基于判别分析探析气候变化对国家脆弱性的影响

李丹¹，朱家明²，徐亮²，李薇²

（1.安徽财经大学 金融学院，安徽 蚌埠 233030；2.安徽财经大学 统计与应用数学学院，安徽 蚌埠 233030）

摘要：气候变化作为21世纪人类面临的最严峻挑战之一，加剧了许多国家的脆弱性。针对气候变化如何影响国家不稳定问题，使用判别分析、时间序列分析、Holt-Winters无季节指数平滑拟合等方法，建立气候变化下的国家脆弱性评价模型和国家瘫痪的预测模型，并运用MATLAB, SPSS等软件对问题进行求解。通过研究影响因素，对防止国家成为脆弱的国家提供政策建议。

关键词：国家脆弱性；判别分析；时间序列分析；SPSS；MATLAB

随着人为活动对自然环境的进一步改造，使它打破了原来的区域自然环境各个要素之间的相互联系、相互作用的关系，在国家经济发展背景下，不免引发国家人均可使用资源改变，人口急剧增长和生态环境的污染等问题，这些问题常常加重了国家内部结构的不稳定性，同时也加剧了极端气候事件的发生。因此评价国家脆弱性工作成为了当前必须做的工作，也是国家抵御不稳定性的重要参考的资料^[1]。

1980年Gabor和Griffith最早提出脆弱性是一种人们遭受有害物质威胁的可能性，它包括社区的化学品含量、生态环境状态以及人们应付紧急事件的能力^[2]。20世纪90年代末后，脆弱性研究不断的深入并拓展，1996年Blaikie^[3]等还提出了有关脆弱性评价的模型即PAR模型，将政治生态学的研究框架与自然灾害研究相结合，从而对脆弱性原因又一次的探究。刘继生^[4]以吉林省松原市为例，选取了社会系统敏感性、恢复力、脆弱性进行分析辽源市社会系统脆弱性特征和影响因素，结果得出辽源市社会脆弱性逐年降低的趋势，其主要原因为敏感性降低，而城市恢复力增加所导致。本文针对国家脆弱性的研究，运用了聚类分析、回归分析等方法研究了气候变化对国家脆弱性的影响，创新地运用了Holt-Winters无季节指数平滑拟合预测了国家瘫痪的临界时间。

分布式能源是作为偏远山区，远离电网的地方发展电力的一种方式，是支农、惠农的一种技术，是一类电力负荷停电时的后备或电网黑启动的支撑，更是其对电力安全和能源安全具有不可替代的作用，尤其是天然气分布式能源，这是由其自身特点和电力发展规律决定的。

1 数据来源与模型假设

本文数据来源于The World Bank网站中国家脆弱性的排名，具体网址如下：http://www.worldbank.org/en/topic/fragilityconflictviolence/brief/harmonizedlist-of fragile situat -ions. 为了便于解决问题，提出以下几条假设：①假设气候变化基本可由二氧化碳和降水量表示。②假设由聚类分析得到的脆弱类型模糊子集为准确可靠的。③忽视模型效应的有限和不完整信息。

2 基于综合评价和回归分析的国家脆弱性类型及影响因素研究

2.1 研究思路

依据分层抽样原则，本文按照全球各国的气候类型进行分类，选择了54个国家作为研究对象，通过查阅相关资料和文献建立了评价国家脆弱性的指标体系^[5,6]。

本文计算了国家脆弱指数，并针对气候变化的影响因素和国家脆弱指数之间进行回归分析，研究其相关性。又通过显著性检验气候变化指标和其他指标的相关性，来研究气候变化影响国家脆弱性的其他间接因素（图1）。

图1 国家脆弱性指标体系

2.2 研究方法

经计算可知，二氧化碳和降水量与国家脆弱指数有显著的相关性，因此可以认为，气候的变化可通过自身如二氧化碳排放量和降水量的改变直接对国家脆弱性进行影响。同时，通过对其他因素的相关性检验，发现气候变化也可以通过影响森林面积、人均GDP、能量使用量、就业人口比率等因素，间接影响一个国家的脆弱性。

图2 脆弱指数求解流程

由结果易知，脆弱指数越大则国家越脆弱。

（2）基于回归分析模型研究气候变化对国家脆弱性的影响。

葡萄籽原花青素对阿尔茨海默病模型大鼠学习记忆能力的改善作用及其机制研究 ……………………… 陈 伟等（13）：1760

将忠君孝顺这一“命题作文”放在现代社会考量，这是一部关于人性的电影。药师程婴中年得子，生活本来幸福美满，宫里大臣政客们争权夺利的斗争与他根本不相关，他愿意参加吗？还要牺牲自己的孩子和女人，甚至搞得自己家破人亡！电影对这些是怀疑和否定的。电影里不管是赵氏天下还是屠岸贾掌权，都不会国泰民安，因此，屠岸贾奸臣篡国的罪名便消逝了，而程婴救孤也是不得已而为之，甚至最后抚养赵氏孤儿是出于恨意，韩厥也是出于对屠岸贾的一刀之恨。这种对剧中人物行为出发点的现代解释便有了颠覆传统说教的意味。

图3 二氧化碳排放量与脆弱指数散点图

图4 降水量与脆弱指数散点图

通过matlab软件对脆弱指数做回归分析，由于二氧化碳和降水量回归方程显著性检验的概率均为0，小于显著性水平0.05，则可认为二者与国家脆弱的关系是显著的。可得回归模型为

y=-2.943+0.336+0.009

其中，为二氧化碳排放量，为降水量。且进行残差分析，见图5, 6。

雷雪英用记忆症状评估量表（memorial symptom assessment scale，MSAS）测量工具，采用便利抽样法调查发现，肝硬化患者各症状分量表与生活质量各维度呈负相关，相关系数在-0.86～-0.05，提示肝硬化患者的症状体验对其生活质量呈负面影响，即患者症状水平越高生活质量越低[6]。

（1）确定各国家脆弱类型的判别模型

图5 二氧化碳排放量与脆弱指数残差图

图6 降水量与脆弱指数残差图

2.3 结论分析

（1）计算国家脆弱性指数。通过计算国家脆弱指数，可以量化的研究各国家的脆弱性。通过查阅相关文献和资料，研究了脆弱指数的计算方法，具体流程见图2。

3 基于时间序列分析的国家瘫痪预测

3.1 研究思路

我们以北非某国家作为研究对象。研究发现能量使用量对国家脆弱类型的改变较为明显，这里，选择当能量使用对非常脆弱和脆弱类型的贴近度相等时的量为临界点，并通过时间序列分析来预测达到该点的时间，具体思路见图7。

目前，虽然关于我国古代图书收藏与管理等方面的论著颇丰，但笔者认为，古代图书管理与发展过程中，尚存仍需进一步考究与厘清的一些史实和问题。通过查阅相关史料，本文在古代图书馆的产生，古代藏书形式、古代典籍的整理与分类法演变等方面进行了梳理与探讨。

图7 研究思路图

3.2 研究方法

②为分析气候变化通过哪些因素间接影响国家脆弱性，取二氧化碳排放量和降水量分别对其他影响国家脆弱性的指标变量进行相关性检验。对结果分析，可知二氧化碳排放量对能量使用量，人均GDP的显著性分别为0.008和0，通过检验；降水量对发现森林面积，能量使用量和就业人口比率三个指标的显著性分别为0.001, 0.006, 0.001，通过检验。

①确定模糊子集。查阅相关资料文献，按照已有的国家脆弱性排名，进行模糊c均值聚类分析，将国家脆性类型大致分为稳定、脆弱、非常脆弱三类。并求出各脆弱类型的模糊子集，分别用表示如下：

非常脆弱：

脆弱：

删除异常值后，模型回归合理。

稳定：

②判别分析。通过数据建立一个国家的模糊子集并求与各脆弱等级的模糊子集间的贴近度，结合最大隶属度原则，判定该国家的脆弱类型。

角色扮演被认为是一种有效的语料收集方法。研究人员设计交际情景，划定交际双方的角色关系，包括性别、年龄、社会距离、相对权势等，并向被试做出说明和解释，要求被试根据这些给定的框架，想象他在此情此景中将如何实施某一言语行为，并口头“表演”出来，旨在帮助研究人员了解在具体情景下人们如何借助一定的语言形式来实现相应的交际目的。

（2）通过计算临界值进行国家瘫痪预测。本文选择以北非某国家作为研究对象。经上述研究发现能源使用量作为气候变化对国家脆弱性的影响最为明显，且其他指标对脆弱性的影响大多为正向的，因此，以2016年的数据作为研究对象，且假定在未来不改变，此时，可求得的能源使用量即为该国达到非常脆弱或者瘫痪时的最小值即临界值。

① 取北非某国家近年来的能源使用量数据（图8）

可求得与各级别的贴近度

非常脆弱：脆弱：

这块石头不但不美观，而且还经常挡着别人的道路，大家都嫌弃它，看到它都绕着走。我一看到这块石头就想吐，因为它的身上经常有蜘蛛丝和其他动物的口水。看来这块石头真的是毫无用处，要提醒保安爷爷把它弄走。

计算两者相等时，即可得到临界值。

利用所求数据，对北非某国家进行时间序列分析。

对临界值的求解，通过计算能源使用量对脆弱和非常脆弱两个级别模糊子集的欧几里得贴近度，当二者相等时求得的能源使用量就是该国过度到瘫痪的临界值。将其设为未知量x，得能源使用量的模糊子集为

①通过回归分析二氧化碳排放量和降水量与国家脆弱性的影响，来研究气候变化对国家脆弱的直接影响因素。首先对数据做散点图分析，见图3,4。

16 cm×16 cm的玻璃板2块（用于底座和顶盖）、15 cm×31 cm的透明玻璃4块；钢锯、玻璃刀、玻璃胶、打孔器、钳子、槽刀、银色细铁丝（化学键）、4种颜色的彩色硬纸板（红、黄、橙、绿）、直径0.5 cm白色小球、直径2 cm的塑料蓝色五角星、量角器、尺子、胶水、剪刀、记号笔、白色水晶弹力绳。

图8 近年能源使用量数据

②进行Holt-Winters无季节指数平滑拟合。

首先，检验数据的平稳性。平稳序列通常具有短期相关性。该性质用自相关系数来描述就是随着延迟期数的增加，平稳序列的自相关系数会很快地衰减向零。

因此可以采用自相关图来检验。运用SPSS软件，做出它的自相关图。见图9。

图9 能源使用量自相关图

其次，不断进行预测，直到与临界值相近。

综上所述，低压配电系统作为电源向用电负荷传输电能的必要途径，它不仅影响人们的正常生活，同时还会造成责任事故，危及人体生命，损害国家利益。因此，不仅要对低压配电系统程序和环节进行全面了解，还要正视建筑电气设计中低压配电系统安全合理选择的问题，再保证电源稳定持续的前提下，通过合理方式调整配电形式，减少不必要的配电投资，已达到稳定持续供电的低压配电系统。

表1 能量消耗预测值

通过表1中的预测值以及前文分析可知，北非某国家可能会在2040年附近能量使用量达到临界值。根据前文的分析，当能量使用量达到临界值时，假设其他因素不随时间改变，此时国家将达到非常脆弱的水平，即可以认为国家即将开始瘫痪。

图10 预测模型

4 结束语

通过分析可以发现气候变化可以通过本身对二氧化碳、降水量等因素的影响来直接影响国家脆弱性，也可以通过影响森林面积、人均GDP、能量使用量、就业人口比率等因素，间接影响一个国家的脆弱性。了解到气候变化带来的影响有干旱、洪涝灾害、地震、海平面上升等，因此可针对这些问题采取合理有效的措施，来降低国家脆弱性，预防对国家稳定性的影响^[7,8]。

研究气候变化对国家脆弱性的影响可以有效的帮助相关部门采取措施，维护国家稳定。但本文仅选取了一个角度来预测国家的瘫痪时间，因素较少可能会产生一定的误差，在日后的工作还有待进一步研究。

参考文献：

[1] 王阿如娜. 气候变化下的城市脆弱性评价及影响因素分析[D].西安：陕西师范大学，2016

[2] Gabor T, Griffith T K. The assessment of community vulnerability to acute hazardous materials incidents [J]. Journal of Hazardous Materials, 1979, 3(04):323-333

[3] Blaikie,P T.Cannon,I.Davis and B.Wisner.At Risk: Natural Hazards, People Vulnerability and Disasters[R].New York:Routledge,1996

[4] 赵冰, 张杰, 孙希华. 基于GIS的淮河流域桐柏-大别山区生态脆弱性评价[J].水土保持研究，2009, 16(03):135-138

[5] 宋一兵, 夏斌, 匡耀求.国内外脆弱性研究进展评述研究[J].环境科学与管理, 2014, 39(06):53-58

[6] 程钰, 任建兰, 徐成龙. 资源衰退型城市人地系统脆弱性评估——以山东枣庄市为例[J].经济地理, 2015, 35(03):000087-93

[7] 刘天旭, 吴滔. 脆弱国家的评估标准问题[J].领导科学论坛, 2016(13):17-26

[8] 刘天旭, 邹雨.美国国家“脆弱性”研究中的中国影像偏见[J].湖北行政学院学报, 2016(06):22-28

Discriminant analysis on the impact of climate change on national vulnerability

LI Dan¹，ZHU Jia-ming²，XU Liang²，LI Wei²

(1.School of Finance, Anhui University of Finance and Economics, Anhui Bengbu 233030; 2.School of Statistics and Applied Mathematics, Anhui University of Finance and Economics, Anhui Bengbu 233030)

Abstract：As one of the most severe challenges faced by mankind in the 21st century, climate change has exacerbated the vulnerability of many countries. This paper aims at how climate change affects the problem of national instability, using discriminant analysis, time series analysis, Holt-Winters seasonal exponential smoothing, and other methods to establish a national vulnerability assessment model and a national forecast model under climate change and apply it. MATLAB, SPSS and other software solve the problem. By studying the influencing factors, policy recommendations are made to prevent countries from becoming vulnerable.

Key words：national vulnerability; discriminant analysis; time series analysis; SPSS;MATLAB

收稿日期：2018-09-13

基金项目：国家自然科学基金项目（61305070）；安徽省教研项目（2016ckjh007）

作者简介：李丹（1998-），女，安徽淮南人，主要从事概率统计与数学建模研究，1906480325@qq.com。

中图分类号：X24

文献标志码：A

文章编号：1007-984X(2019)01-0085-04

标签：国家脆弱性论文;  判别分析论文;  时间列分析论文;  SPSS论文;  matlab论文;  安徽财经大学金融学院论文;  安徽财经大学统计与应用数学学院论文;