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我們為什麼需要強震即時警報?預警系統真正的用處你知道嗎?

震識:那些你想知道的震事_96
・2017/10/10 ・3567字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 538 ・八年級

文/阿樹|震識:那些你想知道的震事副總編輯

這篇文章的發想是來自於今年(2017)四川地震後一篇文章:提前 71 秒為成都發出九寨溝地震預警,這套中國研發的預警系統真的很厲害,這些文章帶出了一些大眾對強震警達的不當相像和迷思,也藉此談談「強震警報」(以下會以「地震預警」來作為代稱)對我們的重要性和實用性。但阿樹在這先說明一下,前述的文章內容並不糟糕,也有提及實用的觀點,但或許為了更吸引讀者,在下標題時卻忽略了地震基本的科學極限,所以才特別需要澄清一下!

二種不同思維的地震預警

修改一下藥廠廣告的台詞,用在地震預警上就會是「平平是地震預警,原理不同,用途效果也不同!」過去像本站介紹過氣象局的地震預警系統,以及日本的緊急地震速報,甚至前文中國大陸使用的 ICL 地震預警系統,大致的原理都是建構在基本的地震定位與決定規模的方式,進一步的利用電腦與程試判斷等手段,盡可能縮短時效,並且以規模計算的結果評估震度,目前上述「區域型地震預警」的技術大約可以縮短在 20 秒之內。

國家級警報(PWS 簡訊截圖)。圖Toppy368 @ Wikimedia commons
另一種則是「現地型地震預警系統」,這種系統就會跳過地震定位的步驟,直接針對先收到的 P 波進行分析,而透過大量分析過去的地震波形資料特徵,便能從最初的 P 波(僅需前 3 秒的波形)分辨出地震的規模是大是小,進而估算後續震波的活動,這樣一來就可以更快得到資料,這種方式在國內包括國家地震工程中心、前些日子接受本站邀稿的吳逸民教授皆有相關的研究與衍生產品。

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不過有一好就沒有兩好,現地型的系統時效快,但畢竟僅靠預先設計好的演算方式,準確度就比不上利用較多測站解算完成的區域型地震預警系統,反過來說區域型的技術由於需要花上較多的時間,最嚴重的震央區或斷層沿線一帶,可能都算是「盲區」,就算收得到區域型的預警簡訊,地震也早就過了。除非我們能把這兩種摻在一起…當然,我想得到,你想得到,科學家也想得到!目前上述所提到的開發單位都在嘗試如何把這兩種方式結合搭配運用以達到最佳效益,好在這些研究已經近在咫尺了!

說到「效益」,該怎麼評估?越多秒越好嗎?

因為地震預警是種「提前告警」的警報,習慣上或許看到 71 秒會有「這系統很厲害RRRR」的感覺,但這真的就很厲害嗎?接下來我們用簡單的數學來解析,內文有提到它是對「成都市」的預警,成都市和震央的距離關係有多遠、震度有多大呢?筆者沒有官方資料,先拿 USGS 的報告截圖來看:

震央所在以等震度線分布圖。圖/USGS 網頁。

若將上圖中震央(星星)地區與震央直接拉線,相隔大約 280 公里多,S 波的波速若以 3.5 km/s 來算會是 80 秒、以 3 km/s 則是 93 秒,如果我們取個中間值估個 87 秒好了,減去 71 秒就會是 16 秒,代表的意思就是震後約 16 秒我們就收到地震簡訊了,還記得前面提到區域型預警技術一般解算情況都會壓在 20 秒內嗎?就這次的案例而言,16 秒的時間做好解算及發布到用戶端,的確算是很好的時效,尤其是簡訊端發送的部分!

但是,如果要直接把「我們多了 71 秒可以防災」來作為結論,卻言之過早,因為上圖的成都市旁邊也顯示了當地的震度,以MMI 震度階畫分的話是震度 IV 級,對於到中央氣象局大約是 1~2 級左右的震度,這樣程度的晃動小到幾乎不會造成災害,真要考慮也僅有極精密的儀器之類的會受影響吧?

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那麼到底預警可以用在多遠的範圍?

真要用科學的角度來看,實在很難給個門檻範圍,因為呢,地震大小不同,衰減的程度不同,當然我們會得到的預警時間也都不同。這樣講很難懂對吧?我們舉出一種情境,看看地表震度分布和 S 波從發震之後到達不同地方的時間關係示意圖:

情境 1:僅考慮震度衰減的效應,S 波的行進波速以 3.5 km/s 來估計。黃色為震央位置示意,實際上震度分布會因斷層破裂型態而有所變化。圖/作者繪製提供。

從上圖的情境來看,大於六級震度的地方幾乎都在預警盲區內,五震震度區或許可以仰賴現地型預警技術,而四級震度區或許可以藉由區域型地震預警得到更多的預警時間。

為什麼上圖的 S 波到達時間只畫到四級震度區?因為三級以下的震度對於多數建物並不會造成太大危害,而現在台灣收到的地震簡訊大致也是以所在地震度四級為標準。(不過,曾聽過朋友有在震度三級的情況收到簡訊,個人猜想或許是考量正負一級的誤差吧?)

至於更小的震度區呢?當然因為離的更遠,理所當然的就有更多的預警時間,只是它並不能達到真正減災的效果,大概是減少恐慌吧?

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接下來,如果我們把地震規模改變一下,將上面那張不同震度區的邊緣和 S 波到時的關係表格化,做成不同規模情境時的情況如下圖:

將不同規模、地表加速度範圍與 S 波到時所繪的圖,地表加速度 25、80、250 gal 分別是 4、5、6 級震度的最低門檻值。不同顏色長條圖代表規模不同時,最遠可測得的加速度值,並用白色長條圖顯示其對應的 S 波(波速以 3.5 km/s 推估)從發震到達該位置時的時間。本圖為模擬所得之圖,不代表實際地震時的情況。圖/洪瑞峻繪製提供。

所以我們可以大略估出不同距離、震度與可預警的時間差異,可以發現當規模越大時,震災範圍將會較大,當然,需要預警的地方(震度 4 級、25 gal 以上區域)就會變大,此時再來談「得到多少預警時間」才有實質意義。預警技術所考量的地方應該是搖晃較大的地方,若是針對震度極小的地方,看起來就只是一個倒數計時展示器的概念而已。

不過,離震央較遠的地方也不一定安全

看了前面的圖表資料,或許有人會得到「遠的地方比較安全,所以也用不著預警」的結論,不過我必須說這是個迷思觀念。因為震度的分布不會等距均勻分布,還會受到斷層本身和地質的影響,我們從 921 集集地震的等震度圖,就能略窺一二:

921 集集地震的等震度分布圖,星號為震央所在,圖/中央氣象局地震百問

先看震度 6 以上的部分,可以發現圖上的震度分布是長形的,向北延伸到新竹,向南延伸到嘉義,絕大部分因素在於南北向的斷層型貌,以及斷層錯動的情況。斷層向南可延伸到南投和雲林交界,而向北則可到苗栗南端,而錯動的初始點雖在震央區,但斷層錯動量最大的地方要再更偏北方一點(見在動與不動之處,那些斷層面上的複雜事(下)--《震識》一文)。所以雖然有些 7 級的震度區離震央稍遠,但震度一樣很大、很危險。

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接著看 5 級震度的地區,最明顯的就是在北部地區有一塊淺綠色,雖然搖晃不若 6 級強烈,但也足以造成一些損害,此時預警系統就可發揮用處,如下圖所呈現的概念:

情境 2:在情境 1 的基礎上,多了一塊震度因地質情況而產生放大效應的部分(橘色橢圓範圍),提前預警將對此區域發揮更好的效果!圖/作者繪製提供。

預警系統「真正的用處」

在此舉出兩例近代歷史地震案例,分別是 1986 年與 2002 年在花蓮外海發生的地震,前者震毀了當時台北縣(現新北市)中和的華陽市場,而後者則造成施工中的台北 101 大樓起重機吊臂震落的傷亡。

預警系統並不能改變震毀的市場或震落的吊臂,尤其是當時的華陽市場經改建後耐震能力已較差(這也是事後調查才知道),讓我們的建物更加堅固耐震,一直都是抗震的重要做為,與預警系統本身是不同的事,然而像是施工中的吊臂,或是當年在市場一樓的人們,若是多了十秒至二十秒的時間應對,是否能再降低傷亡人數呢?

哪怕是在搖晃之前能盡可能的避開危險,都能多爭取一些生存機會,當然,這都得建置在我們知道怎麼運用科學、科技來幫助自己。歷史無法重來,但未來可以改變,看似消極作為的各項地震研究或防震建議,實質上也是一種積極求生之道。

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延伸閱讀

註解

  • 集集地震的車籠埔斷層,請見下圖中央地調所之台灣活動斷層分布圖:

 

本文轉載自震識:那些你想知道的震事,原文為《我們為什麼需要「強震即時警報」?警報時間越長就越有效嗎?》,也歡迎追蹤粉絲頁震識:那些你想知道的震事了解更多地震事。

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震識:那些你想知道的震事_96
38 篇文章 ・ 9 位粉絲
《震識:那些你想知道的震事》由中央大學馬國鳳教授與科普作家潘昌志(阿樹)共同成立的地震知識部落格。我們希望透過淺顯易懂的文字,讓地震知識走入日常生活中,同時也會藉由分享各種地震的歷史或生活故事,讓地震知識也充滿人文的溫度。

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除了蚯蚓、地震魚和民間達人,那些常見的臺灣地震預測謠言
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/02/29 ・2747字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

災害性大地震在臺灣留下無數淚水和難以抹滅的傷痕,921 大地震甚至直接奪走了 2,400 人的生命。既有這等末日級的災難記憶,又位處於板塊交界處的地震帶,「大地震!」三個字,總是能挑動臺灣人最脆弱又敏感的神經。

因此,當我們發現臺灣被各式各樣的地震傳說壟罩,像是地震魚、地震雲、蚯蚓警兆、下雨地震說,甚至民間地震預測達人,似乎也是合情合理的現象?

今日,我們就要來破解這些常見的地震預測謠言。

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漁民捕獲罕見的深海皇帶魚,恐有大地震?

說到在坊間訛傳的地震謠言,許多人第一個想到的,可能是盛行於日本、臺灣的「地震魚」傳說。

在亞熱帶海域中,漁民將「皇帶魚」暱稱為地震魚,由於皇帶魚身型較為扁平,生活於深海中,魚形特殊且捕獲量稀少,因此流傳著,是因為海底的地形改變,才驚擾了棲息在深海的皇帶魚,並因此游上淺水讓人們得以看見。

皇帶魚。圖/wikimedia

因此,民間盛傳,若漁民捕撈到這種極為稀罕的深海魚類,就是大型地震即將發生的警兆。

然而,日本科學家認真蒐集了目擊深海魚類的相關新聞和學術報告,他們想知道,這種看似異常的動物行為,究竟有沒有機會拿來當作災前的預警,抑或只是無稽之談?

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可惜的是,科學家認為,地震魚與地震並沒有明顯的關聯。當日本媒體報導捕撈深海魚的 10 天內,均沒有發生規模大於 6 的地震,規模 7 的地震前後,甚至完全沒有深海魚出現的紀錄!

所以,在科學家眼中,地震魚僅僅是一種流傳於民間的「迷信」(superstition)。

透過動物來推斷地震消息的風俗並不新穎,美國地質調查局(USGS)指出,早在西元前 373 年的古希臘,就有透過動物異常行為來猜測地震的紀錄!

人們普遍認為,比起遲鈍的人類,敏感的動物可以偵測到更多來自大自然的訊號,因此在大地震來臨前,會「舉家遷徙」逃離原本的棲息地。

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當臺灣 1999 年發生集集大地震前後,由於部分地區出現了大量蚯蚓,因此,臺灣也盛傳著「蚯蚓」是地震警訊的說法。

20101023 聯合報 B2 版 南投竹山竄出蚯蚓群爬滿路上。

新聞年年報的「蚯蚓」上街,真的是地震警訊嗎?

​當街道上出現一大群蚯蚓時,密密麻麻的畫面,不只讓人嚇一跳,也往往讓人感到困惑:為何牠們接連地湧向地表?難道,這真的是動物們在向我們預警天災嗎?動物們看似不尋常的行為,總是能引發人們的好奇與不安情緒。

如此怵目驚心的畫面,也經常成為新聞界的熱門素材,每年幾乎都會看到類似的標題:「蚯蚓大軍又出沒 網友憂:要地震了嗎」,甚至直接將蚯蚓與剛發生的地震連結起來,發布成快訊「昨突竄大量蚯蚓!台東今早地牛翻身…最大震度4級」,讓人留下蚯蚓預言成功的錯覺。

然而,這些蚯蚓大軍,真的與即將來臨的天災有直接關聯嗎?

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蚯蚓與地震有關的傳聞,被學者認為起源於 1999 年的 921 大地震後,在此前,臺灣少有流傳地震與蚯蚓之間的相關報導。

雖然曾有日本學者研究模擬出,與地震相關的電流有機會刺激蚯蚓離開洞穴,但在現實環境中,有太多因素都會影響蚯蚓的行為了,而造成蚯蚓大軍浮現地表的原因,往往都是氣象因素,像是溫度、濕度、日照時間、氣壓等等,都可能促使蚯蚓爬出地表。

大家不妨觀察看看,白日蚯蚓大軍的新聞,比較常出現在天氣剛轉涼的秋季。

因此,下次若再看到蚯蚓大軍湧現地表的現象,請先別慌張呀!

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事實上,除了地震魚和蚯蚓外,鳥類、老鼠、黃鼠狼、蛇、蜈蚣、昆蟲、貓咪到我們最熟悉的小狗,都曾經被流傳為地震預測的動物專家。

但可惜的是,會影響動物行為的因素實在是太多了,科學家仍然沒有找到動物異常行為和地震之間的關聯或機制。

遍地開花的地震預測粉專和社團

這座每天發生超過 100 次地震的小島上,擁有破萬成員的地震討論臉書社團、隨處可見的地震預測粉專或 IG 帳號,似乎並不奇怪。

國內有許多「憂國憂民」的神通大師,這些號稱能夠預測地震的奇妙人士,有些人會用身體感應,有人熱愛分析雲層畫面,有的人甚至號稱自行建製科學儀器,購買到比氣象署更精密的機械,偵測到更準確的地震。

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然而,若認真想一想就會發現,臺灣地震頻率極高,約 2 天多就會發生 1 次規模 4.0 至 5.0 的地震, 2 星期多就可能出現一次規模 5.0 至 6.0 的地震,若是有心想要捏造地震預言,真的不難。 

在學界,一個真正的地震預測必須包含地震三要素:明確的時間、 地點和規模,預測結果也必須來自學界認可的觀測資料。然而這些坊間貼文的預測資訊不僅空泛,也並未交代統計數據或訊號來源。

作為閱聽者,看到如此毫無科學根據的預測言論,請先冷靜下來,不要留言也不要分享,不妨先上網搜尋相關資料和事實查核。切勿輕信,更不要隨意散播,以免造成社會大眾的不安。

此外,大家也千萬不要隨意發表地震預測、觀測的資訊,若號稱有科學根據或使用相關資料,不僅違反氣象法,也有違反社會秩序之相關法令之虞唷!

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​地震預測行不行?還差得遠呢!

由於地底的環境太過複雜未知,即使科學家們已經致力於研究地震前兆和地震之間的關聯,目前地球科學界,仍然無法發展出成熟的地震預測技術。

與其奢望能提前 3 天知道地震的預告,不如日常就做好各種地震災害的防範,購買符合防震規範的家宅、固定好家具,做好防震防災演練。在國家級警報響起來時,熟練地執行避震保命三步驟「趴下、掩護、穩住」,才是身為臺灣人最關鍵的保命之策。

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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地震預警比你想得更複雜!ft. 氣象局地震測報中心主任陳國昌【科科聊聊 EP.56】
PanSci_96
・2021/09/14 ・764字 ・閱讀時間約 1 分鐘

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地震來時,除了收「國家級警報」簡訊外,更該遵守趴下、掩護、穩住這三項避難原則!不過,你知道隱藏在地震背後的「地震預警系統」是什麼嗎?就讓我們說給你聽!

  • 00:37 臺灣一年的地震有幾個?
  • 03:34 地震測報中心平時的工作內容是什麼?
  • 07:50 即時站是什麼?
  • 14:29 會透過觀察動物行為來研究地震嗎?
  • 16:48 氣象局在地震預警系統上做了許多努力
  • 23:56 透過人工電腦可以比較好達到預測嗎?
  • 25:10 日本與中國的研究
  • 29:30 臺灣選用建材的改變
  • 32:21 地震預警時間有可能再提前嗎?
  • 40:49 新計畫的效果如何
  • 41:25 理想中的地震預警秒數
  • 50:57 小地震準大地震不準?
  • 53:57 地震測報中心的願景是什麼?
  • 58:36 地震來時該做什麼?

*2021 年「國家防災日」將在 9 月 17 日舉辦,藉由災防告警訊息服務(PWS),於當天早上 9:21 進行「地震速報」測試;9:25 進行「海嘯警報」測試,科夥伴們收到簡訊請不要驚慌,記得遵照「趴下、掩護、穩住」的基本原則,配合演練進行唷!

延伸閱讀:叫醒他的不是鬧鐘,是地震,還有讓預警系統更好的夢想

PanSci_96
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