交通事故发生受太阳活动影响吗?

冯雯，李可军

(1.昆明理工大学分析测试中心，云南 昆明 650093；2.中国科学院云南天文台，云南 昆明 650011；3.中国科学院太阳活动重点实验室(国家天文台)，北京 100012)

交通事故发生受太阳活动影响吗?

冯雯1，李可军2，3

(1.昆明理工大学分析测试中心，云南 昆明 650093；2.中国科学院云南天文台，云南 昆明 650011；3.中国科学院太阳活动重点实验室(国家天文台)，北京 100012)

根据1951－2009年59年间的中国交通事故起数和10 cm太阳射电流量的有关资料，用经验模式分解方法、交叉小波方法、相关分析方法等数学手段对二者之间的关系进行了分析研究。结果表明:中国交通事故的发生与太阳活动的11年周期活动存在具有统计意义的正相关关系，交通事故的发生受太阳活动的影响。最后对这种影响进行了解释。

日地关系；交通事故；太阳活动；相关分析

CN53－1189/P ISSN1672－7673

依据《中华人民共和国道路交通安全法》规定，道路交通事故定义为“车辆在道路上因过错或者意外造成的人身伤亡或者财产损失的事件”。随着地球人口的巨增、经济的发展、社会的进步，货物和旅客的运输量日益增加，道路上机动车日益增多，道路交通事故也因此日益严重。2005年10月26日，联合国大会通过一项决议，呼吁各国政府将每年11月第3个星期日作为世界道路交通事故受害者纪念日，以此缅怀道路交通事故的受害者，并关注受害者亲属所处的困境。2010年3月2日，联合国大会通过决议，宣布2011年至2020年为“道路安全行动10年”，目标是通过全球共同行动，减少因道路交通事故造成的人员伤亡[1]。2012年11月18日联合国秘书长潘基文致辞说，今年以来世界各地的道路交通事故已夺走约120万人的生命。他呼吁各国致力于最大限度地减少道路交通事故造成的伤亡。他指出，世界卫生组织已发出警告，如不采取紧急行动，到2030年，道路交通伤害将成为人类第5大死亡原因[1]。关注道路交通安全是全社会的职责。

按原因分，造成交通事故发生的原因有主观的因素，也有客观的因素。主观原因是指造成交通事故的当事人本身内在的因素，主要表现为违反规定、疏忽大意或操作不当，分别对应思想方面的原因、心里或生理方面的原因以及技术生疏、经验不足的原因。客观原因是指引发交通事故的车辆、环境和道路方面的不利因素[1]。据分析研究，统计上看，主观原因可能还和外界因素有关联，如太阳活动等[2－15]。太阳作为离地球最近的一颗恒星，其活动无时无刻不在影响地球上的万事万物，交通事故的发生同样深受影响，许多学者研究发现，地球上很多地区车祸的发生都与太阳活动有一定的关系[2]。日本学者统计分析1943－1965年整整两个11年太阳周期间东京和全日本车辆交通事故，发现每千辆汽车发生交通事故次数的高峰期均在两个太阳活动周的极大年内，日本交通事故与太阳黑子的周期有正相关关系[3，15]。前苏联科学家发现，太阳活动一爆发，全球交通事故就会比太阳宁静的日子大大增加，一般会增加1～3倍左右[4，15]。德国、印度的一些大城市统计研究，也取得类似的结果[5，15]。文[6－7]研究也发现，武汉市机动车辆的交通事故发生与太阳活动的周期有关。文[2]根据1955－2008年54年间的太阳黑子数和中国交通事故发生起数的有关资料，用动态变化方法来看中国交通事故发生起数极值年与太阳黑子活动周期分布的关系，发现交通事故发生起数的相对多年和少年，有88.9%都发生在太阳黑子活动周期的极大值与极小值年及其附近的1－2年内。他们用相关系数比较方法看太阳黑子活动19～23周内的部分阶段与中国交通事故发生起数的相关系数，发现在太阳黑子活动的各个周期内，交通事故发生起数与太阳黑子数基本有较高的相关关系，因此他们认为，中国交通事故的发生及死亡人数与太阳黑子活动的11年周期和22年周期之间存在明显的相关关系[2]。文[8－14]从医学的角度对太阳活动影响交通事故的发生进行了解释。本文用经验模式分解方法、周期方法等完全不同于文[2]的先进数学方法对1951－2009年59年间(比文[2]的时间序列略长)的10 cm太阳射电流量和中国交通事故的有关资料进行研究，分析二者间的关系，探究交通事故的发生是否真的受太阳活动的影响。

道路交通事故的发生，统计上看并不是随机的，而是有一定的演化规律[16－18]，因此可以对道路交通事故进行预测[19－20]。如果交通事故的发生受太阳活动的影响，这无疑为道路交通事故预测提供了一条线索。因此，本文对中国交通事故与太阳活动的关系进行研究，将有利与对中国交通事故进行预测。

1 交通事故的发生与太阳活动关系分析

1.1 资料

交通事故资料采用由中国宏观数据挖掘分析系统网站提供的从1951年到2009年59年间的中国交通事故发生起数，如图1。交通事故起数从1951年开始，在小波动中，呈现明显的增长趋势；自80年代中期开始，转变为在大波动中呈现快速的增长趋势；到2002年之后，出现急剧的下降趋势。表征太阳活动的资料采用此期间的年平均10 cm太阳射电流量(RF)，如图1。

图1 1951－2009年间中国交通事故起数(单位:105起，实线)和年平均10 cm太阳射电流量(单位:40太阳射电流量单位，虚线)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 整体分析

经验模式分解(Empirical Mode Decomposition，EMD)是一种对非线性、非平稳信号进行时间－频率分析的方法。它逐级进行平稳化处理，把不同周期的波动从原信号中分离出来，并且该波动是平稳的，最后得到的是趋势分量。不同尺度的波动被定义成为本征模态函数(Intrinsic Mode Function，IMF)。本征模态函数波动分量具有显著的缓变波包的特性，而趋势分量则是单调函数或者均值函数[21－23]。本征模态函数是原始信号在不同时间尺度上的平稳的窄带信号，相对原始信号简单得多。实际的时间序列往往信号成分比较复杂，甚至有用的弱信号被强信号成分或背景噪声所淹没[21－23]。对交通事故起数进行经验模式分解，得到趋势项成分和本征模态函数波动成分(除去趋势项成分后余下的成分)，如图2。

图2 中国交通事故起数经经验模式分解后的趋势项成分(下框)，以及扣除趋势项成分后余下的成分(波动成分，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)

计算了交通事故起数的波动成分这个时间序列相对自己相位移动下的自相关系数，如图3。在图中，每相对移动一年的相位，去掉不成对的端点值后，计算余下成对数据的相关系数，反复移动、计算，于是得到如图3的自相关系数随他们之间相对相位移动的变化曲线。图3表明，在相位移动为12年时，自相关系数达到最大，为0.660，在99.9%置信水平有意义，因此，波动成分存在约12年的周期。同样地对10 cm射电流量也进行了周期分析，结果在图3中显示。当相位移动为11年时，自相关系数达到最大，为0.761，表明射电流量存在约11年的周期。一般地，日地空间内约11年左右的周期都归因于太阳活动[24－27]。在这里同样地认为交通事故起数的波动成分的周期归因于太阳活动，这就是说，中国交通事故的发生受太阳活动的影响。

图3 中国交通事故起数的波动成分时间序列相对自己相位移动下的自相关系数(虚线)以及10 cm射电流量时间序列相对自己相位移动下的自相关系数(实线)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

图4给出中国交通事故起数的波动成分和10 cm射电流量的交叉相关系数随它们之间位相变化的关系。中国交通事故起数的波动成分时间序列相对10 cm射电流量时间序列每移动一个数据点(时间平移1年)，去掉不成对的首尾数据点，再计算它们的交叉相关系数，重复进行，就得到图4给出的曲线。中国交通事故起数的波动成分时间序列相对10 cm射电流量时间序列向前移(从过去到未来的时间方向)为正的位移。95%的置信水平线也在图中给出。由图4知道，在没有相对相位移动时，相关系数最大，为0.370，在99.6%置信水平有统计意义，二者同相位正相关。太阳活动强时，交通事故发生的可能性大。

图4 中国交通事故起数的波动成分和10 cm射电流量的交叉相关系数随它们之间位相变化的关系。中国交通事故起数的波动成分时间序列相对10 cm射电流量时间序列向前移(从过去到未来的时间方向)为正的位移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 太阳周尺度分析

太阳活动在1954、1964、1976、1986、1996、2008年分别为第19到24太阳活动周的极小年，中国交通事故资料涵盖了5个完整的太阳活动周19到23周。将交通事故的波动成分和10 cm射电流量的整体资料划分到各个活动周，如图5。计算每个活动周内二者间的交叉相关系数，从19到23周依次为0.6507、0.5463、－0.4291、0.012、0.8929，依次在96.9%、95.3%、81.2%、12.6%、99.9%置信水平上有意义。第19、20和23周，正相关关系是有统计意义的。奇怪的是，在第21活动周出现了反相关关系，尽管相关系数没有统计意义。我们不知道为什么会出现弱反相关关系的原因。21太阳活动周期间，中国社会出现大的变革，1976年结束“文革”，1978年开启了改革开放的序幕；交通事故在80年代因此出现非常快速的增长趋势(见图1)。据此推测反相关关系的出现可能是由于政治、经济、社会出现大变化所致。在22周，如果去掉前3年的数据，从1989年开始，则相关系数变为0.859，在99.4%的置信水平上有统计意义。因此可以推测政治、经济、社会的大变化的影响一直持续到80年代底。

图6给出中国交通事故起数的波动成分和10 cm射电流量的交叉小波功率谱图。由图知道，在11年周期附近，在1951－1970年代的中期以及1990年代开始到2009年期间，二者正相关，在1970年中期到1980年代末，二者反相关，和图5的分析结果是一致的。在有统计意义的周期内，二者是同相位的，因此太阳活动正相关地作用于交通事故的发生。有统计意义的周期在11年尺度附近，因此，是太阳活动导致交通事故起数出现11年左右的周期。具有共同的高能量区域出现在11年的周期附近，且出现在90年代之后，表明最近20多年来，太阳活动对交通事故的影响越发显著。

图5 各个太阳活动周内的交通事故的波动成分(单位:105起，实线)和10 cm射电流量(虚线)。从上到下5个框图依次为太阳活动19到23周。为作图方便，各个框图中射电流量都被一个常数除了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

图6 中国交通事故起数的波动成分和10 cm射电流量的交叉小波。箭头向右(左)表示二者同(反)相位，即正(反)相关。箭头向下(上)表示中国交通事故起数的波动成分相位上领先(落后)10 cm射电流量900。细实线以下区域为受边缘效应影响较大的区域。粗实线为95%的置信线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 太阳活动影响交通事故发生的可能原因

2.1 太阳活动直接影响人体生理而导致交通事故产生

当太阳活动强烈时，太阳发射的高能粒子会扰乱地球的磁场，产生地磁暴与电离层暴。在磁暴期间，人体皮肤的电位发生变化，它们在皮肤上的分布变得不对称或者比较不对称[10]。皮肤电位活动是人体交感神经系统机能状态及其反应性的指标，它与人体的精神、情绪等活动有关。人体皮肤电位分布的不对称意味着交感神经系统机能状态异常，皮肤电位的变化还会影响到人类的内部器官[10]。

在太阳活动干扰地球磁场期间，地磁场的变化会对人体的神经系统(包括中枢神经系统和植物神经系统)有直接的影响。比如:在地磁干扰期间，植物神经系统交感神经主要部分的紧张状态有所提高，而植物神经系统的副交感神经部分，只有少数(通常为男性)趋于紧张状态。植物神经系统的平衡被打破，便会出现各种各样的功能障碍。当机体处于紧张活动状态时，分析判断能力明显下降，处理问题的能力也显著降低[2，10]，增加交通事故发生的可能性。因此太阳活动与交通事故的发生呈正相关关系。

2.2 太阳活动作用于天气而对交通事故产生影响

暴雨、下雪、雾等天气易使路面打滑，造成道路能见度下降，破坏驾驶员视觉环境，因而增加交通事故发生的可能性。文[28]作者研究了在1951－1994年期间太阳活动与我国160个站降水量的关系，发现我国东南沿海向西经汉水流域和长江上中游地区一直延伸到河西走廊为连续的负相关区；云贵高原和川藏高原以及新疆内蒙等地区为正相关地区，另外，从山东、河北两省(区域上含北京与天津)伸向东北地区为一正相关地带。总的来看，中国降水量与太阳活动在绝大部分地区呈正相关关系。文[29]作者认为由于太阳辐射的增强导致地球大气热力的增强，使太阳活动峰年更易发生洪涝。因此在中国地区来看，太阳活动可以通过降水量(雨雪)正相关作用于交通事故的发生。

2.3 太阳活动对人体致病而对交通事故产生影响

当太阳活动爆发时，大量的粒子流和宇宙射线会穿过地球大气层，而飘浮于地球大气层中结构极为简单的病毒基因此时很容易断裂而发生重组，从而使病毒发生变异[11]。俄罗斯科学家纳塔利亚˙卡尔霍娃经数年研究发现，太阳活动高峰期间发生的辐射可降低淋巴细胞的功能，从而会引起人体免疫力的下降。实验表明，当太阳辐射强度较高时能使淋巴细胞合成蛋白的功能几乎降低一倍[5，10]。太阳活动引起的地球磁场扰动对人类的心血管疾病有重要的影响。健康人的血液中纤维蛋白溶解系统的功能状态在地磁场干扰期间发生了变化。纤维蛋白溶解的活性减小了，从而增加了形成血栓的可能性。因此太阳活动会导致心血管疾病、传染病、流感等的发病[5，10－11]。带病的驾驶员比身体健康的驾驶员更容易发生交通事故。因此太阳活动对人体致病而正相关地影响交通事故的发生。

3 结论与讨论

关注道路交通安全是全社会的职责。本文利用1951年到2009年59年间的中国交通事故发生起数与10 cm太阳射电流量资料来探究二者间的关系，回答交通事故的发生是否受太阳活动影响的问题，为交通事故的预测服务。

首先对交通事故起数进行经验模式分解分析，剔除趋势成分。这是本文与文[2]较为明显的处理方法与步骤的差别。接着对余下的波动成分与10 cm太阳射电流量进行周期分析，发现二者有共同的周期；相关分析发现二者间存在具有统计意义的正相关关系。从这个数据段来看，太阳活动影响交通事故的可能发生，这为交通事故预测提供了新线索。

数据时间段覆盖了5个完整的太阳活动周19～23周。对每个活动周内的数据分别进行相关分析，发现在19、20、23周，二者呈现具有统计意义的正相关关系。然而，在21、22周二者间的关系没有统计意义，更为奇怪的是，在21周，相关系数甚至为负数，我们不知道具体的原因，推测是由于政治、经济、社会的大变革的影响所致。对22周，去掉前3年的数据，二者间则出现具有统计意义的正相关关系，因此大变革及其余波的影响一直持续到80年代底。二者间的交叉小波分析，能较好地显示二者间的相关关系的变化。交叉小波功率图中，具有共同的高能量区域出现在11年的周期附近，且出现在90年代之后，表明最近20多年来，太阳活动对交通事故的影响越发显著。24周太阳活动将在2013－2014年出现峰值，未来几年是太阳活动的极大期[30－31]，因此推测未来几年交通事故会出现走高的波动，提请交通部门注意。

太阳活动可以从3方面影响交通事故的发生。太阳活动可以直接影响人体生理而导致交通事故产生，对策是心平气和、谨慎驾驶；太阳活动作用于天气而对交通事故产生影响，对策是注意天气变化，雨雪天气要格外小心；太阳活动对人体致病而对交通事故产生影响，对策是身体不适时最好不要开车。在未来几年内，太阳活动处于高活动期，驾驶员要特别注意，太阳活动助推交通事故发生的可能性较高。

交通事故起数出现增长的发展趋势，这可能是经济的发展、社会的进步导致车辆拥有量的增长、出行的频次增高所致。人口的增长也会增加发生交通事故的概率。

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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

冯 雯，女，工程师.研究方向:日地关系物理.Email:fengwen68＠sina.cn

李可军，男，研究员.研究方向:日地关系物理.Email:lkj＠ynao.ac.cn