特大自然灾害的频繁发生造成了巨大的经济损失和人员伤亡,严重影响社会的可持续发展。其突发性、破坏性、不可预测性,以及复杂性为应急响应带来巨大挑战。特大自然灾害应急管理研究已取得一些进展,但实际灾害中的应急决策能力依然相当有限。因此,有必要对不同特大自然灾害场景下的应急决策方法开展深入研究。本文通过文献分析及结合应急管理实践确定了特大自然灾害应急响应中的三个关键要素:救援方案、救援人员以及救援物资,进一步提炼出研究问题。首先是应急方案选择问题,在确定应急方案后,为保证方案的顺利实施,需要分别研究救援人员派遣以及应急物资需求预测问题。为了有效应对特大自然灾害应急决策环境的不确定性,以不确定性建模经典方法——证据理论为基础,结合多属性决策方法、优化建模法、案例推理方法对以上三个问题开展研究。首先,面向特大自然灾害应急决策环境的复杂性,提出基于证据理论的应急方案选择多属性风险决策方法。第一,结合证据理论与毕达哥拉斯模糊集提出特大自然灾害多属性应急方案选择方法,既实现了灾害情景下决策者模糊性的有效表达,又解决了应急方案选择的风险决策问题;第二,提出非可加性测度确定方法以及态度非线性积分方法,实现特大自然灾害不同发展状态下属性之间的关联性的度量和计算,进而构建基于关联多属性决策的应急方案选择方法;第三,考虑到公众参与对应急响应的重要作用,本文基于大数据与机器学习方法挖掘公众层面的属性信息并确定相应的权重,然后结合专家评估结果进行最终决策,进一步丰富了特大自然灾害应急方案选择理论。其次,面向特大自然灾害造成多地受灾的情景,建立多出救点与多灾区情景下的救援人员派遣模型。第一,本文结合证据理论与语言术语集创新性地提出证据语言术语集的概念,可以更加灵活且准确地刻画应急决策者的主观判断,不仅为特大自然灾害救援人员派遣模型的建立奠定理论基础,而且可以作为一种不确定语言环境下的信息表达方式应用于决策与评估等领域;第二,为了确定救援人员能力评价指标的权重,本文结合证据理论与Best-Worst方法提出证据Best-Worst方法,弥补了传统权重计算方法在表达不确定性方面存在的不足;第三,为了有效地将救助者从不同的救援中心输送至多个灾区,基于上述方法及优化建模法以救援人员称职度最大且救援时间满意度最高为目标进行建模,通过求解模型以确定救援人员分配的最佳方案。最后,通过实证分析展示本文方法在特大自然灾害多任务人员分组决策中的优势。最后,面向特大自然灾害应急物资需求预测,提出了基于证据理论与案例推理的两阶段决策方法。第一,基于证据理论提出一种特大自然灾害案例检索提升策略,解决案例推理中特征值缺失、特征异构以及特征间相互关联的问题,既为后续应急物资需求预测决策奠定了理论基础,又完善了案例推理中案例检索方法的不足;第二,为了解决特大自然灾害初期缺乏决策依据情况下的应急物资需求预测决策问题,基于案例检索提升策略提出特大自然灾害灾难场景匹配方法,以历史灾害案例为依据匹配灾难场景,并根据现实决策环境对匹配到的场景进行调整,实现案例重用以预测当前特大自然灾害的损失;第三,考虑到随时间的发展,特大自然灾害的影响将不断变化,基于所预测的损失结果进一步构建应急物资需求动态预测模型。本文方法不仅为特大自然灾害应急物资需求预测决策提供了一种新的途径,而且为应急物资储备和配置奠定了方法和模型基础。综上,本文从特大自然灾害应急响应中的三个关键要素:救援方案、救援人员,以及救援物资出发,构建了不同情景下的应急决策框架,并在证据理论的基础上结合文献分析、多属性决策、优化建模、机器学习、案例推理等方法开发了不同情景下的应急决策方法,不仅为特大自然灾害应急决策研究贡献了突出的理论价值,而且为现实中突发事件的应急管理提供了重要的建议与指导。