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不能不面對的真相—台灣的海嘯威脅

今年三月十一日,發生在日本東北的一場芮氏規模9.0的大地震,以及隨後引發的滔天海嘯,重創了日本。台灣和日本同樣位於地震頻繁的環太平洋地震帶,而四面環海的地理位置,也使得台灣不能免於海嘯的威脅,因此如何防患未然,尤為重大議題。

在國立臺灣科學教育館於三月二十七日舉辦的大眾科學講座中,中央氣象局地震測報中心主任郭鎧紋,從台灣的海底地形和地質環境介紹起,並向民眾說明了目前台灣地震海嘯預警系統的運作方式,與當前面臨的一些發展困境。

台灣周邊的海底地形:台灣東北部和西南部海岸最受海嘯威脅

有地震就一定有海嘯嗎?事實上海嘯的衍生與否,仍須視當地的海底地形而定,因此並非所有的沿海地區都會面臨海嘯的威脅。

郭鎧紋說明,海嘯形成的條件之一,就是要有一個水深由深到淺的緩坡地形。當海水隨著地殼變動而大幅波動並向陸地擴散時,在水深三、四千公尺處海水的速度可比噴射機,而在水深一、兩百公尺處,速度則趨近於汽車。當後方的海水不斷推擠前浪,遇到陸地而無處可進時,海水就會堆高,形成我們所謂的海嘯。一般來說,海水位的增加若低於50公分,不會造成災害。

就台灣周邊的海底地形而言,台灣海峽的海水較淺,不易形成海嘯;而花東地區一帶,若發生芮氏規模大於6.5且屬淺層的地震時,確實有可能形成海嘯,但因高度變化大且坡度較陡,且有海岸山脈作為屏障,海浪來時無法堆高起來,即使來了也會被峭壁反彈回去,所以受到海嘯襲擊的可能性也不高。

反觀東北部海岸,外海有基隆海谷、棉花峽谷及沖繩海槽,海底地形相對平坦,因此基隆和蘭陽平原是較為危險的區域。另一方面,西南部海岸則因為從馬尼拉海溝、澎湖峽谷到澎湖水道,也是由深到淺的地形,因此若於馬尼拉海溝附近發生了芮氏規模9.0以上的地震,則隨後引發的海嘯可能十分鐘就會到達台灣最南端,約二十分鐘會侵襲高雄和台南,屆時可能將造成極大的危害。

台灣附近著名的海嘯紀錄,分別有1867年的基隆海嘯與1771年發生的石垣島大海嘯。後者掀起的巨浪高達85公尺,造成非常重大的災害,據歷史紀錄,當時被海嘯吞沒的有一萬多人。

斷層錯綜複雜    災害「週期」誰說得準?

台灣位於歐亞大陸板塊和菲律賓海板塊的交界,受到兩個板塊的相互擠壓,斷層多,地震也非常頻繁。經濟部中央地質調查所去年更新了台灣活動斷層分布圖,目前有33條活動斷層和4條存疑性斷層,且在地質勘察後,計算了一些主要斷層的大地震再現機率,郭鎧紋對此數據則持較保留的態度。

郭鎧紋認為,會重複出現的東西未必有週期。像是台灣每年都有颱風,但不能說颱風的形成和侵襲有規律,水災也是一樣,有時候看似有規律的東西其實只是巧合。

地震的發生難以預測,自然也無法斷定地震有週期,因為斷層間的活動會相互影響,尤其台灣的斷層錯綜複雜,能量的釋放難以評估。然而,雖然我們沒有辦法對某條斷層多久會發生一次大地震,作出精確的預測,還是能夠根據對地質活動和地震的觀測,來推估某個地區發生多少規模以上地震的機率。

中央氣象局針對1900年到2010年的地震觀測資料進行分析,台灣平均一年會出現兩個芮氏規模6以上的地震,未來發生機率較高的地方,則在花東外海近琉球海溝或和平海盆的地方。

爭取時效:地震預警是場與時間的競賽

既然很難預測地震何時會發生,且海嘯的威脅還是存在,郭鎧紋認為,建立起一個完善的預警系統非常重要。郭鎧紋說明,海嘯是要靠地震來預警的,因為地震波傳遞的速度比海嘯快。

地震預警是指在地震發生後,將各地觀測站回傳的資料進行分析,預估在各地的震度及發生的時間,最快二十至三十秒內,完成初步的地震定位報告。郭鎧紋表示,預警大概可以幫助爭取數秒到十數秒的應變時間。

然而,郭鎧紋強調,地震預警不是預測地震,還是有其侷限,如在距離震央一百公里內的地區,即所謂的盲區(blind area),就無法充分發揮功效。

另一方面,有時候測得的「有感地震」,是雷擊或有砂石車經過所造成的,仍須由地震測報中心確認為地震後,才會對外發布正式地震報告。因為還須經由人工檢查,有時預警無法爭取時效,是目前地震預警系統發展上的困境。

以這次日本東北地方太平洋沖地震為例,東京離震央約三、四百公里,在地震發生的兩分鐘後會感受到最大震動,扣除預警作業所需時間,則東京大概可有一分半鐘的時間應變。台灣和日本的地震環境不同,地震經常發生在鄰近都會區的地方,往往預警的流程還沒跑完,地震就到了。

他山之石:預警系統必須上、中、下游整合運作

地震預警的主要目的,還是在於地震防災作業的實際應用,郭鎧紋強調,仍需要不同單位共同的努力和合作,才能夠建立起完整的地震預警系統。

郭鎧紋說明,以日本的經驗為例,整個地震預警系統可以分成上、中、下游。上游是日本氣象廳,主要的工作就是面對地震本身,負責設立地震觀測站,並在地震發生後快速確定地震發生的位置。

中游則是電信業者和防災單位,負責將地震和避難的資訊傳遞給大眾;下游則是終端的使用者,不一定是個人,也可能是一些特定的民生設施,如醫院的手術室或電梯,在地震來臨前可以多爭取一些應變的時間。

日本NTT Docomo的Area Mail訊息廣播系統,發展得很成功。消費者可以依照不同的需求來購買服務,如要求發生了多少規模以上的地震再行通知。由於是使用者付費,預警系統的下游形成了可觀的產業。

但郭鎧紋提到,目前台灣的電信業者表示,這種同步、大量的訊息廣播技術可能還需要一年的時間研發,目前3G的系統也不太能用,甚至可能必須倒回2G,因此預警系統能否完整建立,還有待設備的建置與電信技術的突破。

料敵從寬:發展預警系統與建置海底電纜的重要性

郭鎧紋提及,先前有日本專家質疑地震預警系統在台灣的效用,認為台灣的面積太小,並不適合發展預警系統,但他認為防災必須「料敵從寬」,除了基本的結構工程,如建築的耐震設計或逃生規劃等,一定要做好之外,預警系統也必須完善,也許多爭取的幾秒鐘時間,可以幫助更多的人遠離災禍。

針對東部外海的地震觀測,目前規劃從頭城到地震頻繁的和平海盆一帶,開始建置台灣第一條海底電纜,上頭裝載了地震儀和海嘯壓力計等設備。對於地震和海嘯預警的效益,前者預估可以多爭取到十數秒的時間,後者則可多出十分鐘的時間因應。另外,多增設一個站,一年預計可以多觀測到一萬多個小地震,有助於了解台灣地區的地體構造。

對於有媒體報導台灣「終於破蛋」,甚至質疑為什麼日本有九條海纜,台灣只有一條,郭鎧紋說明,因為日本的面積是台灣的11倍,才需要這麼多的海纜。未來還會在現有的海纜之後多加2-3個節點,沿著花蓮外海多接兩條海纜,另外也會在西南海域設置浮標式的海嘯觀測系統。

除此之外,郭鎧紋認為預警系統還必須結合平時的教育宣導與演練。他提到之前與宜蘭國小合作防災演習,小朋友普遍認為若先知道地震會來,較能有心理準備,而練習逃生路線和保護自己的方法,也會比較清楚遇到大地震的時候應該怎麼應變。

本文受科學研習月刊委託報導,同步刊登於科學研習月刊。

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