什么是“千年一遇”事件

王曉明 高學杰

河南省鄭州市2021年7月18日至21日4天的降雨量達到617.1 毫米，幾乎接近其多年平均的年降水量，最大小時降雨量達到了201.9 毫米（7月20日16—17時），由此引發的洪澇災害造成了巨大的經濟損失以及人員傷亡。這次災害事件之罕見程度被報道為“千年一遇”事件，由此引出科學問題：什么是千年一遇事件？

實際上，千年一遇的嚴格科學表述是指其平均重現期為1000年。理解什么是千年一遇這個問題，首先需要理解自然現象出現的不確定性，以及表述不確定性的方法。

我們定義一種自然現象的出現為一個事件，事件的不確定性可以表現為是否發生、達到何種強度及其發生的時間，而概率通常被用來表述事件的不確定性。

事件發生的不確定性可以表述為發生概率。假設某一強度的事件每年僅發生1次，其發生概率為P ，同時假設年際間的事件相互之間沒有影響。一般而言，自然界中事件的強度和其發生的概率存在一定的關系——當事件強度越大時，發生的可能性就越小或概率越低。例如這次發生在鄭州的強降雨事件，極為罕見，屬于一個“比較極端”的極端事件。

建立事件強度和發生概率間的這種關系是災害分析中的重要一步，通常結合歷史觀測數據并利用極端分布函數找出這種關系。受歷史觀測數據限制，發生概率越小的極端事件越難從實際觀測中捕捉到。因此，超出觀測范圍的極端事件發生的概率，或者稱（極）小概率事件，通常采用極端分布函數外推的方法得到。當然，其誤差范圍隨外推程度而變大，此外采用不同分布函數所得到的結果也不盡相同。在所建立的關系下，一個事件的強度大小就可以體現在發生概率上——發生概率越低，事件強度越大。

假設我們知道某一事件每年發生的概率為P ，問題之一是間隔多長時間這種事件會再發生1次，這個時間間隔即被稱為這個事件的“重現期”。重現期實際上是一個不確定量，可以下一年就再次發生，也可以到無窮遠的未來才發生（即不發生）。平均重現期（Average Recurrence Interval，簡寫為ARI）可以表示為：

其中，n 為重現期，P （n ）是重現期為n 的概率，那么這一概率的計算公式表示為P （n ）=P （1-P ）n -1。由這個公式可以得到平均重現期T =1/P，也就是平均重現期是年發生概率的倒數。比如年發生概率是0.01的事件，其平均重現期是100年，也就是平均每間隔100年發生1次，即通常說的“百年一遇”事件。但并不排除這種事件實際上會在100年內就發生，或者100年后才發生，或在100年間多次發生。

再次強調的是，這個所謂的百年一遇事件不等于100年肯定會發生1次或至少發生1次。實際上，100年內發生至少1次的概率為：

由此可以看出，稱此次鄭州極端降水事件“千年一遇”，嚴格意義上講是平均間隔1000年重現1次的事件，其年發生概率為0.001。

驗證這個概率必須結合歷史降雨觀測數據，由建立的降雨強度和年發生概率關系確定其置信度（即可靠度）。當然，在選擇表述這種關系的極端分布模型上也會帶來影響，所以在使用通過模型外推方法得到的極端事件發生概率時，也需要注意其中的不確定性，特別是很低概率的事件。

對千年一遇事件的描述，與其在時間尺度上強調平均1000年出現1次，不如視其為對事件強度極端性的描述。

許多工程設計以及防災減災規劃都是基于某一平均重現期事件而建立的。選用平均重現期時間越長，說明要求越高，所承擔的災害風險也越低。但是，高要求也帶來高實施代價。因此，在實際設計和規劃中，需要綜合考慮風險減低和實施代價間的平衡，以建立最有效的災害應對措施。

在全球變暖背景下，需要強調的是，極端氣候事件每年的發生概率和重現期都會因氣候變化而發生變化，原來概率小的事件發生概率會逐漸變大，平均重現期會變短。因此，氣候變化背景下的工程設計、防災減災規劃等需要有一定的前瞻性，合理建立適應措施，使安全性和有效性能長期得到保障，而非逐漸喪失。