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地震「預警」系統的進化和侷限

地震引發的剪力波(S波)和表面波,是造成地表強烈振動和破壞的主因;初達波(P波)的振幅較小,傳遞速度卻比S波快 1.73 倍。每次地震後的震央公布,就是科學家利用P波和S波二種波的速率不同所引起的時間差,進而推算震央的所在位置。現在若能搶先偵測到微小的P波,就能透過簡訊或文字廣播的方式,警告人們即將來臨的地震。

藉由S波和P波的時間差,推算震央甚至爭取預警時間。(圖片來源:Wikipedia, Genppy)

藉由S波和P波的時間差,推算震央甚至爭取預警時間。(圖片來源:Wikipedia, Genppy)

 

如果只能提前幾秒,預警能為我們做什麼?

也許有人認為短短數秒對於人員逃生只是聊勝於無,不過對於捷運、鐵路、電梯、乃至於家中的瓦斯,若能透過系統自動暫停,可大大減少因地震而引起的二次災害或是爭取人員逃生的機會。

高鐵行控中心的任以永副主任表示,日本的預警系統發展成熟,透過政府的力量進行了大規模的偵測器舖設作業,現在更進一步釋出資訊、提供民間企業串接預警系統,如電梯公司便可研發自動斷電裝置,在地震時減少人員受困或其他二次災害。

台灣目前的預警系統發展方向仍以交通運輸為主,中央大學地球科學系的馬國鳳教授希望技術能應用在天然氣公司。「預警能夠爭取的秒數已經不多,如果還要衝去關瓦斯、能夠逃生的時間又更短了。日本的瓦斯供應商現在已經能夠從源頭自動切斷,大大的避免因地震而引起的火災。」

地震預警的許多相關建設都仰賴政府的政策指導。以正在和國家地震工程研究中心(NCREE)合作測試地震預警技術的台灣高鐵為例,任副主任表示高鐵歡迎任何強化防災能力的新技術,但在「高鐵沿線以外區域」所能佈置的地震儀有限,而真正能夠提前偵測P波的「潛在震央區域」,需要仰賴公部門的政策介入,才有權力及能力進行跨區域的地震儀佈置計畫。

細胞廣播:偵測之後,如何散播警訊?

究竟是透過簡訊發送、電視插播、還是街區廣播來發佈地震預警的方式易達性最高?這個課題同樣牽涉到政府的政策和成本效益評估。以簡訊為例,政府須投資電信業者開發核心設備,來解決流通量的限制。若要在一秒內送出三十萬封以上的預警簡訊,為了避免網路壅塞,必須進化為「細胞廣播(Cell Broadcast )」的發送形式,細胞廣播無需蒐集被叫號碼,而是由基地台以獨立管道對區域內的所有支援細胞廣播功能的手機發送簡訊,幾秒內便能傳送到特定區域內數十萬到上百萬的用戶。

其實在莫拉克颱風之後,2010 年中華電信即開發出功能類似細胞廣播的「災害緊急應變訊息通報系統」,依災區指定範圍尋找中華電信行動電話及市話號碼,通知民眾提高警覺或即時撤離。311大地震時,政府即利用中華電信的系統發佈了首次的海嘯警報簡訊。

2014 年 7 月 1 日,國家通訊傳播委員會(NCC)宣布,通過認證合格的 4G 手機均具備接收細胞廣播訊息的功能,以支持公共預警系統(Public Warning System,PWS)。預警訊息將同時顯示中文及英文,並發出不可變更設定的鈴聲和震動提醒民眾。支援細胞廣播系統的手機能否普及,也是挑戰細胞廣播能否充分發揮功能的關鍵之一。

仰賴預警技術?得看我們在哪裡

在台灣影響地震預警效果最大的「非技術因素」,在於土地幅員。

預警技術的根本,在於利用P波和S波跑越遠、抵達的「時間差」越長,才得以對距離震央較遠的地方爭取警報時間。如果在距離震央只有 50~70 公里以內的地方,主震波(S波)將比預警簡訊更快抵達;若納入簡訊推播所耗費的時長,這塊「盲區」的半徑可能長達 100 公里以上。台灣的南北長約377公里,東西寬約142公里,預警系統能發揮的效果恐怕無法如日本同樣顯著。

對高鐵來說,震央在西部的地震來得又快又直接,已經不是預警系統能夠發揮功效的範圍。以甲仙地震為例,當時出軌的列車距離震央僅 46 公里,是透過高鐵自身在沿線佈置的地震儀來爭取煞車時間。而震央在東部或東部外海的地震,如果規模不大,傳到西部時的將有一定程度的衰減,若震度未達四級以上,高鐵列車並不會啟動減速或停駛。至於距離更遠的太平洋地震或海嘯,由於台灣東岸海面下的大陸棚和深海溝會減緩威力,對於台灣的影響更小。

中央大學馬國鳳老師說,除了致力於佈建預警系統的基礎建設之外,設計相關的疏散動線、從平日開始檢查建築的耐震強度,才能有效減少人員傷亡;否則在預警的短短數秒內,反而更容易引起恐慌,混亂中的互相推擠踩踏反而更危險。而地震科學研究人員不應滿足於地震儀的廣設和偵測,而是應持續深入研究斷層幾何的構造,才能預先了解潛在受災區域會受到多大的衝擊。(本文由科技部補助「新媒體科普傳播實作計畫─重大天然災害之防救災科普知識教育推廣」執行團隊撰稿)

責任編輯:鄭國威|元智大學資訊社會研究所

本文原發表於行政院科技部-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!

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