馮雯，李可軍

(1.昆明理工大學分析測試中心，云南 昆明 650093；2.中國科學院云南天文臺，云南 昆明 650011；3.中國科學院太陽活動重點實驗室(國家天文臺)，北京 100012)

交通事故發(fā)生受太陽活動影響嗎?

馮雯1，李可軍2，3

(1.昆明理工大學分析測試中心，云南 昆明 650093；2.中國科學院云南天文臺，云南 昆明 650011；3.中國科學院太陽活動重點實驗室(國家天文臺)，北京 100012)

根據(jù)1951－2009年59年間的中國交通事故起數(shù)和10 cm太陽射電流量的有關資料，用經(jīng)驗模式分解方法、交叉小波方法、相關分析方法等數(shù)學手段對二者之間的關系進行了分析研究。結(jié)果表明:中國交通事故的發(fā)生與太陽活動的11年周期活動存在具有統(tǒng)計意義的正相關關系，交通事故的發(fā)生受太陽活動的影響。最后對這種影響進行了解釋。

日地關系；交通事故；太陽活動；相關分析

CN53－1189/P ISSN1672－7673

依據(jù)《中華人民共和國道路交通安全法》規(guī)定，道路交通事故定義為“車輛在道路上因過錯或者意外造成的人身傷亡或者財產(chǎn)損失的事件”。隨著地球人口的巨增、經(jīng)濟的發(fā)展、社會的進步，貨物和旅客的運輸量日益增加，道路上機動車日益增多，道路交通事故也因此日益嚴重。2005年10月26日，聯(lián)合國大會通過一項決議，呼吁各國政府將每年11月第3個星期日作為世界道路交通事故受害者紀念日，以此緬懷道路交通事故的受害者，并關注受害者親屬所處的困境。2010年3月2日，聯(lián)合國大會通過決議，宣布2011年至2020年為“道路安全行動10年”，目標是通過全球共同行動，減少因道路交通事故造成的人員傷亡[1]。2012年11月18日聯(lián)合國秘書長潘基文致辭說，今年以來世界各地的道路交通事故已奪走約120萬人的生命。他呼吁各國致力于最大限度地減少道路交通事故造成的傷亡。他指出，世界衛(wèi)生組織已發(fā)出警告，如不采取緊急行動，到2030年，道路交通傷害將成為人類第5大死亡原因[1]。關注道路交通安全是全社會的職責。

按原因分，造成交通事故發(fā)生的原因有主觀的因素，也有客觀的因素。主觀原因是指造成交通事故的當事人本身內(nèi)在的因素，主要表現(xiàn)為違反規(guī)定、疏忽大意或操作不當，分別對應思想方面的原因、心里或生理方面的原因以及技術生疏、經(jīng)驗不足的原因?？陀^原因是指引發(fā)交通事故的車輛、環(huán)境和道路方面的不利因素[1]。據(jù)分析研究，統(tǒng)計上看，主觀原因可能還和外界因素有關聯(lián)，如太陽活動等[2－15]。太陽作為離地球最近的一顆恒星，其活動無時無刻不在影響地球上的萬事萬物，交通事故的發(fā)生同樣深受影響，許多學者研究發(fā)現(xiàn)，地球上很多地區(qū)車禍的發(fā)生都與太陽活動有一定的關系[2]。日本學者統(tǒng)計分析1943－1965年整整兩個11年太陽周期間東京和全日本車輛交通事故，發(fā)現(xiàn)每千輛汽車發(fā)生交通事故次數(shù)的高峰期均在兩個太陽活動周的極大年內(nèi)，日本交通事故與太陽黑子的周期有正相關關系[3，15]。前蘇聯(lián)科學家發(fā)現(xiàn)，太陽活動一爆發(fā)，全球交通事故就會比太陽寧靜的日子大大增加，一般會增加1～3倍左右[4，15]。德國、印度的一些大城市統(tǒng)計研究，也取得類似的結(jié)果[5，15]。文[6－7]研究也發(fā)現(xiàn)，武漢市機動車輛的交通事故發(fā)生與太陽活動的周期有關。文[2]根據(jù)1955－2008年54年間的太陽黑子數(shù)和中國交通事故發(fā)生起數(shù)的有關資料，用動態(tài)變化方法來看中國交通事故發(fā)生起數(shù)極值年與太陽黑子活動周期分布的關系，發(fā)現(xiàn)交通事故發(fā)生起數(shù)的相對多年和少年，有88.9%都發(fā)生在太陽黑子活動周期的極大值與極小值年及其附近的1－2年內(nèi)。他們用相關系數(shù)比較方法看太陽黑子活動19～23周內(nèi)的部分階段與中國交通事故發(fā)生起數(shù)的相關系數(shù)，發(fā)現(xiàn)在太陽黑子活動的各個周期內(nèi)，交通事故發(fā)生起數(shù)與太陽黑子數(shù)基本有較高的相關關系，因此他們認為，中國交通事故的發(fā)生及死亡人數(shù)與太陽黑子活動的11年周期和22年周期之間存在明顯的相關關系[2]。文[8－14]從醫(yī)學的角度對太陽活動影響交通事故的發(fā)生進行了解釋。本文用經(jīng)驗模式分解方法、周期方法等完全不同于文[2]的先進數(shù)學方法對1951－2009年59年間(比文[2]的時間序列略長)的10 cm太陽射電流量和中國交通事故的有關資料進行研究，分析二者間的關系，探究交通事故的發(fā)生是否真的受太陽活動的影響。

道路交通事故的發(fā)生，統(tǒng)計上看并不是隨機的，而是有一定的演化規(guī)律[16－18]，因此可以對道路交通事故進行預測[19－20]。如果交通事故的發(fā)生受太陽活動的影響，這無疑為道路交通事故預測提供了一條線索。因此，本文對中國交通事故與太陽活動的關系進行研究，將有利與對中國交通事故進行預測。

1 交通事故的發(fā)生與太陽活動關系分析

1.1 資料

交通事故資料采用由中國宏觀數(shù)據(jù)挖掘分析系統(tǒng)網(wǎng)站提供的從1951年到2009年59年間的中國交通事故發(fā)生起數(shù)，如圖1。交通事故起數(shù)從1951年開始，在小波動中，呈現(xiàn)明顯的增長趨勢；自80年代中期開始，轉(zhuǎn)變?yōu)樵诖蟛▌又谐尸F(xiàn)快速的增長趨勢；到2002年之后，出現(xiàn)急劇的下降趨勢。表征太陽活動的資料采用此期間的年平均10 cm太陽射電流量(RF)，如圖1。

圖1 1951－2009年間中國交通事故起數(shù)(單位:105起，實線)和年平均10 cm太陽射電流量(單位:40太陽射電流量單位，虛線)Fig.1 Annual numbers of traffic accidents in China in units of 105(the solid line)and annual-average solar 10cm radio fluxes in units of 40 sfu(the dashed line)from 1951 to 2009

1.2 整體分析

經(jīng)驗模式分解(Empirical Mode Decomposition，EMD)是一種對非線性、非平穩(wěn)信號進行時間－頻率分析的方法。它逐級進行平穩(wěn)化處理，把不同周期的波動從原信號中分離出來，并且該波動是平穩(wěn)的，最后得到的是趨勢分量。不同尺度的波動被定義成為本征模態(tài)函數(shù)(Intrinsic Mode Function，IMF)。本征模態(tài)函數(shù)波動分量具有顯著的緩變波包的特性，而趨勢分量則是單調(diào)函數(shù)或者均值函數(shù)[21－23]。本征模態(tài)函數(shù)是原始信號在不同時間尺度上的平穩(wěn)的窄帶信號，相對原始信號簡單得多。實際的時間序列往往信號成分比較復雜，甚至有用的弱信號被強信號成分或背景噪聲所淹沒[21－23]。對交通事故起數(shù)進行經(jīng)驗模式分解，得到趨勢項成分和本征模態(tài)函數(shù)波動成分(除去趨勢項成分后余下的成分)，如圖2。

圖2 中國交通事故起數(shù)經(jīng)經(jīng)驗模式分解后的趨勢項成分(下框)，以及扣除趨勢項成分后余下的成分(波動成分，上框)Fig.2 The long-term trend of annual numbers of traffic accidents in China(the bottom panel)and the residual (IMF component)of the annual numbers after the subtraction of the long-term trend(the top panel)

計算了交通事故起數(shù)的波動成分這個時間序列相對自己相位移動下的自相關系數(shù)，如圖3。在圖中，每相對移動一年的相位，去掉不成對的端點值后，計算余下成對數(shù)據(jù)的相關系數(shù)，反復移動、計算，于是得到如圖3的自相關系數(shù)隨他們之間相對相位移動的變化曲線。圖3表明，在相位移動為12年時，自相關系數(shù)達到最大，為0.660，在99.9%置信水平有意義，因此，波動成分存在約12年的周期。同樣地對10 cm射電流量也進行了周期分析，結(jié)果在圖3中顯示。當相位移動為11年時，自相關系數(shù)達到最大，為0.761，表明射電流量存在約11年的周期。一般地，日地空間內(nèi)約11年左右的周期都歸因于太陽活動[24－27]。在這里同樣地認為交通事故起數(shù)的波動成分的周期歸因于太陽活動，這就是說，中國交通事故的發(fā)生受太陽活動的影響。

圖3 中國交通事故起數(shù)的波動成分時間序列相對自己相位移動下的自相關系數(shù)(虛線)以及10 cm射電流量時間序列相對自己相位移動下的自相關系數(shù)(實線)Fig.3 Autocorrelation coefficients of the IMF component(the dashed line)and the annual-average solar 10cm radio fluxes(RF，the solid line).The coefficients are functions of respective phase shifts

圖4給出中國交通事故起數(shù)的波動成分和10 cm射電流量的交叉相關系數(shù)隨它們之間位相變化的關系。中國交通事故起數(shù)的波動成分時間序列相對10 cm射電流量時間序列每移動一個數(shù)據(jù)點(時間平移1年)，去掉不成對的首尾數(shù)據(jù)點，再計算它們的交叉相關系數(shù)，重復進行，就得到圖4給出的曲線。中國交通事故起數(shù)的波動成分時間序列相對10 cm射電流量時間序列向前移(從過去到未來的時間方向)為正的位移。95%的置信水平線也在圖中給出。由圖4知道，在沒有相對相位移動時，相關系數(shù)最大，為0.370，在99.6%置信水平有統(tǒng)計意義，二者同相位正相關。太陽活動強時，交通事故發(fā)生的可能性大。

圖4 中國交通事故起數(shù)的波動成分和10 cm射電流量的交叉相關系數(shù)隨它們之間位相變化的關系。中國交通事故起數(shù)的波動成分時間序列相對10 cm射電流量時間序列向前移(從過去到未來的時間方向)為正的位移Fig.4 Coefficients of the cross correlation between the IMF component and the RF(annual-average solar 10cm radio fluxes). They depend on the phase shift(in the horizontal axis)between the IMF component and the RF.A positive value of the phase shift means shifting the RF to be ahead of the IMF component

1.3 太陽周尺度分析

太陽活動在1954、1964、1976、1986、1996、2008年分別為第19到24太陽活動周的極小年，中國交通事故資料涵蓋了5個完整的太陽活動周19到23周。將交通事故的波動成分和10 cm射電流量的整體資料劃分到各個活動周，如圖5。計算每個活動周內(nèi)二者間的交叉相關系數(shù)，從19到23周依次為0.6507、0.5463、－0.4291、0.012、0.8929，依次在96.9%、95.3%、81.2%、12.6%、99.9%置信水平上有意義。第19、20和23周，正相關關系是有統(tǒng)計意義的。奇怪的是，在第21活動周出現(xiàn)了反相關關系，盡管相關系數(shù)沒有統(tǒng)計意義。我們不知道為什么會出現(xiàn)弱反相關關系的原因。21太陽活動周期間，中國社會出現(xiàn)大的變革，1976年結(jié)束“文革”，1978年開啟了改革開放的序幕；交通事故在80年代因此出現(xiàn)非常快速的增長趨勢(見圖1)。據(jù)此推測反相關關系的出現(xiàn)可能是由于政治、經(jīng)濟、社會出現(xiàn)大變化所致。在22周，如果去掉前3年的數(shù)據(jù)，從1989年開始，則相關系數(shù)變?yōu)?.859，在99.4%的置信水平上有統(tǒng)計意義。因此可以推測政治、經(jīng)濟、社會的大變化的影響一直持續(xù)到80年代底。

圖6給出中國交通事故起數(shù)的波動成分和10 cm射電流量的交叉小波功率譜圖。由圖知道，在11年周期附近，在1951－1970年代的中期以及1990年代開始到2009年期間，二者正相關，在1970年中期到1980年代末，二者反相關，和圖5的分析結(jié)果是一致的。在有統(tǒng)計意義的周期內(nèi)，二者是同相位的，因此太陽活動正相關地作用于交通事故的發(fā)生。有統(tǒng)計意義的周期在11年尺度附近，因此，是太陽活動導致交通事故起數(shù)出現(xiàn)11年左右的周期。具有共同的高能量區(qū)域出現(xiàn)在11年的周期附近，且出現(xiàn)在90年代之后，表明最近20多年來，太陽活動對交通事故的影響越發(fā)顯著。

圖5 各個太陽活動周內(nèi)的交通事故的波動成分(單位:105起，實線)和10 cm射電流量(虛線)。從上到下5個框圖依次為太陽活動19到23周。為作圖方便，各個框圖中射電流量都被一個常數(shù)除了Fig.5 The IMF component(the solid line)and the RF(the dashed line)in each of the solar cycles(Cycles 19 to 20).The cycles are plotted in the order from the top to the bottom.The RF data in each panel have been divided by a constant

圖6 中國交通事故起數(shù)的波動成分和10 cm射電流量的交叉小波。箭頭向右(左)表示二者同(反)相位，即正(反)相關。箭頭向下(上)表示中國交通事故起數(shù)的波動成分相位上領先(落后)10 cm射電流量900。細實線以下區(qū)域為受邊緣效應影響較大的區(qū)域。粗實線為95%的置信線Fig.6 Amplitudes of cross wavelets of the IMF component and the annual-average solar 10cm radio fluxes(RF).The thick solid contour represents the 95% confidence level.The regions below the thin solid curves are those under relatively large influences of the boundary effect.Right(Left)directions for the arrows correspond to the in-phase (anti-phase)relationship between the IMF and RF；downward(upward)directions for the arrows mean that the phase of the IMF component leads(lags)that of the RF by 900

2 太陽活動影響交通事故發(fā)生的可能原因

2.1 太陽活動直接影響人體生理而導致交通事故產(chǎn)生

當太陽活動強烈時，太陽發(fā)射的高能粒子會擾亂地球的磁場，產(chǎn)生地磁暴與電離層暴。在磁暴期間，人體皮膚的電位發(fā)生變化，它們在皮膚上的分布變得不對稱或者比較不對稱[10]。皮膚電位活動是人體交感神經(jīng)系統(tǒng)機能狀態(tài)及其反應性的指標，它與人體的精神、情緒等活動有關。人體皮膚電位分布的不對稱意味著交感神經(jīng)系統(tǒng)機能狀態(tài)異常，皮膚電位的變化還會影響到人類的內(nèi)部器官[10]。

在太陽活動干擾地球磁場期間，地磁場的變化會對人體的神經(jīng)系統(tǒng)(包括中樞神經(jīng)系統(tǒng)和植物神經(jīng)系統(tǒng))有直接的影響。比如:在地磁干擾期間，植物神經(jīng)系統(tǒng)交感神經(jīng)主要部分的緊張狀態(tài)有所提高，而植物神經(jīng)系統(tǒng)的副交感神經(jīng)部分，只有少數(shù)(通常為男性)趨于緊張狀態(tài)。植物神經(jīng)系統(tǒng)的平衡被打破，便會出現(xiàn)各種各樣的功能障礙。當機體處于緊張活動狀態(tài)時，分析判斷能力明顯下降，處理問題的能力也顯著降低[2，10]，增加交通事故發(fā)生的可能性。因此太陽活動與交通事故的發(fā)生呈正相關關系。

2.2 太陽活動作用于天氣而對交通事故產(chǎn)生影響

暴雨、下雪、霧等天氣易使路面打滑，造成道路能見度下降，破壞駕駛員視覺環(huán)境，因而增加交通事故發(fā)生的可能性。文[28]作者研究了在1951－1994年期間太陽活動與我國160個站降水量的關系，發(fā)現(xiàn)我國東南沿海向西經(jīng)漢水流域和長江上中游地區(qū)一直延伸到河西走廊為連續(xù)的負相關區(qū)；云貴高原和川藏高原以及新疆內(nèi)蒙等地區(qū)為正相關地區(qū)，另外，從山東、河北兩省(區(qū)域上含北京與天津)伸向東北地區(qū)為一正相關地帶?？偟膩砜矗袊邓颗c太陽活動在絕大部分地區(qū)呈正相關關系。文[29]作者認為由于太陽輻射的增強導致地球大氣熱力的增強，使太陽活動峰年更易發(fā)生洪澇。因此在中國地區(qū)來看，太陽活動可以通過降水量(雨雪)正相關作用于交通事故的發(fā)生。

2.3 太陽活動對人體致病而對交通事故產(chǎn)生影響

當太陽活動爆發(fā)時，大量的粒子流和宇宙射線會穿過地球大氣層，而飄浮于地球大氣層中結(jié)構極為簡單的病毒基因此時很容易斷裂而發(fā)生重組，從而使病毒發(fā)生變異[11]。俄羅斯科學家納塔利亞˙卡爾霍娃經(jīng)數(shù)年研究發(fā)現(xiàn)，太陽活動高峰期間發(fā)生的輻射可降低淋巴細胞的功能，從而會引起人體免疫力的下降。實驗表明，當太陽輻射強度較高時能使淋巴細胞合成蛋白的功能幾乎降低一倍[5，10]。太陽活動引起的地球磁場擾動對人類的心血管疾病有重要的影響。健康人的血液中纖維蛋白溶解系統(tǒng)的功能狀態(tài)在地磁場干擾期間發(fā)生了變化。纖維蛋白溶解的活性減小了，從而增加了形成血栓的可能性。因此太陽活動會導致心血管疾病、傳染病、流感等的發(fā)病[5，10－11]。帶病的駕駛員比身體健康的駕駛員更容易發(fā)生交通事故。因此太陽活動對人體致病而正相關地影響交通事故的發(fā)生。

3 結(jié)論與討論

關注道路交通安全是全社會的職責。本文利用1951年到2009年59年間的中國交通事故發(fā)生起數(shù)與10 cm太陽射電流量資料來探究二者間的關系，回答交通事故的發(fā)生是否受太陽活動影響的問題，為交通事故的預測服務。

首先對交通事故起數(shù)進行經(jīng)驗模式分解分析，剔除趨勢成分。這是本文與文[2]較為明顯的處理方法與步驟的差別。接著對余下的波動成分與10 cm太陽射電流量進行周期分析，發(fā)現(xiàn)二者有共同的周期；相關分析發(fā)現(xiàn)二者間存在具有統(tǒng)計意義的正相關關系。從這個數(shù)據(jù)段來看，太陽活動影響交通事故的可能發(fā)生，這為交通事故預測提供了新線索。

數(shù)據(jù)時間段覆蓋了5個完整的太陽活動周19～23周。對每個活動周內(nèi)的數(shù)據(jù)分別進行相關分析，發(fā)現(xiàn)在19、20、23周，二者呈現(xiàn)具有統(tǒng)計意義的正相關關系。然而，在21、22周二者間的關系沒有統(tǒng)計意義，更為奇怪的是，在21周，相關系數(shù)甚至為負數(shù)，我們不知道具體的原因，推測是由于政治、經(jīng)濟、社會的大變革的影響所致。對22周，去掉前3年的數(shù)據(jù)，二者間則出現(xiàn)具有統(tǒng)計意義的正相關關系，因此大變革及其余波的影響一直持續(xù)到80年代底。二者間的交叉小波分析，能較好地顯示二者間的相關關系的變化。交叉小波功率圖中，具有共同的高能量區(qū)域出現(xiàn)在11年的周期附近，且出現(xiàn)在90年代之后，表明最近20多年來，太陽活動對交通事故的影響越發(fā)顯著。24周太陽活動將在2013－2014年出現(xiàn)峰值，未來幾年是太陽活動的極大期[30－31]，因此推測未來幾年交通事故會出現(xiàn)走高的波動，提請交通部門注意。

太陽活動可以從3方面影響交通事故的發(fā)生。太陽活動可以直接影響人體生理而導致交通事故產(chǎn)生，對策是心平氣和、謹慎駕駛；太陽活動作用于天氣而對交通事故產(chǎn)生影響，對策是注意天氣變化，雨雪天氣要格外小心；太陽活動對人體致病而對交通事故產(chǎn)生影響，對策是身體不適時最好不要開車。在未來幾年內(nèi)，太陽活動處于高活動期，駕駛員要特別注意，太陽活動助推交通事故發(fā)生的可能性較高。

交通事故起數(shù)出現(xiàn)增長的發(fā)展趨勢，這可能是經(jīng)濟的發(fā)展、社會的進步導致車輛擁有量的增長、出行的頻次增高所致。人口的增長也會增加發(fā)生交通事故的概率。

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Are Occurrences of Traffic Accidents Statistically Affected by Solar Activities?

Feng Wen1，Li Kejun2，3
(1.Research Center of Analysis and Test，Kunming University of Science and Technology of Kunming，Kunming 650093，China；2.Yunnan Observatories，Chinese Academy of Sciences，Kunming 650011，China，Email:lkj＠ynao.ac.cn；3.Key Laboratory of Solar Activity，National Astronomical Observatories，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100012，China)

In recent years，with the development of economy and transportation activities in China the traffic-accident rate in China is rapidly increasing.In this study we investigate statistical correlations between traffic-accident occurrences and solar activities.We base our study on the data of annual-average solar 10cm radio fluxes and annual numbers of traffic accidents in China from 1951 to 2009.We use statistical techniques such as the empirical mode decomposition analysis，periodicity analysis，auto-correlation analysis，and crosscorrelation analysis.Our results show that occurrences of traffic accidents are statistically significantly correlated with the 11-year cycles of solar activities.By recognizing that traffic accidents are not only closely related to human activities but also affected by solar activities，we discuss possible causes of the statistical correlations.

Solar-terrestrial relationship；Traffic accidents；Solar activity；Correlation analysis

X951

A

1672－7673(2014)02－0192－09

2013－07－24，

2013－09－04

馮 雯，女，工程師.研究方向:日地關系物理.Email:fengwen68＠sina.cn

李可軍，男，研究員.研究方向:日地關系物理.Email:lkj＠ynao.ac.cn