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为什么我们能碰上这么多“百年一遇”的洪水?
2020-07-22 15:16:15  出处:科普中国  作者:牟福朋 编辑:陈驰   点击可以复制本篇文章的标题和链接

近期多地遭受到暴雨洪水灾害,让我们为受灾群众牵挂不已,也不禁让人产生了一些疑惑:“为什么号称‘20年一遇’的大洪水,似乎每年都会听说?”

看完本文你会发现,如果“20年一遇”的洪水不是每年都出现,那才是怪事呢。

此“N年一遇”非彼“N年一遇”

很多时候,公众会对科学名词产生望文生义的误解,“N年一遇”就是其中之一,人们很容易将这个词理解为“N年才会出现一次”。我们可以类比一下汉语中的另外一个词“千载难逢”,这个词的意思是“一千年也难见到一次,形容事情的罕见程度”。很明显它使用到了夸张的手法,所形容的事件也并非是真的每1000年才会出现一次。也就是说,无论是“千载难逢”还是“N年一遇”,其实说的都是某一事件的罕见程度。

以“100年一遇”为代表的“N年一遇”类词汇,是一组科学术语。简单地说,它们意味着对于某事件来说,在观察以往数据的基础上,该事件在一年里发生的概率。

例如对于某地域来说,我们观测了该地100年的夏季降水数据,发现只有1次降水量大于1000毫米,那么我们可以认为对该地来说,大于1000毫米的降水量就是“100年一遇”。也就是说,对于任何一年来说,该地降水量大于1000毫米的概率都是1%,而两次1000毫米降水的“平均”间隔是100年。因此,100年一遇的意思不是“100年才出一次”,而是“每一年出现的概率都是1%”。

因此,未来10年,该地至少出现一次100年一遇降水的概率是

为什么我们能碰上这么多“百年一遇”的洪水?

更有意思的是,100年一遇降水在未来100年内一次都不出现的概率,其实也很大。

为什么我们能碰上这么多“百年一遇”的洪水?

为了更好地说明问题,请大家看一幅图:

为什么我们能碰上这么多“百年一遇”的洪水?
图片来源:waterwatch.usgs.gov

该图描绘了美国某条河流每年的洪水峰值,中部的黑线表示的是10年一遇的标准。虽然超过该线的洪水平均间隔10年才会来一次,但是我们可以看到,9次发生洪水的间隔中只有3次超过了10年。所以给人的感觉就是“10年一遇的洪水往往不到10年就会发生一次”。

但是大家要注意的是,还有一类使用 “N年一遇”的说法的现象,例如我们常说“哈雷彗星的出现是76年一遇的天文现象”,这是因为哈雷彗星围绕太阳运行的周期是固定的76年,并不是概率事件。所以我们2020年看到哈雷彗星的概率并不是76分之一,而是零。大家一定要注意区分开这两种不同的“N年一遇”的用法。

“N年一遇”为何每年都会遇到?

有两个原因导致了我们现在会频繁地遇到“N年一遇”的自然灾害。

首先,通过上文我们知道,确定“N年一遇”的标准时,需要依赖以前的观测数据。虽然通过精确的观察和计算,工程人员可以确定一个合理的标准,但是我们无法预知未来,不知道这些数据是不是真的与未来的数据相符。随着全球气候变化的进程,极端天气的发生频率也越来越高,所以那些根据以前的数据制定出来的“N年一遇”的标准,可能就变得不准确了,这是我们现在频繁遇到N年一遇的灾害的原因之一。

其次,我们描述N年一遇时,是有地域概念的。我国幅员辽阔,有30多个一级行政区,各自的100年一遇的标准也是各不相同的。只要有其中一个发生了100年一遇的灾害,我们就会在媒体上读到信息,从而了解到“中国今年发生了100年一遇的灾害”。

根据概率计算可以知道,34个一级行政区中,每年至少有一个行政区遭遇100年一遇灾害的概率大约是

为什么我们能碰上这么多“百年一遇”的洪水?

这个概率已经很高了。如果我们考虑50年一遇的话,那么结果是,

为什么我们能碰上这么多“百年一遇”的洪水?

这就意味着,每年我国至少有一个行政区遭遇50年一遇灾害的概率是50%左右,这就已经很可观了。如果回到我们标题中所说的20年一遇,我们会发现这个概率是,

为什么我们能碰上这么多“百年一遇”的洪水?

也就是说,每年我国发生至少一次20年一遇灾害的概率高于80%。这样看来,20年一遇的洪水,似乎每年都发生也很正常。

那么为什么在很多人的印象里,以前没有过这么多的20年一遇呢?这主要是因为现在我们的媒体和网络都很发达,无论什么地方发生灾害我们都可以第一时间得到消息,所以会造成一种“以前没有这么多灾害”的假象。另外,正如前文所说的,现在的地球正在经历全球气候变化的进程,极端天气的发生频率确实在逐渐增加。

科学界的“历史遗留问题”

“N年一遇”的歧义很早之前就被人们诟病了,这套术语能够沿用至今,其实是一个历史遗留问题。在科学发展的历程上,经常会出现一些新的概念或术语,经过后人的发展研究之后,发现原来那些术语是错的,但是原来的术语由于已经被很多人使用开了,就不好纠正了,所以只能放任了。

和“N年一遇”相似的例子还有“光栅”,虽然字典里讲这个字在这里读作“shan”,但一看光栅的样子我们就知道这个“栅”在这里应该是“栅栏”的意思,所以读作“zha”才是正确的读音,只不过最早被引入我国的时候被人讹读成了“shan”,所以大家就都跟读“shan”了,还被收进了字典,成了标准音。

为什么我们能碰上这么多“百年一遇”的洪水?
一个衍射光栅的局部放大,可以看到明显的栅栏状结构。(图片来源:参考文献1)

再比如曾经化学家们认为“吸收氧气的反应叫做氧化反应”,但是后来人们发现,“氧化”这一词不够本质,物质被“氧化”的本质是该物质失去了电子。但是“氧化反应”这个词作为历史名词保留了下来,很多没有氧气参与的反应也是氧化反应,因为在这些反应中,物质失去了电子。

生物学中也有类似的例子,例如我们熟知的“进化”一词,对应于英文的evolution一词。“进化”总给人以“生物变得越来越先进”的错觉,事实上,进化指的是物种随着时间而逐渐发生变化的过程,进化并不意味着地球上的生物越来越“先进”。但是“进化”这个词由于被广泛应用,所以成为了标准的科学术语。

科学是严谨的,但是语言承载了交流的功能,需要考虑交流的方便性。如果非要严谨,强行把“20年一遇的洪水”改为“每年发生概率是5%,两次之间的平均间隔是20年的洪水”,那么就大大影响了语言的交流功能了。因此我们也不必要求大家非得把语言调整到滴水不漏,很多广为流传的“错误”术语也会成为约定俗成的“正确”说法,这也正是探索科学过程中的乐趣之一,不是吗?

参考文献

1. David, C., Bruder, J., Rohbeck, T., Grünzweig, C., Kottler, C., Diaz, A., Bunk, O., & Pfeiffer, F. (2007). Fabrication of diffraction gratings for hard X-ray phase contrast imaging. Microelectronic Engineering, 84, 1172-1177.

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