自然灾变发展趋势综合预测

如题所述

( 一) 基本思路

自然灾变系统是地球表层系统的一部分,自然灾变彼此也具有联系性、层次性、整体性的特点,认识这一规律对推动自然灾害综合预测、时空分布规律是很重要的。

由于各种自然灾变相互联系构成自然灾变系统; 自然灾变系统是地球系统的子系统,地球系统又是宇宙总体系的一部分,因此根据多种天文周期的复合和地球自转速率的变化,及地球各圈层变异的综合监测资料,结合自然灾变链和自然灾变系统的形成发展规律,对多种自然灾变进行综合预测是一个新的方向,也是地震风险预测的一个途径。

自然灾害趋势预测的基本思路与研究内容如图 5-1 所示。

图 5-1 自然灾害趋势预测的基本思路与研究内容

未来时期的自然灾害是历史和现今自然灾害的延续和发展,是未来各种致灾因子综合作用的结果。因此,根据自然灾害的时间序列,分析周期性、准周期性以及累进渐变的特点,进行趋势外延或概率预测,可以获得未来在与历史相似条件下自然灾害的概貌; 与此同时,根据未来时期地球和天体的运动特征、自然变异、人类活动以及社会经济条件等致灾因子变化的综合信息,进行系统层次分析或多元回归分析,亦可预测不同条件下自然灾害发生的可能性。两种途径相结合、有望实现对自然灾害包括地震风险发展趋势的综合预测。

( 二) 自然灾变综合预测方法的探索

近年来我国的灾害预测科学发展很快,其特点是广开思路,多方位探索,信息交流,学科交叉,并有向综合化方向发展的趋势。

到目前为止,自然灾害的预测主要有以下途径:

1. 根据监测信息和自然变异的发展趋势进行预测

从自然变异到自然灾变是一个自然态的从渐变到质变的发展过程,这种变化常常是多因子的,研究其变化规律,根据自然变异监测数据反映的发展趋向,即可做出自然灾变的预测。如地震的发生是地应力集中与释放的过程,在这个过程中必然要引起地球物理场、化学场、地热场、生物场、地下水文系统的变化,根据这些前兆变异,可进行地震预测。

2. 根据自然灾害发展的时序规律进行预测

各种自然灾害的发展都有一定的规律性,从而显示一定的周期性或准周期性,只要掌握了这一规律,便有可能做出预测。

3. 根据自然灾害与太阳活动的关系进行预测

许多研究成果已经揭示,地震、洪水、海冰、气象灾害、生物灾害、地质灾害、厄尔尼诺事件等,都具有 11 年或 22 年左右的周期,与太阳活动周期有关。

4. 根据天文时经纬残差和地球自转速度的变化进行预测

许多资料揭示,从南北半球的经纬残差曲线来看,地震都发生在纬度值较小的时候; 从东西半球的经纬残差曲线来看,东半球的经度向西移,西半球的经度向东移时,地震较易发生。

地球自转速率的变化控制了地震的发生,也对大气运动及旱涝灾害、海洋活动与海洋灾害、地壳运动和地震及地质灾害的发生起着重要的控制作用。

对海洋和沿海地带影响巨大的厄尔尼诺事件,已有资料显示与地球自转速度的变慢有关。

5. 根据月相变化进行预测

有关专家的研究认为: 月球盈亏的不同相位变化,影响了北半球副热带高压的位置和强度,从而对我国气象灾害起了一定的控制作用。一般在下半年和上弦与下弦时副高压加强,而在满月和新月时副高压减弱; 冬季则相反。

6. 根据行星会合和多种天文周期的复合叠加进行预测

自然灾害的出现往往是多种自然周期的叠加。我国许多学者,曾经综合了各种自然变异规律的周期,并考虑到太阳黑子、地球自转、天体相对位置、行星会合等周期,用耦指状态方程对自然灾害进行了预测。

7. 根据致灾因子的变异进行灾害预测预报

自然灾害的发生是由多种因子造成的,这些因子涉及地球岩石、水、气、生物诸圈层的变化。因此,根据这些变化,可以对灾害进行预测。

8. 根据灾变链进行灾害预测

许多自然灾变,特别是强度较大的自然灾变,时常引起一连串的次生灾变,称为灾变链。根据灾变链的序列,可对次生灾变提出预测。如根据洪水和地震预测滑坡、泥石流; 根据旱灾预测虫灾等。

9. 根据灾情监测跟踪进行预测

即对灾害的发展进行监测并据此提出预报。如据海啸发源地的位置和波浪传播速度,可对其他地区的浪灾、海岸带灾害等提出预测; 根据降水量与河流水位、洪峰,对下游洪涝灾害提出预测等。

10. 其他预测方法

随着灾害研究的进展,许多新的预测方法近年如雨后春笋般涌现。有人曾尝试用 “周易”的思维方式进行灾害预测; 有人则探讨了巨震信息有序性、可公度性与 “天地生”现象及形成灾变的关系; 还有一些人研究了多星一线引潮力共振、太阳磁暴、太阳耀斑、日食、月食、新星与灾害的关系; 采用潮汐力谐振、地声波、地颤动等方法预测地震,并取得一定的效果。随着人口膨胀和环境的恶化、温室效应、热岛效应、阳伞效应的影响等,一些人致力研究人为的致灾作用以及环境与灾害的关系等,并据此对灾害发展趋势进行预测。

自然灾害的形成机制是复杂的,仅从单一因子进行预测是很困难的。目前,我国正在探索一条揭示灾害因子相互联系的综合预测思路[25],如把大旱与强震的相关关系; 地温异常与洪涝的相关关系; 地温-地震-降水的关系; 厄尔尼诺现象与多种灾害关系; 自然灾害与太阳活动及行星位相关性; 太阳黑子数与涝、旱的关系; 太阳活动与海冰、生物灾害的强弱,以及与地质灾害的关系等进行综合研究。此外,还有的科学家将灰色系统理论、多级模糊决策等方法运用于灾害预测。

从 1985 年开始,中国科学家在研究大气、海洋、环境宏观演变及其控制的理论方面,在揭露系统中大范围异常以及天气灾害的机制等方面,都进行了大量研究,建立了具有中国特色的大气和大洋环境模式,成功地模拟了大气环流的季节突变和 30 ~50 天的大气振荡。此外,在灾害、环境与全球变化的相互联系开展了一系列探索性研究。此外,在地球系统科学的非线性研究方面,也进行了许多探索。这些研究成果汇集在一起,推动了自然灾害综合预测思路和方法的拓展。

由于灾害预测是减灾的前导性工作,也是维护社会安定的重要 前 提,因 此 是 我 们 研 究 的 重 点。在 专 著[49,72,82,87,90,96,97,105,106,120 ~ 123,127,130,137,138,145 ~ 148],论文[32,38,40,54,56,57,59,75,80,84,90,91,113,123]中都有涉及灾害综合预测的内容。

自然灾害预测面临着自然变异的多因子性、多解性和不确定性,因此是一个涉及面极广、难度极大的研究课题。如何提高自然灾害预测水平,是关系减灾效果的关键。笔者认为,针对单一灾种的、以提高监测技术水平和单方面灾变规律的研究固然重要,但由于各种自然灾变相互联系构成自然灾变系统; 自然灾变系统是地球系统的子系统,地球系统又是宇宙总体系的一部分,因此根据多种天文周期的复合和地球自转速率的变化,及地球各圈层变异的综合监测资料,结合自然灾变链和自然灾变系统的形成发展规律,对多种自然灾变进行综合预测是一个新的方向,即探索太阳活动-地球自转运动-地球表层系统变化-自然灾变-人类社会活动-自然灾害系统的灾害综合预测模式,是一条可行的途径。

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