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災害預測新技術 (四):地動天搖 地震預警分秒必爭

台灣基於先天上位於板塊交界帶,後天又有人口稠密、高度開發等特性,因此對於地震是很脆弱的。但是另一方面,台灣也投入大量的研究能量在地震防災上,加上實際經驗豐富,國內的監測技術、預警技術發展相當積極。

在上一個專題「2012全球災難回顧」當中,中央氣象局地震測報中心的郭鎧紋主任針對地震的原理和迷思,為讀者們上了1堂有趣的課;而在本專題「災害預報與監測新科技」,郭主任更進一步介紹台灣的地震監測技術,並將地震預警剖為3個環節來介紹。

地震預警和地震預測是同一件事嗎?

我們常常聽到地震預警、地震預測,它們究竟有什麼不同?以提前的時間來看,預測比預警更早,而且在地震波從震源傳遞出來之前,就能夠從某些徵兆預知地震發生,例如在地震之前可能會有地下水位、電離層等發生變化等現象,有些學者也發現在921大地震發生的1個半月前,地震活動有減少的趨勢。世界各國都希望能夠發展出地震預測技術,目前也有許多預測地震的研究方向,但至今還沒有一套放諸四海皆準的技術。

相較於預測,地震預警提供的應變時間較短,在地震發生後十幾秒到幾十秒之才能夠產生,也比預測還要容易做到,為什麼呢?地震波的速度由快到慢可區分為「P波」、「S波」及「表面波」等。表面波的振幅最大,其次是S波,這兩種地震波的破壞性較大;而振幅小的P波波速較快,有一種現地型的預警儀器,就是利用偵測P波來預警破壞性較大的S波。

中央氣象局的強震預警系統,是利用「地震速報系統」快速測出地震的規模、位置,然後利用電波傳遞比地震波快的原理,對離震央較遠的都會區提出預警。

地震預警必備條件:又快又準的監測資訊?

要能夠快、狠、準的掌握地震到來的訊息,監測技術是關鍵。地震監測站可以獲得有感地震發生的p波及s波的到時數據、震度等資訊,在地震中心則根據這些數據計算震央位置、震源深度、規模等。

事實上,1個地震的規模運算數據來自台灣各地的多個地震監測站,透過運算得到平均的結果。但是要多少個監測站一起運算,牽涉到資料處理的時間,因此依據不同目的,會在「時間」與「準確度」做出不同程度的取捨。

當地震波到來的初期,離震源最近的監測站會最先感測到地震波,這些少數稱為「子網」的監測站為了搶在第一時間發布訊息,不等待距離更遠的測站資料蒐集好一起運算,以快速為目標先發布訊息。

在全台灣能夠即時連線的測站統稱為「全區網」,包含的測站共有119個,在50秒左右會統整全區網各測站的監測資料,修訂出準確度較高的規模數據。這就是我們在地震後一段時間,會看到新聞報導出現的較準確的地震資訊。

如果把沒有即時連線的觀測站一起含括近來,台灣總共有七百多個觀測站,稱為「強震觀測網」,如果七百多個觀測站的數據都要在地震發生的第一時間就進行運算,將會耗費過多的時間,達不到預警效果。但是這樣完整的數據,更有利於地震後的研究,像是台灣各地的建物應該要有什麼樣的鋼骨結構才足夠耐震。

預警技術3環節

儘管地震預警提供的時間不長,卻可能避免人命傷亡,甚至挽救龐大的經濟損失,但儘管有了國家的地震監測技術,就可以做到了嗎?

其實預警技術可分成上中下游,並不是單由「上游」中央氣象局發布預警訊息就可以了,傳播的通訊技術、如何使用預警訊息也都是重要的工作。因此「中游」的通訊業者需要研發技術、因應上下游的需求設計,才能將預警訊息傳遞出去;但是這些訊息要如何使用?依照不同的「下游」使用者〈例如:醫療單位、工業園區、學校、一般民眾……〉而有各種操作方式,則需要由下游的機關來決定。

舉例來說,醫院在發生地震時,可能會面臨手術房門卡住而無法打開的危機,因此收到地震預警,會自動將各種機門開啟並固定;而在一間工廠當中,不同設備受地震影響的程度不同、緊急停止需付出的成本也不同,因此由「下游」不同的使用單位來規畫如何反應。

當地震發生時,高速運行中的列車可能會發生出軌現象。雖然中央氣象局也提供地震預警訊息給交通相關單位,能決定高鐵列車是否剎車的只有高鐵自行設立的接收器,氣象局提供的訊息只有參考作用。

2009年日本311大地震前,大部分的民眾都收到了地震預警的簡訊,雖然台灣的地震監測技術在世界上名列前茅,要同樣發布簡訊給所有民眾卻不太容易。主要的原因在於手機系統本身,日本的手機建置全國統一廣播系統,國家可以在發生重大事件時由政府發布廣播,如果台灣要有這種廣播功能,可能全國民眾的手機都需要更換才做得到。

(本文原發表於行政院國家科學委員會-科技大觀園「科技新知」。歡迎大家到科技大觀園的網站看更多精彩又紮實的科學資訊,也有臉書喔!)

延伸學習:國家災害防救科技中心:強震即時警報傳遞機制規劃及應用推動成果

 

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關於作者

慈忻

台大地理所,研究空間分析方法與災害風險。曾擔任防災科普小組編輯、ENSIT電子報主編。偏鄉災害問題與專業/弱勢間的資訊不對等,是我最想解決的問題。