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災害預測新技術 (二):無山不崩 雷達測雨全面網羅

台灣降雨時節不均、山地又佔了三分之二,水災、土石流成為台灣常見的天災,為了達到災害預警,「到底雨量測站夠不夠?」也變成許多政府單位及民眾關切的問題。究竟國內的雨量監測有哪些技術?目前又是如何運作的呢?台大地理環境資源學系(簡稱地理系)的黃誌川教授與台大大氣科學系(簡稱大氣系)的周仲島教授將為大家介紹。

天下無山不崩

颱風結束之後,不代表危險消失了,因為在下雨之後,大概接著就有山坡地開始崩塌(landslide),台灣100公尺以上的地方約有2%的崩塌地。「南部崩塌發生較快,因為南部的板塊上升速度比較快,如果日降雨超過200mm,大約就要開始崩了。」地理系的黃誌川教授說。造山運動的作用使地勢更加陡峭,因此崩塌會集中在造山帶上,而全球崩塌地分布最密集的地區大約就在東亞。

天下無山不崩,再堅固的工程也終究阻擋不住,在這樣的事實下,我們要怎麼用軟性的態度去處理他?「我們需要先了解,什麼情況我們要啟動災害預防的機制,我們歸納出一些指標,然後特別注意超出指標的地區。」黃誌川教授說。

譬如就地震強度及降雨量而言,台灣會發生比較嚴重的崩塌大約是地震強度6級以上,而降雨事件約超過600mm的時候,初步了解這些條件之後,進一步關注哪些地方容易發生大於600mm的降雨事件,以及近期地震強度較大的區域。

雨量測站足夠嗎?

既然土石流及崩塌地發生與降雨量息息相關,雨量監測變成了相關防災的重要工作。從小學起,我們就學到雨量筒能用來測量降雨量的原理,而比較精密的雨量筒擺在雨量測站,設置雨量測站的地方,就能直接測量該位置的雨量。沒有雨量筒的地方怎麼辦?可以利用周遭的雨量測站數據推估出來。

這麼一來,雨量測站越密集,應該就能夠得到越準確的雨量數值,因此許多地方政府或民眾擔心:台灣的雨量測站夠嗎?「中央氣象局的測站大約有四百多個,水利署有一百七十幾個,加起來號稱有600個;如果加上農改場或者中小學自行架設的雨量測站,大概全台灣總共有1,000個雨量站,而每1個雨量站大約能管60平方公里。」黃誌川教授說。

這樣的雨量站數量夠不夠?在平地是夠的,但在山區確實不足,「山坡地的降雨可能換一個坡面,雨量就不同了,如果要真的精準量測山區雨量,雨量站是設不完的。」周仲島教授說。

雨量監測技術不只1種

有些地方政府希望轄區內能夠架設更多雨量測站,以輔助土石流及洪水的預警,但是可能會面臨到經費問題,因為精密的雨量監測儀器可能所費不貲,如果要遍地架設,可能會耗費大筆公帑。有沒有雨量測站以外的監測方案?

在新技術的面向上,中央氣象局整合了一套「雷達雨量監測系統」,使用全台灣的4個降雨雷達:墾丁、台南、花蓮、五分山,來觀測全台灣的雨量資料,雷達的掃描(scan)是以面為單位監測,不像雨量測站是以點為單位測量。所以儘管1個雷達的成本比1個雨量測站還高,一個雷達測站所能夠獲得的資料卻往往是上百個雨量測站才能蒐集而成的,所以總體的成本不見得比較高。

「雷達的降雨資料解析度可以達到1.3平方公里1個網格」黃誌川教授說,「雷達能夠監測的是連續資料,可以記錄降雨的時空動態及強弱變化。」周仲島教授說,這些都是雷達的優點,監測面積廣、資料連續、解析度高等等,因此雷達得到的資料很適合作為如何預警的研究資料。

有了雷達,一般雨量測站就不需要了嗎?其實不然,雖然雷達監測的時間解析度很高,能夠比較精準的掌握連續時間下的變化,但是雷達的監測資料卻是推估而來的,換句話說有「猜」的成分。

而雨量測站的測量是屬於直接的測量,一般認為量到的數字貼近真實,這是雨量測站相較於雷達最大的優勢。但是雨量站所量測的雨量值都不會失誤嗎?「雨量站的維護其實相當耗費人力,偏遠地區的雨量測站有時候被樹葉塞住了,可能好幾個月沒去檢查,看到這個地方都不下雨才發覺不對勁。」周仲島教授說。

抉擇:雨量測站還是降雨雷達?

既然雨量測站與降雨雷達兩種監測技術各有優劣,氣象局如何在考慮成本、效益之下選擇合適的技術?「其實目前是hybrid system,也就是混用的方式。」周仲島教授說。

雷達能發揮大面積監測的效果,但又擔心非直接測量會有不準確的疑慮,因此氣象學家從數百個雨量站中挑選幾個維護較為嚴謹的「標準測站」,可以避免上文提到的測站故障,然後用這些數據來修正雷達監測結果,找出出降雨雷達資料的「修正係數」,最後得到經實際值校正的時空連續的監測資料。

過去沒有雷達技術,單靠雨量測站來監測雨量會面臨好幾個問題,除了上文提及雨量測站很多,逐一去檢查維護有其困難,資料的傳輸及整合又經過多重手續,最後如何修正檢查出錯誤的數據也是一個問題,「但是現在不必然需要一個一個設置雨量測站,因為有遙測技術(雷達)。」周仲島教授說,目前水利署預計要在新北市樹林、台中大肚山、高雄建立3個降雨雷達,兩分鐘就掃描1次,比現在10分鐘1次的雷達資料詳細。

科技的進展是瞬息萬變的,但是不同的技術不一定是取代的關係,如何掌握優劣使他們搭配、互補,也是學習發明之外的另一種智慧。

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:防災降雨雷達網104年完工

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。