（中国科学院研究生院教授国家地震局副局长）

世界性科学难题的攻克需要各国科学家的共同努力。为了做到协同攻关，在科技发达的今天，习惯的做法是：确定总的科学目标后，制定一项国际合作计划，来协调各国科学家的创造性活动。不久以前，许多科学家，其中包括美国前任总统科学顾问，现任美国国家科学院院长F普雷斯（F. Pres），提出从1990年开始进行“减轻灾害”国际科学合作计划，建议把二十世纪的最后十年宣布为“减轻灾害的十年”。

为什么科学家们如此重视灾害问题的研究呢？原因主要有三条：第一，灾害严重危害国家的经济发展、社会稳定和人民的生活，甚至生命财产的安全。随着社会进步，公众、社会和各国政府越来越重视减轻灾害的问题。第二，灾害是对于科学的挑战。从一定意义上说，科学史就是人类不断战胜灾害、减轻灾害的历史。灾害向科学家源源不断地提出了许多新的科学问题，为科学家们发挥创造性提供了机会。减轻灾害的社会需要为科学的发展提供了强大的推动力。第三，当前，世界正面临着人口、资源和环境三大问题。而资源与环境问题的严重性，日益明显。资源与环境问题密切相关。资源不合理开发势将恶化环境，引起各种灾害，而环境的恶化又直接影响可更新资源的增殖。这两方面的问题，牵涉到构成地球系统的岩石圈、水圈、气菌和生物等各个曲层，是非常复杂的大系统问题。只有在科学技术不断发展的今天，研究灾害以及灾害减轻问题，比过去更加具备良好的科学背景。

本文将对以上三个方面的内容，作一简要介绍。

一、灾害给人类带来了巨大的灾难

自然灾害，是对人类或社会利益造成重大损失的自然现象。人类所遭受的自然灾害是多种多样的，如地震、滑坡、泥石流、岩崩、火山喷发、水灾、旱灾、风灾、雹灾、雪灾、沙漠化、病灾、虫灾、台风、海啸、噪声、酸雨、水土流失、地面下沉、电磁及核污染、土地退化、物种灭绝等。下面举一些例子来说明灾难之巨大。

旱灾   1968 ~ 1984年非洲旱灾，被人称为“相当于一场世界大战的非洲危机”。200多万人死亡，2500万人受灾；1876 ~ 1879年华北连续三年大旱，史称光绪大旱，三年间，黄河中下游饥饿致死者多达1300万人，涝灾1642年，黄河泛滥，开封一地死亡30万人；1887年，长江流域洪灾，死亡150万人；1915年，珠江流域洪灾，死亡10万人。

风灾   1937年，印度加尔各答飓风，据A. 鲁弗估算，死亡20万人。1970年孟加拉飓风，死亡20万人；1922年，广东汕头台风，风力12级，海潮达12英尺，死者有户口可查者4万余人，流动人口及船民尚未统计在内。

地震   1556年1月23日，陕西关中（华县）8.3级地震，死亡有名可查者达83万人；1923年9月1日，日本关东8.1级地震。东京和横滨几百处起火，地震共倒塌房屋13万幢，大火烧毁房屋45万幢，死亡10万人，失踪4万多人，重伤达十万人。人员死伤大部分由火灾造成，有几万人由于东京市区四面起火，无路可走，拥挤在广场上籍枕而被烧死；1976年7月28日，唐山7.8级地震，死亡24万余人，倒塌房屋65万间，经济损失达300亿元；1985年9月19日，墨西哥城受到400公里以外8.1级地震的波及，但仍死亡七千余人，经济损失达50亿美元。

需要指出的是，灾害是普遍存在的。据联合国统计，本世纪前86年，死于各种自然灾害的人数达450万之多，而且几乎包括世界上的每一个国家的公民。

我们可以用中国的地震灾害为例子，进一步说明这种灾害的普遍性。中国大陆约有三分之一的地区是地震危险区；50万以上人口的城市有58%需要进行地震设防；而100万以上人口的大城则有70%的地震烈度在Ⅶ度或Ⅶ度以上。对于广大的地区，地震威胁的存在是广泛的。要想找出完全不发生地震灾害的地区，是一件很困难的事情。地震灾害的这个特点，对于其它类型的灾害也是存在的。

综上所述，灾害给人类带来了巨大的灾难，不仅造成千万人的伤亡，而且对社会和个人财富也造成巨大的损失。七十年代有人估计，人类社会每年所创造的财密，大约有5%被各种灾害（包括救灾、救济等花费）所吞噬。

二、灾害是对科学的挑战

大多数自然灾害是在人们未预料到的情况下突然出现的，它是对人类已有的科学知识的突破，是对科学发展的挑战。

摆脱灾害痛苦，是人类自古以来就梦寐以求的愿望。人类在同灾害斗争中，不断总结经验，积累资料，研究灾害，发展科学。新中国成立后，针对灾害的挑战，首先建立了一批研究灾害或与灾害有关问题的研究机构和社会组织。例如在中国科学院、地质矿产部、国家地局、国家海洋局、国家气象局和民政部等部委下面建立了一批研究所：水土保持所、沙漠冻土冰川泥石流研究所、大气物理所、地球物理所、地质所、地震研究所、林业土壤所和环境化学所等。并建立了中国环境学会中国地复学会、中国灾害防治协会等社会组织。其歌，建立并发展了相应的专业和学科，如地震学、气象学、生态学以及植物保护、灾害预报等。在天气和气候预报方面，以卫星和计算机技术为基础，发展了即时监测的技术系统；预报理论日益完善。在地震灾害方面，不断地采用了现代化的空间技术、遥感遥测和计算机技术，进入经验性预报和确定性预报互补的所时期。现代物理学、现代数学等新进展迅速地应用于灾害研究问题。

灾害对科学的挑战，往往导致了科学的进步。因为灾害发生的条件与规律，一旦被认识，科学就发展了。非洲干旱及干旱引起的灾害，生态学家们仔细研究后，发现与人类生活变迁有关过去非洲人传统的生活方式是游牧，人少牲畜少，迁徙的生活方式可以使牧场在人畜离开后容易得到恢复。但近几十年非洲人的生活方式发生了变迁，他们在水草丰茂处定居，物质条件和医疗条件的改善，人畜大量增加，过度的放牧使天然植被遭到毁灭性的破坏，在干旱的日子里，灾难就不可避免地发生了。一旦认识到这一点；便是生态科学的进步。又如，人类活动会产生大量的废水，当把这些废水注入地下深处时，会引起岩层间发生滑动，从而引起诸如地震等地下不稳定运动的发生，造成危害。认真地研究了这种现象后，地质学家们从科学上得到有效应力定律。这种科学认识上的进步，不仅可以解决注水诱发地震的问题，而且是科学上本质性认识的深化。这种认识对于研究地面下沉地震机理等其它问题都提供了新的思路。另外一个例子是滑坡问题的研究。美国力学家赖斯在六十年代偶然地对滑坡和泥石流灾害感到兴趣，因而和一位水文地质学家一起进行研究。他们发现滑坡多发生在雨季，设想雨水对滑坡产生有着重要的影响。因此，赖斯把滑坡带从理论上抽象为材料科学中的一条裂纹。他这样做的结果，从理论上很好地解释滑坡产生的条件，滑动的准则。他所用的方法，反过来又极大地促进了金属材料断裂力学的发展。赖斯在解决地质滑坡问题时所提出的J - 积分方法，目前也是力学中的重要方法。上述例子，说明了在灾难的挑战面前，由于应战而促成的科学进步。

必须看到，这种挑战一一应战的循环是无止境。的这是因为灾害，从哲学上讲是自然条件变化的一个价值评价，它是相对某一主体而言的。农害指自然条件变化对某一主体造成的有害影响。离开这一主体，无所谓害与利。这个主体就是人类的存在社会进步和经济发展。灾害作为一种自然现象是经常发生的，是一种普遍的现象，但它对人类造成的损失有增长的趋势。这是因为相对于灾害而言的主体在变化。第一，人口增加，入口城市化趋势增加；抵抗灾害能力下降。第二，人类改变自然的深度和广度急剧增加。下面这段话是意味深长的：“在强调对自然界改造的同时，必须对人类的活动自觉地加以限制，把对自然界的改造自觉地限制在某一阶段生态上可容许的范围之内，抵制无节制地向自然索取；以求人与自然和谐发展”，这一“大科学”的基本概念是人类遭受大自然无数报复之后才认识到的，但迄今不少人仍在做许多破坏生态平衡的蠢事，使得自然灾害出现时加剧对人们的危害。

三、灾害研究的内容

我国主要的自然灾害有气候及天气灾害、风暴潮、地震、滑坡与泥石流等，它们对国家建设和人民生活、生命财产危害大。近期主要的重点研究课题有：

——灾害性气候与天气的成因和规律。

一一板内地震成因，地震前兆及其形成机理。

——滑坡及泥石流的预测预防。

——人类活动对自然灾害的影响。

——灾害影响及减轻对策研究。

——灾害经济学与灾害社会学的研究。

下面就各种灾害共性的、目前十分活跃的两个前沿课题作一简要介绍。

1，大尺度生态系统的研究

这是一个所谓的“大科学”问题，也是一个十分重要的问题。

相对于人类来说；地球系统可以认为是一个生命支持系统，它包括三个子系统，即流体系统（水和大气）、固体地球系统和生物地球化学循环系统。后者是由全球的化学及生物学过程组成的，可以比拟为人体的消化及血液循环系统，是地球系统中一个代谢系统。灾害研究可以在不同尺度、不同层次下进行研究，但这种大尺度的地球生态系统的研究是最高层次的研究，对于灾害来讲，是一种战略性质的研究。通过这种研究，不仅可以推进对灾害的认识，而且可以了解特定灾害和其它事物的内在联系。即通过这种研究，可以探索自然灾害的成因、发生机制、影响、扩展机理和其一般法则，确立灾害的预测、减轻和控制方面的理论。由于了解了灾害与其它事物的关系，因此再以综合研究产生自然灾害的自然原因和社会原因，通过人为的努力，在相当大的程度上预防或减轻灾害。

地球生态系统，从系统工程的角度来看，恐怕也是迄今为止我们遇到的大最复杂的系统了。其范围之大，包括现象的多样与复杂；涉及问题之多，都是别的系统难以比拟的。所以，钱学森同志把它称为地球表层巨系统；用“巨”字来形容这一系统的浩大与复杂。为了更好地研究好这一大系统，起码我们应做好三件事：第一，仔细地研究每个子系统，弄清楚每个子系统的控制、调节和反馈诸因素，而且把研究结果定量化。第二，充分应用系统科学现有的成果，从今天角度来讲，就是要认真学习、了解和应用系统工程在过去的知识积聚和知识储备。这主要指信息论、系统论、控制论、耗散结构论、协同论和突变论等理论结果。由于大系统问题往往都是非线性问题，因此也包括相应的数学工具与其最新发展。第三，根据灾害系统研究的需要，不断地以新的问题、新的需要和新的成果进一步丰富和发展系统科学。举例来说，许多灾害过程都表现了共同的特点：一开始系统远离平衡态，以后通过突变，从而进入新的平衡态，即从一个无序结构突变到一个新的有序结构。然而“序”在各种各样自然灾害中的度量和其本质的研究，是一个新的问题，这个问题的研究无疑会使现代的系统理论更加发展和完善。

2. 灾害预测的研究

灾害多是突如其来地发生的，它的预测是极其困难的事情。正因为它是个困难的问题，所以现代科学发展中许多前沿课题都集中在灾害预测问题上。当前关于预测问题确定性与非确定性争论，不仅吸引了许多地球科学家的关注，而且是近代物理学、系统科学和哲学发展的研究核心问题之一。

最近有一项惊人的发现：简单的确定性系统（不含任何随机因素）竟会产生随机的（非确定的）行为。这种随机性是一种根本的性质，搜集更多的观测资料并不能使之归于消失，这样产生的随机性已被日益广泛地被称为“混沌”。

混沌现象的发现，一方面意味着预测能力受到了新的根本性的限制；另一方面，混沌现象所固有的确定性表示许多随机现象实际上可以用简单的法则来解释，它开辟了在各种环境系统中发现规律性的道路。

混沌现象的研究对灾害预测提出了许多新问题。首先是关于灾害预测的性质，这涉及到确定论与非确定论的争论。有的人认为“目前基于经验的统计预报仅是权宜之计，未来的预报将走向完全确定性的物理预报”。他们只承认确定性是物理学的规律，而把概率论视为对物理学的无知。这是牛顿力学的思维方式——拉普拉斯决定论，不符合复杂非线性系统的实际情况。

另一些人认为“地震发生的规律是统计规律”。他们不恰当地排斥了重要的动力学规律，而且认为未来可以完全由过去的样本所决定，不会出现新东西，仍是一个变形的拉普拉斯决定论。我们不能把牛顿力学在有限简单情况下适用的思维方式夸大为物理学的思维方式；更不能把它作为普通的科学方法论。物理规律并非都是确定性的，而随机亦有其物理基础。一般来说，系统演化的前景可以由多种可能性构成的“可能性空间”（混沌中正常与奇异吸引子的集合）来描述。可能性空间体现了系统自身性质的确定性方面，但到底走向哪一种可能性则取决于具体条件的组合，即系统在一定条件下对可能性空间中某种可能性进行选择。这种演化选择，体现了确定性与随机性（非确定性）的互补。

现代物理学的发展对灾害研究的模型化提供了激励。一种十分可能的前景是：混沌等物理学研究前沿最早会在灾害研究中找到它的应用，而反过来，灾害研究亦为现代物理学等科学的发展提供推动力。

（特邀编辑   张永谦）