Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Оперативная оценка и среднесрочный прогноз антропогенной эмиссии парниковых газов в Российской Федерации

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Оперативная оценка и среднесрочный прогноз антропогенной эмиссии парниковых газов в Российской Федерации"

На правах рукописи

Самойлов Игорь Александрович

ОПЕРАТИВНАЯ ОЦЕНКА И СРЕДНЕСРОЧНЫЙ ПРОГНОЗ АНТРОПОГЕННОЙ ЭМИССИИ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Специальность 25.00.36 - «Геоэкология »

- 8 ОПТ 2003

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Москва - 2009

003479338

Работа выполнена в Государственном учреждении Институт глобального климата и экологии Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды и Российской академии наук.

Научный руководитель:

Нахутин Александр Ильич, кандидат физико-математических наук

Официальные оппоненты:

Замолодчиков Дмитрий Геннадиевич, доктор биологических наук, профессор, заместитель директора Центра по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН.

Яковлев Александр Флавианович, кандидат физико-математических наук, заведующий отделом прогнозных оценок эмиссии парниковых газов ГУ Института глобального климата и экологии Росгидромета и РАН.

Ведущая организация: Институт географии Российской академии наук.

Защита состоится 6 ноября 2009 г. в 15.00 на заседании Диссертационного совета Д 002.049.01 в ГУ Институт глобального климата и экологии Росгидромета и Российской академии наук по адресу: РФ, 107258 Москва, ул. Глебовская,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУ Институт глобального климата и экологии Росгидромета и РАН.

д.20 Б.

Автореферат разослан «<£» ¿-<"~ 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор географических наук

Г.М. Черногаева

Актуальность темы. Несмотря на продолжающиеся научные дискуссии, относительно сравнительного вклада антропогенных и природных факторов в современные и предстоящие изменения климата, мировое сообщество в 1997 году приняло соглашение, определившее конкретные обязательства промышленно развитых стран и стран с переходной экономикой по сокращению выбросов парниковых газов - Киотский протокол к Рамочной Конвенции ООН об изменении климата. Как следует из протокола, антропогенная эмиссия парниковых газов в России за период с 2008-2012 гг. не должна превысить пятикратный уровень выбросов базового 1990 г. На первом Совещании Сторон Киотского протокола (Монреаль, 2005 г.) был принят пакет документов, определивших основные принципы, нормы и механизмы исполнения Киотского протокола. Протокол, в дополнение к основным мероприятиям по снижению выбросов парниковых газов, предоставляет возможность задействовать рыночные механизмы, такие как международную торговлю квотами на выбросы парниковых газов и совместное осуществление проектов по снижению выбросов парниковых газов с переуступкой части национальных квот на выбросы другим странам или хозяйствующим субъектам. В связи с этим особую роль приобретает прогнозирование величины выбросов парниковых газов в национальном масштабе, обеспечивающее как возможность рационального планирования и контроля мер по сдерживанию и сокращению выбросов парниковых газов, так и заблаговременное предупреждение о приближении к предельным с точки зрения выполнения международных обязательств величинам выбросов. Особенно актуальными эта вопросы являются для России, как страны, экономический рост которой сопровождался, и по всей видимости будет сопровождаться и будущем ростом выбросов парниковых газов.

Цель работы заключается в создании методов оперативной оценки величины годовой антропогенной эмиссии парниковых газов и методов построения среднесрочных прогнозов выбросов парниковых газов с горизонтом прогнозирования до 3-х лет. Задачи исследования:

1. Анализ структуры антропогенной эмиссии парниковых газов в Российской Федерации, оценка вклада отдельных газов и видов экономической деятельности в общий выброс парниковых газов, выделение главных компонент выброса;

2. Оценка статистических связей макроэкономических и отраслевых показателей хозяйственной деятельности с эмиссией парниковых газов;

3. Обоснование и выбор предикторов для оценки и прогноза эмиссии;

4. Разработка пригодной для практической реализации методики оценки и среднесрочного прогнозирования общей антропогенной эмиссии парниковых газов в РФ;

5. Анализ погрешности прогностических оценок эмиссии парниковых газов, выполняемых с использованием выбранных предикторов.

Научная новизна. В ходе выполнения работы впервые:

1. Выделены главные компоненты антропогенного выброса парниковых газов на территории Российской Федерации и показано, что для решения с приемлемой точностью задач оперативной оценки и прогнозирования общего выброса парниковых газов достаточно оценивать выбросы от трех-четырех видов экономической деятельности;

2. Установлено наличие тесной корреляционной связи между выбросом ССЬ от сжигания ископаемого топлива и рядом отраслевых показателей экономической деятельности, входящих в систему федеральной статистики;

3. Построены уравнения регрессии и оценены погрешности прогностических оценок выбросов парниковых газов;

4. Разработана и исследована методика оперативной оценки и прогноза эмиссии парниковых газов в России на национальном уровне.

Соискатель выносит на защиту:

1. Результаты анализа структуры и динамики антропогенной эмиссии парниковых газов в России, позволившие выделить три компоненты выброса парниковых газов, вносящих основной вклад в их общую антропогенную эмиссию. В период после 1990 г. эти компоненты, в сумме, обеспечивали 85-88% общего выброса парниковых газов, несмотря на значительные изменения абсолютной величины выброса этих компонент и общего выброса парниковых газов.

2. Вывод о наличии сильных устойчивых корреляционных связей между эмиссией СО2 от сжигания ископаемого топлива и рядом макроэкономических и отраслевых показателей развития экономики, позволяющих использовать данные показатели в качестве предикторов для оценки и среднесрочного прогнозирования выбросов СО2.

3. Методику оперативной оценки и среднесрочного прогнозирования эмиссии СО2, связанной со сжиганием ископаемого топлива и общей антропогенной эмиссии парниковых газов.

4. Прогнозную оценку эмиссии СО2 от сжигания ископаемого топлива в РФ и эмиссии СН4, связанной с использованием природного газа и с животноводством, а также общей антропогенной эмиссии парниковых газов на период до 2011 года.

Практическое значение: Результаты диссертационной работы могут быть использованы при формировании прогнозов эмиссии парниковых газов, планировании мер по снижению эмиссии, разработке и реализации международных соглашений в области охраны климата.

Внедрение: Полученные результаты внедрены при выполнении планов НИОКР Росгидромета (тема 1.3.2 плана 2005-2007 гг. и тема 3.5.2 плана 2008-2010 гг.)

Апробация работы: основные материалы диссертации и результаты исследований докладывались и обсуждались на: конференции молодых ученых посвященной пятидесятилетию Института прикладной геофизики (Москва, 2006 г.); научных конференциях Института глобального климата и экологии (Москва, 2006 и 2007 г.); Третьей Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о Земле (Новосибирск, 2006 г.) и опубликованы в печатных работах, список которых приведен в конце автореферата.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит необходимые общие сведения о диссертации, в том числе, ее актуальности, целях, задачах, новизне, практической значимости, выносимых на защиту положениях, апробации исследования и основных публикациях автора по теме диссертации.

В первой главе рассматриваются основные парниковые газы и их источники по секторам экономической деятельности. Список парниковых газов, подлежащих учету и инвентаризации выбросов определен в Приложении А к Киотскому протоколу и включает 6 веществ: двуокись углерода (СО2), метан (СН4), закись азота (К20), перфторуглероды (ПФУ), гидрофторуглероды (ГФУ) и гексафторид серы (БЕб). Там же приведен перечень категорий источников эмиссии,

которые мировое сообщество условилось считать антропогенными. Для ряда источников разделение на антропогенные и природные достаточно условно, особенно в землепользовании и лесном хозяйстве. С источниками, относящимися к энергетике, промышленности и транспорту, проблем антропогенности не возникает, они все подлежат инвентаризации.

На территории Российской федерации суммарная антропогенная эмиссия парниковых газов в С02 эквиваленте без учета землепользования и лесного хозяйства составила в 2007 году 66,1% от эмиссии базового 1990 года. Минимум эмиссии был достигнут в 1998 г. (59,6%). Вклад отдельных парниковых газов в их общий выброс иллюстрирует рисунок 1.

1990

2007

Рисунок 1. Доля отдельных парниковых газов в их общем выбросе в Российской Федерации

Несмотря на значительное изменение суммарной эмиссии по величине, ее структура в 1990-2007 гг. оставалась достаточно консервативной. Для оценки и прогноза общей величины антропогенного выброса ПГ в России достаточно оценивать величину выброса по 4 - 6 важнейшим категориям источников, дающим порядка 95% общего выброса.

Ведущая роль принадлежит С02, источником которого, главным образом, служит энергетический сектор. Особую остроту энергетические проблемы приобрели в последнее время в связи с процессом глобализации мировой экономики. Для России проблема энергетики связана со сложностями перехода энергетического сектора к рыночным отношениям, недостатком инвестиций в модернизацию и обновление физически и морально изношенного энергетического оборудования. В связи с первостепенной ролью эмиссии парниковых газов от использования ископаемого топлива основное направление оценки выбросов сейчас и в перспективе будет связано со сжиганием углеводородного топлива в электроэнергетике (рис.2).

Рисунок 2. Распределение электростанций различных типов по территории РФ

Главным компонентом антропогенного выброса парниковых газов в России (около 75% общего выброса ПГ) является выброс С02 в результате сжигания ископаемого топлива для производства всех видов энергии (электрической, тепловой, механической). Другими важнейшими источниками парниковых газов являются технологические выбросы и утечки метана, связанные с природным газом (9,5% общего выброса), сельскохозяйственные земли (3,6%), животноводство (3,4%), производство алюминия (2,0%), выбросы метана в угольной промышленности (1,8%), захоронение твердых отходов на свалках и полигонах (1,7%).

С учетом вышеизложенного, задача оценки и прогноза совокупного антропогенного выброса парниковых газов в России в первом приближении сводится к оценке и прогнозу главного компонента выброса, т.е. выброса СО? в результате полезного сжигания ископаемого топлива. Учет выбросов СО? от сжигания ископаемого топлива, выбросов метана в нефтегазовой отрасли и в сельском хозяйстве в сумме дают порядка 87 % общего выброса парниковых газов.

Вторая глава. Экономические исследования показывают, что на динамику выбросов ПГ в России существенное влияние оказывают следующие факторы:

1. изменение валового внутреннего продукта (ВВП),

2. изменение структуры промышленного производства,

3. динамика цен на энергию,

4. технологические инновации,

5. реализация политики и мер, прямо или косвенно воздействующих на снижение выбросов.

Одним из возможных методов выполнения оценки выбросов ПГ является использование статистических связей между величиной выброса и различными показателями развития экономики. Представляет интерес изучение таких связей с целью выявления показателей, наиболее тесно связанных с общей экономической ситуацией в стране. Показатели наиболее тесно коррелирующие с выбросом С02 могут быть использованы в качестве предикторов. В период 1990-2007 гг. выбросы СОг в РФ под влиянием экономических факторов испытали спад (1991-1998 гг.), сменившийся затем ростом. Совершенно не очевидно, что зависимости между выбросом СО2 и каким-либо из экономических показателей в периоды экономического роста и подъема будут одинаковыми, или, по крайней мере, близкими. Поэтому анализ связей проводился как для периода 1990-2007 гг. в целом, так и для периодов спада и роста по отдельности. Исследованы корреляции выброса СОг с показателями, принадлежащими к двум группам: макроэкономических показателей, исчисляемых в денежном выражении, и показателей деятельности отдельных отраслей экономики в натуральном выражении (табл.1).

Таблица 1. Коэффициенты корреляции

Коэф. корреляции 1990-2007 Коэф. корреляции 1990-1998 Коэф. Корреляции 1998-2007

Макроэкономические показатели

Индекс валового внутреннего продукта 0,8118 0,4991 0,5814

Индекс промышленного производства 0,8335 0,5871 0,7555

в том числе электроэнергетика -0,2254 0,5964 -0,4671

Отраслевые показатели

Грузооборот транспорта общего пользования 0,8454 0,9614 0,9103

Грузооборот ж-д. транспорта 0,7328 0,9638 0,9412

Объем перевозок грузов транспортом общего пользования 0,9808 0,9776 0,9119

Объем перевозок грузов ж-д. транспортом 0,9191 0,9677 0,9509

Производство электроэнергии электростанциями 0,8114 0,9802 0,9488

в том числе тепловыми 0,9264 0,9691 0,8984

Для отраслевого анализа были выбраны электроэнергетика и транспорт, как отрасли, наиболее тесно связанные с общим состоянием экономики страны и энергопотреблением.

Все использованные экономические данные взяты из официальной статистики - публикаций Росстата. Наиболее высокие значения корреляций выделены в таблице 1 жирным шрифтом, самые низкие курсивом.

Полученные результаты свидетельствуют о наличии тесной связи между всеми выбранными отраслевыми показателями и выбросом СОг- При этом необходимо отметить, что хотя значения корреляций, полученные на коротких временных интервалах 19901998 гг. и 1998 - 2007 гг. трудно считать строго корректными в статистическом смысле, но взятые в совокупности интервалов они все же указывают на наличие связи между выбросом СОг и рассматриваемыми показателями.

Представленные ниже графики (рис.3) демонстрируют зависимости выброса С02 от значений отраслевых показателей.

Рисунок 3. Зависимости эмиссии СОг от некоторых отраслевых показателей

Правые ветви на диаграммах (рис. 3) отражают период 19901996 гг., левые - период 1997-2007 гг. (Верхние точки правых ветвей соответствуют 1990 г., левых - 2007 г.) Интересно отметить, что, несмотря на то, что общий экономический рост в РФ начался с 1999 г., параметры регрессионной связи между показателями и выбросом углекислого газа испытывают резкое изменение с 1997 г. Одним из возможных объяснений этого эффекта может быть то, что спад производства, происходивший в 1998 г. был вызван не экономическими, а чисто финансовыми причинами - «дефолтом». Исходя из характера зависимостей на рисунке 3 можно предположить, что 1996 г. был последним годом структурного кризиса в экономике и в 1997 г. в России уже начинался экономический рост, прерванный в 1998 г. дефолтом и его последствиями. Это предположение

подтверждается данными Росстата, согласно которым объем ВВП в 1997 г. составил 100,8%, а объем промышленного производства 102,0% к уровню 1996 г. Таким образом, дефолт 1998 г. фактически «отложил» начало экономического роста на два года и привел экономику к более низкому стартовому уровню для посткризисного развития.

С макроэкономическими показателями выброс СО2 от сжигания топлива коррелирует существенно хуже, чем с отраслевыми. Только в двух случаях из девяти коэффициент корреляции попал в группу высоких (табл. 1). Самые низкие коэффициенты корреляции получены для макроэкономических показателей, в частности ВВП.

В третьей главе рассматриваются методы построения прогноза выбросов СО2.

Наиболее простым способом построения среднесрочного прогноза является метод экстраполяционного прогнозирования. Прогнозное значение определяется подстановкой нужного значения времени в уравнение тренда у = /(С).

Этот метод имеет смысл только при сравнительно краткосрочном прогнозировании и уверенности в том, что основная динамика эмиссии, а следовательно и тренд, за это время не меняются (табл.2).

Таблица 2. Прогноз выброса СО2 от сжигания

ископаемого топлива рассчитанный экстраполяционным методом

2001 | 2002 | 2003 | 2004 | 2005 | 2006 | 2007 2008 1 2009 | 2010 | 2011

Факт Прогноз

Выбросы СОг, млн.т. 1516 1503 1538 1529 1533 1582 1570 1578 1588 1597 1607

Доверительный интервал ±Ау=26 с вероятностью 95% Стандартное отклонение а=36,1 млн.т. (2,27%)

Построение регрессионных моделей Наличие тесных корреляционных связей выброса СО2 с экономическими показателями рассмотренными выше, дает возможность методом линейной регрессии производить оценку и строить прогнозы опираясь на заранее известные значения регрессоров.

Классический подход к оцениванию параметров линейной регрессии основан на методе наименьших квадратов (МНК). Функция регрессии выброса на ВВП имеет следующий вид: С = а + Ъ-Б, где

a = C-b-G , CG-CG

~ —т —2 '

g2-g

где: С - эмиссия CO2, G - объем ВВП.

Для определения целесообразности использования данных до 1998 года и оценки объема выборки, которую возможно использовать в дальнейшем для построения модели регрессионного анализа, к имеющимся рядам данных применим два теста. Первый, это тест на обнаружение остатков модели регрессии, т.н. тест Голдфелда-Квандта. Тест был разработан в 1965 году и рассматривает линейную модель, для которой дисперсия остатков возрастает пропорционально квадрату фактора. Второй - тест на обнаружение автокорреляции остатков. Для этого существует два наиболее распространенных метода: 1) Путем построения графика зависимости остатков от времени и визуальной оценки наличия или отсутствия автокорреляции; 2) Путем использования критерия Дарбина-Уотсона.

Тесты показали удовлетворительные результаты и пригодность всего ряда данных в случае с макроэкономическими показателями и возможность использовать данные только за период после 1998 года для отраслевых показателей.

Процентные приращения эмиссии до 2011 г. рассчитанные исходя из прогноза прироста ВВП представлены в таблице 3.

Таблица 3. Межгодовые приращения эмиссии СО2 _рассчитанные регрессионным методом

2008 2009 2010 2011

Эмиссия (% к предыдущему году) 100,4 100,9 100,8 100,6

Прогноз динамики эмиссии СО2 , приведенный в табл.3, был выполнен до начала экономического спада 2009 г. и показывает рост выбросов. Использование последних доступных прогнозных оценок ВВП приводит к оценке приращения выбросов СО2 на 2009 г. в диапазоне от 95,8% до 99,1%. (данные по ВВП: МВФ -6%, UBS 1,7%) Наиболее вероятное значение - 96,3%.

Стандартное отклонение рассчитываем по формуле:

t(c-cregi))2

-Ь!-= 28,47 млн.т.

п

Прогноз выбросов СОг методом линейной регрессии с использованием отраслевых показателей.

Значение коэффициента корреляции значений объемов грузоперевозок с С02 для периода с 1990 по 2007 составляет Р=0,85 и с 1998 по 2007 Р=0,91 что является очень высокими показателями. Для ВВП эти значения составляли 0,81 и 0,58 соответственно.

Проведенный тест Дарбина-Уотсона на обнаружение автокорреляции остатков показал высокое значение автокорреляции (г=0,91), из чего видно, что есть еще неучтенная функциональная зависимость на периоде с 1990 по 2007 годы. Тест Голдфелда-Квандта (£=0,87) оказался успешным. Расчет коэффициентов делается для периода с 1998 по 2007 год. Коэффициенты регрессии грузооборота на эмиссию составили:

а=1318,53 Ь=0,127

Еще одним высоко коррелированным с эмиссией С02 отраслевым показателем является производство электроэнергии.

Значение коэффициента корреляции составили Р=0,81 при рассмотрении всего периода, и Р=0,95 для периода с 1998 по 2007 год. Рассчитанные коэффициенты регрессии для периода с 1998 по 2007 годы составили:

а=883,53 Ь=0,696

Значения критерия Голфелда-Квандта составил ^1,81, Дарбина-Уотсона с1=1,94, что является удовлетворяющим условию показателем.

В таблице 4 представлены прогнозные значения эмиссии С02, полученные на основе регрессионных зависимостей. Коэффициенты регрессии определялись по данным за 1998-2007 гг.

В случае с отраслевыми показателями для построения регрессионной модели оказалось нецелесообразно использовать весь ряд данных с 1990 по 2007 год.

Таблица 4. Прогноз эмиссии С02 с использованием в качестве

предикторов отраслевых показателей, млн.т.

Показатель 2008 2009 2010 2011

Грузооборот ж-д. транспорта 1578 1597 1616 1635

Производство электроэнергии 1591 1605 1607 1628

Среднеквадратичное отклонение Бреггруз.жд=15,49 млн.т.

Зрег электр. ~13,41 МЛН.ГП.

Использование последних доступных прогнозных оценок грузооборота приводит к оценке уменьшения выброса С02 в 2009 г. До 1545 млн.т.

Множественная регрессия

Включение в уравнение регрессии того или иного набора факторов связано, прежде всего, с четким представлением о корректности их поведения в модели, и отвечать ряду свойств. Прежде всего иметь количественную определенность и быть некоррелированны между собой.

Для корректности построения модели множественной регрессии введем параметр производства тепловой энергии, который напрямую связан с выбросом ССЬ и адекватно отражает ситуацию с среднегодовыми температурами и количеством отапливаемых площадей.

Мы располагаем данными по производству тепловой энергии за период с 1998 по 2008 год. Анализ проводим за обозначенный период. Уравнение множественной регрессии имеет следующий вид: Смнож~а+Ь-Е+с^Е, где ^-производство электроэнергии, ¡Е-производство тепловой энергии. Коэффициенты составили: а=840,93; Ъ=0,82; с=-0,06. Полученные значения представлены на итоговом графике (рис. 4). Среднеквадратичное отклонение 3МН0Ж=13,12 млн.т. Отрицательное значение коэффициента с указывает на возможное наличие связи между данными по производству электроэнергии и тепловой энергии.

Нелинейная регрессия

Нелинейную регрессию следует применять, если между явлениями существуют нелинейные соотношения, и они выражаются с помощью соответствующих нелинейных функций. Сделаем расчет параболы второй степени. Уравнение для объема ВВП будет иметь следующий вид: С„ар=а+Ь-С+сС2. Значения коэффициентов составили: а=3,84, Ъ=1,64, с=0,006.

Малое значение коэффициента с указывает на то, что явной нелинейной зависимости не выявлено и применение нелинейной регрессии к имеющимся рядам данных является неоправданным.

На итоговом графике (рис.4) показаны фактические и рассчитанные значения эмиссии С02 в секторе «энергетика».

рассчитанных значений эмиссии СО2

После того, как уравнения линейной регрессии найдены, проводится оценка значимости как уравнения в целом, так и отдельных параметров.

Оценка значимости уравнения регрессии в целом делается с помощью F-критерия Фишера. Для ВВП F = 21,2. Табличное

значение 05= 4,54 при 5%-ном уровне значимости. Поскольку

F^iaKm>Fma(a можно сделать вывод о значимости уравнения регрессии построенным от ВВП.

Аналогичным образом делается расчет и для других предикторов. Для грузооборота и производства электроэнергии за посткризисный интервал F=24,64 и F=33,76 соответственно, при табличном Fa=0 05 = 4,96. Все уравнения регрессии являются значимыми.

В линейной регрессии помимо уравнения в целом оценивается значимость и отдельных его параметров. С этой целью по каждому из параметров определяется его стандартная ошибка: та и ть

Стандартная ошибка коэффициента регрессии параметра b для случая с ВВП рассчитывается по формуле

¡У (С-Сх)2/(п-2) I У2 „2 т = -<--1 = I-_-, где У - остаточная

4 V

дисперсия на одну степень свободы.

Для ВВП за полный период величина стандартной ошибки

коэффициента регрессии составила т. = I =0018

* V 816,67 '

Отношение коэффициента регрессии к его стандартной ошибке дает I-статистику, которая подчиняется статистике Стьюдента при п-2 степенях свободы. Эта статистика применяется для проверки статистической значимости коэффициента регрессии и для расчета его доверительных интервалов.

Для оценки значимости коэффициента регрессии его величину необходимо сравнить с его стандартной ошибкой, т.е. определяется фактическое значение ¿-критерия Стьюдента по формуле 1ь~Ъ/тъ. Полученное значение сравнивается с табличным значением /-критерия при определенном уровне значимости и числе степеней свободы.

Для ВВП фактическое значение /-критерия для коэффициента регрессии составило 4=4, б. При а=0,05 и числе степеней свободы п-2 табличное значение /=2,13. Поскольку фактическое значение /критерия превышает табличное, гипотезу о несущественности коэффициента регрессии можно отклонить. Доверительный интервал для коэффициента регрессии определяется как ЪМ-тЪ. Для коэффициента регрессии Ъ в ВВП 95%-ные границы составят: 0,42±0,04.

Стандартная ошибка параметра а для ВВП определяется по формуле

= 12 т"=)1 п-2 'п-Е^-СУ

Процедура оценивания значимости данного параметра не отличается от рассмотренной выше. Для коэффициента регрессии

вычисляется ^критерий / = . /-критерий для коэффициента

та

регрессии а составил: /а=2,36. Таким образом, для коэффициента регрессии а границы составят: 55,77±46,94

Аналогичным образом делается оценка значимости отдельных параметров регрессии для отраслевых показателей (табл. 6) Для всего периода значение /-критерия параметра а оказалось меньше

табличного, и гипотеза о несущественности коэффициента регрессии а подтвердилась.

Таблица 5. Значимость коэффициентов регрессии _и ошибки интервального прогноза

Период с 1990 по 2007 г.г. с 1998 по 2007 г.г.

ВВП Грузооборот Ж.Д. Производство электроэнергии Грузооборот Ж.Д. Производство электроэнергии

Станд. ошибка та 22,03 30602,15 16001,3 492,31 87,34

/„-критерий 2,36>2,13 0,04<2,11 -0,003<2,11 2,67>2,31 10,11>2,31

95% доверительный интервал а 55,77±46,94 Коэф. незначимый Коэф. незначимый 1319±609 883,5±466,3

Станд. ошибка ть 0,02 0,06 0,23 0,016 0,008

-критерий 23,6 4,87 7,75 8,07 8,96

95% доверительный интервал Ъ 0,42±0,04 0,128±0,036 0,69±0,18

Используя статистические методы делаем расчет ошибки интервального прогноза. Точечный прогноз дополняется расчетом

стандартной ошибки Сс т.е. т- , и соответственно получаем

^С

интервальную оценку прогнозного значения С*: Со-ти- <С*<Сс+т,

Для наглядности построения формулы определения величин стандартной ошибки Са подставим в уравнение линейной регрессии для ВВП выражение параметра а: а = С - Ь ■ й ■ Уравнение регрессии принимает вид: С0=С-Ь-0 +Ь-0. Отсюда следует, что

стандартная ошибка т- зависит от ошибки С и ошибки

Сс

коэффициента регрессии Ь, т.е. -т^ Из теории

выборки известно, что тс2 — —. Используя в качестве оценки сг2

п

остаточную дисперсию на одну степень свободы Б1, получим формулу расчета ошибки среднего значения переменной С:

2 Я2

Формула стандартной ошибки предсказываемого среднего значения С при заданном значении ВВП характеризующая ошибку положения линии регрессии имеет следующий вид:

2 , Я2 (п С2 А , тСг ~ ^ V ("Г1 =5 •(-+ —

Для прогнозируемого значения Сс 95%-ные доверительные

интервалы при заданном Ок определяются выражением

ССк ±ta•m■ . Для 18 степеней свободы 1а = 2,1. Аналогичным

образом делается расчет для отраслевых показателей. Полученные значения представлены в таблице 6.

Таблица 6. Доверительные интервалы

2008 2009 2010 2011

Ок (эмиссия С02 на ВВП), % к пред. году. 100,4 100,9 100,9 100,7

ТПл , % (стандартная ошибка) '-с 0,706 0,709 0,708 0,707

Сд , % (доверительные интервалы) 1,505 1,510 1,509 1,507

Сс , млн.т. 23,8 24,1 24,3 24,43

Тк (эмиссия С02 на грузооборот ЖД), млн.т. 1587 1581 1584 1590

Ш д, (стандартная ошибка) сг 7,28 7,19 7,23 7,32

Ст (доверительные интервалы) 16,75 16,55 16,64 16,84

Ек (эмиссия С02 на производство электроэнергии), млн.т. 1605 1607 1628 1656

)П- (стандартная ошибка) £ 8,06 8,07 8,20 8,38

Ср^ (доверительные интервалы) 18,53 18,55 18,86 19,27

Фактические значения С варьируются около среднего значения

С. Однако индивидуальные значения С могут отклоняться от С на величину случайной ошибки е. Поэтому ошибка предсказываемого индивидуального значения С должна включать не только стандартную

ошибку С, но и случайную ошибку. Средняя ошибка прогнозируемого индивидуального значения С для ВВП составит:

тг

= 52

1

, 1 (О,-С)2 .

и К

6,97 • (1 + — + ~ 99,13 5)2 15 816,67

Сс±га-т,,1а= 2,13

Таблица 7. Значения доверительных интервалов с учетом

случайной ошибки

^008 2009 2010 2011

<5* (эмиссия С02 на ВВП), % к пред. году. 100,4 100,9 100,9 100,7

ТП- (стандартная ошибка с учетом случайной ошибки) 2,737 2,740 2,739 2,738

С0к (доверительные интервалы) 5,830 5,835 5,835 5,833

С0к , млн.т. 92,3 93,2 94 94,6

Тк (эмиссия С02 на грузооборот ЖД), млн.т. 1587 1581 1584 1590

/Па (стандартная ошибка с учетом случайной ошибки) т 17,27 17,23 17,25 17,28

А Ст (доверительные интервалы) 39,71 39,63 39,67 39,75

Еу (эмиссия С02 на производство электроэнергии), млн.т. 1605 1607 1628 1656

ТП- (стандартная ошибка с учетом случайной ошибки) Е 15,89 15,89 15,96 16,05

А (доверительные интервалы) 36,54 36,55 36,7 36,91

Интервал достаточно широк, прежде всего, за счет малого объема исходных данных (недостаточной длины временных рядов). При прогнозировании на основе уравнения регрессии следует учитывать, что точность прогнозных значений зависит не только от стандартной ошибки индивидуальных значений эмиссии, но и от точности прогноза значений самих предикторов.

В четвертой главе рассматриваются методы построения прогноза выбросов СЩ. Для оценки и прогноза выбросов СН4 от его основных источников в России, целесообразно применение простых регрессионных методов с использованием в качестве предикторов прогнозных величин объема добычи и транспортировки природного газа, а так же поголовья крупного рогатого скота (КРС).

Наиболее крупным источником, дающим порядка 9,5% вклада в общий антропогенный выброс парниковых газов в России, является эмиссия метана, связанная с добычей, транспортировкой, хранением и потреблением природного газа. Наиболее доступным способом является оценка будущих выбросов исходя из объемов добытого газа и величины его прокачки по магистральным трубопроводам. Как видно из графиков (рис. 5) две эти величины имеют прямую связь.

МЛРД.М? млн.т.

1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 -»-Общий объем добычи природного газа в России, млрд.м'

—♦—Объемтранспортировки газа по газопроводам, млн.т.

Рисунок 5. Объемы добычи и транспортировки газа

Простой расчет процента потерь природного газа от общего объема добычи и транспортировки природного газа показывает ярко выраженную тенденцию к снижению. Если в 2000 году потери составляли порядка 1,26% от объемов транспортировки и 1,63% от общего объема добычи, то к 2007 году эти значения сократились 1,19% и 1,55% соответственно. На основании этой тенденции можно предположить дальнейшее снижение потерь. Применяя метод линейной экстраполяции, продлеваем сложившуюся динамику до 2011 года. Результаты представлены в таблице 8.

Таблица 8. Потери природного газа в процессе добычи и транспортировки

2000 2007 2008 2009 2010 2011

Процент потерь исходя из объемов транспортировки, % 1,263 1,185 1,159 1,147 1,134 1,122

Процент потерь исходя из объемов добычи, % 1,631 1,553 1,541 1,531 1,522 1,512

Прогнозирование изменения объемов добычи природного газа входит в задачи ряда государственных, коммерческих,

инвестиционных и пр. организаций, что обеспечивает наличие данных для построения прогноза эмиссии.

Зная данные по добыче, транспортировке логично рассмотреть с какой из этих величин выбросы связанны сильнее. Коэффициент корреляции эмиссии метана, для периода с 2000 по 2007 гг., с добычей природного газа составил Р=0,95, с объемом транспортировки по газопроводам Р=0,96.

Прогнозные значения эмиссии природного газа в газовой отрасли исходя из объемов добычи и транспортировки рассчитываем, пользуясь методом линейной регрессии, аналогично тому, как это делается для эмиссии С02. (табл.9)

Таблица 9. Прогноз потерь природного газа

Предиктор 2008 2009 2010 2011

Объем транспортировки тыс.т. 6934 6323 6468 6547

% 1,186 1,252 1,233 1,220

Объем добычи тыс.т. 6899 6344 6469 6528

% 1,556 1,610 1,599 1,589

Рассчитав процент потерь природного газа для спрогнозированных значений и сравнив его с данными, полученными ранее методом линейной экстраполяции (табл.8) отмечаем достаточно близкие процентные значения, полученные двумя независимыми методами.

В животноводстве парниковые газы образуется главным образом в результате переработки растительной пищи в кишечнике животных, откуда и попадают в атмосферу. Второй источник это разложение навоза без доступа воздуха. Количество выделяемого метана в первую очередь зависит от вида животных. Основную часть СН4 выделяет крупный рогатый скот. Главными причинами падения уровня выбросов метана являются продолжающееся снижение поголовья и численности птицы.

Эмиссия метана и закиси азота от животноводства имеют прямую связь с поголовьем. В настоящее время существует тенденция к снижению поголовья, однако вступивший в действие национальный проект в секторе сельского хозяйства предусматривает увеличение поголовья крупного рогатого скота. Существует несколько сценариев увеличения поголовья. Рассмотрим один из них, предусматривающий к 2012 году увеличение поголовья на 500 тыс. голов, а так же сделаем

расчет исходя из сложившийся тенденции продлив ее методом линейной интерполяции.

Наибольший коэффициент корреляции между общей эмиссией СН4 в секторе сельского хозяйства без учета рисоводства, и поголовьем КРС получен для временного ряда с 2000 по 2007 года и составил Р=0,94.

Приведенный ниже график (рис.6) показывает связь между эмиссией и численностью поголовья. Не закрашенные точки определяют прогнозные значения на период до 2011 года исходя из рассматриваемого сценария и сложившейся тенденции.

о Поголовье КРС за 1990-2007 гг

---Доверительные интервалы

С Поголовье КРС за 2008-2011 гг. расчитанное по методу линейной интерполяции '> Поголовье КРС за 2008-2011 гг. расчитанное исходя из нацпроекта __Линейная (Поголовье КРС за 1990-2007 гг)_

Рисунок 6. Зависимости эмиссии метана от численности поголовья КРС

Значения эмиссии метана от КРС в секторе «сельское хозяйство» для двух различных сценариев представлены в таблице 10.

Таблица 10. Эмиссия метана от КРС

2008 2009 2010 2011

Экстраполяционный прогноз поголовья КРС. СН4, тыс.т./год 1940 1926 1911 1897

Прирост поголовья на 500тыс. голов к 2012 году СН4, тыс.т./год 1962 1977 1985 1994

Выводы:

1) Несмотря на значительные изменения абсолютной величины эмиссии парниковых газов в России в 1990-2007 гг. ее распределение по газам и источникам изменилось не существенно. Для оценки и прогноза 85-88% антропогенной эмиссии парниковых газов в России достаточно рассмотреть всего 3 главных источника эмиссии двуокиси углерода и метана.

2) Данные по объему ВВП коррелированны с выбросом СОг существенно меньше, чем некоторые отраслевые показатели экономической деятельности. Наиболее высокие значения коэффициентов корреляции были получены для таких отраслевых показателей, как объем железнодорожных грузоперевозок и производство электроэнергии. Данные показатели могут быть использованы в качестве предикторов для оценки и прогнозирования выбросов СОг.

3) Обладая заранее известными значениями предикторов с помощью регрессионных методов можно производить оперативную оценку и строить среднесрочные прогнозы эмиссии СО2 на территории Российской Федерации.

4) Наименьшая погрешность прогнозных оценок эмиссии СОг обеспечивается при использовании отраслевых показателей.

5) Для оценки и прогноза выбросов СН4 основными его источниками целесообразно применять простые регрессионные методы, используя в качестве предикторов прогнозы объемов добычи природного газа и численности сельскохозяйственных животных.

Публикации по теме диссертации:

1) Самойлов И.А. Некоторые возможные подходы к оперативной оценке и прогнозированию выбросов парниковых газов // Конференция молодых ученых «Проблемы гелиогеофизики и экологии»: Сб.тезисов. - Москва, 2006.

2) Нахутин А.И., Самойлов И.А. О выборе предикторов для прогнозной оценки техногенных выбросов парниковых газов //Труды II всероссийской конференции «Научные аспекты экологических проблем России» - Москва, 2006. - с. 45-49.

3) Самойлов И.А. Возможные подходы к оперативной оценке и прогнозированию выбросов парниковых газов // Труды ИПГ

имени академика Е.К.Федорова. Выпуск 85. - Москва, 2006 г. -с. 165-168.

4) Самойлов И.А. Выбор предикторов для прогнозной оценки антропогенных выбросов парниковых газов в России // Сибирская конференция молодых ученых по наукам о земле. -Новосибирск, 2006 - с. 202-203.

5) Самойлов И.А. Предикторы для статистической оценки и прогноза выбросов СО2 от использования ископаемого топлива // Использование и охрана природных ресурсов в России, информационно-аналитический бюллетень №6 (96), -Москва, 2007 г.-с. 51-54.

6) Самойлов И.А., Нахутин А.И. Оценка и среднесрочный прогноз антропогенной эмиссии диоксида углерода и метана в России статистическими методами // Метеорология и гидрология. - Москва, 2009 г. №6. - с. 25-32.

Подписано в печать 30.09.2009 г. Формат 60x90/16. Бумага офсетная 80 г/м2 Тираж 100 экз. Заказ №718.

Отпечатано в ООО «Центр полиграфических услуг «Радуга» Тел.: (495) 739-5680 http://www.raduga-print.ru http://www.radugaprint.ru

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Самойлов, Игорь Александрович

Введение

Глава 1. Структура и главные компоненты выброса парниковых газов в Российской Федерации.

1.1 Возможные причины глобального потепления.

1.2 Парниковые газы.

1.3 Потенциалы глобального потепления парниковых газов.

1.4 Эмиссия парниковых газов по секторам.

1.4.1 Энергетика

1.4.2 Промышленные процессы.

1.4.3 Сельское хозяйство.

1.4.4 Отходы.

1.5 Структура и главные компоненты эмиссии парниковых газов.

Глава 2. Глобальные процессы наиболее тесно связанные с общим состоянием экономики страны. Выбор предикторов и оценка взаимосвязей различных экономических показателей.

2.1 Временные интервалы оценки и прогнозирования эмиссии.

2.2 Современные методы прогнозирования эмиссии.

2.3 Влияние географических особенностей.

2.4 Статистическая связь эмиссии С02 с макроэкономическими и отраслевыми показателями экономики.

Глава 3. Методы построения оценки и прогноза эмиссии С02.

3.1 Экстраполяционное прогнозирование.

3.2 Метод линейной регрессии.

3.2.1 Построение прогноза с использованием ВВП в качестве предиктора.

3.2.2 Построение прогноза с использованием в качестве предикторов отраслевых показателей экономики.

3.3 Множественная регрессия.

3.4 Нелинейная регрессия.

3.5 Оценка значимости параметров линейной регрессии.

3.6 Оценка значимости отдельных параметров линейной регрессии.

3.7 Ошибка интервального прогноза на основе линейного уравнения регрессии.

Глава 4. Оценка и прогноз эмиссии метана от крупнейших источников.

4.1 Добыча и транспортировка природного газа.

4.2 Оценка н прогноз эмиссии от природного газа.

4.3 Эмиссия метана от сельскохозяйственных животных и обращения с отходами их жизнедеятельности.

Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Оперативная оценка и среднесрочный прогноз антропогенной эмиссии парниковых газов в Российской Федерации"

Проблемы изучения современных и предстоящих изменений климата и их последствий представляют весьма значительный научный интерес и привлекают в настоящее время внимание многочисленных отечественных и зарубежных исследователей. Среди естественных причин изменения глобального климата во времени, внешних по отношению к климатической системе Земли — вариации потока солнечной энергии, поступающей в атмосферу Земли, и вариации потока солнечной энергии, отраженной земной поверхностью и ушедшей обратно в космос (связаны с циклическими изменениями наклона эклиптики и различиями в значениях альбедо земной поверхности на разных широтах). С началом индустриальной эры к естественным причинам изменения климата, обусловливающим его естественную изменчивость, прибавились антропогенные факторы — антропогенная эмиссия парниковых газов (ПГ) и аэрозолей в атмосферу, а также изменение альбедо земной поверхности при изменении землепользования [53,57,93]

Парниковый эффект, открытие которого восходит к работам Тиндалла (ТупйаИ, 1861) и Аррениуса (Аггкетш, 1896) [91,116], был впоследствии исследован зарубежными и российскими учеными в связи возможностью его антропогенного усиления [1, 25, 30]. Важнейшими из парниковых газов являются диоксид углерода (С02), метан (СН4) и закись азота (N20). Увеличение их концентрации в атмосфере приводит к изменению способности горизонтальных слоев атмосферы пропускать лучистую энергию на разных частотах. Вследствие этого меняется бюджет энергии, специфический на разных высотах, что вызывает изменение вертикального распределения температуры, в частности, потепление или похолодание в приповерхностном слое атмосферы, а также изменение других его параметров. Увеличение концентрации парниковых газов в атмосфере приводит к потеплению. Это антропогенное усиление парникового эффекта.

Как указывает в своих работах академик Ю.А. Израэль, в последние два десятилетия XX века в мире возникло и широко распространилось некое предощущение опасности, связанной с глобальным потеплением из-за антропогенного усиления парникового эффекта вследствие антропогенных эмиссий парниковых газов в атмосферу. Политическим результатом этой обеспокоенности стала Рамочная конвенция ООН об изменении климата — РКИК (1992 г.) [50]. Ее цель ясно сформулирована в Статье 2: "Конечная цель настоящей Конвенции и всех связанных с ней правовых документов, которые может принять Конференция Сторон, заключается в том, чтобы добиться, во исполнение соответствующих пололсений Конвенции, стабилизации концентрации парниковых газов в атмосфере на таком уровне, который не допускал бы опасного антропогенного вмешательства в климатическую систему". И далее: "Такой уровень должен быть достигнут в сроки, достаточные для того, чтобы — позволить экосистемам естественным образом адаптироваться к изменению климата, — убедиться, что производство продовольствия не находится под угрозой, и — дать возможность обеспечить дальнейшее экономическое развитие на устойчивой основе" [50].

Кроме предусматриваемой РКИК стабилизации концентраций парниковых газов (достигаемой путем сокращения выбросов и/или интенсификации поглощения парниковых газов из атмосферы) рассматриваются и другие методы предотвращения опасного воздействия на климатическую систему. В последнее время возрастающее внимание исследователей привлекают к себе геоинженерные методы: увеличение в атмосфере слоя аэрозолей, поглощающего солнечное излучение, улавливание и захоронение углерода из промышленных выбросов, увеличение поглотительной способности океана по отношению к С02 и др. Первый из этих методов, идея которого была высказана в 1972 г. академиком М.И. Будыко, разрабатывается в настоящее время в России в Институте глобального климата и экологии под руководством Ю.А. Израэля и некоторых других научно-исследовательских организациях. Ведутся теоретические исследования, выполняются эксперименты в аэрозольных камерах, начаты натурные эксперименты [9,20,22,26]

Первый правовой документ, направленный на ограничение антропогенных эмиссий парниковых газов, появился в рамках РКИК в 1997 г. Это Киотский протокол [13] который был открыт к подписанию в 1998 г. В преамбуле этого договора сказано, что он заключен в "целях достижения окончательной цели Конвенции, как она изложена в Статье 2". Это соглашение было ратифицировано Россией в 2004 г. Однако никакого определения того, что такое "опасное антропогенное вмешательство в климатическую систему", во времена принятия РКИК не существовало, как его в общепринятом виде не существует и сейчас, хотя этот вопрос интенсивно разрабатывается международным научным сообществом, в том числе Межправительственной группой экспертов по изменению климата (МГЭИК). Эта проблема не может быть полностью решена в рамках науки, поскольку, в конечном счете, будет необходимо принятие решений на национальном и (или) международном уровнях о том, является ли климат, измененный под воздействием деятельности человека, желательным или же приемлемым в свете целей устойчивого развития общества и благосостояния населения, учитывая, конечно, и различные аспекты нематериальных полезностей (в частности, сохранение уникальных природных и культурных объектов). Однако наука должна предоставить необходимую объективную и качественную информацию, которая позволит в конечном счете принять оптимальные решения в этой области [18,21,36,43,50,54].

На национальном уровне такая информация необходима в отношении следующего:

• какие последствия изменения климата уже наблюдаются к настоящему моменту;

• какова чувствительность природных и хозяйственных систем, состояния здоровья населения к изменению климата;

• имеются ли возможности адаптации к меняющемуся климату, и какова их потенциальная эффективность;

• какие ожидаются последствия изменения климата в среднесрочной и долгосрочной перспективе, и какова их опасность.

Помимо перечисленной информации, выполнение Киотского протокола и других, возможных в будущем, международных соглашений в области охраны климата требует проведения на национальном уровне оценок антропогенных выбросов парниковых газов в атмосферу и их абсорбции (поглощения) из атмосферы. Такие оценки необходимы для контроля выполнения международных соглашений, для определения количества квот на выбросы парниковых газов, которые могут быть переданы или получены другим странам в результате применения так называемых механизмов гибкости (рыночных механизмов), для планирования и контроля реализации политики и мер по сокращению выбросов и для решения ряда других задач. Несмотря на экономический спад 90-х годов 20 века, Россия является третьим в мире государством по величине выбросов в атмосферу антропогенных парниковых газов (после США и Китая). В то же время в силу природно-географических условий на ее территории находятся крупные действующие источники, такие как тундры, болота, особенно болота Сибири и потенциальные источники в виде залежей метановых гидратов, почвы зоны вечной мерзлоты [46,77,81].

В Российской Федерации проблему оценки выбросов решает Российская система ог{енки антропогенных выбросов из источников и абсорбции поглотителями парниковых газов, не регулируемых Монреальским протоколом по веществам, разрушающим озоновый слой, координируемая Росгидрометом. Детализированные данные по антропогенным выбросам и абсорбции парниковых газов ежегодно представляются органам РКИК и Киотского протокола в составе Национальных кадастров [46].

Другой серьезной научно-прикладной задачей национального уровня является прогнозирование антропогенных выбросов парниковых газов. В настоящее время для Российской Федерации разработан ряд сценариев выбросов с горизонтом прогнозирования 25-30 лет. Некоторые из этих сценариев включены в Национальные сообщения РФ [77, 81].

Решение этих двух задач в совокупности фактически обеспечивает мониторинг антропогенных эмиссий парниковых газов в атмосферу, поскольку отвечает определению мониторинга как системы наблюдений, оценки и прогноза [23,30].

Дальнейшее развитие системы мониторинга на национальном уровне является интересной в научном отношении и важной с прикладной точки зрения задачей, требующей разработки новой методической базы, отличной от использующейся в настоящее время при разработке национального кадастра и прогнозов выбросов парниковых газов. В частности, значительный интерес представляет повышение оперативности оценок антропогенной эмиссии парниковых газов и разработка подходов к прогнозированию эмиссии и ее компонентов на национальном уровне с горизонтом прогнозирования 1-3 года. Разработке этих вопросов посвящена настоящая диссертационная работа.

Несмотря на продолжающиеся научные дискуссии, относительно сравнительного вклада антропогенных и природных факторов в современные и предстоящие изменения климата, мировое сообщество в 1997 году приняло соглашение, определившее конкретные обязательства промышленно развитых стран и стран с переходной экономикой по сокращению выбросов парниковых газов - Киотский протокол к Рамочной Конвенции ООН об изменении климата. Как следует из протокола, антропогенная эмиссия парниковых газов в России за период с 2008-2012 гг. не должна превысить пятикратный уровень выбросов базового 1990 г. На первом Совещании Сторон Киотского протокола (Монреаль, 2005 г.) был принят пакет документов, определивших основные принципы, нормы и механизмы исполнения Киотского протокола. Протокол, в дополнение к основным мероприятиям по снижению выбросов парниковых газов, предоставляет возможность задействовать рыночные механизмы, такие как международную торговлю квотами на выбросы парниковых газов и совместное осуществление проектов по снижению выбросов парниковых газов с переуступкой части национальных квот на выбросы другим странам или хозяйствующим субъектам. В связи с этим особую роль приобретает прогнозирование величины выбросов парниковых газов в национальном масштабе, обеспечивающее как возможность рационального планирования и контроля мер по сдерживанию и сокращению выбросов парниковых газов, так и заблаговременное предупреждение о приближении к предельным с точки зрения выполнения международных обязательств величинам выбросов. Особенно актуальными эти вопросы являются для России, как страны, экономический рост которой сопровождался, и, по всей видимости, будет сопровождаться в будущем, ростом выбросов парниковых газов.

Цель работы заключается в создании методов оперативной оценки величины годовой антропогенной эмиссии парниковых газов и методов построения среднесрочных прогнозов выбросов парниковых газов с горизонтом прогнозирования до 3-х лет. Задачи исследования:

1. Анализ структуры антропогенной эмиссии парниковых газов в Российской Федерации, оценка вклада отдельных газов и видов экономической деятельности в общий выброс парниковых газов, выделение главных компонент выброса;

2. Оценка статистических связей макроэкономических и отраслевых показателей хозяйственной деятельности с эмиссией парниковых газов;

3. Обоснование и выбор предикторов для оценки и прогноза эмиссии;

4. Разработка пригодной для практической реализации методики оценки и среднесрочного прогнозирования общей антропогенной эмиссии парниковых газов в РФ;

5. Анализ погрешности прогностических оценок эмиссии парниковых газов, выполняемых с использованием выбранных предикторов.

Научная новизна. В ходе выполнения работы впервые:

1. Выделены главные компоненты антропогенного выброса парниковых газов на территории Российской Федерации и показано, что для решения с приемлемой точностью задач оперативной оценки и прогнозирования общего выброса парниковых газов достаточно оценивать выбросы от трех-четырех видов экономической деятельности;

2. Установлено наличие тесной корреляционной связи между выбросом С02 от сжигания ископаемого топлива и рядом отраслевых показателей экономической деятельности, входящих в систему федеральной статистики;

3. Построены уравнения регрессии и оценены погрешности прогностических оценок выбросов парниковых газов;

4. Разработана и исследована методика оперативной оценки и прогноза эмиссии парниковых газов в России на национальном уровне.

Соискатель выносит на защиту:

1. Результаты анализа структуры и динамики антропогенной эмиссии парниковых газов в России, позволившие выделить три компоненты выброса парниковых газов, вносящих основной вклад в их общую антропогенную эмиссию. В период после 1990 г. эти компоненты, в сумме, обеспечивали 85-88% общего выброса парниковых газов, несмотря на значительные изменения абсолютной величины выброса этих компонент и общего выброса парниковых газов.

2. Вывод о наличии сильных устойчивых корреляционных связей между эмиссией С02 от сжигания ископаемого топлива и рядом макроэкономических и отраслевых показателей развития экономики, позволяющих использовать данные показатели в качестве предикторов для оценки и среднесрочного прогнозирования выбросов С02.

3. Методику оперативной оценки и среднесрочного прогнозирования эмиссии С02, связанной со сжиганием ископаемого топлива и общей антропогенной эмиссии парниковых газов.

4. Прогнозную оценку эмиссии С02 от сжигания ископаемого топлива в РФ и эмиссии СН4, связанной с использованием природного газа и с животноводством, а также общей антропогенной эмиссии парниковых газов на период до 2011 года.

Практическое значение: Результаты диссертационной работы могут быть использованы при формировании прогнозов эмиссии парниковых газов, планировании мер по снижению эмиссии, разработке и реализации международных соглашений в области охраны климата.

Внедрение: Полученные результаты внедрены при выполнении планов НИОКР Росгидромета (тема 1.3.2 плана 2005-2007 гг. и тема 3.5.2 плана 2008-2010 гг.)

Апробация работы: основные материалы диссертации и результаты исследований докладывались и обсуждались на: конференции молодых ученых посвященной пятидесятилетию Института прикладной геофизики (Москва, 2006 г.); научных конференциях Института глобального климата и экологии (Москва,

- 122006 и 2007 г.); Третьей Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о Земле (Новосибирск, 2006 г.) и опубликованы в 6 печатных работах.

Публикации по теме диссертации:

1) Самойлов И.А. Некоторые возможные подходы к оперативной оценке и прогнозированию выбросов парниковых газов // Конференция молодых ученых «Проблемы гелиогеофизики и экологии»: Сб.тезисов. - Москва, 2006.

2) Нахутин А.И., Самойлов И.А. О выборе предикторов для прогнозной оценки техногенных выбросов парниковых газов //Труды II всероссийской конференции «Научные аспекты экологических проблем России» - Москва, 2006. - с. 45-49.

3) Самойлов И.А. Возможные подходы к оперативной оценке и прогнозированию выбросов парниковых газов // Труды ИПГ имени академика Е.К.Федорова. Выпуск 85. - Москва, 2006 г. - с. 165-168.

4) Самойлов И.А. Выбор предикторов для прогнозной оценки антропогенных выбросов парниковых газов в России // Сибирская конференция молодых ученых по наукам о земле. - Новосибирск, 2006 -с. 202-203.

5) Самойлов И.А. Предикторы для статистической оценки и прогноза выбросов ССЬ от использования ископаемого топлива // Использование и охрана природных ресурсов в России, информационно-аналитический бюллетень №6 (96), - Москва, 2007 г. - с. 51-54.

6) Самойлов И.А., Нахутин А.И. Оценка и среднесрочный прогноз антропогенной эмиссии диоксида углерода и метана в России статистическими методами // Метеорология и гидрология. - Москва, 2009 г. №6. - с. 25-32.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержащего основные выводы работы. Она изложена на 114 страницах, содержит 23 рисунка, 32 таблицы. Список литературы содержит 118 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Самойлов, Игорь Александрович

Выводы:

1) Несмотря на значительные изменения абсолютной величины эмиссии парниковых газов в России в 1990-2007 гг. ее распределение по газам и источникам изменилось не существенно. Для оценки и прогноза 8588% антропогенной эмиссии парниковых газов в России достаточно рассмотреть всего 3 главных источника эмиссии двуокиси углерода и метана.

2) Данные по объему ВВП коррелированны с выбросом С02 существенно меньше, чем некоторые отраслевые показатели экономической деятельности. Наиболее высокие значения коэффициентов корреляции были получены для таких отраслевых показателей, как объем железнодорожных грузоперевозок и производство электроэнергии.

Данные показатели могут быть использованы в качестве предикторов для оценки и прогнозирования выбросов С02.

3) Обладая заранее известными значениями предикторов с помощью регрессионных методов можно производить оперативную оценку и строить среднесрочные прогнозы эмиссии С02 на территории Российской Федерации.

4) Наименьшая погрешность прогнозных оценок эмиссии С02 обеспечивается при использовании отраслевых показателей.

5) Для оценки и прогноза выбросов СНЦ основными его источниками целесообразно применять простые регрессионные методы, используя в качестве предикторов прогнозы объемов добычи природного газа и численности сельскохозяйственных животных.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Самойлов, Игорь Александрович, Москва

1. Антропогенные изменения климата / под ред. М.И.Будыко и Ю.А. Израэля / Гидрометеоиздат, Л., 1987. -405с.

2. Арсенов В.И. и др. Формирование и развитие международных транспортных коридоров на территории России // НЦКТП Минтранса России, 2001г.

3. Басовский JI.E. Прогнозирование и планирование в условиях рынка // ИНФРА, М., 2007. - 260 с.

4. Башмаков И.А. «Низкоуглеродная» Россия. // Энергетическая политика, 2009, вып.1, с. 11-19.

5. Башмаков И.А. Низкоуглеродная Россия: 2050 год / Центр по эффективному использованию энергии, Москва 2008 г.

6. Бедрицкий А.И., Блинов В.Г., Варгин П.Н., Метальников А.П. Влияние климатических и географических условий и структурных особенностей экономики России на антропогенную эмиссию парниковых газов // Энергетическая политика, 2009, вып. 1, с. 3-10.

7. Белоусов А.Р. Сценарий экономического развития России на пятнадцатилетнюю перспективу // Проблемы прогнозирования 2006. №1 с.3-52.

8. Будыко М.И. Влияние человека на климат // Л., Гидрометеоиздат, 1972г. -47 с.

9. Возможности предотвращения потепления климата «некиотскими» методами. Работа Израэля // Бюллетень Российского национального комитета МГС, Выпуск №5, 2005г.

10. Всемирная конференция по изменению климата, Москва, 29 сентября -3 октября 2003 г. // Труды конференции, М.: Паблик-принт, 2004 620 с.

11. Выбросы парниковых газов в энергетическом комплексе России на период до 2020 года // М.: ИНЭИ, 2001г. -54 с.

12. Горшков В.П. Физические и биологические основы устойчивости жизни // Москва, ВИНИТИ,- 1995г. 470 с.

13. Граб М., Вролик К., Брэк Д. Киотский протокол : Анализ и интерпретации / Перевод с английского // М.: Наука, 2001. 303 с.

14. Демирчан К.С., Кондратьев К.Я. Научная обоснованность прогнозов влияния энергетики на климат // Изв. РАН. Энергетика. 1999.- №6. -с.3-46

15. Дубров A.M. Множественная регрессия в экономике при плохо обустроенных матрицах плана // М. МЭСИ -1992 г. 45 с.

16. Елисеева И.И., Курышева С.В., Костеева Т.В. и др. Эконометрика // Статистика, М. 2007г. - 576 с.

17. Израэль Ю. А., Назаров И. М., Нахутин А. И. и др. Вклад России в изменение концентрации парниковых газов атмосфере // Метеорология и гидрология, 2002, № 5, с. 17-27с.

18. Израэль Ю. А., Черногаева Г. М., Груза Г. В. и др. Состояние и комплексный мониторинг природной среды и климата. Пределы изменений // М. : Наука, 2001г. - 239 с.

19. Израэль Ю., Назаров И., Нахутин А. и др. Эмиссия парниковых газов России // Бюллетень по атомной энергии, 2002, № 3, т. 33.

20. Израэль Ю.А Возможности предотвращения изменения климата и его негативных последствий. Проблема Киотского протокола // М. Наука 2006г. 408 с.

21. Израэль Ю.А. Состояние и комплексный мониторинг природной среды и климата. Пределы изменений. // М.:Наука, 2001. -242 с.

22. Израэль Ю.А. О состоянии современного климата и предложения о деятельности в области противодействия изменению климата // М. Метеорология и гидрология 2008 г. №10, с.5-8

23. Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды / Л.: Гидрометеоиздат, -1984г. -560с.

24. Израэль Ю.А. Эффективный путь сохранения климата на современном уровне основная цель решения климатической проблемы. // М., Метеорология и гидрология, 2005 г. №10, с. 5-9

25. Израэль Ю.А. Глобальная система наблюдений. Прогноз и оценка изменений состояния окружающей природной среды. Основы мониторинга // М., Метеорология и гидрология, №7, с. 3 - 8.

26. Израэль Ю.А., Борзенкова И.И., Серов Д.А. Роль стратосферных аэрозолей в сохранении современного климата // М., Метеорология и гидрология, 2007 с.5-14

27. Израэль Ю.А., Назаров И.М., Нахутин А.И. и др. Эмиссия парниковых газов в России // Бюллетень по атомной энергии, 2002, №3, с. 33 37.

28. Израэль Ю.А., Назаров И.М., Прессман А.Я. и др. Кислотные дожди // Л.: Гидрометеоиздат. -1989г. 270 с.

29. Израэль Ю.А., Рябошапко А.Г. Экологические проблемы энергетики: энергетика, климат, состояние окружающей природной среды // Энергетика России: проблемы и перспективы / Труды научной сессии Российской Академии наук. М.: Наука, 2006г. - с.352-360.

30. Израэль Ю.А., Экология и контроль состояния природной среды // Ленинград, Гидрометеоиздад, 1979 г. 375 с.

31. Исходные условия для формирования вариантов развития экономики на период до 2010 года // МЭР РФ 2007 г.

32. Каштанов А.Н., Кочетов И.С. и др. Почвозащитные технологии и современные малозатратные технологические приемы возделывания сельскохозяйственных культур // М.: ФГНУ Росинформфгротех -2001г.-28с.

33. Клименко В.В., Клименко A.B., Терешин А.Г. Безносова Д.С. Эмиссия парниковых газов в ТЭК России: история и перспективы // Изв. РАН. Энергетика. 2003г. - №1. 86-97с.

34. Кожуховский И.С. РАО «ЕЭС России», отчет о социальной ответственности и корпоративной устойчивости 2006 2007 гг., http://www.rao-ees.ru/ru/info/about/resp/RAO SocialRcport 06-07.pdf

35. Кокорин А.О., Гарнак А., Грицевич И.Г., Сафонов Г.В. Экономическое развитие и решение проблемы изменения климата // Датское энергетическое агентство, Москва, 2008 г., - 32с.

36. Кондратьев К. Я., Демирчян К.С. Глобальные изменения климата и круговорот углерода//Изв. РГО. Т. 132. вып.4 с. 1-20

37. Кондратьев К.Я. Аэрозоль и климат: некоторые результаты и перспективы дистанционного зондирования // Экологич. Химия, 1998г. 73-85с.

38. Кузнецов Ю. В., Родионов А. И., Соловьев Г. С., Кузнецов Ю. П., Соловьева Г. С. Защита биосферы от промышленных выбросов. Основы проектирования химических процессов // Химия 2007 г., 392 с.

39. Кузык Б.Н. Кушлин В.И. Яковец Ю.В. Прогнозирование и стратегическое планирование социально экономического планирования // М. 2006г. 427 с.

40. Ларионов А. И., Юрченко Т.И., Новоселов A.JI. Экономико-математические методы в планировании // М.: Высшая школа, -1991г. -240 с.

41. Магнус Ян Р., Нейдеккер Хайнц. Матричное дифференциальное исчисление с приложениями к статистике и эконометрике : Пер. с англ. // Москва. Физматлит 2002г. -495с.

42. Макаров a.A. Выбросы парниковых газов в российском топливно-энергетическом секторе // Перспективы энергетики. 2002г. - Том 6 -с.399-407.

43. Мелочников A.C., Кравцов С.З. Лес и глобальное изменение климата //М: Лесное хозяйство 1997г. № 5 с.33-34.

44. Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой.

45. Нахутин А.И. Эмиссия парниковых газов в атмосферу на территории России, связанная с добычей и использованием твердого топлива //М. -1998. -N2. -с.9-13.

46. Национальный доклад о кадастре антропогенных выбросов из источников и абсорбации поглотителями парниковых газов не регулируемых Монреальским протоколом за 1990-2007 гг. // М: Росгидромет 2009г. - 293с.

47. Носко В.П. Эконометрика. Элементарные методы и введение в регрессионный анализ временных рядов // М. Институт экономики переходного периода -2004г. - 501с.

48. Обзор загрязнения природной среды в Российской Федерации за 2004 г. // М.:Росгидромет, 2005 г. - 170 с.

49. Основные показатели охраны окружающей среды. Стат.бюлл. // Росстат М., 2005 - 60 с.

50. Парниковые газы глобальный энергетический ресурс. Справочное пособие, www.wwf.ru/data/publ/gr gases.pdf

51. Парниковые газы и изменения климата. Парамонова H.H., Привалов

52. B.И., Решетников А.И., Сметанин Г.Н. // Гидрометеорол.: наука и практ., современность и перспективы // Тез. докл. Междунар. симп.,

53. C.-Петербург СПб., 1997. - с.65.

54. Парниковый эффект,изменение климата и экосистемы //Б.Болин и др., пер. с англ. под ред. М.Я. Антоновского / JI. : Гидрометеоиздат, -1989г. -557 с

55. Парсаданов Г.А., Егоров В.В. Прогнозирование национальной экономики // М.: Высшая школа, 2002 г. -302с.

56. Перспективы развития электроэнергетики России в XXI веке и выбросы парниковых газов. Санеев Б.Г., Лагерев A.B., Ханаева В.Н., Чемезов A.B. // Энергетич. политика. 2003. - Вып.1. - с.5-12.

57. Предстоящие изменения климата: Совместн. сов.-амер. отчет о климате и его изменениях. И.И.Борзенкова, Р.С.Брэдли и др. Под ред. М.И.Будыко, М.С.Маккракена и др. // Л.: Гидрометеоиздат, 1991г. 272 с.

58. Разработка механизмов торговли квотами на выбросы парниковых газов // М: Бюро экономического анализа, предпринт. 2002г. 171с.

59. Рамочная конвенция об изменении климата // ООН. Б.м., 1993. - 32 с.

60. Регионы России. Социально экономические показатели. Официальное издание // Госкомстат России. - М., 2002г.

61. Ресурсосберегающие технологии возделывания сельскохозяйственных культур / М.: ФГНУ Росинформагротех. 2001г. 96с.

62. Российский гидрометеорологический энциклопедический словарь / под ред. Бедрицкого А.И. //Спб. Издательство Летний сад. в трех томах.

63. Российский статистический ежегодник. 2002: Стат.сб. //М.: Госкомстат России, 2002 690с.

64. Российский статистический ежегодник. 2004: Стат. сб. // Росстат М., 2004. - 725 с.

65. Российский статистический ежегодник. 2008: Стат.сб. //М.: Госкомстат России, 2009-525с.

66. Российский статистический ежегодник: Стат. сб. // Госкомстат России -М., 1998, 2000.

67. Самойлов И.А., Нахутин А.И. Оценка и среднесрочный прогноз антропогенной эмиссии диоксида углерода и метана в России статистическими методами // Метеорология и гидрология. Москва, 2009 г. №6. - с. 25-32.

68. Сафонов Г.В. Независимая экспертная оценка инвентаризации выбросов парниковых газов // Экология климата: новые вызовы и возможности для устойчивого развития: Сб. докл. междунар. конф. 4.2. Архангельск, 2003. - с. 17-21.

69. Семенов С.М. Парниковые газы и современный климат Земли // М., Метеорология и гидрология, 2004г, 175с.

70. Социальное положение и уровень жизни населения России. 2005: Стат.сб. // Росстат. М., 2005. - 525 с.

71. Социально-экономическое положение РФ за 2008 г. Информация Росстата. http://www.gks.ru

72. Справочник «Газпром в цифрах» 2000-2004 гг. http://www.gazprom.rU/f/posts/72/836820/stalistika rus.pdf

73. Справочник «Газпром в цифрах» 2004-2008 гг. http://www.gazprom.rU/f/posts/59/948424/sr 2008.pdf

74. Справочник по прикладной статистике. В 2-х т.:Пер. с англ. / под ред. Э. Ллойда, У. Ледермана, Ю. Н. Тюрина. // М: Финансы и статистика, 1989 г. -510с.

75. Стратегия развития газовой промышленности России. // М., Энергоатомиздат, 1997г. -342с.

76. Сусленков A.A. Теоретические и практические аспекты проектирования систем торговли квотами на выбросы парниковых газов // Экономика природопользования: Обзорн. информ. / ВИНИТИ. -2005.-N3.-C.89-96

77. Третье национальное сообщение Российской Федерации. // М. 2002 г., Межведомственная комиссия Российской Федерации по проблемам изменения климата. 185с.

78. Федоренко В.Ф., Буклагин Д.С., Аронов Э.Л. Тенденция развития мирового сельского хозяйства в начале XXI века. // М.: ФГНУ «Росинформагротех» 2004 г. — 101с.

79. Федоров Б.Г. Экономико-экологические аспекты выбросов углекислого газа в атмосферу // Пробл. прогнозирования. 2004. - N 5(86). - с. 86100.

80. Фортов В.Е., Шпильрайн Э.Э. Энергия и энергетика //М.: Изд-во «Букос». 2004г. - 76с.

81. Четвертое национальное сообщение Российской Федерации / М, 2006г., Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. 111с.

82. Чепурных Н.В. и др. Экономика природопользования. Эффективность, ущербы, риски. // М., 1998. 252 с.

83. Четыркин Е.М. Статистические методы прогнозирования. -М.: Статистика, 1977 г. 198 с.

84. Экологический отчет ОАО «Газпром» за 2001 2008 гг. (http://www.gazprom.ru/articles/article5663.shtml)

85. Эконометрика: введение в регрессионный анализ временных рядов. В. П. Носко //Моск. физ.-техн. ин-т, Нац. фонд подгот. Кадров 310с.

86. Экономические последствия возможной ратификации Российской Федерацией Киотского протокола // Институт экономического анализа. М, 2004г. 60с.

87. Эмиссия парниковых газов. Седых А.Д., Дедиков Е.В., Гриценко А.И. и др. // Газовая промышленность 2000г. - N 4. - с. 19-20.

88. Энергетическая стратегия России до 2020 г. // М.: Минтоэнерго, 2003. -118с. http://www.minprom.gov.ru

89. Энергетическая стратегия России до 2020 г. // М: Минтоэнерго, 2000. -442 с.

90. Climate Change 2007 Mitigation of Climate Change: Working Group III contribution to the Fourth Assessment Report of the IPCC, 2007 - 896 c.

91. C02 Emission from Fuel Combustion 1971-2005 // Inernation Energy Agency 2007 Edition, 578 pages.

92. C02 Emissions from Fuel Combustion, 2008 Edition // Inernation Energy Agency, -2008, -528 p.

93. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Core Writing Team, IPCC, Geneva, Switzerland, 104 p.- 11397. David G. Victor, Neboja Nakicenovic, The Kyoto Protokol Emission

94. Allocation: Windfall Surpluses for Russia and Ukraine // Climatic Change. -2001. №49. - pp.263-277

95. Energy Information Administration (Official Energy Statistics from the U.S. Government) www.eia.doe.gov/oiaf/ieo/index.html

96. Estimation, inference and specification analysis, White Halbert // Cambridge univ. press -1996. 380 p.

97. Global Carbon Project 2003 Science Framework and Implementation. Earth System Science Partnership (YGBP, IHDP, WCRP, DIVERSITAS) Report № 1. Canberra, www.globalcarbonproject.org

98. Gorshkov V.P., Gorshkov V. V., Makarieva A. M., Global Climatology and Ecodynamics Anthropogenic Changes to Planet Earth // Springer-Praxis Series in Environmental Sciences, 2000. - 367 pp.

99. Gribbin John. Future weather and greenhouse effect // New York: Delacorte press. 1982. -302 p.

100. Guidelines for the Juridical System of the Greenhouse Gas Emissions in Russia//UNDP RUS/02/014/01/A/99, 2003, - 319 p.

101. International Energy Agency, 2006. Energy Technology Perspectives 2006, OECD // IEA, - 2006, - 458 p

102. International Energy Agency. C02 emissions from fuel combustion (2005 edition).//IEA. 2005.

103. International Energy Agency. Russia Energy Survey 2002. OECD // IEA, 2002 278 p.

104. Irving Mintzer, J. Amber Leonard,Peter Schwartz. U.S. Energy Scenarios for the 21st Century // GLOBAL BUSINESS NETWORK 2003. -88c.

105. Kyoto protocol Reference Manual on Accounting of Emissions and Assigned Amounts / UNFCCC secretariat, February 2007.

106. Mordehai Martin, Halmann. Greenhouse gas carbon dioxide mitigation // Lewis, Cop. 1999 568 p.

107. P.Westin. Emerging from the Shadow. Special Topics in the Russian Economy. // Economics, Moscow, 26 November 2002. 16 p.

108. Special Report on Emissions Scenario. // UK.: Cambridge university press. 2000. - 599 p.

109. Statement on the Status of the Global Climate in 2002 // WMO. № 949, -2003. http://www.wmo.ch.

110. Study of Russian national strategy of GHG emission redaction // State Committee of RF on Environmental Protection Moscow. - 1999. -64p.

111. The economics of Climate Change. 2006, The Stern Review. Nicholas Stern. Cabinet office / HM Treasury www. sternre vi ew. or g. uk

112. The WWF Climate Solutions WWF's Vision for 2050. WWF Intl, 2007, http://www.wwf.ru/resources/publ/booky220/

113. Tyndall I. 1861, On the absorbation and radiation of heat by gases and vapours ans on the physical connection of radiation absorption and conduction / Phil. Mag., vol. 22 no. 144

114. UNITED NATIONS Distr. LIMITED FCCC/CP/2007/L.4 13 December 2007

115. United Nations Framework Convention on Climate Change http://unfccc.int/