DOI 10.12006/j.issn.1673-1719.2019.078翁宇威 , 蔡闻佳 , 王灿 . 共享社会经济路径（ SSPs）的应用与展望 [J]. 气候变化研究进展 , 2020, 16 2 215-222Weng Y W, Cai W J, Wang C. The application and future directions of the Shared Socioeconomic Pathways SSPs [J]. Climate Change Research, 2020, 16 2 215-222共享社会经济路径（SSPs）的应用与展望翁宇威1,2,3，蔡闻佳1,2,3，王 灿41 清华大学地球系统科学系地球系统数值模拟教育部重点实验室，北京 100084；2 清华大学中国新型城镇化研究院健康城市研究中心，北京 100084；3 清华 - 力拓资源能源与可持续发展研究中心，北京 100084；4 清华大学环境学院，北京 100084气候变化研究进展第 16 卷 第 2 期 2020 年 3 月 CLIMATE CHANGE RESEARCHVol. 16 No. 2March 2020摘 要 共享社会经济路径 Shared Socioeconomic Pathways, SSPs 是新一代气候变化情景的重要组成部分。 SSPs 从提出至今已有 10 年的发展，对于推动气候变化预估与影响研究、支撑气候政策决策的作用逐渐凸显。文中基于 179 篇主题检索文献分析了 SSPs 发展和应用的进展，以及在当前气候变化研究中的应用特点。研究发现，次国家和部门层面的SSPs 故事线拓展开始兴起，水资源、土地和健康是影响评估领域的关注焦点，方法学上强调模型间耦合与多模型比较。当前 SSPs 在中国的发展与应用集中于基本要素的预估及气候影响评估，路径对各省间及城乡间社会经济发展差异的刻画有待加强。基于情景发展和应用的现状，最后从加强与气候建模团队的合作、支持影响与脆弱性研究、拓展全球情景、加强模型间比较、提高决策支持力 5 个方面讨论了 SSPs 的未来研究展望。关键词 气候变化；共享社会经济路径 SSPs；情景应用；文献计量收稿日期 2019-04-12； 修回日期 2019-06-09资助项目 国家重点研发计划“全球变化及应对”专项项目 2017YFA0603602；清华 ‒ 力拓资源能源与可持续发展研究中心基金；Delos Living LCC 和唐仲英基金作者简介 翁宇威，女，博士研究生；蔡闻佳 通信作者 ，女，副教授， 引 言在气候变化研究领域，预估气候变化及其影响、制定减缓和适应策略等都需要开展长时间尺度的研究。然而，由于气候变化研究的系统复杂、不确定性高，难以依靠历史数据和规律对未来进行预测。因此，为表征系统发展的诸多可能性，加强气候变化研究对不确定性的捕获力，并促进稳健的政策决策，基于一系列内部逻辑一致的人为假设开发未来发展情景成为气候变化研究的重气候变化影响要基础[1-2]。传统的情景开发采用顺序方式 sequential approach，由于开发过程耗时长，情景开发的进度在一定程度上制约了气候建模、影响评估等领域的研究进展。 IPCC 于 2010 年调整了情景开发模式，采用并行方式 parallel approach 的思路，提出一套由社会经济情景和气候情景共同构成的新情景框架[3]。其中，社会经济情景由共享社会经济路径 Shared Socioeconomic Pathways, SSPs表示，气候情景由典型浓度路径 Representative 气候变化研究进展 2020 年216气候变化影响Concentration Pathways， RCPs）表示，二者同步开发构成情景矩阵。在 SSPs 和 RCPs 之间，以共享气候政策假设（ Shared climate Policy Assumptions， SPAs）作为纽带，表示在某一社会经济发展路径（ SSPs）下实施一定的气候减缓 /适应政策，以实现相应的辐射强迫 RCPs 目标[4]。作为新一代气候变化情景的重要组成部分， SSPs 描绘了未来社会经济系统发展的不同轨迹，能够反映社会经济发展模式与气候变化风险之间的关联，统一综合评估模型（ IAM、气候模型（ CM，以及影响、适应与脆弱性（ I AV）研究 3个团体间关于人口、经济和能源消费等的不同预测和设定，从而促进气候变化影响、脆弱性、适应和减缓的综合分析[3,5]。曹丽格等[6]、张杰等[7]对 SSPs 的提出背景和主要特征进行了介绍。在新一代气候变化情景开发和应用的推动下， SSPs 从提出至今也有了很大的发展。在气候变化预估方面， SSPs 下未来排放和土地利用变化的模拟结果已开始应用于情景模式比较计划（ ScenarioMIP。 ScenarioMIP 是第六次耦合模式比较计划（ CMIP6）的重要组成部分，将在 RCPs-SSPs 框架下提供多模型的气候预测结果，为下一个 IPCC 评估报告提供重要的科学依据[8-10]。截至2018 年 11 月，该计划已经在 4MIPs 平台①提交了第一阶段试验（ Tier 1）的辐射强迫数据，第二阶段试验（ Tier 2）的数据正在补充完善中。在应对气候变化决策支撑方面， SSPs 下的影响、脆弱性、适应和减缓分析也逐渐应用到不同国家、地区，以及不同行业部门的气候变化科学研究中[11]。例如，跨部门影响模型比较计划（ ISI-MIP，基于RCPs- SSPs 模拟在全球不同地区，气候变化对水的供应、人类健康、农业生产、生态系统等的可能影响，得到气候变化影响下跨部门、跨尺度的统一框架[5,12]。在此背景下，为了解 SSPs 的应用现状与特点，推动其在气候变化预估和决策支撑领域的进一步发展和应用，本文通过文献计量和系统综述梳理已发表的 SSPs 主题文献，识别当前的情景开发进展与情景应用特点，包括 SSPs 在中国的发展与应用情况；文章最后基于情景设立初衷与发展现状讨论 SSPs 的未来研究展望。1 文献检索与统计本研究对 SSPs 主题的中、外文文献进行检索，检索时间段为 2012 年 1 月 1 日至 2018 年 11 月 7日。其中，外文文献来自 Web of Science 数据库，以科学引文索引扩展版（ SCIE）和社会科学引文索引（ SSCI）作为数据来源，检索语句设定为TS“shared socio-economic pathway*” or “shared socioeconomic pathway*”，共检索出 181 篇文献；中文文献来自于中国知网数据库，包括期刊和硕士、博士论文，检索主题词为“共享社会经济路径”或“共享社会经济情景”，共检索出 13 篇文献。在文献筛查中，人工剔除仅在参考文献部分出现检索词或只在正文简单提及但并不直接应用 SSPs的文献，最终剩下 168 篇外文文献和 11 篇中文文献，合计 179 篇。从文章发表数量和被引用次数的变化趋势来看（图 1，从 2012 年 SSPs 的概念首次出现于学术期刊[4]后，文章的发表数量和被引用次数基本呈现出逐年上升的趋势，近两年的增速尤其明显。表 1 依次列出了发文数量排名前十的期刊、作者① https//esgf-node.llnl.gov/projects/4mips/。图 1 SSPs 文章的发表数量与被引用次数（ 2012 2018 年）Fig. 1 Annual publications and annual citations of the SSPs literature80706050403020100文章数量文章数量被引用次数160014001200100080060040020002012 2018 年2013 2014 2015 2016 2017被引用次数2 期 217翁宇威，等共享社会经济路径（ SSPs）的应用与展望和机构。可以看到， SSPs 文章集中发表于气候变化、环境、地球科学等相关领域的期刊。 Climatic Change 和 Global Environmental Change 分别于 2014年和 2017 年出版了关于新情景框架的特刊，这也是相应年份发文数量较多的原因之一。从作者和机构的排名来看，目前与 SSPs 相关的研究基本由欧美和日本的知名科研机构主导，而在其他国家和地区的发展和应用尚处于起步阶段。2 SSPs 开发与应用现状新一代气候变化情景从提出至今已有 10 年时间，在情景本身的开发及其应用方面都取得了较大的研究进展。图 2 概括了 179 篇检索文献中涉及的 SSPs 情景开发和应用的主要研究路线。该路线图一共涵盖了 7 个关键的研究过程，图中以带圈数字表示。需要注意的是，并不是检索的所有SSPs 文献都独立完成了图 2 中整个情景开发与应用的路线，绝大多数文献的研究内容属于这 7 个过程中的某一个或者某几个。这也间接反映出气候变化研究的多系统、跨学科特征，使得单个研究难以完成所有的情景开发及应用的链条。从图中的各个环节来看，现有研究主要集中于全球 SSPs 故事线②的设计①、 SSPs 要素的定量化模拟 ④ ，以及基于情景矩阵开展气候变化领域的影响评估 ⑤、⑥ ；而目前对于虚线箭头所指环节的研究还比较少，具体包括将全球故事线拓展到国家、次国家或者特定部门层面并进行要素量化 ②、③ ，将影响与脆弱性研究的结②由未来社会经济系统所面临的气候变化减缓挑战与适应挑战两个维度出发，全球 SSPs 分为 5 条定性描述的故事线 narratives/storylinesSSP1 可持续路径、 SSP2 中间路径、 SSP3 区域竞争路径、 SSP4 不均衡路径和 SSP5 化石燃料路径。表 1 文章数量排名前十的期刊、作者与机构Table 1 The most productive top ten journals, authors, and institutions期刊名Global Environmental ChangeEnvironmental Research LettersClimatic ChangeHydrology and Earth System Science气候变化研究进展Science of the Total EnvironmentEarth System DynamicsSustainabilityEarth’s FutureNature Climate Change文章数3018179765554奥地利国际应用系统分析研究所荷兰乌特勒支大学日本国立环境研究所德国波茨坦气候影响研究所荷兰环境评估署美国国家大气研究中心荷兰瓦赫宁根大学与研究中心美国西北太平洋国家实验室美国哥伦比亚大学美国能源部作者 文章数 机构 文章数van Vuuren D PFujimori SHavlik PMasui TRiahi KKriegler ECalvin KStehfest EHasegawa THanasaki N2321141414131111111141353429282623221312图 2 SSPs 开发与应用的研究路线Fig. 2 Research route for development and application of SSP气候变化研究进展 2020 年218气候变化影响果反馈到自然气候系统和社会经济系统 ⑦ 。此外，当前研究对于情景矩阵中 SPAs 的应用还不成熟，大部分研究是基于 RCPs-SSPs 情景组合的分析；影响、脆弱性、适应与减缓的综合分析缺乏在关键区域和部门层面的深入讨论，且研究的时间和空间分辨率有待提高[11]。为进一步分析 SSPs 在当前气候变化研究中的应用特点，本研究提取了 179 篇 SSPs 文献的基本信息，按照研究区域、研究部门 / 要素、影响 /风险类型以及模型方法进行分类，汇总结果见表 2。1 研究区域及部门从研究区域来看， 57.3 是全球尺度的研究，区域、国家以及次国家层面的研究相对较少。在表 2“次国家 / 流域”一类中，近半数的文章是基于水文模型的流域尺度研究，因此并非真正意义上的次国家级 省 / 州级、城市级 。从研究部门来看，农林牧渔业和能源行业是当前研究的热点部门；作为联系社会经济系统和自然系统的关键要素，水和土地也是 SSPs 文献的研究热点。目前大多数研究都是直接采用全球 SSPs 数据库[13]中的情景数据或者将其降尺度到更小的区域进行使用，没有考虑全球 SSPs 故事线在国家 /次国家和部门层面的细化拓展，因此难以满足区域或部门研究的情景需求。近两年来，对于全球SSPs 故事线的拓展开始出现在区域拓展方面，结合自上而下 全球 - 国家 - 次国家 的设计思路和自下而上的参与式情景构建法， Nilsson 等[14]和 Kebede 等[15]分别将全球 SSPs 拓展到美国东南部、西亚和南非的三角洲地区；在部门拓展方面，已出现将基础 SSPs 拓展到卫生系统[16]和海洋渔业[17]的研究案例。此类情景拓展研究是未来 SSPs得到更广泛应用的一个重要基础，也是进一步支撑特定区域、特定部门实际政策决策的重要依据。2 影响与风险评估已有较多研究（占检索文献总量的 42.5）将SSPs 应用于气候变化研究领域的影响及风险评估中，且影响 / 风险类型的覆盖面较广。其中，水资源短缺、人类健康和土地利用变化是 3 个备受关注的焦点。从情景应用的角度可将这些影响与风险研究分为两大类第一类基于基准情景，分析人类社会在自然状态下（无辐射强迫目标约束）将面临的气候变化影响与风险；第二类基于减缓情景，分析气候政策的减排效果或者减缓措施对于可持续发展目标（ SDGs）的多维度影响。另外，将影响进一步反馈到社会经济和自然系统以构成双向反馈的闭合回路，是系统评估气候变化及其影响，以及减缓和适应策略的关键环节。例如， Hirsch 等[18]将大规模造林和生物质能表 2 SSPs 文献的分类整理Table 2 Classification of the SSPs literature注括号中数字代表相应类别的文章数量。研究区域 164）全球 94区域 25国家 21次国家 / 流域 24水资源短缺 16人类健康 14土地利用变化 12粮食安全 7经济 GDP7洪水 5干旱 4空气污染 4生态系统 4海平面上升 3影响 / 风险类型 76研究部门 / 要素 118农林牧渔 28 能源 19食品 4卫生 4交通 3工业 2水 41土地 10人口 7模型方法 130综合评估模型 24水文模型 15全球气候模型 12计量 / 统计模型 10模型耦合 21多模型比较 15其他 2 期 219翁宇威，等共享社会经济路径（ SSPs）的应用与展望开发导致的间接土地利用变化的排放反馈到气候模型中，以修正深度减排路径下的温升效应。但目前此类能够实现影响反馈的研究还非常少。3 模型方法从模型方法学来看，主要集中于 IAM、水文模型（ HM、全球气候模型（ GCM③这 3 类。提出新情景框架的目的之一是促进气候变化各研究团体之间的信息交流，而传统的单模型工具往往无法支持气候变化领域的跨学科、跨系统分析，因此耦合不同类型的模型是当前 SSPs 应用中的一个方法学特点。常见的耦合形式是 IAM 或 GCM连接一个单部门模型（如水文模型、作物模型或土地利用模型 ，从而既保证宏观模拟的全局优势，又能获取部门、技术的细节信息。另一方面，为加强情景分析对不确定性的捕获能力，增强模拟结果的稳定性，多模型比较也是近年来应用较多的一类方法。然而，目前模型耦合与多模型比较大多在国际知名模型团队之间开展，在发展中国家的应用尚处于起步阶段。3 SSPs 在中国的发展与应用作为最大的发展中国家和最大的碳排放国，中国是气候变化研究领域的一个关注焦点。在目前检索到的 179 篇 SSPs 文献中，以中国为研究区域的共 22 篇，占 12.3。从研究主题来看，当前对于中国的研究主要分为气候变化影响评估和SSPs 要素预估两大类。其中，影响评估主要涉及水资源短缺[19-20]、干旱灾害[21-23]、人类健康[24-26]等；要素预估集中于 SSPs 的基本要素人口[27-28]、GDP[29]、城市化[30]，以及土地利用[31-32]。从研究区域来看，大部分研究是全国层面的，分区域 次国家层面 的研究较少；从模型工具来看，多数研究借助于已有的国际知名模型，如 GCAM[31]、GLOBIOM[32]、 AIM/Enduse[33]等。总的来说， SSPs 在中国的发展和应用尚未形成完善的体系 图 2。目前大部分研究是直接使用SSPs 数据库中由全球模型模拟得到的中国国家级数据，然而，这类全球模型通常将中国视为一个同质的整体，未能表征不同地区自然气候条件的异质性，以及不同省份之间和城乡之间的发展差异，从而在一定程度上影响了国家尺度研究的可靠性，也无法支持气候变化下国内典型区域的空间质量变化研究[34]。已有文献[27-30]考虑了国内发展情况和地区间差异，并结合最新普查数据与政策，对 SSPs 下中国各省的人口、 GDP 和城市化水平进行了预估，但目前国内基于分省 IAM 或其他分区域能源 ‒ 经济模型定量模拟其他 SSPs 一般要素（如能源供应与需求、土地利用与土地覆盖变化、温室气体与空气污染物排放）的研究仍较为少见。相应地，在影响 / 效应的区域分解及高分辨率的风险识别等方面存在较大的研究空间。此外， SSPs 故事线在中国次国家层面和部门层面的拓展还处于起步阶段。4 未来研究展望作为气候变化研究的新一代社会经济情景，SSPs 将各研究团体使用的社会经济假设统一起来，能够服务于气候变化预估，促进气候变化影响、脆弱性、适应与减缓的综合分析，也为气候政策的评估提供了情景基础。然而，前文对于 SSPs 发展和应用现状的梳理中也反映出一些有待拓展和深入研究的关键点。对照 SSPs 的设立初衷，未来可以从以下方面做出努力，以推动 SSPs 进一步发挥其作用。1 加强与气候建模团队的合作。作为新一代气候变化情景的重要组成部分， SSPs 可以为气候变化预估提供未来人类不同发展路径下的社会经济参数，为了更大程度地发挥其作用，未来需加强综合评估建模团体与气候建模团体的合作。此外，相比于以往的模式比较计划，引入 SSPs 的CMIP6能够实现对各种减排措施的成本效益评估，同时能够覆盖更宽范围的空气污染排放，改进对③包括大气环流模型 General Circulation Model， GCM，此处不作严格区分。气候变化研究进展 2020 年220气候变化影响社会经济活动不确定性的捕获[35]。未来研究中可以借助其加强对适应和减缓政策的气候效应分析，从而更好地理解未来人类发展路径的物理气候系统后果，及其对自然和社会经济系统的影响[36]。2 支持影响、适应和脆弱性（ I AV）研究。新情景框架下， I AV 研究者可以在一系列不同的、可比的社会经济和气候变化路径组合下，评估气候变化的影响，以及减缓与适应需求。同时，长链条、高精度的气候影响研究也对不同模型方法的组合使用、模型和情景数据的时空分辨率提出了更高的要求。未来，需进一步将影响研究的结果反馈到 CM 和 IAM 模型，以校准对未来气候和社会经济的预估，即在预测和影响评估之间形成闭合回路。此外，耦合 IAM、 CM 和影响评估模型，开发综合地球系统模式 iESM 也是一个重要的研究方向[3]。3 开发区域、部门层面的拓展情景。全球SSPs 在特定区域、特定部门的拓展是一项重要工作。由于气候变化影响和脆弱性研究大多基于局地尺度展开，尤其是对于分析影响在不同地区的分配效应、关键要素 如土地、水 的相互作用机制及空间分异规律等[34]，因此开展一致、可比的 I AV研究需要进一步开发国家、次国家层面的 SSPs 故事线以及高分辨率的社会经济情景数据库[11,37]。同时，识别关键部门的气候变化影响与风险、减缓与适应潜力对于应对全球气候变化也是至关重要的，因此有必要开展特定部门的 SSPs 故事线拓展及要素量化，以增强 SSPs 对关键部门的解释力。4 加强情景开发的多模型参与。为捕获由模型结构差异以及模型对故事线解释 / 执行差异所导致的情景模拟的不确定性，提高模拟结果的稳定性，使用多个模型同时构建 SSPs、开展模型间比较是非常必要的。虽然几个国际知名的研究机构已经对全球 SSPs 的基本要素和一般要素进行了定量预估，但 Riahi 等[11]指出，他们的模拟结果并不能代表准确值或众多模型的中值，其他模型的结果同样是有意义的，并在文章附录部分提供了 SSPs 建模协议，供其他模型团队参考。因此，未来需要更多的模型加入到 SSPs 的开发中，既包括构建基础 SSPs 的全球综合模型，也包括构建区域或部门层面 SSPs 的区域模型和部门模型。5 提高气候研究对政策决策的支持力。新一代气候变化情景能够实现不同的气候变化强度、社会经济发展模式和气候政策之间的多种组合，为捕获未来气候变化与影响的不确定性提供了一个系统性的情景框架。未来应加强 SPAs 在情景矩阵中的应用[38]，分析不同的气候减缓与适应政策的可行性及影响，提高气候变化研究对于政策决策的支持力。此外， SSPs 在区域和部门层面的应用能够进一步帮助研究人员识别未来气候风险在特定区域和部门的发生概率，以及相应的减缓与适应潜力，有助于当地决策者权衡不同气候政策的成本与收益，做出科学决策。作为最大的发展中国家和碳排放大国，中国面临着经济发展、气候减缓与适应之间的权衡，其行动对于全球应对气候变化进程是至关重要的。国内学者应积极参与到新一代气候变化情景的发展和应用中，推动我国气候变化评估与影响研究，为政府部门提供坚实的决策支持，同时也有利于增强我国在气候变化科学和国际气候谈判中的话语权。具体工作可考虑从以下几方面展开结合我国社会经济发展特色与最新政策，将全球 SSPs拓展应用到国家或省级层面，以及影响、适应与减缓的关键部门；积极开发能够体现我国发展特色及各区域 / 省份差异的综合评估模型，同时开展多模型比较研究，建立中国 SSPs 数据库；加强与国际知名模型团队的合作与交流，修正、补充全球模型对中国的模拟结果及其不确定性范围。参考文献van Vuuren D P, Kok M T J, Girod B, et al. Scenarios in global environmental assessments key characteristics and lessons for future use [J]. Global Environmental Change, 2012, 22 4 884-895Maier H R, Guillaume J H A, van Delden H, et al. An uncertain future, deep uncertainty, scenarios, robustness and adaptation how do they fit together [J]. Environmental Modelling 2 Center for Healthy Cities, Institute for China Sustainable Urbanization, Tsinghua University, Beijing 100084, China; 3 Tsinghua-Rio Tinto Joint Research Center for Resources Energy and Sustainable Development, Tsinghua University, Beijing 100084, China; 4 School of Environment, Tsinghua University, Beijing 100084, ChinaAbstract The Shared Socioeconomic Pathways SSPs are an essential part of the new generation of climate scenarios. SSPs have been developing for ten years since their first appearance and playing an increasingly significant role in the field of climate change, both for climate projections and impact analyses. Through the bibliometric analysis of 179 publications, the current application features of SSPs are summarized, as well as the development and application status in China. We find that scenario extensions at sub-national or sectoral scales are emerging; water, land use, and health are the focuses of impact analysis; inter-model coupling and multi-model comparison are increasingly used ologies. Currently, the development and application of SSPs in China are mainly about estimating basic scenario factors and assessing climate impacts, but the ability of scenarios to capture socioeconomic heterogeneity between different provinces and urban/rural areas needs to be improved. Finally, the future research directions of SSPs are discussed in terms of collaboration with the climate modeling teams, impact and vulnerability analysis, scenario extensions, multi-model comparison, and decision support.Keywords Climate change; Shared Socioeconomic Pathways SSPs; Scenario application; BibliometricsWENG Yu-Wei1, 2, 3, CAI Wen-Jia1, 2, 3, WANG Can42050 under the Shared Socioeconomic Pathways in China [J]. Climate Change Research, 2018, 14 4 392-401 in ChineseDong N, You L, Cai W, et al. Land use projections in China under global socioeconomic and emission scenarios utilizing a scenario-based land-use change assessment framework [J]. Global Environmental Change, 2018, 50 164-177Zhang X, Ermolieva T, Balkovic J, et al. Recursive cross-entropy downscaling model for spatially explicit future land uses a case study of the Heihe River basin [J]. Physics and Chemistry of the Earth, 2015, 89-90 56-64Xing R, Hanaoka T, Kanamori Y, et al. Energy service demand projections and CO2 reduction potentials in rural households in 31 Chinese provinces [J]. Sustainability, 2015, 7 12 15833-15846王开存 , 王灿 , 李龙辉 , 等 . 全球变化驱动下陆表自然和人文要素相互作用及区域表现 [J]. 中国基础科学 , 2017, 19 5 23-28. Wang K C, Wang C, Li L H, et al. The interaction between natural and anthropogenic factors with their regional perance driven by global change [J]. China Basic Science, 2017, 19 5 23-28 in Chinese Stouffer R J, Eyring V, Meehl G A, et al. CMIP5 scientific gaps and recommendations for CMIP6 [J]. Bulletin of the American Meteorological Society, 2016, 98 1 95-105 University Corporation for Atmospheric Research UCAR. Coupled Model Intercomparison Project CMIP, Scenario Model Intercomparison Project ScenarioMIP [EB/OL]. 2019 [2019-04-12]. https//cmip.ucar.edu/scenario-mipvan Ruijven B J, Levy M A, Agrawal A, et al. Enhancing the relevance of Shared Socioeconomic Pathways for climate change impacts, adaptation and vulnerability research [J]. Climatic Change, 2014, 122 3 481-494Ebi K L, Hallegatte S, Kram T, et al. A new scenario framework for climate change research background, process, and future directions [J]. Climatic Change, 2014, 122 3 363-372[31][32][33][34][35][36][37][38]