灾害系统论，本文主要内容关键词为：系统论论文,灾害论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
内容提要 本文提出灾害系统的基本概念，研究灾害系统的基本结构、功能、环境、特征及灾害系统之间的相互作用。这种研究对于推进灾害总体研究和灾害学的发展具有重要意义。
灾害研究是现代科学研究中的热点。但是，目前的灾害研究尚存在着一个大的问题：绝大多数研究工作都是针对具体的灾害事件开展起来的，只研究单个灾害种类的单个方面，即进行分门别类的、孤立的研究，而缺乏关于灾害总体即灾害系统的研究[1～3]。这不利于对灾害共性的认识，不利于人们从总体上把握灾害。本文运用系统理论，在对各类灾害的性质与规律进行概括与抽象的基础上，提出灾害系统的基本概念，并从灾害与自然生态——社会经济系统的相互关系原理出发，研究灾害系统的结构、功能、环境、特征及灾害系统之间的相互作用。作者的目的是在灾害研究的内容、途径与方法上进行新的尝试，以期抛砖引玉，引起大家对灾害总体和基本理论研究的兴趣。
一 灾害系统及其结构
在灾害的特性与共性研究中我们认识到，灾害都不是孤立存在的[4,5]。各种灾害之间具有复杂的、有机的相互联系和相互作用，从而构成具有一定结构、功能、环境、特征和运动规律的灾害系统。
灾害系统的结构是指它的元素组成及这些元素在时间上和空间上相互联系与作用的方式，即包括两个方面：组分结构和时空结构。
从灾害系统的组分结构来看，灾害系统由各种元素即各种灾害和灾害事件构成，而在整个灾害体系中的一些灾害因具有某些相同的性质而又构成自已的系统，这就是灾害系统的亚系统。例如，从成因上看，灾害系统有自然灾害亚系统和人为灾害亚系统。自然灾害亚系统又可分为地质灾害、地貌灾害、气象灾害、生物灾害和天文灾害五大子系统。这五个子系统又可分别划分出次一级的灾害系统。例加，地质灾害系统可划分为地震、地火、地下毒气、火山喷发、海啸灾害等子系统；地貌灾害系统可划分为山崩滑坡、泥石流、雪崩灾害等子系统；气象灾害系统可划分为暴雨洪涝、干旱、热带气旋、冰雹、酷热、低温冷害、雷电、龙卷灾害等子系统；生物灾害可划分为病害、虫害、有害动物灾害等子系统；天文灾害系统可划分为天体撞击、宇宙射线异常灾害等子系统。人为灾害也可划分出各种亚系统，如由自然资源衰竭、环境污染、人口过剩等灾害组成的生态灾害亚系统；由工厂火灾、工程塌方、爆炸等灾害组成的工程经济灾害亚系统；由民间火灾、交通事故、战争、社会动乱等灾害组成的社会生活灾害亚系统。当然，由于水土流失、土地沙漠化、火灾、病虫害等许多灾害的形成既有自然因素的作用，也有人为因素的作用，因此，从成因上看，灾害系统还包括复合型灾害亚系统。
系统和亚系统都是相对而言的。因此，在本文的以后部分，“灾害系统”可以指某种灾害，或某几种灾害，或整个灾害体系，或这几方面兼而有之。
灾害系统的时空结构系指各种灾害在时间和空间上相互联系和作用的方式。不同灾害在时间上可以是离散的，即在不同的时间发生；也可以是接续的，即前后相继发生；或者是同步的，即同时发生。不同的灾害在空间上可以是异域的，即在相隔甚远的区域发生；也可以是邻域的，即在相邻的区域发生；还可以是同域的，即在同一区域内发生。综合考虑不同灾害的时间和空间关系，对灾害系统中的各元素在时间和空间上具有离散异域、离散邻域……同步邻域、同步同域等多种关系。
值得注意的是，从表面上看，灾害之间的关系以离散异域关系最为疏远，似乎是没有联系；以同步同域最为接近，似乎是紧密相关。但事实上不一定如此。例如，由于灾害后果的滞后性和迁移性，甲地一种灾害（如干旱）在发生一段时间后，可以引起远离甲地的乙地发生灾害（如蝗灾），这两种灾害虽是离散异域的，却有因果相循关系。又如，同一个地域可以同时发生水土流失与火灾，但这两者在成因和后果上可能毫无关系，例如水土流失由暴雨后洪水泛滥引起，而火灾纯粹因人为破坏性行为引起。因此，上面所列各种灾害的时空关系并未反映出灾害之间的实质联系。这种时空关系与实质关系之间的不直接相关性增加了灾害的模糊性。然而，两种关系之间的联系的研究却可以成为灾害及灾害系统研究的一条有效的途径。
不同灾害之间具有多种时空关系，同种灾害不同事件之间也可以具有这些关系。正因为如此，我们可以把灾害事件当作元素，对同种灾害进行系统研究。不过，当同种灾害的不同事件具有同步同域关系时，它们实质上是一个事件，而不是多个事件。
二 灾害系统的环境
任何系统必定都是包容它的更大系统的子系统，灾害系统的环境实际上是钱学森先生提出的地球表层系统的子系统[6]。这里，地球表层系统是指大气圈、水圈、生物圈（包括人类社会）、岩石圈所组成的巨系统。事实上，从更大的尺度看，灾害系统是包容地球表层系统的整个宇宙系统的子系统。我们将整个宇宙系统去掉灾害系统的部分称为灾害系统的环境。
灾害系统的环境可以区分为由自然过程和自然物质组成的自然生态环境系统、由社会经济过程和物质组成的社会经济环境系统及由这两种系统交织而成的生态经济环境系统。自然生态系统的运动与发展是产生自然灾害亚系统的环境；社会经济系统的运动和发展是产生人为灾害亚系统的环境；生态经济系统是产生复合型灾害亚系统的主要环境。社会经济环境系统和生态经济环境系统对于当今世界灾害系统的形成与过程的作用越来越大。
灾害系统与其环境之间具有相互联系和相互作用。按照系统论的观点，环境对灾害系统的影响和作用称为灾害系统的输入；灾害系统对其环境的作用称为灾害系统的输出。灾害系统的输入输出都是能量的、物质的、或信息的运动。例如，按照地球的板块构造学说，岩石圈的各个板块相互运动、挤压、碰撞和俯冲是构造地震发生的基本原因，这便是灾害系统的一种能量输入。地震的发生引起建筑物破坏、人畜伤亡等一系列灾难，这便是灾害系统的一种输出。此外，地震的发生还可通过地震波带来关于地球内部结构、组成和运动的许多信息，成为人类认识自然、改造自然、开发矿藏的宝贵资料，这也是灾害系统的一种输出，不过这种输出不会对人类社会起破坏作用。在灾害系统研究中，人们最关心的是灾害系统输出对人类社会系统有破坏作用的部分，即灾害系统的危害。
灾害系统的输入输出有直接和间接两类。例如，地震引起人们的心理恐慌，这便是一种间接性的信息输出。
灾害系统输入输出的强弱直接决定了灾害的形成、发展和后果。例如，如果地球岩石圈的各个板块的运动非常剧烈，给地震以较大的能量输入，则地震灾害会剧烈发展，后果严重，灾害损失大。反之，若各个板块之间只是轻微地挤压，后果较轻，灾害损失小。从这一点，我们可以看出环境对灾害系统的重大影响。
从更大的范围来看，天文系统也是灾害系统的一种环境。天文系统这一环境对于灾害系统也有着各种直接的或间接的影响，例如，太阳的活动对地球构造活动、地球物理场、生态环境、气象气候都有极大的影响，尤其是一些大的自然灾害，如地震、火山活动、洪涝、干旱乃至流行病的发生，都与太阳和太阳系的活动规律有着密切的联系。研究表明，伴随太阳黑子活动的太阳强级耀斑的爆发以及到达地球后的能量积累效应，不仅可能改变地球的自转速度，而且影响地震能量的释放。当强级耀斑爆发积累到一定次数，地球自转速度就加快，当耀斑爆发多时，地震的能量释放就大，反之，释放能量就小[7]。
三 灾害系统的功能
灾害系统的功能就是指它对输入的响应能力。所谓灾害系统的危害，不过是灾害系统对输入的各种响应中的一种。不同的灾害对于同一个输入的响应是不同的，同一灾害对于不同输入的响应能力也不同。例如，对于一个降雨过程，滑坡灾害和洪涝灾害可以有明显的、直接的响应，地震灾害却很难有响应；对于一次大的断层活动，地震灾害会随之发生，滑坡灾害也会明显的响应，但蝗虫灾害却不会受此影响。灾害系统对输入的这种响应关系从另一个侧面反映了灾害系统与环境之间的相互作用和相互关系。
对于由多种灾害组成的灾害系统来说，其总体功能也就是各种灾害对输入的响应能力的总和。由于灾害之间不一定是直线关系（即线性关系），这种总体功能不一定是单个灾害响应能力简单的代数和。灾害系统的总体功能不但取决于各单个灾害对输入的响应，即灾害与环境的关系，而且同时还取决于作为系统元素的各种灾害之间相互联系和相互作用的方式，即取决于系统的结构。换言之，灾害系统的功能与它的结构有关。例如，对于一个降雨过程，由洪涝、滑坡和泥石流灾害组成的灾害系统的总体响应功能很强，作为这种响应体系中的一种的“危害”也会较严重，这是因为洪涝、滑坡和泥石流不但各自直接受到降雨的影响，即对降雨这种输入作出响应，而且，这三种灾害之间还具有相互促进的关系，例如洪涝促使滑坡和泥石流的产生，滑坡促进泥石流的发生，泥石流也会在某种程度上促进新的滑坡产生。这种相互促进的关系使得这三种灾害组成的灾害系统对于降雨过程作出激烈的响应，即有较强的功能。相反，由洪涝、地震和蝗灾这三种灾害组成的灾害系统对同样的降雨过程会具有较弱的响应，其危害也会较轻。这是因为除洪涝灾害对降雨有直接的响应外，地震和蝗灾不会有明显的响应。相反，降雨还可能减轻蝗灾。因为降雨能缓解旱情，而干旱是蝗虫成灾的主要原因之一。因此，从总体上考虑降雨对洪涝、地震和蝗灾的促进作用，可能比单纯对洪涝灾害的影响还小，即系统总体功能不等于其要素的功能之和。
灾害系统的功能实质上是灾害系统对环境系统的输入进行加工，从而转化为输出的能力与性能。转化能力强则输出多而快，转化能力弱则输出少而慢；转化性能“优”，则输出对环境的冲击大；转化性力“劣”，则其输出对环境系统的冲击小。对于其环境系统中的一员——人类社会来说，总是希望其转化能力弱而劣，即希望灾害系统的功能差。当然，如果能够通过某种手段改变输入，或者改变其转化性能，促使其产生弱而劣的输出则更为理想，对灾害的防治也更为主动。
在这里，必须指出，灾害系统的功能决非单纯指灾害对人类社会的危害，这种危害只是系统功能的一部分内容。因此，研究灾害系统功能是站在比研究灾害危害性更广的角度和更高的起点来研究问题的，这对于全面、深入地进行灾害研究具有重要的意义。
四 灾害系统的特征
通过前面对灾害系统环境、结构与功能的分析，我们可以知道，灾害系统不但是一个随时间而发展演化的、非线性的、开放的动态系统，而且是具有社会性、不确定性等特征的大系统。
灾害系统是大系统。所谓大系统是指因素众多、规模庞大、子系统多、层次多、结构复杂、功能综合的系统，是多输入、多输出、多干扰、多变量、多参数、多目标的系统，并具有主动性、分散性、信息不完备性和不确定性等特征。灾害系统具有所有这些特征，因此，这是一种典型的大系统。对于灾害系统这样复杂的系统，必须采用系统科学方法进行研究。
灾害具有不确定性，灾害系统的边界、结构和功能都具有模糊性，即难以辨识；灾害系统中各灾害的发生具有随机性，灾害的成灾要素难以预测；灾害系统中各灾害的征兆、后果具有模糊性，难以判断和衡量。所有这些都造成了灾害系统的不确定性，这种不确定性是开展灾害系统研究困难的症结所在。随着科学技术的发展，人们将逐渐能够准确辨识灾害系统本身所发出的模糊的信息，从而了解灾害，并能在一定程度上控制灾害系统。
灾害系统具有非性线性性质。灾害系统对于环境输入的响应不具备线性叠加的性质。灾害系统的这种非线性性质，使得它在演化过程中可能出现不动点、分岔和突变等复杂的变化[8]。例如，对于一定水平以下的某种输入，灾害系统不予响应；对于一定水平以上的某种输入，灾害系统突变为性质不同的灾害系统；对于一定水平之间的某种输入，灾害系统的响应能力与输出水平呈曲线相关。仍以降雨过程与灾害系统为例对此问题加以说明：在特定的时空范围内，当降雨量和降雨强度处于一定水平以下时，洪涝、滑坡、泥石流都不会发生，即不响应；随着降雨量和降雨强度的提高，首先可能发生洪涝灾害，但其危害性不一定与降雨量或强度直线相关；若降雨量继续加大，或强度继续提高，则可能发生滑坡和泥石流现象，原先由单一的洪涝灾害形成的灾害系统演变成了“洪涝——滑坡——泥石流”这种复合型的灾害系统，其响应能力远远地高于洪涝灾害单一系统，因此这一转变是一种突变。
灾害系统具有开放性。灾害系统不断地与环境发生着物质、能量和信息的交换，是一种开放系统。在这种开发系统中，其自身的不可逆过程引起正熵增加，与环境的物质、能量交换则有可能引起负熵流，也有可能引起正熵流。当灾害系统不断地从外界环境中吸取负熵时，它便有可能克服内部的熵增，保持有序性，或进一步增加有序性，走向自组织，表现为灾害系统内子系统的协同运动。这种情况不仅对于整个灾害系统可能存在，而且对于它的子系统也可能存在。
灾害系统具有动态性。灾害系统的时间性极强，它随着时间而不断发展变化。这是由于它的环境系统在不断地变化，引起输入输出强度与性质的不断变化，进一步引起灾害系统结构与功能的变化，从而呈现出显著的动态性。灾害系统的动态性在客观上要求人们以发展变化的、动态的观点来研究灾害和灾害系统。
灾害系统具有生态经济性[9]。我们把那些在生态经济系统中产生的、对人类和人类社会具有危害作用的事件或现象叫做灾害，那些纯自然性的事件，不论其结果如何，都不是灾害。这就是说，灾害系统的要素——单个的灾害从根本上就具有生态经济性，这就赋予灾害系统以生态经济性。同时，灾害系统的环境系统中一个主要的子系统就是由生态系统和经济系统复合而成的生态经济系统，灾害系统的每一个方面——它的要素、结构、功能、输入，都受到生态经济系统的重大影响。此外，灾害系统的作用对象系统主要为生态经济系统，其输出与后果对生态经济系统的许多方面都产生深刻而广泛的影响。总之，灾害的成因、过程与后果都具有生态经济性。灾害系统与生态经济系统相互依存、息息相关，离开生态经济系统，无从谈及灾害系统，生态经济系统必然伴生着灾害系统。
五 灾害系统之间的相互作用
自然—社会是一个统一的有机整体。地球上的五大层圈（大气圈、水圈、岩石圈、生物圈和社会经济圈）之间存在着无数物理、化学、生物以至人类活动的过程，有着形形色色的相互作用，一个要素的时空变化总能引起其它要素的变化。因此，这些层圈包含的不同灾害系统之间也有着相互联系和相互作用。
每一灾害自成体系，因此单个的灾害也是一个系统。灾害系统之间的相互作用不但包括不同灾害体系（即自然—社会不同层圈所包含的灾害）之间的相互作用，也包括不同单个灾害种类之间的相互作用。
灾害系统之间相互作用的一种最主要、最常见的形式是相互引发、相互促进的作用。
首先，在各层圈结构内部各种灾害间有着广泛而密切的联系。例如，在大气圈里，台风与暴雨、低温与冰雹、高温与干旱之间都具有相互作用。同样，在岩石圈里，地震与滑坡、泥石流之间也有相互作用。
其次，各大层圈中的灾害之间具有一定的联系。海洋是对大气圈进行非绝热加热的主要热源，也是水汽的主要提供者，海温异常分布对大气环流产生显著的影响，厄尼诺现象就是典型的一例。厄尼诺现象一旦出现，东太平洋赤道海温异常增暖，纬向的瓦克环流和径向的季风环流发生很大变化，进而影响全球的气候。在厄尼诺的当年和次年，我国东北、华北、华南、华东等沿海及部分内陆地区气温均偏低，易形成冷害、洪涝或干旱灾害，例如，华北地区在厄尼诺的当年，降水偏少，容易出现干旱，而次年降水偏多，可见，海洋上的灾害可以引起大气活动异常，造成陆地上的灾害[8]。
地球岩石圈与大气圈之间存在着物质、动量和能量的转换过程。火山喷发出各种气体和大量尘埃，不但增加了对流层的凝结核，而且对大气中辐射收支、地面及平流层的气温都有明显的影响，从而产生大降温等灾害。
地震能引起气象变异。在孕震过程中，有热、电、磁等物理、化学过程，使得地温增高，近地面出现干热特征。因此，常常在震前一段时间内，广大地区出现干旱现象。我国17世纪一系列大地震就是发生在干旱时期。大气对岩石圈也有一定的作用，大气活动时空尺度大，气流速度快，对地球自转速度变化就会有较大的影响，可能形成地震和火山活动的一个触发因素。兰州高原大气研究所利用冬季地温预测当年汛期雨量，将预报准确率提高了80%，耿庆国则利用早震关系多次进行了大地震的中期预报[10]。这从实践上证明了地—气之间是存在着密切关系。
生物圈与其它各层圈紧密相关。生物对气候十分敏感。例如，飞蝗发生与气候因素有关，每逢大旱之后，往往发生蝗灾。水圈对生物圈也有明显影响，例如，当厄尼诺现象出现时，秘鲁沿岸鱼类大量死亡。气候恶劣造成粮食减产，火山爆发和地震能使森林毁灭、人畜伤亡。这些都是生物圈与其它各圈相互作用的例证。同时，生物对气候等圈层具有改造作用，例如森林能涵蓄水源，调节气候，增加空气温度，降低风速。生物圈对岩石圈改造作用更是显而易见。
社会经济圈对其它各圈层的影响，随着人类历史的发展而不断加深。环境污染、水土流失、土地沙漠化在相当程度上都是人类社会经济活动对自然各层圈产生的不良作用的后果[11]。
综上所述，地球上的各层圈是相互联系的，某一层圈发生异常，就可能导致其它层圈在较短时间内也出现异常现象，这就是灾害系统之间具有相互触发即因果转换关系的原因。
灾害系统的另一种关系是相互重叠、共同危害。例如，一些台风在我国登陆时常遇到北方冷空气，使风雨强度加大，损失加剧。
灾害系统之间还可以具有相互蚕食、相互排斥的关系。即某一灾害系统的存在可能阻止其它灾害的形成。我国华南和东南沿海各省都广泛流传着“一雷打九台”的谚语。根据广东、福建、浙江三省许多气象台站的研究，在海上有台风但未影响本站时，如果本站有系统性雷暴出现（亦即不是局部地区雷暴、气团内雷暴），则台风一般不影响本站。又如“大风无霜”的谚语也反映了风灾与霜灾的互斥关系。我国古人早就注意到了大雨截震的现象，即主震后余震较多，若遇大雨，则强余震就没有了。其原因古人说是“地气已纾”，就现代科学而言，可能是主震引起地面破裂，雨水进去使其易于蠕滑，因之不发生强余震。当然，这种解释只适应于陆地地震。
On Calamity System
Shen Shuguang
(Postdoctoral Research Station,Zhejiang Agricultural University)
Abstract
Some fundamental concepts of calamity system are presented .The structure,function,environment andcharacteristicsofcalamity ststem,and the interactions among different calamity systems are discussed.This study is of great significance to the development of the science of calamity.
注释：
①本文1993年11月30日收到。
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