重大自然災(zāi)害時空對稱性方法體系綜述

延軍平，李英杰，李雙雙，唐寶琪，王文靜

(陜西師范大學(xué) 旅游與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710062)

重大自然災(zāi)害時空對稱性方法體系綜述

延軍平，李英杰，李雙雙，唐寶琪，王文靜

(陜西師范大學(xué) 旅游與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710062)

重大自然災(zāi)害趨勢判斷，是災(zāi)害預(yù)測、災(zāi)害預(yù)報(bào)、風(fēng)險(xiǎn)評估研究體系的完善，也是推動災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理研究創(chuàng)新的新思路。在已有研究基礎(chǔ)上，對自然災(zāi)害時空對稱性的理論基礎(chǔ)進(jìn)行再思考，從對稱性原理、元素周期律、逆向創(chuàng)新思維、信息學(xué)理論、地理學(xué)時空規(guī)律等角度，總結(jié)了自然災(zāi)害時空對稱性的理論基礎(chǔ)；進(jìn)而從時間對稱性、空間對稱性和時空對稱相關(guān)機(jī)理3個方面，提出新的自然災(zāi)害時空對稱性方法體系；同時，研究探討了自然災(zāi)害時空對稱性研究的發(fā)展方向，即氣象災(zāi)害空間對稱性、自然災(zāi)害等級定量化、對稱性相關(guān)機(jī)理綜合、時空對稱性案例豐富，以期為構(gòu)建統(tǒng)計(jì)災(zāi)害學(xué)，深化自然災(zāi)害趨勢研究提供理論和方法借鑒。

災(zāi)害統(tǒng)計(jì)；時空；對稱性；方法體系；自然災(zāi)害

1987年，聯(lián)合國通過“國際減災(zāi)十年”活動，不同的國家與地區(qū)積極響應(yīng)，取得了矚目的減災(zāi)成就[1]。總結(jié)過去半個多世紀(jì)災(zāi)害的研究和抗災(zāi)救災(zāi)斗爭，積極的辦法不是救災(zāi)，而是災(zāi)前的管理和適應(yīng)[2]。災(zāi)害預(yù)測、預(yù)報(bào)和預(yù)警工作是災(zāi)害管理研究的重要組成部分，是衡量災(zāi)害管理研究水平高低的主要標(biāo)志之一[3]。自然災(zāi)害趨勢判斷，重點(diǎn)關(guān)注未來2～20年內(nèi)災(zāi)害發(fā)生的可能年份和區(qū)域，是風(fēng)險(xiǎn)評價、災(zāi)害預(yù)測、災(zāi)害預(yù)報(bào)研究體系的完善，也是推動災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理研究創(chuàng)新的新思路[4]。因此，重視自然災(zāi)害趨勢判斷研究，提高趨勢判斷水平，是當(dāng)前災(zāi)害學(xué)研究的重要課題之一。

已有研究中，許多學(xué)者綜合信息學(xué)突變理論、統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)理論、地理學(xué)時空對稱性理論等，通過大量區(qū)域?yàn)?zāi)害事實(shí)分析，提取區(qū)域?yàn)?zāi)害對稱性結(jié)構(gòu)的信息，對重大自然災(zāi)害發(fā)生趨勢進(jìn)行有效判斷[5]。研究災(zāi)種不斷豐富和完善，在重點(diǎn)關(guān)注地震、干旱、暴雨、洪澇等經(jīng)典災(zāi)害的同時，熱帶氣旋、雷暴、雪災(zāi)、大風(fēng)等新的災(zāi)種也被納入研究體系[6-15]；研究尺度不僅集中于中國不同地理單元或行政區(qū)域，而且將研究視角拓展到全球，智利、墨西哥、意大利、菲律賓、緬甸、印度尼西亞、斐濟(jì)、伊朗、美國阿拉斯加州、所羅門群島、西太平洋北部俯沖帶等地震多發(fā)區(qū)，均被納入地震時空對稱性研究案例[16-25]。與此同時，重大自然災(zāi)害時空對稱性方法體系也不斷豐富，研究方法由前期的單一的“可公度趨勢判斷”，發(fā)展為“蝴蝶結(jié)構(gòu)圖、可公度結(jié)構(gòu)系(立體和平面)、空間對稱軸和相關(guān)機(jī)理分析”綜合趨勢分析。筆者認(rèn)為，“只有部分災(zāi)害在部分時期和部分空間具有對稱性，這就需要通過對不同案例進(jìn)行甄別，尋找自然時空對稱性的本質(zhì)規(guī)律”[26]。當(dāng)前重大自然災(zāi)害時空對稱性實(shí)際案例不斷豐富，同時迫切需要對時空對稱性的理論基礎(chǔ)和方法體系的進(jìn)行總結(jié)。

基于此，本研究對自然災(zāi)害時空對稱性的理論基礎(chǔ)進(jìn)行凝練，進(jìn)而從時間對稱性、空間對稱性、時空對稱相關(guān)機(jī)理等三個方面，提出新的自然災(zāi)害時空對稱性方法體系，并探討了自然災(zāi)害時空對稱性的重點(diǎn)研究方向，以期為自然災(zāi)害趨勢深入研究提供理論支持和方法借鑒。

1 重大自然災(zāi)害時空對稱性理論基礎(chǔ)

災(zāi)害是復(fù)雜系統(tǒng)與復(fù)雜性科學(xué)問題，簡單問題關(guān)注因果關(guān)系，復(fù)雜問題追求相關(guān)關(guān)系。數(shù)學(xué)在推理，統(tǒng)計(jì)在推斷，災(zāi)害研究需要創(chuàng)新統(tǒng)計(jì)推斷與信息判斷結(jié)合的研究方法。在重大自然災(zāi)害趨勢判斷中，從逆向思維的角度出發(fā)，綜合統(tǒng)計(jì)方法來發(fā)掘?yàn)?zāi)害發(fā)生的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，暫時放棄“為什么”，先搞清楚“是什么”，做好災(zāi)前預(yù)警，是當(dāng)前自然災(zāi)害研究值得探索的方向之一。

(1)對稱性原理。對稱性包括時間對稱性和空間對稱性。①時間對稱性指“某些地理現(xiàn)象的產(chǎn)生和變化存在一定的時間周期或多重時間周期疊加組合，在周期的任意時刻都存在相同或相似的性狀或狀態(tài)”[27]；②空間對稱性指“事物結(jié)構(gòu)對稱和事物所處的空間位置的聯(lián)系，多指幾何空間配置上的對稱性，如數(shù)學(xué)中的點(diǎn)對稱、軸對稱等，是觀察對象相對于某一事物經(jīng)過空間位置轉(zhuǎn)換后和變化前相似的性質(zhì)”[27]。自然界對稱性是普遍存在的，但是不是所有災(zāi)害、所有區(qū)域、所有時間均具有對稱性，只有通過大量實(shí)證案例分析，對災(zāi)種、區(qū)域及時段進(jìn)行篩選，才能有效地推進(jìn)自然災(zāi)害趨勢判斷研究。

(2)元素周期律。元素周期律是對稱性微觀的表現(xiàn)。原子序號與元素性質(zhì)之間井然有序，反映出穩(wěn)定的自然現(xiàn)象。化學(xué)元素周期中現(xiàn)有元素的相對原子量具有可公度性。對稱性是自然界存在著的一種規(guī)律，它不僅支配著化學(xué)元素漸變性的周期規(guī)律，也支配著類似地震等突發(fā)性的自然災(zāi)害現(xiàn)象。

(3)逆向創(chuàng)新思維。經(jīng)典的災(zāi)害預(yù)測方法是正向思維，即先揭示災(zāi)害的物理機(jī)理，通過機(jī)理研究災(zāi)害的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。統(tǒng)計(jì)災(zāi)害學(xué)的逆向創(chuàng)新思維是，先探索研究災(zāi)害的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，后尋找災(zāi)害形成的物理機(jī)理，是統(tǒng)計(jì)規(guī)律走向唯象理論，以期實(shí)現(xiàn)機(jī)理動力學(xué)預(yù)報(bào)。

(4)信息學(xué)理論。純粹的統(tǒng)計(jì)學(xué)預(yù)測要求數(shù)據(jù)的連續(xù)性，而信息統(tǒng)計(jì)方法則提取具有強(qiáng)烈信號的不連續(xù)的災(zāi)害信息，分析判斷突變點(diǎn)時間，實(shí)現(xiàn)災(zāi)害可能發(fā)生時間的判斷[28]。

(5)地理學(xué)時空規(guī)律。自然災(zāi)害作為地理現(xiàn)象之一，具有典型的時空分異特征。從地理學(xué)時空規(guī)律的視角，打破傳統(tǒng)災(zāi)害預(yù)測單一的時間視角，對于提高災(zāi)害的趨勢判斷具有重要的理論意義。

2 重大自然災(zāi)害時空對稱性方法體系

重大自然災(zāi)害時空對稱方法體系主要包括3部分：時間對稱性研究方法、空間對稱性研究方法和時空對稱性相關(guān)機(jī)理驗(yàn)證(圖1)。其中，時間對稱性研究方法包括：可公度趨勢判斷、蝴蝶結(jié)構(gòu)圖和時間對稱結(jié)構(gòu)系，旨在尋找自然災(zāi)害周期變化的時間對稱軸；空間對稱性研究主要針對于地震災(zāi)害，旨在確定地震未來可能發(fā)生空間位置，方法體系包括：震中遷移分析、經(jīng)緯向震中對稱軸、震中多邊形對稱軸；時空對稱性相關(guān)機(jī)理是對前2種方法的補(bǔ)充和驗(yàn)證，從地球系統(tǒng)多圈層能量、物質(zhì)交換角度出發(fā)，借助災(zāi)害表象與觸發(fā)因子的統(tǒng)計(jì)相關(guān)或遙相關(guān)分析，反推重大自然災(zāi)害的潛在物理機(jī)理。

圖1 重大自然災(zāi)害時空對稱性研究方法體系

2.1 重大自然災(zāi)害時間對稱性方法

2.1.1 可公度趨勢判斷

“可公度性”最早由天文學(xué)家提丟斯-波特提出，后被廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外重大自然災(zāi)害趨勢預(yù)測研究中。常用的方法有三元、四元和五元可公度，在實(shí)際災(zāi)害事件趨勢判斷中，優(yōu)先考慮三元可公度的計(jì)算結(jié)果[17]。翁文波院士利用可公度原理，對252次災(zāi)害趨勢進(jìn)行判斷，實(shí)際發(fā)生災(zāi)害211次，準(zhǔn)確率83.7%，其中1991年淮河流域洪水趨勢判斷的分析，至今成為“可公度”研究的經(jīng)典案例[11,29]。

2.1.2 蝴蝶結(jié)構(gòu)圖

蝴蝶結(jié)構(gòu)圖是自然災(zāi)害時間對稱性結(jié)構(gòu)的體現(xiàn)，是剖析時間對稱性的重要方法。以自然災(zāi)害發(fā)生年份為橫軸，將重復(fù)周期的年份用曲線連接，在曲線上標(biāo)注周期；不同周期的曲線交織，可清晰展現(xiàn)出自然災(zāi)害事件的周期變化規(guī)律(圖2a)。蝴蝶結(jié)構(gòu)圖作用可總結(jié)為：①識別自然災(zāi)害時間對稱軸；②解決可公度趨勢判斷中，存在2個以上強(qiáng)信號年，如何確定最佳災(zāi)害發(fā)生年份的問題。

2.1.3 時間對稱結(jié)構(gòu)系

時間對稱結(jié)構(gòu)系是依據(jù)時間對稱性周期特點(diǎn)，繪制自然災(zāi)害事件向量圖，用于表征災(zāi)害事件的相互次序和時間韻律特征，可以為平面結(jié)構(gòu)系和立體結(jié)構(gòu)系(圖2b～圖2c)。蝴蝶結(jié)構(gòu)圖旨在“線”中尋找時間“點(diǎn)”的對稱規(guī)律，平面結(jié)構(gòu)系是在“面”中尋找“點(diǎn)”的對稱規(guī)律，立體結(jié)構(gòu)系則是在“體”中尋找“點(diǎn)”對稱規(guī)律[12]。關(guān)于時間對稱結(jié)構(gòu)系的研究案例，可參考王米雪等《基于可公度方法的香港雷暴活動趨勢判斷》[12]和門可佩教授系列研究成果[30-32]。

圖2 自然災(zāi)害時間對稱結(jié)構(gòu)方法注：圖2b依據(jù)參考文獻(xiàn)[12]改繪，圖2c依據(jù)參考文獻(xiàn)[30]改繪。

2.2 重大自然災(zāi)害空間對稱性方法

日本學(xué)者笠原順三認(rèn)為，地震遷移是理解地震現(xiàn)象本質(zhì)。郭增建和秦保燕曾對中國地震震中遷移現(xiàn)象做出較全面的討論，指出“震中遷移現(xiàn)象可能是遷移帶內(nèi)各地段因位置次序原因，在構(gòu)造力作用下的能量積累過程略有差異”[34]；美國學(xué)者J. C. Savage在北美西海岸的大地震遷移研究中，也發(fā)現(xiàn)了震中遷移現(xiàn)象[35]。

空間對稱性結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)形式為震中多邊形結(jié)構(gòu)空間變換，常以三角形或四邊形結(jié)構(gòu)分析，借此尋找震中遷移空間對稱軸。結(jié)合已有研究，我們繪制了震中跨軸遷移的三邊形、四邊形、螺旋遷移示意圖，更加清晰地說明空間對稱軸分析方法。其中，圖中白色圓圈為歷史震中，黑色圓圈為未來趨勢判斷震中，圈中數(shù)字為地震發(fā)生時間次序(圖3a～圖3c)。

具體分析過程如下：①震中跨軸對稱—三邊形結(jié)構(gòu)。在圖3a中，1～8號地震震中以三邊形順次連接，發(fā)現(xiàn)三邊形2個頂點(diǎn)位于對稱軸左側(cè)，1個頂點(diǎn)位于對稱軸的右側(cè)。假設(shè)區(qū)域震中三邊形對稱結(jié)構(gòu)存在，那么第9次地震很可能發(fā)生在對稱軸的右側(cè)；②震中跨軸對稱—四邊形結(jié)構(gòu)。在圖3b中，1～4號地震震中按照發(fā)生時間順次連接，四邊形2個頂點(diǎn)跨軸分布，且第5～6號震中位于對稱軸左側(cè)，7號震中位于對稱軸右側(cè)。如果區(qū)域震中四邊形跨軸對稱特征存在，那么可以大膽預(yù)測8號地震很有可能在對稱軸右側(cè)發(fā)生；③同時，地震震中還存在螺旋遷移(圖3c)、經(jīng)緯向?qū)ΨQ遷移現(xiàn)象(圖3d)，識別地震空間對稱軸，可以對區(qū)域未來震中空間遷移位置進(jìn)行有效判斷。

空間對稱軸研究案例(1)：中國西南地區(qū)地震活動南北對稱軸。從中國西南地區(qū)現(xiàn)代水平活動圖可以看出，在101.5°E附近存在南北向的動力來源，中部塊體自北向南運(yùn)動，造成了塊體間的錯動，往往引發(fā)強(qiáng)震，而且震中以101.5°E對稱軸呈現(xiàn)東西震蕩分布[27,33]。地震帶斷層常常呈現(xiàn)幾何對稱分布(等間距、帶型、菱形等)，能量釋放的源點(diǎn)往往符合對稱結(jié)構(gòu)，其可能是震中遷移呈現(xiàn)空間對稱性的物理基礎(chǔ)。

空間對稱軸研究案例(2)：中國新疆及鄰近地區(qū)地震經(jīng)緯向遷移對稱軸。1900-2013年新疆及鄰近地區(qū)7.0級以上地震共發(fā)生18次，緯向震中遷移對稱軸在40°N左右，經(jīng)向震中遷移對稱軸在80°E左右，震中經(jīng)向與緯向遷移具有良好的同步性。也就是說，當(dāng)震中向東遷移時，緯向上同步向北遷移；當(dāng)?shù)卣鹫鹬邢蛭鬟w移時，緯向上震中向南遷移[25]。2014年2月12日新疆于田發(fā)生7.3級地震，震中位于36.1°N，82.5°E。相對2008年3月21日于田7.3級地震(35.6°N，81.6°E)，震中向東北遷移，震中趨勢判斷位置符合“當(dāng)?shù)卣鹫鹬邢驏|遷移時，緯向上同步向北遷移”的規(guī)律。

空間對稱軸研究案例(3)：西太平洋俯沖帶北部強(qiáng)震螺旋遷移對稱軸。西太平洋俯沖帶北部地區(qū)近110年M≥8.0強(qiáng)震呈現(xiàn)南北對稱回旋遷移的現(xiàn)象(圖2f)?！耙罁?jù)發(fā)震時間順次，用三角形將震中相連，發(fā)現(xiàn)震中三角形底邊集中分布在第一象限，頂點(diǎn)則分布于第三象限，呈現(xiàn)西北-東南對稱分布”[15]。在前期研究中，西太平洋俯沖帶北部強(qiáng)震空間分布具有對稱性，結(jié)合可公度趨勢判斷結(jié)果，下次強(qiáng)震很可能發(fā)生在2013年或2014年，震中向東北方向遷移(43.0°N以北，146.0°E以東)。根據(jù)中國地震臺網(wǎng)監(jiān)測，2013年5月24日鄂霍次克海附件(54.7°N，154.0°E)發(fā)生8.2級地震，與震中趨勢判斷位置基本相符。

2.3 重大自然災(zāi)害時空對稱性相關(guān)機(jī)理

太陽活動、地球自轉(zhuǎn)速度變化、厄爾尼諾現(xiàn)象、月球引潮力、構(gòu)造應(yīng)力等觸發(fā)因子，與自然災(zāi)害時空對稱性具有特殊的關(guān)系。重大自然災(zāi)害內(nèi)在機(jī)制應(yīng)該多因素共同觸發(fā)，受到外力源、面力源和內(nèi)力源共同作用(圖4)。因此，在地球系統(tǒng)多圈層能量、物質(zhì)交換大視野下，借助災(zāi)害表象與觸發(fā)因子的統(tǒng)計(jì)相關(guān)或遙相關(guān)分析，反推重大自然災(zāi)害的潛在物理機(jī)理，具有重要的探索意義。

圖3 地震災(zāi)害空間對稱軸分析示意圖注：圖3e根據(jù)文獻(xiàn)[27]改繪，圖3f西太平洋俯沖帶北部強(qiáng)震遷移規(guī)律可以參考文獻(xiàn)[16]。

圖4 自然災(zāi)害時空對稱性的內(nèi)力源、面力源和外力源

2.3.1 太陽活動相關(guān)機(jī)理

太陽活動具有典型的準(zhǔn)11年周期，地震發(fā)生與太陽風(fēng)磁場到達(dá)地球的優(yōu)勢聚集方向存在關(guān)聯(lián)性[36]。太陽風(fēng)高速高能粒子流，對地殼上脆弱的斷層交匯帶進(jìn)行能量加載或卸載，可能觸發(fā)區(qū)域強(qiáng)震[37]。也有學(xué)者提出，地震呈現(xiàn)11年周期活動是受太陽日冕活動影響，日冕拋射物在太陽黑子磁場弱化1年左右爆發(fā)，導(dǎo)致地球自轉(zhuǎn)速率因攝動效應(yīng)而同步減慢，引起地球地震活動性增強(qiáng)[38]。在統(tǒng)計(jì)層面上，菲律賓[23]、伊朗[24]、新疆[39]、四川[40]、中國西部[41-42]等驗(yàn)證結(jié)果表明，地震發(fā)生時間往往分布在太陽活動的谷區(qū)下降段，但是由于不同地區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)存在差異，強(qiáng)震活動與太陽活動關(guān)系仍存在不確定性。

2.3.2 地球自轉(zhuǎn)相關(guān)機(jī)理

地球自轉(zhuǎn)速度變化與眾多地球物理現(xiàn)象密切相關(guān)，一直是學(xué)者研究災(zāi)害誘發(fā)機(jī)理的重要切入點(diǎn)[43]。地球自轉(zhuǎn)速率具有年周期、準(zhǔn)4年周期和18.6年周期，自轉(zhuǎn)速率變快或正負(fù)變化常常誘發(fā)地震[44]。地球自轉(zhuǎn)速率變化會導(dǎo)致地球內(nèi)部圈層力學(xué)耦合狀態(tài)的改變，引起地震帶上應(yīng)力的重新分布[38,45]；反之，強(qiáng)震也會導(dǎo)致全球自由振蕩及局部地形與質(zhì)量遷移，進(jìn)而影響地球自轉(zhuǎn)速率變化[46]。研究發(fā)現(xiàn)，全球和中國大地震釋放能量的高峰值，多分布在地球自轉(zhuǎn)速度變化的谷段、峰段或中段，而過渡期強(qiáng)震發(fā)生則相對較少[47]。馬宗晉等認(rèn)為地震遷移可能是地球自轉(zhuǎn)速率變化、板塊推擠引發(fā)的變形波和地幔熱流等多因素綜合影響的結(jié)果[48]。因此，地球自轉(zhuǎn)周期性的變化，可能是自然災(zāi)害時間對稱性內(nèi)在機(jī)理之一，特別是地震災(zāi)害。

2.3.3 月相天文潮相關(guān)機(jī)理

潮汐會因月球的引力作用而發(fā)生變化，月球的引潮力是太陽的2.25倍。當(dāng)?shù)貧ぐl(fā)生異常變化積蓄大量能量時，月球引力變化可能觸發(fā)地球板塊間地震的重要因素[49]。近百年全球發(fā)生7.0級以上地震與月球升交點(diǎn)黃經(jīng)密切相關(guān)，月球交點(diǎn)潮變化可能是地震孕育和發(fā)生的重要天文影響因素[50]。實(shí)證案例證明，華北地區(qū)[51]、云南地區(qū)[52]、青藏高原東部及鄰區(qū)[53]、臺灣地區(qū)[54]強(qiáng)震的發(fā)生與月相變化有著明顯的關(guān)系。

筆者通過分析月球引潮力與喜馬拉雅地區(qū)地震的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)83.3%的7.0級以上地震發(fā)生在朔望日或者其前后2～3 d，即當(dāng)月球距離地球近時(朔望日)，海潮和固體潮達(dá)到最大值，朔望日及前后易觸發(fā)地震[26]。月球引力作用促使斷層錯位時，發(fā)生地震的次數(shù)較多，當(dāng)然這僅是一個誘發(fā)的外因。如果地殼內(nèi)部結(jié)構(gòu)不具備發(fā)生地震的條件(內(nèi)因)，僅有外因是不會發(fā)生地震的。

2.3.4 海氣環(huán)流因子相關(guān)機(jī)理

厄爾尼諾-南方濤動(ENSO)是發(fā)生在赤道東太平洋海洋和大氣中異?，F(xiàn)象，是一種海氣相互作用的事件，其周期約為2～7年，影響范圍涉及到全球[55]。觀測事實(shí)表明，多數(shù)氣象災(zāi)害與ENSO事件有密切關(guān)系。ENSO事件主要開始于春夏季節(jié)，結(jié)束于冬春季節(jié)，秋末冬初是ENSO事件的全盛時期[56]。中國處于東亞季風(fēng)區(qū)，在秋末冬初ENSO全盛時期，往往也是區(qū)域旱澇等災(zāi)害的頻發(fā)期。統(tǒng)計(jì)華北平原旱澇與厄爾尼諾、拉尼娜事件的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，華北地區(qū)旱災(zāi)多發(fā)生在厄爾尼諾年，而澇災(zāi)多發(fā)生在拉尼娜年[26]。ENSO、北大西洋濤動(NAO)、太平洋十年濤動(PDO)等海氣環(huán)流因子周期性變化，可能是洪澇、雨雪等災(zāi)害時間對稱性內(nèi)在機(jī)理之一。

3 結(jié)論與討論

近年來，重大自然災(zāi)害時空對稱性研究案例不斷豐富，方法體系也不斷完善，對時空對稱性的理論基礎(chǔ)和方法體系探討相對薄弱。在已有研究基礎(chǔ)上，本文凝練了時空對稱性研究的理論基礎(chǔ)，從時間對稱性、空間對稱性和時空對稱相關(guān)機(jī)理3個方面，提出了新的自然災(zāi)害時空對稱性方法體系。

(1)災(zāi)害統(tǒng)計(jì)研究通過學(xué)科交叉挖掘?yàn)?zāi)害統(tǒng)計(jì)方法，通過時空對稱性結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)災(zāi)害統(tǒng)計(jì)規(guī)律，通過災(zāi)害趨勢判斷實(shí)現(xiàn)災(zāi)害統(tǒng)計(jì)預(yù)測。時空對稱性是自然災(zāi)害趨勢判斷研究的重要切入點(diǎn)，探討其理論體系與宏觀綜合規(guī)律，有助于厘清學(xué)科的研究范式，優(yōu)化研究路徑與方法，提高學(xué)科研究的科學(xué)性、應(yīng)用的價值性。

(2)自然時空對稱性方法體系包括3個層次：時間對稱性方法、空間對稱性方法、時空對稱性相關(guān)機(jī)理分析。其中，時間對稱性方法包括：可公度趨勢判斷、蝴蝶圖結(jié)構(gòu)、立體和平面對稱性結(jié)構(gòu)系；空間對稱性方法包括：震中遷移特征、經(jīng)緯向震中對稱軸、空間多邊形對稱軸；時空對稱性相關(guān)機(jī)理分析包括：太陽活動相關(guān)機(jī)理、地球自轉(zhuǎn)速度相關(guān)機(jī)理、月相天文潮周期相關(guān)機(jī)理、海氣環(huán)流因子相關(guān)機(jī)理分析。

(3)自然災(zāi)害時空對稱性相關(guān)機(jī)理體系中，地?；顒訉ΨQ性為內(nèi)力源，地理活動對稱性為面力源，太陽系活動對稱性為外力源。在地球系統(tǒng)多圈層能量、物質(zhì)交換大視野下，借助災(zāi)害表象與觸發(fā)因子的統(tǒng)計(jì)相關(guān)或遙相關(guān)分析，反推重大自然災(zāi)害的潛在物理機(jī)理，具有重要的探索意義。

重大自然災(zāi)害時空對稱性理論基礎(chǔ)和方法體系研究，還有許多工作值得探索，在此總結(jié)為以下4個方面：①氣象災(zāi)害空間對稱性問題?，F(xiàn)有自然災(zāi)害空間對稱性方法，主要針對地震災(zāi)害空間對稱軸以及空間幾何結(jié)構(gòu)分析，氣象災(zāi)害空間對稱性的案例和方法尚無實(shí)質(zhì)進(jìn)展。如何構(gòu)建全新的氣象災(zāi)害空間對稱性方法體系，需要突破經(jīng)典地質(zhì)災(zāi)害空間對稱性思維的限制；②重大自然災(zāi)害等級定量化問題。不同區(qū)域同種災(zāi)害致災(zāi)強(qiáng)度和發(fā)生頻次存在明顯差異，不同等級的災(zāi)害篩選標(biāo)準(zhǔn)，會產(chǎn)生不同災(zāi)害發(fā)生時間序列；不同災(zāi)害時間序列，對災(zāi)害趨勢判斷結(jié)論是否存在不確定性，當(dāng)前尚無定量化評價方法；③時空對稱性相關(guān)機(jī)理體系完善問題。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，全球主要地震帶地震活動存在18.6年周期，此周期不但是地球自轉(zhuǎn)的章動周期，也是月球交點(diǎn)運(yùn)動的周期。自然災(zāi)害受到外力源、面力源和內(nèi)力源共同作用，如何理解并構(gòu)建綜合的時空對稱性相關(guān)機(jī)理體系，是未來災(zāi)害時空對稱性機(jī)理解釋重要探索方向；④不同空間尺度上，重大自然災(zāi)害時空對稱性趨勢判斷，仍需大量實(shí)證研究，進(jìn)而評價模型的驗(yàn)證精度，為開展精細(xì)化研究提供參考，也為把握區(qū)域?yàn)?zāi)害的時空規(guī)律，提高區(qū)域?yàn)?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理水平提供理論基礎(chǔ)。

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Review on Spatiotemporal Symmetry Methodology of Natural Disasters

YAN Junping, LI Yingjie, LI Shuangshuang, TANG Baoqi and WANG Wenjing

(CollegeofTourismandEnvironmental,ShaanxiNormalUniversity,Xi’an710062,China)

Thetrendjudgmenttheoryofmajornaturaldisastercouldbeanewstartingpointtoimprovethescientificsystemofdisasterforecast,prediction,assessment,andpropelledtheinnovationofriskmanagementresearch.Thisarticlesystematicallyintroducedthepreviousdevelopmentofresearchonthespatiotemporalsymmetryofnaturaldisaster.Thetheoriesofspatiotemporalsymmetryinmajornaturaldisasteraresummarizedfromthefollowingfiveaspects,i.e.symmetrytheory,chemicalperiodicallaw,reversedinnovativethinking,informaticstheoryandspatiotemporalrulesinGeography.Moreover,focusedonsuchthreekeyissuesastemporalsymmetry,spatialsymmetry,andrelatemechanismanalysisofspatiotemporalsymmetry,anewframeworkofspatiotemporalsymmetryonnaturaldisasterwasproposed.Finally,futureresearchprospectsonthespatiotemporalsymmetryofnaturaldisasterarediscussed,includingbuildingthespatialsymmetryofmeteorologicaldisaster,quantifyingtheuncertaintyofselectingdisasterevents,incorporatingtherationalismmechanismsonspatiotemporalsymmetryofnaturaldisaster,enrichingthecasesandfactsofspatiotemporalsymmetryofnaturedisaster,whichprovidedguidanceforstructuringthenewsubjectofstatisticalcatastrophology,anddeepeningtheacademicresearchontendencyjudgmentofnaturaldisaster.

statisticalcatastrophology;spatiotemporal;symmetry;method;naturaldisasters

10.3969/j.issn.1000-811X.2017.01.026.]

2016-06-25

2016-08-18

國家社會科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(14AZD094);教育部人文社會科學(xué)重點(diǎn)研究基地重大項(xiàng)目(15JJD790022); 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41171090)

延軍平, (1956-), 男, 陜西榆林人, 教授, 博士, 博士生導(dǎo)師, 研究方向?yàn)闉?zāi)害地理與環(huán)境變化. E-mail: yanjp@snnu.edu.cn

X43; P463

A

1000-811X(2017)01-0149-07

10.3969/j.issn.1000-811X.2017.01.026

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