什么是“千年一遇”事件

王晓明 高学杰

河南省郑州市2021年7月18日至21日4天的降雨量达到617.1 毫米，几乎接近其多年平均的年降水量，最大小时降雨量达到了201.9 毫米（7月20日16—17时），由此引发的洪涝灾害造成了巨大的经济损失以及人员伤亡。这次灾害事件之罕见程度被报道为“千年一遇”事件，由此引出科学问题：什么是千年一遇事件？

实际上，千年一遇的严格科学表述是指其平均重现期为1000年。理解什么是千年一遇这个问题，首先需要理解自然现象出现的不确定性，以及表述不确定性的方法。

我们定义一种自然现象的出现为一个事件，事件的不确定性可以表现为是否发生、达到何种强度及其发生的时间，而概率通常被用来表述事件的不确定性。

事件发生的不确定性可以表述为发生概率。假设某一强度的事件每年仅发生1次，其发生概率为P ，同时假设年际间的事件相互之间没有影响。一般而言，自然界中事件的强度和其发生的概率存在一定的关系——当事件强度越大时，发生的可能性就越小或概率越低。例如这次发生在郑州的强降雨事件，极为罕见，属于一个“比较极端”的极端事件。

建立事件强度和发生概率间的这种关系是灾害分析中的重要一步，通常结合历史观测数据并利用极端分布函数找出这种关系。受历史观测数据限制，发生概率越小的极端事件越难从实际观测中捕捉到。因此，超出观测范围的极端事件发生的概率，或者称（极）小概率事件，通常采用极端分布函数外推的方法得到。当然，其误差范围随外推程度而变大，此外采用不同分布函数所得到的结果也不尽相同。在所建立的关系下，一个事件的强度大小就可以体现在发生概率上——发生概率越低，事件强度越大。

假设我们知道某一事件每年发生的概率为P ，问题之一是间隔多长时间这种事件会再发生1次，这个时间间隔即被称为这个事件的“重现期”。重现期实际上是一个不确定量，可以下一年就再次发生，也可以到无穷远的未来才发生（即不发生）。平均重现期（Average Recurrence Interval，简写为ARI）可以表示为：

其中，n 为重现期，P （n ）是重现期为n 的概率，那么这一概率的计算公式表示为P （n ）=P （1-P ）n -1。由这个公式可以得到平均重现期T =1/P，也就是平均重现期是年发生概率的倒数。比如年发生概率是0.01的事件，其平均重现期是100年，也就是平均每间隔100年发生1次，即通常说的“百年一遇”事件。但并不排除这种事件实际上会在100年内就发生，或者100年后才发生，或在100年间多次发生。

再次强调的是，这个所谓的百年一遇事件不等于100年肯定会发生1次或至少发生1次。實际上，100年内发生至少1次的概率为：

由此可以看出，称此次郑州极端降水事件“千年一遇”，严格意义上讲是平均间隔1000年重现1次的事件，其年发生概率为0.001。

验证这个概率必须结合历史降雨观测数据，由建立的降雨强度和年发生概率关系确定其置信度（即可靠度）。当然，在选择表述这种关系的极端分布模型上也会带来影响，所以在使用通过模型外推方法得到的极端事件发生概率时，也需要注意其中的不确定性，特别是很低概率的事件。

对千年一遇事件的描述，与其在时间尺度上强调平均1000年出现1次，不如视其为对事件强度极端性的描述。

许多工程设计以及防灾减灾规划都是基于某一平均重现期事件而建立的。选用平均重现期时间越长，说明要求越高，所承担的灾害风险也越低。但是，高要求也带来高实施代价。因此，在实际设计和规划中，需要综合考虑风险减低和实施代价间的平衡，以建立最有效的灾害应对措施。

在全球变暖背景下，需要强调的是，极端气候事件每年的发生概率和重现期都会因气候变化而发生变化，原来概率小的事件发生概率会逐渐变大，平均重现期会变短。因此，气候变化背景下的工程设计、防灾减灾规划等需要有一定的前瞻性，合理建立适应措施，使安全性和有效性能长期得到保障，而非逐渐丧失。