МОДЕЛЮВАННЯ ПЕРЕДБАЧЕННЯ ВИКИДІВ І АНАЛІЗУ ПОЛІТИКИ

Модель Emissions Prediction and Policy Analysis (EPPA) [22] входить до Integrated Global Systems Model (IGSM) [25], що розробляється в Massachusetts Institute of Technology (MIT). Обидві моделі є людино-машинними [2, 8]. EPPA – це рекурсивно-динамічна багаторегіональна модель загальної рівноваги світової економіки, прилаштована до бази даних Global Trade Analysis Project (GTAP) [17] і додаткових даних для парникового газу (greenhouse gas, GHG) і міських газових викидів. Мета EPPA – розробити довгострокові (до 2100 р.) перспективні оцінки сценаріїв упровадження нових передових технологій, економічного росту й антропогенних викидів аерозолів і газів, пов’язаних із парниковими, а також їхніх прекурсорів.

Актуальними рисами EPPA є [22, 15]:

докладна регіональна та галузева дезагрегація;

врахування вибору поєднаного (combined) циклу природного (інтегрованого) газу (з уловлюванням та ізолюванням вуглецю);

врахування рідинного палива з біомаси [3];

явне представлення відновлювальної електрики (сонячної, вітрової, біомасної);

оновлення економічних даних відповідно до нової бази GTAP [16], зокрема до нових таблиць затрати–випуск Європейського союзу (ЄС), США, Японії;

виділення гідроенергетики у галузі електроенергетики;

виділення транспорту домогосподарств у категорії самозабезпеченого та купленого транспорту;

оновлення демографічних даних і перспективних оцінок ООН [29];

врахування режимів міжнародної торгівлі природним газом (місцевого [9], регіонально специфічного, глобально однорідного);

уведення галузевих обмежень для парникових газів;

загальна перевірка запасів парникових газів, відмінних від вуглекислого (CO₂).

EPPA досить гнучка і може застосовуватися до різноманітних питань взаємозв’язку енергетики, навколишнього природного середовища, клімату. Зміни економічних і фізичних потоків EPPA мають братися до уваги такими компонентами IGSM, як землекористування чи вплив забруднення міського повітря на здоров’я людей (і результуючий економічний ефект).

Вбудована в EPPA база даних GTAP має свою дезагрегацію політичних одиниць та економічних галузей: наприклад, серед 25 країн ЄС виділяється 13 окремих регіонів, а в сільськогосподарській галузі виділяється рослинництво, тваринництво, лісництво. Вплив забруднення міського повітря на здоров’я людей додає у галузь домогосподарств спричинений повітряним забрудненням попит на послуги охорони здоров’я, лікування трудових ресурсів домогосподарств, відпочинок; хоча EPPA дає еталонні значення для ключових параметрів, серед них є невизначеність у часі та просторі (серед регіонів) [27].

При побудові моделі обчислюваної загальної рівноваги (computable general equilibrium, CGE) [7] людинно-кліматична взаємодія грунтується на зв’язку фізичних величин (скажімо, енергоспоживання, землекористування, CO₂) та економічних змінних. Обмеження на викиди GHG впливають на розв’язки моделі CGE і на вибір поведінки. Модель включає виробництво, споживання, міжнародну торгівлю, обмеження політики. Результати моделювання залежать від таких динамічних процесів, як еволюція акціонерного капіталу, розвиток населення та робочої сили, тренди різних видів продуктивності чи технологічних змін, виснаження обмежених природних ресурсів. Сценарії викидів унаслідок людської діяльності є входом для поєднаної моделі атмосферної хімії, клімату та сухопутних екосистем, яка виробляє картину змін клімату й атмосферного складу.

IGSM включає модель земної системи, яка зв’язує океан, атмосферу, поверхню, та модель людської діяльності EPPA. EPPA не дає ендогенного моделювання міжнародної торгівлі такими факторами, як капітал і праця.

Океан описує 3-вимірна динамічна модель біологічних, хімічних і льодовикових процесів, атмосферу – 2-вимірна динамічна модель хімічних процесів, поверхню – модель запасів води [1] й енергії і модель біогеохімічних процесів. На земну систему впливають процеси міського повітряного забруднення такими речовинами, як: двоокис вуглецю (CO₂), окис вуглецю (CO), метан (CH₄), закис азоту (N₂O), гідрофлуорокарбони (hydrofluorocarbons, HFCs), перфлуорокарбони (perfluorocarbons, PFCs), гексафлорид сірки (SF₆), сульфати (SO_X), чорний вуглець (black carbon, BC), органічний вуглець (organic carbon, CO), окисли азоту (NO_X), аміак (NH₃), мінливі органічні сполуки (volatile organic compounds, VOCs), неметанові (non-methane) VOCs (NMVOCs), CO_X, CFCs тощо. Земну систему характеризують сонячне світло, водні цикли [4], переноси маси й енергії, температури повітря і морів, поживні речовини, забруднювачі, грунтові властивості, альбедо поверхні, льодовий покрив морів, вбирання (uptake) вуглекислого газу океаном і поверхнею, зміни вегетації та інше; на ці показники впливає природна сонячна та вулканічна стимуляція (forcing), а також антропогенні зміни землекористування.

Земна система впливає на EPPA через сільське господарство й екосистеми (стан вуглецю і первинної продуктивності), охорону здоров’я, рівень моря.

Моделювання дозволяє вимірювати валовий внутрішній продукт, енергокористування, витрати політики, зміни сільського господарства та стану здоров’я, глобальні середню та широтні температури й осади, рівень моря, льодовий покрив морів, концентрації GHG, рівні забруднення повітря, грунтовий і рослинний вуглець, чисту первинну продуктивність, залишкові газові викиди з екосистем, зону вічної мерзлоти і т. п.

Вимогами IGSM до EPPA є:

усебічний погляд на викиди основних GHGs (CO₂, CH₄, N₂O, HFCs, PFCs, SF₆);

перспективні оцінки викидів таких речовин з прямою кліматичною дією, як аерозолі від SO_X, BC, OC;

подібний погляд на інші речовини, важливі для атмосферної хімії парникових газів, – NO_X, NH₃, CO, NMVOCs;

просторова дезагрегація тих газів, які повільно перемішуються в атмосфері;

галузева дезагрегація, достатня для ідентифікації діяльностей з GHGs.

Мета EPPA як частини IGSM – відповіді на такі питання:

невизначеність прогнозів майбутніх змін клімату;

дія на майбутній клімат пропонованих політик викидів GHGs;

політично-економічні наслідки різноманітних цілей атмосферної стабілізації;

валідність індексів потенціалу глобального потепління (Global Warming Potential, GWP) за Кіотським протоколом (Kyoto Protocol);

економічні ефекти політик пом’якшення викидів.

Різні версії моделі EPPA мали такі застосування:

вивчення взаємодії кліматичних політик та інших економічних політик [19];

дослідження наслідків припущень щодо пристосовуваності (malleability) капіталу [20];

витратні наслідки від контролювання множинних залишкових газів [24];

розробка питань проектування торгівлі викидами вуглецю [18];

аналіз взаємодії ядерного електричного сектора та політики зміни клімату в Японії [13], який не включав питання економічної організації [6];

вивчення впливу Кіотського протоколу на економіку США [10], країни, що розвиваються [14], ЄС [26];

підготовка інформації з невизначеності перспективних оцінок викидів для використання у кліматичних моделях [27];

аналіз невизначеності зміни клімату та відповіді політики [28];

демонстрація дії парникових газів, відмінних від CO₂, і вуглецевих стоків на політику контролю клімату [23];

обчислення економічних наслідків і наслідків для навколишнього природного середовища від Марракеської угоди [12];

вивчення альтернативних Кіотських цілей [21];

аналіз уловлювання та ізолювання вуглецю [21].

Наслідки Чорнобиля 1986 р. і Фукусіми 2011 р. свідчать про важливість моделювання викидів і розробки відповідної політики.

Література:

1. Гайворонский А. А., Горбачук В. М. Эффективные методы расчета рационального водно-солевого режима почв для районов рискованного земледелия // Совеpшенствование пpоизводственного потенциала и снижение pесуpсоемкости сельскохозяйственной пpодукции. Вып. 1. – Днепpопетpовск: ДСХИ, 1990. – С. 118–121.

2. Гайворонский А. А., Горбачук В. М. Интеpактивная система для pешения задач стохастической оптмизации (SQG-PC) / Моделиpование плановых pасчетов и диалоговая оптмизация. – К.: Знание, 1990. – С. 17–18.

3. Гасанов А. С., Горбачук В. М. Виробництво біопалив: математичні моделі та методи / Математичне та програмне забезпечення інтелектуальних систем. – Дніпропетровськ: ДНУ ім. О. Гончара, 2008. – С. 83–84.

4. Гоpбачук В. М. Оптимизационные модели качества воды (по матеpиалам IIASA). – Пpепp. 89-60. – К.: Ин-т кибеpнетики им. В.М. Глушкова АH УССР, 1989. – 22 с.

5. Гоpбачук В. М. Модели упpавления pиском в эколого-экономических системах / Математическое моделиpование в пpоблемах pационального пpиpодопользования. – Ростов-на-Дону – Hовоpоссийск: РГУ, 1990. – С. 26–27.

6. Горбачук В. М. Методи індустріальної організації. Кейси та вправи. Економіка та організація виробництва. Економічна кібернетика. Економіка підприємства. – К.: А.С.К., 2010. – 224 с.

7. Горбачук В. М., Русанов И. А. Калибровка модели вычисляемого общего равновесия // Компьютерная математика. – 2010. – № 1. – С. 10–17.

8. Гоpбачук В. М., Таpасова Л. Г. Аналіз критичних ситуацій техногенної природи, що призводять до аварій і катастроф у різних галузях господарської діяльності. – Препр. 93-22. – К.: Ін-т кібернетики ім. В.М. Глушкова АН України, 1993. – 28 с.

9. Armington P. S. A theory of demand for products distinguished by place of production // International Monetary Fund Staff Papers. – 1969. – V. 16. – P. 159– 176.

10. Babiker M. H., Bautista M., Jacoby H. D., Reilly J. M. Effects of differentiating climate policy by sector: a United States example / Report of the IPCC workshop on sectoral impacts of mitigation policies. – 2000. – P. 209–221.

11. Babiker M. H., Eckaus R. S. Rethinking the Kyoto emissions targets // Climatic change. – 2002. – V. 54. – № 4. – P. 339–414.

12. Babiker M. H., Jacoby H. D., Reilly J. M., Reiner D. M. The evolution of a climate regime: Kyoto to Marrakech // Environmental science and policy. – 2002. – V. 5. – № 3. – P. 195–206.

13. Babiker M. H., Reilly J. M., Ellerman A. D. Japanese nuclear power and the Kyoto agreement // Journal of the Japanese and international economies. – 2000. – V. 14. – P. 169–188.

14. Babiker M. H., Reilly J. M., Jacoby H. D. The Kyoto Protocol and developing countries // Energy policy. – 2000. – V. 28. – P. 525–536.

15. Babiker M. H., Reilly J. M., Mayer M., Eckaus R. S., Sue Wing I., Hyman R. C. The MIT Emissions Prediction and Policy Analysis (EPPA) model: revisions, sensitivities, and comparisons of results. – Cambridge, MA: MIT Joint Program on the Science and Policy of Global Change, 2001. – 90 p.

16. Dimaranan B. V., McDougall R. A. Global trade, assistance, and production: the GTAP 5 data base. – West Lafayette, IN: Center for Global Trade Analysis, Purdue University, 2002.

17. Dynamic modeling applications for global economic analysis. E. Ianchovichina, T. L. Walmsley (eds.) – Cambridge University Press, 2012. – 448 p.

18. Ellerman A.D., Sue Wing I. Supplementarity: an invitation to monopsony? // Energy journal. – 2000. – V. 21. – № 4. – P. 29–59.

19. Jacoby H. D., Eckhaus R. S., Ellerman A. D., Prinn R. G., Reiner D. M., Yang Z. CO₂ emissions limits: economic adjustments and the distribution of burdens // Energy journal. – 1997. – V. 18. – № 3. – P. 31–58.

20. Jacoby H. D., Sue Wing I. Adjustment time, capital malleability, and policy cost // Energy journal special issue: the costs of the Kyoto Protocol: a multi-model evaluation. – 1999. – P. 73–92.

21. McFarland J., Reilly J. M., Herzog H. J. Representing energy technologies in top-down economic models using bottom-up information // Energy economics. – 2004. – V. 26. – P. 685–707.

22. Paltsev S., Reilly J. M., Jacoby H. D., Eckaus R. S., McFarland J., Sarofim M. C., Asadoorian M., Babiker M. H. The MIT emissions prediction and policy analysis (EPPA) model: version 4. – Cambridge, MA: MIT Joint Program on the Science and Policy of Global Change, 2005. – 72 p.

23. Reilly J. M., Mayer M., Harnisch J. The Kyoto Protocol and non-CO₂ greenhouse gases and carbon sinks // Environmental modeling and assessment. – 2002. – V. 7. – № 4. – P. 217–229.

24. Reilly J. M., Prinn R. G., Harnisch J., Fitzmaurice J., Jacoby H. D., Kicklighter D., Melillo J., Stone P., Sokolov A. P., Wang C. Multi-gas assessment of the Kyoto Protocol // Nature. – 1999. – 401. – P. 549–555.

25. Sokolov A. P., Schlosser C. A., Dutkiewicz S., Paltsev S., Kicklighter D. W., Jacoby H. D., Prinn R. G., Forest C. E., Reilly J., Wang C., Felzer B., Sarofim M. C., Scott J., Stone P. H., Melillo J. M., Cohen J. The MIT Integrated Global System Model (IGSM) version 2: model description and baseline evaluation. – Cambridge, MA: MIT Joint Program on the Science and Policy of Global Change, 2005. – 40 p.

26. Viguier L., Babiker M. H., Reilly J. M. The costs of the Kyoto Protocol in the European Union // Energy policy. – 2003. – V. 31. – № 5. – P. 393–483.

27. Webster M. D., Babiker M. H., Mayer M., Reilly J. M., Harnisch J., Hyman R. C., Sarofim M. C., Wang C. Uncertainty in emissions projections for climate models // Atmospheric environment. – 2002. – V. 36. – P. 3659–3670.

28. Webster M., Forest C., Reilly J. M., Babiker M. H., Kicklighter D., Mayer M., Prinn R. G., Sarofim M. C., Sokolov A. P., Stone P. H., Wang C. Uncertainty analysis of climate change and policy response // Climatic change. – 2003. – V. 61. – P. 295–320.

29. World population prospects: the 2000 revision. – New York, NY: Population Division, Department of Economic and Social Affairs, United Nations, 2001.