《Future Transportation》：Endogenous Modal Shift and Technology Change in Spanish Passenger Transport: A System Dynamics Scenario Analysis to 2050
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客运交通去碳化仍是气候政策中最具挑战性的部门之一，因为仅靠供给侧技术解决方案不足以满足严格的气候目标。本文提出了一个扩展的西班牙客运交通部门系统动力学(SD)模型，该模型建立在WILIAM综合评估框架之上，首次将模式转移内生(Endogenize)化，使得交通
客运交通去碳化仍是气候政策中最具挑战性的部门之一，因为仅靠供给侧技术解决方案不足以满足严格的气候目标。本文提出了一个扩展的西班牙客运交通部门系统动力学(SD)模型，该模型建立在WILIAM综合评估框架之上，首次将模式转移内生(Endogenize)化，使得交通模式份额能够从政策工具、价格信号和基础设施供给的相互作用中涌现。研究评估了到2050年的四种情景：基线(Baseline)情景、校准至西班牙国家能源与气候综合计划(National Integrated Energy and Climate Plan, GG-PNIEC)的情景、更具雄心的电气化与模式转移情景(GG+)以及结合技术变革与深度需求减少的体面生活标准(Decent Living Standards, DLS)情景。相对于2023年，2050年的直接CO2排放在GG-PNIEC情景下下降64%，在GG+情景下下降75%，在DLS情景下下降84%。虽然GG-PNIEC和GG+通过电气化实现了大幅减排，但只有DLS接近深度去碳化，其结合了快速电气化与轻型车辆出行需求较基线减少超过55%。这些结果表明，单纯的技术替代是不够的，以满足为导向的需求减少对于实现客运交通最深层次的减排具有决定性作用。
该研究立足于全球气候治理及欧盟2050年气候中和目标的宏观背景，针对客运交通部门作为最难脱碳领域之一的现状展开。当前该部门仍严重依赖化石燃料，且自2005年以来欧盟交通排放总体降幅甚微，传统动力乘用车在客运周转量(pkm)中占据主导，公共交通份额二十年来几乎未变。尽管西班牙拥有广泛的高铁网络及高于欧盟最低义务的国家脱碳目标，但现有综合评估模型(IAMs)多将模式划分视为外生输入，难以捕捉车队转型中的反馈动态与路径依赖。为此，研究人员开展了一项基于WILIAM框架的扩展系统动力学(SD)建模研究，通过内生化处理模式与技术竞争，模拟评估了基线、GG-PNIEC、GG+及DLS四种情景至2050年的演进路径。研究结论表明，单纯依靠技术替代（如电气化）无法实现深度脱碳，唯有结合以满足性(Sufficiency)为导向的需求减少（如DLS情景中轻型车辆出行需求减少超55%），方能使2050年直接CO2排放削减达84%，逼近部门深度脱碳要求。该成果发表于《Future Transportation》，为交通政策设计中统筹供给侧技术与需求侧干预提供了量化依据。
研究人员主要采用以下关键技术方法：基于Vensim DSS构建西班牙客运交通SD模型，在WILIAM框架下将总运输需求（pkm）作为外生情景输入，通过双层嵌套的Future Technology Transformations (FTT) 及Lotka-Volterra动态共享方程内生化分配模式与技术份额；成本侧计算全生命周期拥有成本(Total Cost of Ownership, TCO)并耦合全球累计容量的内生经验曲线（学习率8%-6%）以反映价格下降，非货币侧纳入充电焦虑、柴油污名等行为参数；政策杠杆通过购买补贴、低排放区限制及内燃机(Internal Combustion Engine, ICE)销售禁令实现；历史校准期采用2000–2019年西班牙JRC-IDEES及2020–2023年西班牙交通物流观测站数据，以Powell共轭方向算法最小化模拟与观测份额的均方根误差(RMSE)。
3. Results
3.1. Evolution of Passenger Transport Demand by Mode of Transport
通过分析各模式下客运需求（十亿pkm/年）的轨迹得出，基线与GG-PNIEC情景至2050年模式结构基本不变，轻型车辆(Light-Duty Vehicles, LDVs)约2600亿pkm，铁路增长至约1540亿pkm；GG+情景出现实质模式转移，LDV需求降至约1570亿pkm，铁路增至约2160亿pkm；DLS情景重组最显著，LDV骤降至约1170亿pkm（较基线减超55%），总机动化出行降至约2840亿pkm，不足基线一半。
3.2. Evolution LDV Power Train Composition
通过分析轻型车辆动力总成构成百分比得出，2050年基线情景内燃机(ICE)仍占主导（柴油约41%、汽油约9%、电池电动Battery-Electric Vehicles, BEVs约47%）；GG-PNIEC中BEVs升至约73%，ICE合计约26%；GG+与DLS中BEVs分别达约88%与87%，ICE合计约12%，且DLS基于绝对规模剧减的车队实现。
3.3. Evolution of Energy Consumption
通过分析各能源载体总能耗（EJ/年）得出，基线2050年约1.0 EJ；GG-PNIEC液体燃料降至约0.43 EJ，电力升至约146 PJ；GG+液体燃料约0.27 EJ；DLS因LDV锐减，2050年总能耗约0.22 EJ（液体燃料低于0.17 EJ，电力仅约39 PJ），不足基线五分之一。
3.4. Evolution of Direct CO2 Emissions
通过分析直接CO2排放（Mt CO2/年）得出，基线2050年降约38%至48 Mt；GG-PNIEC降64%至28 Mt；GG+降75%至19 Mt；DLS降84%至13 Mt，是唯一接近中期深度脱碳的轨迹，2030年即较2023年减60%至31 Mt。
讨论部分指出，GG-PNIEC与GG+的脱碳主要源于技术替代（动力总成转换与能源消费载体变化），模式需求结构改变较少；DLS则通过需求重构（低出行量与转向低能耗模式）实现大幅减排。GG-PNIEC虽对齐西班牙国家能源与气候综合计划(National Integrated Energy and Climate Plan, PNIEC) 2030目标（2050年减64%），但未达PNIEC设定的2050年90%减排目标，需辅以需求侧措施。GG+在强化政策下更深脱碳但伴随关键矿物与材料流转压力；DLS在接近87% BEV份额下因车队规模锐减（约1000万辆vs GG-PNIEC约2100万辆）大幅降低物质足迹。DLS所需的行为转型预设高度社会参与，需配套道路定价、低排放区、停车管理、空间再分配（如超级街区）及土地利用规划等组合政策。研究局限在于未核算车辆制造嵌入式排放与非尾气颗粒物，未来需耦合制造模块、拓宽环境范围至温室气体及非尾气排放，并拓展WILIAM其他区域及低碳替代燃料（氢、生物燃料、电子燃料）竞争路径。
结论部分翻译：本研究利用系统动力学模型提出并评估了截至2050年西班牙客运交通部门的四种情景，该模型首次在综合评估框架内将模式与技术竞争内生化。大多数IAM（包括本模型早期版本）的交通模块将模式和动力总成份额施加为外生轨迹，最小成本或离散选择公式在全理性与瞬时市场出清假设下推导份额，而此处份额源于相对吸引力的两两比较——结合全生命周期拥有成本(TCO)、相对于市场价格记忆的演变、非金钱偏好及政策效应——受车队更新惯性与结构下限及饱和上限阻尼。情景比较产生清晰排序：延续当前趋势的基线至2050年仅交付直接CO2排放小幅下降，远未达西班牙气候承诺；当前PNIEC目标隐含的轨迹大致使减排翻倍，主要由LDV车队快速电气化驱动；GG+情景通过更强监管标准、更广泛充电基础设施与更快车队更新进一步深化。比较教训是，这些收益随车队转型步伐缩放——随之而来是对关键矿物与嵌入能源的需求，这是在纯技术中心路径中单调增长的权衡。DLS情景显示根本不同方法——结合GG+技术雄心与通过行为改变大幅减少总机动化出行需求——在四个路径中实现最深脱碳，同时限制转型所需材料流转，是唯一在两方面同时优于GG+且唯一接近中期部门深度脱碳水平的情景，打破了约束纯技术路径的权衡，但其实施最具挑战性，需持续连贯的财政、监管与空间规划政策包在全社会尺度重塑出行习惯。这些发现面向政策制定者、交通规划者与政府机构，承载四点实践启示：第一，GG+与DLS差距表明车队电气化与更强监管仅靠自身不太可能缩小至西班牙长期脱碳目标距离，需求侧与满足性导向措施非可选补充而是任何可信路径的必要组成；第二，因模型中电池电动 uptake受充电基础设施部署通过里程焦虑机制约束，规划者应视基础设施推出为购买激励的前提而非后果；第三，内燃机淘汰政策时机应明确考虑车队更新惯性；第四，该内生模型可作决策支持工具测试具体工具排序与组合。对IAM与交通建模界，此处模式技术竞争内生处理提供可转移替代方案；后续研究需耦合制造模块捕捉车队更新嵌入能源与关键材料、拓宽至直接CO2外的温室气体与非尾气颗粒、应用至WILIAM其他区域、纳入低排放替代燃料与电气化及需求减少的直接竞争评估。核心信息几无保留：单纯技术替代——无论电气化多快与监管多强——不足以使客运交通符合中期气候目标，最深削减需对机动化出行需求的审慎持续减少：以满足性为导向的转型在社会政治上具挑战但在证据上不可避免，非西班牙独有发现而是依赖汽车经济体的结构特征，公开面对是部门任何可信脱碳的前提。
