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风险 I · 地震、火山与海啸

地震发生在地下,火山喷发受岩浆系统控制,海啸由海底位移把能量传给水体。

这些过程首先产生的是 hazard(危险性):某种物理事件在给定地点和时间窗中出现的可能性、强度与空间范围。

只有当人、建筑、基础设施等处在事件路径上,才有 exposure(暴露);不同建筑、收入、预警、医疗和撤离能力又造成不同的 vulnerability(脆弱性)。

本页把三者分开记账。一个无人的强震区仍可能有高 hazard,但社会风险可以很低;同一 hazard 在高暴露、低防护社区中可能造成完全不同的后果。

地震、火山与海啸的灾害过程链

图 24.1地震、火山和海啸分别从物理源经过传播/转换到局地强度,再与暴露和脆弱性相接。本图是灾害过程示意,链条、箭头和节点非按比例;它划出物理情景与社会账本边界,不给出任何事件日期、损失真值或发生预报。

简化板块活动带与 hazard、exposure、vulnerability 边界

图 24.2简化板块带只提供物理危险性的空间背景,旁侧再区分 exposure 与 vulnerability。本图是物理情景的教学等距圆柱投影示意,板块带、点位、带宽和距离非按比例;它不是观测产品、导航图或风险预报,同一 hazard 带也不意味着同一社会风险。

学习层:一座山坡社区的三本风险账

1. 具体情境:假想火山脚下的社区

设想一个用于教学的社区:它位于可能受火山灰、碎屑流或地震动影响的山坡上。

我们用 0 到 1 的无量纲输入表示事件概率、强度、暴露、脆弱性和防护能力。

这是情境设定,不是该火山或任何社区的预测,也不替代 USGS、地方地震台网或应急机构的危险性评估。

2. 揭示前预测:防护改变哪一本账?

请在实验中先回答:

  1. 暴露 \(E=0\) 时,物理 hazard \(H\) 是否也自动变成 0?
  2. 提升建筑加固和预警能力,会直接降低地震发生概率,还是主要降低脆弱性?

提交预测后,才显示三本账与残余风险指数。

3. 公式桥:从事件到损失的最小映射

为了保持单位透明,实验定义

\[ H=p\,i, \]

其中 \(p\) 是教学时间窗内的事件概率,\(i\) 是归一化强度。

令 \(E\) 为暴露比例,\(V\) 为无防护脆弱性,\(C\) 为防护/应对能力,则

\[ V_{\rm residual}=V(1-C), \qquad R_{\rm toy}=H\,E\,V_{\rm residual}. \]

这里的 \(R_{\rm toy}\) 只是无量纲教学指数;真实风险通常需要事件分布、资产或人口单位、损失函数、时间尺度和不确定度。

4. 互动实验:独立拖动 hazard、exposure、vulnerability

JavaScript 失效时的静态 fallback:默认值为 \(p=0.10\)、\(i=0.70\)、\(E=0.60\)、\(V=0.50\)、\(C=0.20\),全部是合成无量纲教学参数,不是某个地点的危险性预报。

账本 默认结果 含义
hazard \(H=p i\) \(0.070\) 物理事件强度 × 时间窗概率
exposure \(E\) \(0.600\) 处在影响范围内的归一化比例
原始 vulnerability \(V\) \(0.500\) 未考虑能力的脆弱性
残余 vulnerability \(0.400\) \(V(1-C)\)
风险指数 \(R_{\rm toy}\) \(0.0168\) \(H E V_{\rm residual}\),不是损失金额

预测门提交后,控件可分别改变五个输入;图中会把事件层、社会层和残余结果画成三个相邻但不相同的区块。

5. 边界:风险图不是命运图

  • 地震、火山和海啸的 hazard 模型需要断层几何、震源、传播、地形、岩浆过程或海底位移等物理信息;一个乘积指数不包含这些机制。
  • 低概率高后果事件不能只用平均损失描述;尾部、级联故障和撤离时序可能主导结果。
  • 暴露随时间、土地利用和人口移动变化;脆弱性也随建筑规范、维护、财富、健康与信任变化。
  • 防护能力不是一个永恒常数。预警存在提前量、覆盖率和误报/漏报权衡,不能当作百分之百有效的开关。

6. 迁移:从单灾种到公平的多风险治理

迁移问题:如果同一社区同时暴露于地震动和海啸,两个 hazard 的相关性与共同暴露应如何进入账本?如果某项加固只保护医院而没有降低全社区暴露,你会修改 \(E\)、\(V\),还是增加分组损失函数?

1. 三个词的操作定义

1.1 Hazard:物理过程的可能性和强度

地震 hazard 可由地面运动的空间分布、频率和持续时间描述;火山 hazard 还要分灰、熔岩、火山碎屑流、气体等过程;海啸 hazard 取决于海底扰动、传播和沿岸放大。

“危险性高”不等于“损失一定大”,因为还没有把谁在那里、建筑是否能承受写进来。

1.2 Exposure:谁或什么在路径上

暴露可以按人口、建筑面积、道路长度、关键设施容量或生态资产计量。

它应带有地点、时间窗和单位;把一个城市人口和一段电网容量直接相加,是单位错误。

1.3 Vulnerability:同样冲击,不同后果

脆弱性可写成强度到损失的条件函数,例如

\[ L=f(I;\,\text{building},\text{age},\text{warning},\text{health},\ldots). \]

它不是“某群体天生脆弱”的标签,而是物理、制度和资源条件共同形成的可改变关系。

2. 概率、重现期与场景

如果某事件在固定时间窗内的概率为 \(p\),简单重现期近似为 \(T=1/p\) 只在独立、平稳和定义一致时才有解释。

真实地震过程可能有时空聚集;火山活动还可能受前兆和状态转换影响;海啸风险要把源区和沿岸传播联系起来。

因此“百年一遇”不是每隔 100 年准时发生一次,也不是下一个世纪不会重复发生。

实验中的概率只是明确的教学输入,不是对一个真实地区的频率估计。

3. 数量级与单位感

物理学里,地面加速度可以用 \(\mathrm{m\,s^{-2}}\) 或相对于 \(g\) 的比例表示,海啸水位可用米,火山灰浓度可用质量体积比。

风险账本里的 0 到 1 只是归一化坐标,不能和米、帕斯卡或人数混用。

把归一化指数乘以资产总量时,必须说明损失函数和基准资产,否则结果没有可解释的货币或人口单位。

4. 常见误区

把 hazard map 当 risk map:前者主要描述物理危险性,后者还需暴露和脆弱性。

把一次震级当成损失:震级是源的尺度,震度、距离、场地和建筑决定当地冲击。

把预警当预测:预警在事件已被检测后争取时间,不能保证提前知道所有事件。

只看平均:高后果尾部、关键节点和跨区域依赖可能比平均情景重要。

把概率说成日期:概率陈述不能被翻译成确定的发生日。

5. 证据入口与更新约定

地震危险性和地震学基础可查 USGS Earthquake Hazards 官方入口;火山危害背景可查 USGS Circular 1492 火山专题资料。关于风险、暴露和脆弱性的气候语境,可查 IPCC AR6 WGII。

本页不引用实时地震、火山或海啸观测数字。若以后加入动态观测,必须标明指标年或事件日期、空间/时间基准、数据版本与核验日期(本课程资料基线为 2026-09-01)。

下一章把三个词带进热、旱、洪同时出现的水文气候复合风险。