多灾种时空耦合方法与应用研究

On the context of global climate change and increasing disaster risk, the studies of dynamic process and interaction mechanism form single hazard to multi-hazard provided unique perspectives to understand the complex relationship between human society and natural hazards on spatial-temporal scale, that is the important development tendency of geography and disaster Science. Nowadays, multi-hazard interaction is highly valued by more scholars. Some high-quality literature reviews and exploratory studies spring up. However, there are very few works on the theoretical framework and basic research methods of multi-hazard. In this study, we conducted a systematical review of the recent developments in the research on multi-hazard on geographic perspective, and further we proposed the scientific issue that based on the complex science, modeling the spatiotemporal network on multi-hazard, makes up for the deficiencies of traditional methods in terms of utilization of spatiotemporal data and adjustment of multi-hazards interaction. Furthermore, we applied the bipartite network to evaluate the changes in the pattern of concurrent drought and heat wave in the north and south of the Qinling-Huaihe region. Considering the framework related to social vulnerability, we analyzed the relative vulnerability of 97 cites to the impact of resident’s living environment due to the concurrent drought and heat wave. Our results can be used to enrich the theoretic system of disaster science, proposed region-specific and locally adapted policies, and provide new perspectives for multi-hazard research.

以复杂网络为基础，构建多灾种时空耦合方法，为灾害学综合性研究提供了新的思路。随着案例研究的不断丰富，迫切需要对多灾种时空耦合理论进行总结，构建系统性的方法体系；同时，前期研究多重视时空耦合规律的认识，与服务减灾实践衔接略显薄弱。针对上述问题，本项目将从“理论-数据-方法-应用”四个层面，总结多灾种时空耦合方法的理论基础；进而以“经典时空分析方法→时空耦合网络分析”为基础，提出多灾种时空耦合分析的“双线认识”路径；以“识别多灾种类型→抽象多灾种作用关系→构建时空耦合网络→时空网络可视化→时空聚类模型分析”为逻辑线索，提出多灾种时空耦合方法的技术流程；最后，以秦岭-淮河南北为研究区域，分析干旱热浪时空耦合特征，并结合脆弱性评价框架，评估干旱热浪耦合脆弱性时空变化，以期为构建适用于灾害复杂系统的数学模型，理解多灾种综合致灾机制提供理论和方法支持。

面向非过程的多灾种时空网络建模，本项目分析了秦岭南北干旱和热浪致灾因子趋于极端化的背景，借鉴多维时空网络和单顶点网络研究思路，构建了“地理时空分析—小波相干分析—时空耦合网络”方法框架，探讨了秦岭南北干旱—热浪耦合的群聚群发特征。在研究方法上，地理时空分析为干旱—热浪时空耦合提供基本事实判断，小波相干可定量干旱—热浪多时间尺度耦合关系，多灾种时空耦合网络可解释多灾种“平静—爆发”现象，识别干旱—热浪耦合稳定区和波动区，三种方法相辅相成，初步形成多灾种时空耦合分析方法体系。.通过梳理国内外多灾种发展背景，分析了多灾种相互作用发展历程和研究现状，将中国多灾种发展划分为：起步（20世纪70年代-80年代末）、发展（20世纪90年代-21世纪初）和综合（2008—至今）三个阶段。结合知识图谱和文献分析，发现多灾种研究正处于蓬勃发展的上升期，美国、英国、意大利和中国是多灾种研究的核心，但中国参与多灾种国际合作程度较低；多灾种研究学科以地球科学和交叉学科、水资源和大气科学为主，可持续发展科学逐渐融入多灾种研究。从理论基础、数据共享、方法体系和应用出口等4个层面，对多灾种研究进行展望，以期为构建适用于灾害复杂系统的数学模型提供理论基础。.综合考虑干旱热浪耦合危险性、暴露性和脆弱性，构建了干旱热浪耦合风险评价框架，对秦岭—淮河南北干旱热浪耦合风险区进行识别，探讨了不同指标要素与风险空间格局的响应关系。结果表明：秦岭—淮河南北干旱热浪耦合风险具有空间分异，排名前30位高风险区，有70%的城市位于长江中下游、淮河平原，30%位于四川盆地东部，上述城市人口密集，干旱热浪耦合暴露性强，使得区域面临干旱热浪耦合风险较高。路径分析验证干旱热浪耦合风险因素关系表明：秦岭—淮河南北危险性、暴露性与风险呈反向关系，说明区域干旱热浪高暴露、高致灾危险区，因社会应对灾害能力较强，可在一定程度缓解系统的受灾风险。