高，2000～%，森林面積每年減少404萬公頃?！　×硪粋€(gè)碳吸收者為森林?！　〉厍蜃钪饕亩趸嘉{處是海洋，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)海洋在1800年到1994年間吸收了4760億噸二氧化碳，接近于排放總量的一半；僅2008年一年，海洋就吸收了23億噸的碳，是人類全年釋放二氧化碳總量的四分之一。二氧化碳存量治理有其必要性。首先影響能源大國的經(jīng)濟(jì)；其次，會(huì)導(dǎo)致電價(jià)以及其他材料生產(chǎn)成本提高，影響經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇；第三，汽車等產(chǎn)品的消費(fèi)會(huì)由于能源價(jià)格上漲而下降。 根據(jù)從能源到二氧化碳的產(chǎn)生過程，減排有兩個(gè)切入點(diǎn)，其一是從能源市場進(jìn)行干涉，改善能源結(jié)構(gòu)或者提高能源的使用效率，主要方法有使用稅收等手段改變不同能源物質(zhì)的價(jià)格、政府管制限額、推廣可以提高化石燃燒效率的新技術(shù)等；其二是從電力市場入手進(jìn)行干涉，改變電力的需求供給關(guān)系來影響能源的使用，使用稅收等手段抬高電價(jià)或倡導(dǎo)全社會(huì)節(jié)約用電，減少電的需求，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以及資本密度，在工業(yè)領(lǐng)域?qū)υO(shè)備實(shí)行精細(xì)化管理、按期保養(yǎng)、維護(hù)設(shè)備，利用新技術(shù)提高各種生產(chǎn)設(shè)備的用電效率等。如取暖，高緯度地區(qū)由于天氣寒冷，由取暖而燃燒化石燃料排放的二氧化碳相對(duì)較多，經(jīng)濟(jì)水平接近的歐洲與美國相比，%%；再如交通方式，歐洲國家較小，地鐵系統(tǒng)發(fā)達(dá)，人均汽車擁有量較美國少，因而，歐洲道路交通二氧化碳排放量占全部二氧化碳排放量的22%，美國占27%； 噸/人。從世界各國的化石燃料使用情況來看，歐洲各國的煤使用比例從1980年持續(xù)下降，到2007年，由原來的30%下降到18%，這部分解釋了歐洲二氧化碳排放量穩(wěn)中有降的狀態(tài)。眾所周知，各種燃料燃燒排放二氧化碳的強(qiáng)度從高到低依次是：煤、石油、天然氣、水能、核能等新能源。觀察世界各國的能源強(qiáng)度發(fā)現(xiàn)，最高的是俄羅斯和中東地區(qū)國家，它們以石油生產(chǎn)作為GDP的主要支柱，另外亞洲國家上升較快，且高于世界平均水平，而北美歐洲等地區(qū)國家的能源強(qiáng)度則低于世界平均水平，且趨于下降，這與發(fā)達(dá)國家第三產(chǎn)業(yè)比例升高有關(guān)。一個(gè)經(jīng)濟(jì)體中如果第二產(chǎn)業(yè)所占比例較高，尤其是重工業(yè)中的電力工業(yè)、水泥工業(yè)、冶金工業(yè)或者石油產(chǎn)業(yè)等比例較高，其二氧化碳排放量就會(huì)相對(duì)較高。而從各個(gè)國家的情況來看，雖然都符合與GDP正相關(guān)的關(guān)系，但增速與實(shí)際GDP的增速由于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)能源結(jié)構(gòu)等因素而各不相同?！　∫皇菄鴥?nèi)生產(chǎn)總值（GDP）。 因此，為全世界碳排放形勢作出分析，并據(jù)此建立模型預(yù)測，量化研究全球至2030年及2050年前的碳排放情況，提出合理、現(xiàn)實(shí)的解決方案具有重大而深遠(yuǎn)的意義。碳排放強(qiáng)度（單位GDP的碳排放量）是衡量經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與碳排放增長之間關(guān)系的重要指標(biāo)之一。在不影響經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定增長的前提下，實(shí)現(xiàn)碳排放的逐漸減少，是國際社會(huì)目前亟待解決的問題。國際上幾個(gè)代表性的國家生產(chǎn)總值持續(xù)高速猛勁增長，創(chuàng)造了巨大的物質(zhì)文明，但環(huán)境問題同樣不可小覷。早在14世紀(jì)初,英國就注意到了煤煙污染；17世紀(jì)倫敦煤煙污染加重時(shí),有學(xué)者提出過改善大氣品質(zhì)的方案近年來，不過直到這時(shí),污染只在少數(shù)地方存在,污染物也較少,依靠大自然的自凈能力,尚不至于造成重大危害。所有引用文獻(xiàn)請(qǐng)注明出處。聯(lián)合國的氣候變化目標(biāo)是否可以達(dá)到？ ，具體到美國、日本、俄羅斯、印度、巴西、中國等國家，各自應(yīng)承擔(dān)什么義務(wù)？理由是什么？ ，提交給IPCC。但是由于各國環(huán)境條件的巨大差異以及利益間的巨大沖突， 世界各國卻無法達(dá)成一個(gè)有法律約束力的“碳排放”協(xié)議，為此，聯(lián)合國政府間氣候變化專業(yè)委員會(huì)—IPCC特聘請(qǐng)你們提供相關(guān)研究報(bào)告，內(nèi)容應(yīng)包括： ，對(duì)當(dāng)前全世界碳排放形勢作出分析，并據(jù)此建立模型預(yù)測至2030年及2050年前的碳排放情況。為了從數(shù)學(xué)角度對(duì)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)合各國的經(jīng)濟(jì)形勢，從經(jīng)濟(jì)發(fā)展、能源需求、溫室氣體排放的邏輯順序，據(jù)此建立模型預(yù)測至2030年及2050年前的碳排放情況，驗(yàn)證達(dá)到聯(lián)合國“使全球變暖不超過2攝氏度”的氣候變化目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的可能性，并給出了合理、現(xiàn)實(shí)的解決方案。關(guān)于碳減排問題解決方案的建模探討摘要：關(guān)鍵詞：碳排放；溫室氣體；氣候變暖；燃料需求預(yù)測1 問題的提出 “全球氣候變暖”(Global Warming）以及“碳減排”（Carbon emission reduction）問題，是當(dāng)今社會(huì)的熱點(diǎn)問題。 世界沒有一個(gè)有法律約束力的“碳排放”協(xié)議。 “全球氣候變暖”（Global Warming）以及“碳減排”（Carbon emission reduction）問題，已成為世界關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)問題。 2 如果要達(dá)到聯(lián)合國“使全球變暖不超過2攝氏度”的氣候變化目標(biāo)，給出你們認(rèn)為合理、現(xiàn)實(shí)的解決方案，并據(jù)此預(yù)測全世界2030年及2050年的碳排放情況。要注意所引用數(shù)據(jù)的可靠性。文中利用附錄中提供的及自己查找到的資料和數(shù)據(jù)建立和全球變暖有關(guān)的因素的的數(shù)學(xué)模型，主要包括以下幾個(gè)部分：1. 影響全球變暖的因素的數(shù)學(xué)模型；2. 煤炭需求量的數(shù)學(xué)模型；3. 碳排放量的數(shù)學(xué)模型；4. 描述碳排放量和溫度升高之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型；2附錄表格中部分?jǐn)?shù)據(jù)添加的說明2問題分析能源為人類社會(huì)文明的進(jìn)步提供了強(qiáng)大的動(dòng)力，但掠奪式開發(fā)和瘋狂式利用也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境問題，比如水污染、大氣污染、重金屬污染、自然水位下降、干旱、地表淪陷等問題。環(huán)境污染發(fā)生質(zhì)的變化并演變成一種威脅人類生存與發(fā)展的全球性危機(jī), 則始于18世紀(jì)末葉興起的工業(yè)革命。現(xiàn)階段世界經(jīng)濟(jì)增長與環(huán)境保護(hù)之間存在著越來越尖銳的矛盾，現(xiàn)代工業(yè)化進(jìn)程消耗了大量的化石能源，造成碳排放的大幅度增加，導(dǎo)致嚴(yán)重的溫室效應(yīng)。全球氣候變暖”（Global Warming）以及“碳減排”（Carbon emission reduction）問題，直接導(dǎo)致兩極冰川融化和海平面的上升，已成為近年來世界關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)問題。掌握碳排放強(qiáng)度的變化規(guī)律，研究其主要影響因素的變化對(duì)其的沖擊效應(yīng)，可以為制定相應(yīng)的節(jié)能減排政策提供數(shù)據(jù)支持和理論依據(jù)。 從二氧化碳排放的來源看，有生產(chǎn)和生活兩部分，從量上可以主要分為四個(gè)方面。從全球的情況來看，二氧化碳的排放量與實(shí)際GDP正相關(guān)，且二氧化碳的增長速度略小于實(shí)際GDP增速?！　《钱a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。這實(shí)際上反映了一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)體的能源強(qiáng)度，即生產(chǎn)一單位GDP所需要的能源?！　∪悄茉唇Y(jié)構(gòu)及能源效率。一個(gè)國家的能源結(jié)構(gòu)及燃料使用效率對(duì)二氧化碳的排放也起到很大作用?！　∷氖巧钆欧诺奈廴疚锖娃r(nóng)業(yè)、林業(yè)的影響。因此，改善交通結(jié)構(gòu)，減少生活用電量等都可以減少生活二氧化碳排放量，這對(duì)以生活排放為主的美國尤為重要，對(duì)中國也有一定的借鑒意義。　　但是，在這個(gè)過程中，會(huì)對(duì)這兩個(gè)市場的供給方或需求方產(chǎn)生一定的影響，即出現(xiàn)減排成本?！　〈髿庵卸趸己浚ㄌ即媪浚┮彩且粋€(gè)非常重要的概念。以減排為主要手段的低碳經(jīng)濟(jì)不是一蹴而就的，碳捕獲和存儲(chǔ)被科學(xué)界認(rèn)為是減少二氧化碳?xì)怏w最具時(shí)效的手段。海洋對(duì)二氧化碳的吸收受溫度、海水酸堿度以及其他因素的影響，因此，治理海洋環(huán)境，改善污水排放所引起的海洋污染，通過科學(xué)研究增強(qiáng)海洋吸碳能力都是減少碳存量的方法。數(shù)據(jù)顯示，2000～2005年間。大洋洲地區(qū)的森林面積也同樣在減少，%。歐洲地區(qū)的森林面積則繼續(xù)增加。 　除此之外，投資研發(fā)資金生產(chǎn)，開發(fā)人工吸收技術(shù)也是解決碳存量的有效方法。其中，工業(yè)工程和產(chǎn)品使用的動(dòng)力是電力或煤炭石油天然氣，而電力又由煤炭石油天然氣燃燒發(fā)電產(chǎn)生的（考慮到現(xiàn)今社會(huì)下，水電、新能源發(fā)電所占的比例較小，不予考慮），所以不考慮工業(yè)生產(chǎn)對(duì)碳排放量的影響，農(nóng)業(yè)、林業(yè)生產(chǎn)中，綠色植物的生長過程中光合作用需要吸收CO2，保守計(jì)算情況下，考慮光合作用所消耗的CO2來源于廢棄物所產(chǎn)生，所以在計(jì)算中，只考慮能源消耗量對(duì)碳排放量的影響。當(dāng)E為能源消耗總量時(shí), 表1. 碳排放系數(shù) 本題要求我們建立一個(gè)預(yù)測未來三十年內(nèi)的碳排放量的的數(shù)學(xué)模型，其中包括搜集相關(guān)的數(shù)據(jù)資料，分析當(dāng)前全世界碳排放形勢，就旨在達(dá)到聯(lián)合國“使全球變暖不超過2攝氏度”的氣候變化目標(biāo)，給出合理、現(xiàn)實(shí)的解決方案，并據(jù)此預(yù)測全世界2030年及2050年的碳排放情況，并予以驗(yàn)證該目標(biāo)能否實(shí)現(xiàn)，最后還要在提出的方案合理的基礎(chǔ)上，給出方案中幾個(gè)主要的能源消耗大國美國、日本、俄羅斯、印度、巴西、中國等國家，各自應(yīng)承擔(dān)的義務(wù)。 圖1. 問題解決流程簡圖 對(duì)于問題一，在獲取的數(shù)據(jù)資料的基礎(chǔ)上對(duì)當(dāng)前全世界碳排放形勢作出分析，建立預(yù)測模型。 針對(duì)問題二,在從美國國家航空航天局網(wǎng)站上獲取的數(shù)據(jù)資料的基礎(chǔ)上，以18802007年全球CO2排放量的數(shù)據(jù)作為輸入變量，與18802007年全球年平均氣溫建立LREGFARIMA模型，利用FARIMA模型對(duì) LREG 模型的殘差進(jìn)行動(dòng)態(tài)預(yù)測，探究CO2排放量增加對(duì)全球溫度上升的影響，進(jìn)而從數(shù)學(xué)角度建立二氧化碳排放量與溫度升高的關(guān)系，為后文計(jì)算碳排量對(duì)溫度變化的影響做下前期準(zhǔn)備工作。 針對(duì)問題四，從矛盾的特殊方面考慮，通過分析各個(gè)國家現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，結(jié)合