1. 巨灾概念与特征
巨灾（Catastrophe）一词源于法语（Roopnarine，2008），学术界至今仍没有统一其定义和划分标准.任何自然灾害都可表达为频率与规模的函数，巨灾为频率-规模曲线末端的低频极端事件，本文将位于灾害频率-规模曲线（全球尺度）中大于95%的端元，并造成1 000亿美元以上的经济损失或1万以上人口死亡的灾害称为“巨灾”.巨灾是地球内、外动力驱动下多圈层（大气圈、水圈、岩石圈、冰冻圈、生物圈、人类圈）相互作用所引发的地球表层灾变过程，涉及复杂的巨量地表物质迁移与能量转化，包含物理、化学、资源、环境、生物、地质、人文、社会等复杂过程及其相互作用与时空关联；具备典型的超低频率、超大规模、超大范围和巨大强度等特点，表现出多介质与多过程复合叠加、多灾种衍生链生等特征.全球范围对人类文明造成重大威胁和影响的巨型灾害主要包括：Ms 8.0级以上地震、大规模火山喷发、海啸、风暴潮、飓风、大洪水、大范围干旱、极端气象与气候事件、两极冰盖消融以及超大水库/堰塞湖溃决等特大复合链生灾害.
巨灾形成演化时空跨度大，不仅具有典型的“黑天鹅”事件特点，还可能具有明显的“灰犀牛”效应，呈现出高度的系统性、复杂性、非线性特征与放大效应，甚至造成整个地球系统的突变.例如巨型洪水破坏温盐环流，导致全球性的非轨道降温事件，1963年3月印度尼西亚阿贡火山和1980年5月美国圣海伦斯火山大爆发，造成次年太阳直接辐射减少量都在15%以上，北半球平均温度下降（Ackerman et al., 1980）.
2. 巨灾风险及其影响
巨灾风险是巨型灾害对人类生存环境、生产要素和生命安全可能造成的危害程度，是孕灾环境、致灾因子和承灾体共同组成的地球表层系统相互作用的结果.历史研究表明巨型灾害是造成政局不稳、社会动荡、政权更迭，乃至人类文明消亡的重要原因之一，例如玛雅文明的突然消失极有可能与拉美地区发生干旱有关；公元79年维苏威火山大爆发，火山灰淹没了整座庞贝古城；公元前780年关中大地震可能是导致强大的西周王朝走向衰亡的重要原因.近年来，受全球气候变化影响，极端事件和巨型灾害多发、频发，巨灾距离现代人类社会越来越近，其波及区域之广、破坏程度之大、灾害损失之重，往往超越和颠覆人们的常规认知.如若不稳定的西南极和格陵兰冰盖完全消融，全球海平面上升15 m，中国京津冀、长三角和珠三角等关键经济带及世界上主要经济重镇将会被淹没，面临的风暴潮风险骤增.面对不断增大的巨灾风险，国际组织、各国政府以及科技、产业与社会各界必须协同努力，科学防范化解对国计民生、社会稳定和全球安全造成重大威胁的巨灾风险，保障社会经济持续发展，构建人类命运共同体.
3. 巨灾风险防范面临的科学挑战与应对途径
目前，人类对地球系统过程认知水平不足，加之对深空、深海和深地的探测技术手段有限，巨灾信息感知短板突出，圈层间链生机制与“蝴蝶”放大效应仍是系统认知巨灾风险的难题，巨灾社会与经济风险评估模型缺失，风险应对预案编制依据不充分，从而导致巨灾风险防范面临巨大挑战.内外动力耦合作用对巨灾的影响是多圈层、多因素、多尺度、多模态、多载体、准周期与非线性叠加系统的复杂过程.认识内外动力耦合作用下巨灾孕育、形成、演变与致灾过程及其机理，实现巨灾孕灾成灾条件的系统性感知与风险超前识别，揭示巨灾风险复合链生演化规律，进行巨灾风险的精准监测预警和预测评估，科学应对与处置巨灾风险，提高全社会抵御巨灾防范能力等，是目前地球科学系统领域尚未突破的难题，也是限制巨灾风险防控成效的瓶颈.
为此，开展内外动力耦合作用下巨灾形成演化与致灾机理的研究，构建巨灾风险防控理论与技术体系，能够高效科学防控与预警巨灾风险，减轻巨灾影响和损失.亟需针对巨灾及其风险跨时空孕育、形成、演变、传播的系统性、非线性、复杂性、不确定性等典型特征，聚焦不同类型巨灾孕灾、成灾、演化与致灾过程，充分利用“深空”、“深地”和“深海”探测技术和现代电子传感技术，研发针对不同类型巨灾过程的“天-空-地-海-体”立体协同、多维耦合、智能耦联的巨灾风险感知识别和动态监测关键技术，采用电子传感、现代通信、大数据、人工智能等新技术，研建巨灾全天候、全时域动态监测与智能预警技术体系，推进巨灾超前精准预测预警和定量评估；揭示巨灾跨时空形成演变、物质传输和能量转化规律，深化地球科学、物理学和数学学科融合，突破内外动力耦合条件下跨圈层、多尺度、多介质、多过程、复杂作用的巨灾物理过程认知，构建巨灾风险模拟系统与情景库，实现巨灾孕灾成灾致灾全过程的科学精准描述；研制适宜极端环境条件的专业化、功能化、便携化、智能化应急处置救援技术装备体系，建立自然科学-工程技术-社会科学融合的巨灾风险管理与韧性社会理论技术体系，实现巨灾风险精准防范和高效应对.
