黃崇福

(1. 北京師范大學(xué) 地表過程與資源生態(tài)國家重點(diǎn)實驗室， 北京100875； 2. 北京師范大學(xué) 環(huán)境演變與自然災(zāi)害教育部重點(diǎn)實驗室，北京100875；3. 民政部/教育部減災(zāi)與應(yīng)急管理研究院，北京100875)

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自然災(zāi)害動態(tài)風(fēng)險分析基本原理的探討*

黃崇福1,2,3

(1. 北京師范大學(xué) 地表過程與資源生態(tài)國家重點(diǎn)實驗室， 北京100875； 2. 北京師范大學(xué) 環(huán)境演變與自然災(zāi)害教育部重點(diǎn)實驗室，北京100875；3. 民政部/教育部減災(zāi)與應(yīng)急管理研究院，北京100875)

摘要:隨著自然環(huán)境的變化和人類社會的發(fā)展，自然災(zāi)害的風(fēng)險必然發(fā)生變化。變化著的風(fēng)險，稱為動態(tài)風(fēng)險。該文概述了動態(tài)風(fēng)險研究的現(xiàn)狀，指出更新算法和趨勢預(yù)測法只適于研究慣性型動態(tài)風(fēng)險，沒有觸及動態(tài)風(fēng)險的本質(zhì)，進(jìn)而界定隨著綜合環(huán)境和內(nèi)在屬性的變化而變化的風(fēng)險才是動態(tài)風(fēng)險。人們所能研究的僅僅是認(rèn)知動態(tài)風(fēng)險。提出了以“研究綜合環(huán)境和內(nèi)在屬性變化對風(fēng)險源和風(fēng)險承受體的影響”為核心，并對風(fēng)險源和風(fēng)險承受體進(jìn)行耦合的自然災(zāi)害動態(tài)風(fēng)險分析基本原理。

關(guān)鍵詞:動態(tài)風(fēng)險；認(rèn)知風(fēng)險；真實風(fēng)險；綜合環(huán)境；內(nèi)在屬性；耦合

由自然變異為主因?qū)е碌奈磥聿焕录榫?，稱為自然災(zāi)害風(fēng)險[1]。自然災(zāi)害頻繁發(fā)生，并呈現(xiàn)某種統(tǒng)計規(guī)律，通?？捎檬录l(fā)生的概率和后果之乘積來度量風(fēng)險大小。財產(chǎn)保險公司依此計算出來的標(biāo)的風(fēng)險，其內(nèi)涵是損失的期望值。

這種基于概率思維和統(tǒng)計學(xué)計算的官方科學(xué)所認(rèn)可的數(shù)字形式的“風(fēng)險”，主要工作之一是用已觀測的樣本來計算災(zāi)害事件發(fā)生的概率，其有效性建立在平穩(wěn)馬爾可夫隨機(jī)過程的假定之上：隨機(jī)系統(tǒng)未來的發(fā)展?fàn)顟B(tài)只與過去T年的系統(tǒng)情況有關(guān)，而與更早以前的系統(tǒng)情況無關(guān)，并且，狀態(tài)概率分布不因時間的平移而改變。對于滿足此假定的自然災(zāi)害系統(tǒng)，人們自然可以用過去T年的系統(tǒng)資料，推算系統(tǒng)未來T年內(nèi)的風(fēng)險。

平穩(wěn)馬爾可夫隨機(jī)過程[2]假定下的風(fēng)險，是一種靜態(tài)風(fēng)險，而包含社會子系統(tǒng)在內(nèi)的自然災(zāi)害風(fēng)險系統(tǒng)，并非一成不變，是動態(tài)的風(fēng)險。60多年前，黃河中下游地區(qū)洪水災(zāi)害風(fēng)險極高，今天則已大大降低，這就是最好的例證。

特別是，當(dāng)自然災(zāi)害的風(fēng)險研究已經(jīng)精細(xì)化到社區(qū)級時，風(fēng)險的動態(tài)性更是不可被忽略。難怪在龍卷風(fēng)頻發(fā)的美國(例如，僅在2011年4月就發(fā)生了875個龍卷風(fēng))，竟然認(rèn)為龍卷風(fēng)的觀測資料不足，難以確定其發(fā)生頻率和強(qiáng)度的變化趨勢[3]。的確，對常被龍卷風(fēng)襲擊的一個中西部州(例如內(nèi)布拉斯加州)而言，確定其發(fā)生頻率和強(qiáng)度及變化趨勢并不難，但對已進(jìn)行網(wǎng)格化管理的美國而言，將掃過面積并不大的龍卷風(fēng)平均到大區(qū)域上，計算出相關(guān)數(shù)據(jù)，意義不大。

今天，全球的大多數(shù)自然災(zāi)害風(fēng)險圖并沒有時效性。以此為依據(jù)的風(fēng)險管理，常使人們處于被動的“應(yīng)對”地位。在我國，隨著社會和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，自然災(zāi)害風(fēng)險事件的風(fēng)險水平呈現(xiàn)出明顯的動態(tài)變化性特點(diǎn)。從風(fēng)險來源來看，無論是氣候變化背景下的極端天氣氣候事件，還是大震之后的能量積累，均與時間具有較強(qiáng)的相關(guān)性；從風(fēng)險承受體來看，社會經(jīng)濟(jì)越發(fā)達(dá)，防災(zāi)減災(zāi)能力越強(qiáng)，但由于經(jīng)濟(jì)總量增大，同樣強(qiáng)度下的經(jīng)濟(jì)損失絕對值往往更大，承受體的風(fēng)險屬性與時間具有很強(qiáng)的相關(guān)性。

顯然，由于信息匱乏和知識有限，對不確定性極大的未來世界，用任何的統(tǒng)計回歸和預(yù)測模型，均不可能正確描述動態(tài)風(fēng)險。為此，本文將探討自然災(zāi)害風(fēng)險的動態(tài)特征，提出動態(tài)風(fēng)險分析的基本原理，為建立動態(tài)風(fēng)險分析的基本理論和方法創(chuàng)造條件。

1動態(tài)風(fēng)險研究概述

1.1更新算法

目前，人們對動態(tài)風(fēng)險分析技術(shù)的研究，主要是探討更新算法。例如，以故障樹分析和事件樹分析結(jié)合的蝴蝶結(jié)分析技術(shù)[4]，大量應(yīng)用于過程行業(yè)中事故情景的風(fēng)險評估。其風(fēng)險動態(tài)的描述，是通過故障樹更新和事件樹更新來實現(xiàn)[5]。式(1)所示的協(xié)變量模型[6]被推薦用于故障樹更新。故障率λ(t,X)是時間t和協(xié)變量向量X=(x1,x2,…,xn)的函數(shù)。λ0(t)是基線故障率，僅是時間的函數(shù)。g(X,A)是一個正函數(shù)，與時間無關(guān)。A=(a1,a2,…,an)是一個未知參數(shù)向量，ai通常用最小二乘法或最大似然法來估計。

λ(t,X)=λ0(t)g(X,A)。

(1)

當(dāng)故障率服從韋布爾分布，且尺度因子θ是協(xié)變量的函數(shù)時，故障率λ(t,X)可由式(2)表達(dá)。

(2)

式中：β是韋布爾分布的形狀因子。按照慣例，式中的x0=1。因此，失效概率隨時間變化的協(xié)變量模型為式(3)。

(3)

事件樹的更新通常用貝葉斯方法。文獻(xiàn)[7]中假定，安全屏障故障率的先驗概率分布遵循參數(shù)為α,β的伽瑪分布。當(dāng)系統(tǒng)隨時間變化的故障數(shù)目遵循參數(shù)為r的泊松分布時，故障率λ的后驗分布為式(4)。

(4)

再例如，文獻(xiàn)[8]中提出平均算法，可以用新發(fā)生的災(zāi)害事件觀測值，對內(nèi)集-外集模型[9]計算得到的可能性-概率分布式(5)進(jìn)行更新，其結(jié)果與用新舊觀測值混合后計算的結(jié)果完全一致。這說明，可能性-概率分布存儲了原始數(shù)據(jù)的所有信息，使得風(fēng)險更新更為方便。

ΠΩ,P={πx(p)|x∈Ω,p∈P}?[0,1]，

(5)

式中：Ω為基本事件空間，P為概率論域，πx(p),p∈P是事件x發(fā)生的模糊概率，即不能確定x是以某個概率值p發(fā)生，而是有一些概率值的可能，是P上的一個模糊集。平均算法由式(6)給出。

(6)

一般來說，人們更新的不僅僅是數(shù)據(jù)，而且風(fēng)險評估的框架也可能隨著時間的變化而適當(dāng)?shù)匦薷?。例如，過去20年，美國“國家兒童研究計劃”中兒童健康風(fēng)險的評估框架就不斷地被完善[10]。

1.2趨勢預(yù)測法

用預(yù)測方法進(jìn)行動態(tài)風(fēng)險分析，是最自然的思路。今天，常用的預(yù)測方法多達(dá)幾十種[11]。這些預(yù)測方法也可以被分為定量方法和定性方法兩大類。在沒有可供使用的歷史數(shù)據(jù)時，一般采用定性的預(yù)測方法，如Delphi法、專家推斷、交叉概率法、模糊推理法等。當(dāng)擁有足夠多的可用數(shù)據(jù)時，一般采用定量的預(yù)測方法，如非線性外推法和時間序列預(yù)測法等。時間序列預(yù)測法就是通過編制和分析時間序列，根據(jù)時間序列所反映出來的發(fā)展過程、方向和趨勢，進(jìn)行類推或延伸。根據(jù)對資料分析方法的不同，又可分為自回歸模型、簡單序時平均數(shù)法、加權(quán)序時平均數(shù)法、移動平均法、加權(quán)移動平均法、趨勢預(yù)測法、指數(shù)平滑法、非平穩(wěn)時序模型、非線性時序模型等等。

一個比較直觀的自然災(zāi)害動態(tài)風(fēng)險趨勢預(yù)測方法，是將歷史災(zāi)害資料以五年為一個時段進(jìn)行分組處理，回溯歷史風(fēng)險的動態(tài)過程，通過其來觀察風(fēng)險的發(fā)展趨勢[12]。由于每個時段可供分析的樣本點(diǎn)只有5個，是典型的小樣本問題，也很難合理假設(shè)出相關(guān)的曲線形式，因此，這一回溯模型采用了信息擴(kuò)散技術(shù)[13]，分別估計災(zāi)害發(fā)生的概率分布和風(fēng)險承受體的脆弱性曲線，然后耦合成自然災(zāi)害動態(tài)風(fēng)險圖。文獻(xiàn)[12]中用汕頭市1951-2010年間的降雨數(shù)據(jù)和洪澇災(zāi)害數(shù)據(jù)，計算出洪澇災(zāi)害動態(tài)風(fēng)險圖(圖1)，預(yù)測該市人口面臨的暴雨洪澇災(zāi)害風(fēng)險較“十一五”將會有較大幅度升高，風(fēng)險值會反彈到0.02。

圖1　汕頭市洪澇災(zāi)害動態(tài)風(fēng)險變化曲線

1.3風(fēng)險雷達(dá)

2013年5月23日，歷時5年的歐盟第七框架計劃大型項目iNTeg-Risk結(jié)題，發(fā)布了“iNTeg-Risk宣言”，呼吁建立“歐洲新興風(fēng)險雷達(dá)”，確保實現(xiàn)在2020年將歐洲生產(chǎn)事故降低25%的目標(biāo)。這里，風(fēng)險雷達(dá)被定義為對風(fēng)險進(jìn)行監(jiān)測的工具。基本功能是，根據(jù)社會、政治、經(jīng)濟(jì)、金融、監(jiān)管、法律和技術(shù)等因素確定的關(guān)鍵性問題，對相關(guān)風(fēng)險進(jìn)行動態(tài)識別、定位和評估。與傳統(tǒng)風(fēng)險雷達(dá)概念不同的是，這種風(fēng)險雷達(dá)是為多用戶打造的，每個人都可以有自己的“翻譯”結(jié)果。

傳統(tǒng)風(fēng)險雷達(dá)，可以上溯到1950年代美國經(jīng)濟(jì)學(xué)家借鑒和運(yùn)用現(xiàn)代軍事領(lǐng)域的雷達(dá)預(yù)警系統(tǒng)原理建立的宏觀經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀況景氣監(jiān)測預(yù)測系統(tǒng)[14]。大約在21世紀(jì)初，西方企業(yè)家們面對越來越多出其不意的風(fēng)險干擾，開始對不同種類的風(fēng)險進(jìn)行分類甄別，并且繪制成圖來幫助企業(yè)有重點(diǎn)、有層次地監(jiān)測風(fēng)險。這種圖就被稱為風(fēng)險圖。例如，安永公司將圖劃分成四個象限[15]：合規(guī)風(fēng)險緣起于政治、法律、監(jiān)管或公司治理。金融風(fēng)險緣起于市場和實體經(jīng)濟(jì)的波動性。戰(zhàn)略風(fēng)險與客戶、競爭對手和投資者有關(guān)。最后，經(jīng)營風(fēng)險影響到企業(yè)的流程、系統(tǒng)、人員和企業(yè)整體價值鏈。今天，確保每一個戰(zhàn)略決策都用風(fēng)險雷達(dá)掃描一遍，已經(jīng)成為精明企業(yè)家成功的一個重要環(huán)節(jié)[16]。

由于國際風(fēng)險局勢的變幻莫測以及國內(nèi)危機(jī)防范形勢的緊迫性，新加坡政府敏銳地意識到：以往各機(jī)構(gòu)在情報采集、處理、使用等方面自成系統(tǒng)，這一體制已經(jīng)不適應(yīng)新的形勢發(fā)展需要。因此，政府集中人力、物力、財力資源，建立并加強(qiáng)了國家安全統(tǒng)籌部的決策與領(lǐng)導(dǎo)職能。新加坡政府從 2005 年 10 月開始著手建立“風(fēng)險評估與偵測機(jī)制”信息系統(tǒng)，俗稱“風(fēng)險雷達(dá)”，以全面收集、分析和解讀各種情報及災(zāi)難預(yù)測，特別是捕捉那些表面上看起來微不足道的信號，力求充分掌握各種可能構(gòu)成威脅的狀況。風(fēng)險評估的內(nèi)容包括自然災(zāi)害、疾病疫情、人為破壞、事故災(zāi)難以及戰(zhàn)爭和國際恐怖主義威脅災(zāi)害等。

建議中的歐洲新興風(fēng)險雷達(dá)，由一系列同心圓和輻射線組成(圖2)。同心圓用于顯示問題的重要性[17]。越靠近圓心，說明越要引起重視。輻射線用于對問題進(jìn)行分類，根據(jù)管理需要而定。這類風(fēng)險雷達(dá)應(yīng)該具有下述兩個功能：

(1) 可以顯示風(fēng)險示例，并進(jìn)行直觀比較。

(2) 一旦風(fēng)險值超過設(shè)定的報警級別，能自動檢索。

圖2　新興風(fēng)險的雷達(dá)注：是指由于法律或法規(guī)不當(dāng)可能引起的“倫敦騷亂”風(fēng)險。其遠(yuǎn)離雷達(dá)中心，說明雖值得關(guān)注，但非迫在眉睫。

1.4非技術(shù)性概念化研究

今天，大量的動態(tài)風(fēng)險分析研究仍停留在非技術(shù)性的概念階段。例如，秦炳軍等討論的過程行業(yè)中的動態(tài)風(fēng)險，其實是系統(tǒng)元件動態(tài)過程的可靠性[18]， 所建議的根據(jù)蒙特卡洛法得到的時間軸上的事故概率分布，本質(zhì)上是元件失效隨著時間變化的描述，與元件受內(nèi)外因素的動態(tài)影響并無關(guān)系。元件使用時間越長，失效可能性越大，這是基本規(guī)律。對具體的元件仿真出這一規(guī)律，并非就是進(jìn)行了動態(tài)風(fēng)險分析。

Berend等在財務(wù)管理的應(yīng)用基礎(chǔ)上對動態(tài)風(fēng)險度量的動態(tài)持續(xù)性以及條件持續(xù)性和序列持續(xù)性進(jìn)行了介紹和研究[19]，較全面地討論了條件一致性概念、順序一致性概念和動態(tài)一致性概念，但從假設(shè)概率空間推導(dǎo)來的，諸如動態(tài)風(fēng)險尾值(DTVaR)這類的計算(式(7))，很難進(jìn)入風(fēng)險分析的實際過程。

DTVaRλ(X|ω′)=inf{EP[X|ω″]|λPs(·|ω″)≥λ},

forallω″∈F(ω′)}。

(7)

在自然災(zāi)害領(lǐng)域，也有學(xué)者開始嘗試研究自然災(zāi)害的動態(tài)風(fēng)險問題。例如，王飛等用后續(xù)轉(zhuǎn)換函數(shù)和仿真模擬，建立了多災(zāi)種、多承災(zāi)體狀況下自然災(zāi)害的動態(tài)風(fēng)險評估概念模型，并模擬了經(jīng)濟(jì)、人口、工程等承災(zāi)體在不同災(zāi)種下的不同脆弱性和相互制約關(guān)系，動態(tài)地評估了災(zāi)害風(fēng)險[23]。黃蕙等指出災(zāi)害風(fēng)險的時空分布，既包括空間上的分析，也應(yīng)包括時間上的分析，未來的風(fēng)險評估應(yīng)該更多地考慮風(fēng)險的時間分布及動態(tài)風(fēng)險評估[24]。Piers等將政策變化、人口增長、全球化等動態(tài)變化總結(jié)為“動態(tài)壓力”，利用壓力-釋放模型分析了根源因素、動態(tài)壓力和不確定條件對易損性的作用及其在時間軸上的變化[25]。顧明等認(rèn)為，臺風(fēng)氣候、承災(zāi)體分布、結(jié)構(gòu)易損性和潛在損失是不斷變化的，結(jié)構(gòu)臺風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險須進(jìn)行動態(tài)評估[26]。Kumar等較為系統(tǒng)地研究了颶風(fēng)風(fēng)險動態(tài)變化問題，認(rèn)為由于建筑物在數(shù)量、類型、位置、易損性和價值上的改變，一個地區(qū)的颶風(fēng)風(fēng)險在隨時間變化[27]。這些研究，均還停留在概念模型和理論探討階段。

1.5評述

今天，人們尚無有效的理論和方法來檢驗風(fēng)險分析結(jié)果的可靠性，于是出現(xiàn)了似乎“人人都懂風(fēng)險、人人都會風(fēng)險分析”的現(xiàn)象。對于動態(tài)風(fēng)險的分析，更是八仙過海，各顯神通。一方面，人們承認(rèn)風(fēng)險有時間屬性，分析結(jié)果并非可以一勞永逸；另一方面，人們迷信監(jiān)測到的數(shù)據(jù)和數(shù)學(xué)分析方法。于是，以概率論為基礎(chǔ)的各種數(shù)學(xué)模型和方法快速向動態(tài)風(fēng)險分析領(lǐng)域發(fā)展。然而，動態(tài)風(fēng)險并非是靜態(tài)風(fēng)險加上時間因素這樣簡單。正如物體運(yùn)動的多重速度相加無法突破光速一樣，靜態(tài)風(fēng)險在時間軸上動起來并不是動態(tài)風(fēng)險。一個十分有趣的現(xiàn)象是，針對一個社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，人們總是可以找到收斂近似或萬能逼近的模型來模擬其以往的行為，但卻不能以同樣的精確告訴人們該系統(tǒng)以后的行為。如果可以，2001年9月11日恐怖分子劫持民航客機(jī)撞擊美國紐約世界貿(mào)易中心的“9·11事件”就不會發(fā)生了。

本文認(rèn)為，更新算法和趨勢預(yù)測法只適于研究慣性型動態(tài)風(fēng)險，沒有涉及動態(tài)風(fēng)險的本質(zhì)：內(nèi)涵和外延都發(fā)生變化。慣性型動態(tài)風(fēng)險是指，風(fēng)險具有物理學(xué)意義上的慣性，即除去外部力量的作用，風(fēng)險所在系統(tǒng)沿著原有路徑繼續(xù)發(fā)生變化。

正如電磁波雷達(dá)用不斷掃描來跟蹤運(yùn)動物體一樣，風(fēng)險雷達(dá)也是用不斷更新相關(guān)信息來跟蹤風(fēng)險的動態(tài)變化。今天的風(fēng)險雷達(dá)，本質(zhì)上是傳統(tǒng)風(fēng)險矩陣的一種雷達(dá)化顯示，而風(fēng)險信息的捕獲和處理，有許多工作尚待展開。圖3說明，僅僅就顯示風(fēng)險來說，風(fēng)險雷達(dá)相對風(fēng)險矩陣而言，并無新意。

圖3　風(fēng)險雷達(dá)和風(fēng)險矩陣均可顯示風(fēng)險

2認(rèn)知風(fēng)險和真實風(fēng)險的區(qū)別

廣義上講，“風(fēng)險”是一個哲學(xué)概念，世界上原本并沒有一個叫做“風(fēng)險”的東西，只是我們把某種東西叫做了“風(fēng)險”。這種主觀屬性，常使“風(fēng)險”掉進(jìn)邏輯的陷阱之中，引發(fā)形形色色風(fēng)險定義的混戰(zhàn)，有時只能靠著繞口令似的邏輯把人們繞得暈頭轉(zhuǎn)向才得以茍且偷生。

技術(shù)上講，“風(fēng)險”是與某種不利事件有關(guān)的一種未來情景[8]，具有客觀性，不依靠意識而存在。但是，人們對風(fēng)險的認(rèn)識，卻離不開人的意識。雖然世界不因我們的耳朵聾了而無聲，也不因我們的眼睛瞎了而沒有光明和色彩，但沒有聽力的世界就是無聲世界，眼睛近視了或者是老花了，那么我們的世界就變得模糊。我們認(rèn)識的世界，僅僅是客觀世界的一個影像。

在我們所認(rèn)識的世界中的風(fēng)險，本文稱之為認(rèn)知風(fēng)險；在客觀世界中的風(fēng)險，稱之為真實風(fēng)險。由于風(fēng)險的未來屬性，要使認(rèn)知風(fēng)險逼近于真實風(fēng)險，相當(dāng)困難。鑒于此，人們引入了大量不確定性分析工具，力圖在統(tǒng)計意義上有所捕獲。于是，出現(xiàn)了風(fēng)險的“可能性”之說。對此，需要更高水準(zhǔn)的繞口令，才能讓人們似而非地大體知道什么是“可能性”風(fēng)險。

一個認(rèn)知風(fēng)險的例子是，某建筑物建于一個地震區(qū)內(nèi)，人們用能得到的地震數(shù)據(jù)和包括場地、結(jié)構(gòu)、價值等建筑物的數(shù)據(jù)，計算出該建筑物在保險期內(nèi)損失的期望值。這里，地震災(zāi)害風(fēng)險的內(nèi)涵是損失的期望值。我們是通過收集到的數(shù)據(jù)，并在風(fēng)險分析模型的幫助下來認(rèn)知風(fēng)險的。

這個認(rèn)知風(fēng)險背后的真實風(fēng)險是什么呢？是保險期內(nèi)的真實損失。它是與地震事件有關(guān)的一種未來情景。無論損失如何，都是客觀的。事件發(fā)生后，可以較為客觀地度量這種損失。

顯然，對于現(xiàn)實問題，人們不可能窮盡所有相關(guān)數(shù)據(jù)，風(fēng)險分析模型又均有局限性，所以認(rèn)知風(fēng)險常常不等于真實風(fēng)險。一種特殊的情況是，一個很簡單的系統(tǒng)，人們恰好能窮盡所有相關(guān)數(shù)據(jù)，風(fēng)險分析模型又非常有效，認(rèn)知風(fēng)險等于真實風(fēng)險。也就是說，人們能刻畫出指定時間點(diǎn)上的情景，這就是精確預(yù)測，稱為偽風(fēng)險。例如，光滑桌面上一個勻速運(yùn)動的鋼球，當(dāng)其滾向下方放有一框雞蛋的桌邊時，人們能從時間、強(qiáng)度上刻畫出雞蛋被砸碎的情景。

為了對認(rèn)知風(fēng)險和真實風(fēng)險進(jìn)行形式化描述，不失一般性，我們將未來可能發(fā)生不利事件ω的系統(tǒng)G稱為一個風(fēng)險系統(tǒng)，記為。其中,gt是t時刻的情景，T是人們所關(guān)注的未來時間段。

定義1設(shè)gt是關(guān)于不利事件ω的風(fēng)險系統(tǒng)G在未來t時刻的情景，T是人們所關(guān)注的未來時間段。集合Rω={gt|t∈T}稱為關(guān)于ω的真實風(fēng)險。

例如，以2014年的最后一刻為過去、未來的時間分界點(diǎn)，設(shè)gt是四川省汶川縣映秀鎮(zhèn)關(guān)于地震災(zāi)害在未來第t年的情景，T是2015至2064時間段，則g1和g50分別是該鎮(zhèn)2015年和2064年的地震災(zāi)害情景。于是，該鎮(zhèn)關(guān)于地震災(zāi)害的真實風(fēng)險為REarthquake Disaster={g1,g2,…,s50}。顯然，只有到2064年的最后一刻，我們才能知道此R。

任何自然災(zāi)害風(fēng)險分析的工作，其實都是試圖在事前，用能夠收集到的數(shù)據(jù)、已有的知識和適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)工具，對Rω={gt|t∈T}進(jìn)行逼近。特別是，當(dāng)人們沒有能力對各時間點(diǎn)上的gt進(jìn)行逼近時，問題常常被簡化為對這些集合元素的統(tǒng)計特征，即概率風(fēng)險的研究。由于收集數(shù)據(jù)D及研究和選用數(shù)學(xué)模型M已融合了大量人類知識，對真實風(fēng)險的逼近，可以視為將數(shù)據(jù)D代入模型M得到的結(jié)果。這里D和M，是廣義的數(shù)據(jù)和模型，可以很簡單，也可以非常復(fù)雜。于是，我們有“認(rèn)知風(fēng)險”的形式化定義如下：

例如，假定將映秀鎮(zhèn)所在地震區(qū)的歷史地震資料和地震地質(zhì)資料、該鎮(zhèn)的工程地質(zhì)資料、現(xiàn)有建筑物及社會經(jīng)濟(jì)資料等，組成數(shù)據(jù)D，代入合適的地震活動性模型、地震危險性分析模型、地基分析模型、震害預(yù)測模型、社會經(jīng)濟(jì)分析模型等組成的大模型M，可對該鎮(zhèn)未來30年內(nèi)的地震災(zāi)害進(jìn)行期望值意義下的預(yù)測，其結(jié)果就是認(rèn)知風(fēng)險。

3動態(tài)風(fēng)險的界定

在一個變化系統(tǒng)中，只要時間段T不是很短，情景gt必會隨時間t而變化，即gt呈現(xiàn)動態(tài)。相應(yīng)的Rω={gt|t∈T}，我們稱為真實動態(tài)風(fēng)險。換言之，變化的真實風(fēng)險，就是真實動態(tài)風(fēng)險。

人們自然會想到，變化的認(rèn)知風(fēng)險就是認(rèn)知動態(tài)風(fēng)險。如果能在情景gt層次上，而不是時段T的統(tǒng)計意義上逼近Rω，我們就能認(rèn)知動態(tài)風(fēng)險。似乎只要在以往風(fēng)險分析模型中加入時間因素，靜態(tài)模型可進(jìn)化為動態(tài)模型。然而，這種模型維度拓展，常常是失敗的。例如，任何古典概率的模型都不能通過加入時間因素來研究隨機(jī)過程。又如，結(jié)構(gòu)動力學(xué)中因振動而產(chǎn)生的慣性力和阻尼力，不能用結(jié)構(gòu)靜力學(xué)模型加入時間因素來描述。

事實上，面對一個給定的風(fēng)險系統(tǒng)，當(dāng)人們努力認(rèn)識風(fēng)險時，并不知真實風(fēng)險為何物，因為真實風(fēng)險將在一定時段后才能得到確認(rèn)。人們之所以有時能對真實風(fēng)險進(jìn)行統(tǒng)計意義上的認(rèn)識，是不自覺地假定了風(fēng)險系統(tǒng)的過去和未來在關(guān)注的不利事件情景方面有相同的統(tǒng)計性質(zhì)。所有的概率風(fēng)險分析模型，只有在這一假定之下才能用歷史資料來進(jìn)行分析。這就是前述的平穩(wěn)馬爾可夫隨機(jī)過程假定。這一假定掩蓋了風(fēng)險的動態(tài)性。同時也說明，僅用歷史資料，人們無法認(rèn)識動態(tài)風(fēng)險，即使歷史資料可以加入時間標(biāo)記。

與“真實動態(tài)風(fēng)險”概念相對應(yīng)，下面我們提出“認(rèn)知動態(tài)風(fēng)險”的概念。

人類對現(xiàn)象進(jìn)行描述，稱為“認(rèn)識”。認(rèn)識始于人們對現(xiàn)象的劃分，進(jìn)而上升到考慮各種現(xiàn)象之間的相互關(guān)系。人們對風(fēng)險的認(rèn)識，離不開對危險物和非危險物的劃分，進(jìn)而考慮風(fēng)險源和風(fēng)險承受體與不利事件之間的相互關(guān)系。特別地，當(dāng)人們考慮到風(fēng)險源和風(fēng)險承受體的變化時，對風(fēng)險的認(rèn)識，就是動態(tài)認(rèn)識。

隨機(jī)變化，是人們談?wù)摰米疃嗟娘L(fēng)險系統(tǒng)的“變化”，并使用概率統(tǒng)計的理論和方法對其加以認(rèn)識，進(jìn)而用統(tǒng)計特征(例如期望值)來量化風(fēng)險。盡管不同的人，在不同情況下，在不同的時間，對同一風(fēng)險的認(rèn)識往往不同(例如，2008年汶川8.0級大地震后的10年，即2018年，汶川地震災(zāi)害的風(fēng)險是什么？地震專家和當(dāng)?shù)鼐用竦恼J(rèn)識會不同；心情不同則認(rèn)識會不同；在2008年和在2014年的認(rèn)識會不同)，但在約定的數(shù)據(jù)和模型下，隨機(jī)變化的統(tǒng)計特征卻是唯一的。并且，許多人認(rèn)為，正是因為有變化，而且是隨機(jī)變化，導(dǎo)致未來不利事件只能從統(tǒng)計意義上進(jìn)行描述，而不能較精確地計算出系統(tǒng)G在未來t時刻的不利事件ω的情景gt，才有風(fēng)險現(xiàn)象(如能精確，則是偽風(fēng)險)的存在。于是，人們在系統(tǒng)分析理論中發(fā)展出風(fēng)險分析論，或稱為隨機(jī)系統(tǒng)論，即用概率統(tǒng)計模型M來認(rèn)識由于隨機(jī)變化產(chǎn)生的風(fēng)險現(xiàn)象。然而，一旦用統(tǒng)計特征規(guī)律化系統(tǒng)的變化，風(fēng)險就被靜態(tài)化，風(fēng)險的動態(tài)屬性就被掩蓋得無影無蹤。事實上，大多數(shù)風(fēng)險，一直在變化，不可能用統(tǒng)計特征將其靜態(tài)化。例如，北京地區(qū)的霧霾健康風(fēng)險，不可能用任何的統(tǒng)計模型M將其靜態(tài)化，而是隨著政府管治措施的變化而變化。如果試圖用國外的霧霾管治歷史資料來計算北京地區(qū)未來5年內(nèi)的霧霾健康風(fēng)險，將沒有意義。

顯然，對風(fēng)險的動態(tài)“認(rèn)識”，并不是對風(fēng)險系統(tǒng)隨機(jī)變化規(guī)律的認(rèn)識，而是對風(fēng)險源和風(fēng)險承受體的綜合環(huán)境和內(nèi)在變化的認(rèn)識，進(jìn)而通過耦合作用，認(rèn)識風(fēng)險是如何隨之而變。據(jù)此，我們給出“認(rèn)知動態(tài)風(fēng)險”的定義如下：

定義3設(shè)不利事件ω的風(fēng)險系統(tǒng)G 隨著綜合環(huán)境E和內(nèi)在屬性C的變化而變化。假定其變化是通過對風(fēng)險源S和風(fēng)險承受體O的影響而實現(xiàn)。設(shè)“?”是我們通過耦合S和O而認(rèn)識風(fēng)險的某一數(shù)學(xué)算子，我們稱Rω(E,C)=S(E,C)?OE,C為認(rèn)知動態(tài)風(fēng)險。

例如，1998年長江特大洪水后，我國政府投入巨資加固了長江堤防并在上游大面積退耕還林，不利事件ω(水災(zāi))的風(fēng)險系統(tǒng)G(天氣系統(tǒng)和長江流域社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng))的綜合環(huán)境E(水土保持)和內(nèi)在屬性C(堤防)均發(fā)生了很大的改變，風(fēng)險源S(洪水)發(fā)生了變化，從而長江流域的洪水災(zāi)害風(fēng)險也必將發(fā)生變化，由Rω(水土保持，堤防)表達(dá)的風(fēng)險，是一種認(rèn)知動態(tài)風(fēng)險。如果考慮全球氣候變暖和社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的變化，風(fēng)險的動態(tài)性會更明顯。它們均是對真實動態(tài)風(fēng)險Rω={gt|t∈T}的某種逼近。

再例如，2014年5月底，氣象部門發(fā)出了北京市大風(fēng)預(yù)警，大興區(qū)龐各莊鎮(zhèn)的個別瓜農(nóng)采取了對西瓜藤蔓及時壓土的防御措施，改變了不利事件ω(風(fēng)災(zāi))的風(fēng)險系統(tǒng)G(天氣系統(tǒng)和西瓜地)的內(nèi)在屬性C(抗風(fēng)能力)。由Rω(抗風(fēng)能力)表達(dá)的風(fēng)險，也是一種認(rèn)知動態(tài)風(fēng)險。

風(fēng)險系統(tǒng)的綜合環(huán)境和內(nèi)在屬性的變化，不僅改變著風(fēng)險源激活的隨機(jī)性，也改變著風(fēng)險承受體的脆弱性。當(dāng)我們隨機(jī)拋擲一枚質(zhì)地均勻的硬幣時，其落地后正面朝上的概率是0.5。一旦我們在該硬幣的某一面粘上一小塊口香糖，拋擲而落地后正面朝上的概率將發(fā)生變化。這種隨機(jī)性質(zhì)的改變，與時間沒有關(guān)系，只與是否粘上口香糖有關(guān)系。當(dāng)我們在1976年唐山大地震后對北京市的大量住宅進(jìn)行加固后，就大大降低了這些建筑物的地震脆弱性。這種脆弱性的改變，與時間沒有關(guān)系，只與是否進(jìn)行了加固有關(guān)系。

定義3中所指的“耦合”，英文為“Coupling”。兩個對象“風(fēng)險源S”和“風(fēng)險承受體O” 在一起叫做“耦”。它們經(jīng)某一算子結(jié)“合”而變成“風(fēng)險”，叫做“耦合”。當(dāng)我們用不利事件x發(fā)生的概率密度函數(shù)p(x)刻畫S，用關(guān)于x的易損性函數(shù)f(x)刻畫O，并界定“風(fēng)險”的內(nèi)涵為損失期望值時，用于耦合S和O 而認(rèn)識“風(fēng)險”的算子，就是f(x)乘p(x)并積分。

綜上所述，我們界定的動態(tài)風(fēng)險，是指隨系統(tǒng)變化而變化，并且不能用統(tǒng)計特征平均化的風(fēng)險。動態(tài)風(fēng)險的變因，是綜合環(huán)境和內(nèi)在屬性的變化，而不是時間的變化。時間，只是標(biāo)定系統(tǒng)變化前后的一個工具。耦合算子不僅與我們對風(fēng)險源和風(fēng)險承受體的描述有關(guān)，更與風(fēng)險的內(nèi)涵有關(guān)。

4動態(tài)風(fēng)險分析的基本原理

動態(tài)風(fēng)險分析，就是用某種手段認(rèn)知動態(tài)風(fēng)險。動態(tài)風(fēng)險分析中帶有普遍性的、最基本的、可以作為一切理論和方法之基礎(chǔ)的規(guī)律，稱為動態(tài)風(fēng)險分析的基本原理。為此，我們先回顧一下“風(fēng)險分析的基本原理”是如何建立的。

文獻(xiàn)[1]中通過對環(huán)境危害、食品安全、生產(chǎn)安全、項目投資、金融系統(tǒng)、保險業(yè)、自然災(zāi)害、信息技術(shù)等八個領(lǐng)域中的主要風(fēng)險問題和常用分析方法進(jìn)行剖析，歸納出5種主要的風(fēng)險分析方法：①發(fā)生概率計算法；②暴露評價法；③危險辨識法；④期望值計算法；⑤經(jīng)驗合成法。并指出這些分析方法有下述三個共同點(diǎn)：

(1)明確具體風(fēng)險內(nèi)涵，框定風(fēng)險問題涉及的系統(tǒng)；

(2)涉及風(fēng)險源、影響和后果；

(3)進(jìn)行不確定意義下的量化分析。

在此基礎(chǔ)上，并根據(jù)多年的研究心得，筆者總結(jié)出了風(fēng)險分析的基本原理：明確風(fēng)險內(nèi)涵和涉及的系統(tǒng)，正視風(fēng)險源、影響場和作用對象的復(fù)雜性和不確定性，從最基本的元素著手分析，對其進(jìn)行組合，進(jìn)行不確定性意義下的量化分析。

顯然，動態(tài)風(fēng)險是風(fēng)險的一種，其分析的基本原理，應(yīng)該是風(fēng)險分析基本原理的一種深化。針對定義3 界定的認(rèn)知動態(tài)風(fēng)險，我們自然地提出了動態(tài)風(fēng)險分析的基本原理：明確動態(tài)風(fēng)險內(nèi)涵和涉及的系統(tǒng)，研究綜合環(huán)境和內(nèi)在屬性變化對風(fēng)險源和風(fēng)險承受體的影響，通過對變化中的風(fēng)險源和風(fēng)險承受體進(jìn)行耦合，進(jìn)行不確定性意義下的動態(tài)系統(tǒng)量化分析。

這里的“動態(tài)風(fēng)險內(nèi)涵”是指具體的動態(tài)風(fēng)險，既要明確風(fēng)險是指什么，更要明確動態(tài)是因什么而動，并以描述動態(tài)風(fēng)險情景某一個或幾個具體側(cè)面的相關(guān)量化指標(biāo)來體現(xiàn)。例如，如果風(fēng)險是指損失的期望值，動態(tài)是因時間而動，則風(fēng)險源強(qiáng)弱、風(fēng)險承受體脆弱性、綜合環(huán)境參數(shù)、內(nèi)在屬性參數(shù)、“損失”和“期望值有效時間長”等等，都是描述動態(tài)風(fēng)險情景的量化指標(biāo)。這里，不同時段期望值是描述動態(tài)損失風(fēng)險情景的一個側(cè)面。

動態(tài)風(fēng)險涉及的系統(tǒng)是指，該系統(tǒng)至少能用于描述風(fēng)險源、風(fēng)險承受體、綜合環(huán)境和內(nèi)在屬性。例如，宏觀的臺風(fēng)動態(tài)風(fēng)險系統(tǒng)，應(yīng)該由相關(guān)的洋面、臺風(fēng)影響區(qū)域、按月而分的時間空間、區(qū)域內(nèi)預(yù)警和應(yīng)急系統(tǒng)等組成。無論是各月份臺風(fēng)登陸頻度不同，還是社會發(fā)展使預(yù)警和應(yīng)急能力不同，都會使臺風(fēng)風(fēng)險不同。從針對年度臺風(fēng)風(fēng)險的研究，細(xì)化到針對月內(nèi)臺風(fēng)風(fēng)險的研究，我們對臺風(fēng)風(fēng)險的認(rèn)識，有望從靜態(tài)上升到動態(tài)。

顯然，動態(tài)風(fēng)險分析，需要更多的人類知識和觀測數(shù)據(jù)來支持，否則極有可能用精細(xì)的理論，卻給出荒謬的結(jié)論。為避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，我們須正視人類知識的局限性，遵循“知其一，不謬知其二”的基本原則，區(qū)別認(rèn)知風(fēng)險和真實風(fēng)險，界定較為合適的系統(tǒng)，對動態(tài)風(fēng)險進(jìn)行描述。

5結(jié)論和討論

時段、空間、強(qiáng)度，是完整刻畫風(fēng)險的三要素。今天，大多數(shù)自然災(zāi)害風(fēng)險圖，沒有時效性。一勞永逸式的，用歷史數(shù)據(jù)資料進(jìn)行風(fēng)險評估的工作，仍是主流?，F(xiàn)實中，隨著自然環(huán)境的變化和人類社會的發(fā)展，風(fēng)險必有變化。建設(shè)規(guī)劃中用的風(fēng)險圖，時效性應(yīng)該比較長；財產(chǎn)保險用的風(fēng)險圖，應(yīng)經(jīng)常更新；支撐災(zāi)害應(yīng)急管理用的風(fēng)險圖，則應(yīng)該具有實時跟蹤，及時預(yù)警的功能。風(fēng)險的復(fù)雜性問題，大多源于其動態(tài)變化。應(yīng)對全球氣候變化，促進(jìn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展，人們必須面對動態(tài)風(fēng)險，建立觸及動態(tài)風(fēng)險本質(zhì)的分析理論和方法體系。

人們對風(fēng)險的動態(tài)“認(rèn)識”，并不是對風(fēng)險系統(tǒng)隨機(jī)變化規(guī)律的認(rèn)識，也不是對風(fēng)險在時間軸上慣性變化的認(rèn)識，更不是用風(fēng)險雷達(dá)替代風(fēng)險矩陣顯示風(fēng)險，而是對風(fēng)險源和風(fēng)險承受體變化的認(rèn)識，進(jìn)而可通過耦合風(fēng)險源和風(fēng)險承受體，認(rèn)識動態(tài)風(fēng)險。今天，人們所能研究的，僅僅是認(rèn)知動態(tài)風(fēng)險，而非真實動態(tài)風(fēng)險，因為人們能捕捉到的風(fēng)險信息太少，用于描述風(fēng)險的數(shù)學(xué)模型太乏力。

針對認(rèn)知動態(tài)風(fēng)險，我們可將風(fēng)險分析基本原理發(fā)展為動態(tài)風(fēng)險分析的基本原理，其核心是“研究綜合環(huán)境和內(nèi)在屬性變化對風(fēng)險源和風(fēng)險承受體的影響”，局限于能用“風(fēng)險源和風(fēng)險承受體耦合”生成的認(rèn)知動態(tài)風(fēng)險。

由于篇幅所限，作者將另文介紹應(yīng)用基本原理得到的一個形式化模型，并另文介紹一個虛擬的臺風(fēng)動態(tài)風(fēng)險案例。

今天，我國已全面進(jìn)入風(fēng)險社會。自然災(zāi)害沒有減緩的勢頭，安全生產(chǎn)形勢嚴(yán)峻，環(huán)境污染嚴(yán)重，社會矛盾明顯增多，東海南海局勢升級，暴恐事件時有發(fā)生，風(fēng)險的動態(tài)性更加明顯。在建立動態(tài)風(fēng)險分析理論和方法的同時，借網(wǎng)絡(luò)時代的大潮，建立用智聯(lián)網(wǎng)[28]驅(qū)動的風(fēng)險雷達(dá)，實現(xiàn)動態(tài)風(fēng)險的網(wǎng)絡(luò)化管理，必大大有助于提高我國防災(zāi)減災(zāi)和應(yīng)急管理的能力。

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Exploration on the Basic Principles of Dynamic Risk Analysis in Natural Disasters

Huang Chongfu1, 2, 3

(1.StateKeyLaboratoryofEarthSurfaceProcessesandResourceEcology,BeijingNormalUniversity,

Beijing100875,China; 2.KeyLaboratoryofEnvironmentalChangeandNaturalDisaster,Ministry

ofEducationofChina,BeijingNormalUniversity,Beijing100875,China; 3.AcademyofDisaster

ReductionandEmergencyManagement,MinistryofCivilAffairs&MinistryofEducation,

Beijing100875,China)

Abstract:With the changes in the natural environment and the development of human society, the risk of natural disasters will inevitably change. A changing risk is called as a dynamic risk. This article outlines the research status of dynamic risks and points out that the update algorithms and trend forecasting methods are only suitable to study the dynamic risks due to inertia, which do not touch the nature of dynamic risks, and we define the dynamic risks with the changes in integrated environmental and intrinsic properties. People can study only the perceived dynamic risk. The basic principles of dynamic risk analysis are proposed. The key tasks are to study the effects of the changes in integrated environmental and intrinsic properties on risk sources and risk-bearing bodies, and how coupling of risk sources and risk-bearing bodies.

Key words:dynamic risk; perceived risk; real risk; integrated environment; intrinsic property; coupling

doi:10.3969/j.issn.1000-811X.2015.02.001

中圖分類號：X43

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1000-811X(2015)02-0001-07

作者簡介：黃崇福(1958-)，男，云南個舊人，博士，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向為自然災(zāi)害風(fēng)險分析.E-mail: hchongfu@bnu.edu.cn

基金項目：國家重大科學(xué)研究計劃“全球變化與環(huán)境風(fēng)險演變過程與綜合評估模型”(2012CB955402)

收稿日期：*2014-11-13修回日期：2014-12-15