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疊加再疊加,揭開強震誤判的盒子--地震定位的實作篇之(三)

在前篇一次不夠震兩次,連發的地震更難懂──地震定位的實作篇(二)中,我們提到「接連兩個地震」對於地震定位與相關工作造成的困擾,本文我們再進一步談另一個「特殊狀況」:

幾乎同時發生兩個地震,也同時影響了介於兩地震中間的測站

如果兩起地震同時發生,震源附近的測站一定會先收到較近的地震帶來的地震波,以這個角度來看,如果測站的數量夠多,似乎不太會受不同地震的震波干擾定位結果。但是,如果讓電腦自動判別定位地震,這種情況就容易衍生出相當棘手的事:那就是造成強震警報(預警)的誤判!這種誤判可謂是自動化強震警報系統的最大敵人,誤判的次數一旦變多,人們對於警報的信任就會降低!

兩個地震為何會造成強震警報系統誤判?

兩個相距數十公里的地方同時發生兩個地震,就可能像誤判燈泡數目一般,會讓地震警報系統誤判成一個地震。圖/pixabay

試想一下,從數十公尺的遠處看兩個擺得很近(小於30公分)發亮燈泡,有可能會把兩顆燈泡視為同一個比兩顆都亮的燈泡(如果有近視的話可能更有可能誤判)。而兩個相距數十公里的地方同時發生兩個地震,就可能像誤判燈泡數目一般,會讓地震警報系統誤判成一個地震。

在 311 東日本地大地震後,鄰近地區的地震變得頻繁,發生這種容易造成誤判情況的機會多了很多,因此後續研發了 IPF 法以解決這類問題。

過去一般使用的方式就是當有幾個連續地震站「認出」有地震發生後,就開始進行定位和分析的計算,如果同時發生兩個地震,自動系統又判斷成一個並且同時計算,就有可能算出錯誤的結果;IPF 法則是在計算時,將每個測站的數據可以交互參考,同時判定時間、測站位置分布以及振幅等,或許可以把它想成是結合「大數據」和「人工智慧」的方式[註1],因為這樣的方法需要更大量的演算、更多資料量的分析處理。這樣一來,預警系統能用更少的測站資訊就能決定震源參數,自然就會更有效率,這是IPF 法額外的好處,而這方法在 2016 年的 12 月開始使用。

不過,在2018年1月5日上午,日本的緊急地震速報系統還是發布了一個有問題的警報,將極近時間兩處發生地震的波動讓系統誤判成一個更大的地震,一個地震發生在日本西側的富山縣,另一個則在東側的茨城縣,由於自動系統誤判震源的關係,導致計算出來的規模高估許多,震度自然也評估成較大的情況。

下圖為地震發生時各個時間點的地振動加速度情況(圖片截自日本防災科學技術研究所強震觀測網 K-NET 網站公布的影片資料,由於影片有研究單位版權,故提供其下載連結

 

2018 年 1 月 5 日,同時發生了兩個地震,圖中的小點為地震測站,轉變成綠色時代表振幅增大,可以看到隨時間擴散的震波,最後交雜得分不出是哪個地震了。圖/日本防災科學技術研究所強震觀測網K-NET網站

 

等等,不是已經用了 IPF 法避免將多個地震誤判成一個嗎?怎麼還是發生了?阿樹自己的解讀是,這樣的方法投入不到兩年,雖然能有效減少誤判(以此方法重新解析過去的誤報事件確能減低誤報率),但還是有需要持續改進的地方。

預警系統不是做好就好,還要不斷修正

改進也不是只有針對同時發生的地震,接著繼續談另一個近期(2018 年 3 月)投入改善速報結果的方法:「PLUM法」(日文)。如 2011 年 311 地震這樣規模極大(M=9)的地震,規模極大的地震如果要把規模估的準確,就需要完整的地震波紀錄,然而這樣一來就沒有辦法提前預警,PLUM 法的出發點是用來因應這樣的情況,直接跳脫先計算地震規模再估算震度的模式,而是用已得到的震度資料來估算後震波還未到達地方的震度。

這樣一來如果一開始無法正確估算規模,低估了大地震,也能在後續提供比較準確的震度預警,讓稍遠一點的地方也能被預警到。以 311 為例,有許多地方在一開始沒有正確的震度預估資訊,在運用 PLUM 法重新模擬後,就會有更多實際觀測震度較大的地區,在地震波還未到達前就可以預警。

對此,阿樹有個「猜想」:

如果有這樣的方法藉由實際觀測修正預警資訊,那在前面提到將兩個地震誤判成一個而高估震度的情況,是否能用這樣的技術輔助判斷呢?[註2]不過目前還沒有相關應用。

最後,我們從地震定位的演進、各種困擾測報人員或科學家的情境,可以發現即使是今日的科技以讓地震定位可以用極短的時間完成,但在分秒必爭的情況下,早一點探得先機,就能早一步採取防災作為。所以這樣的科學研究,研如同一場沒有止盡的長期抗戰,必須不斷精進更新,沒有所謂「做到哪就夠了」的事,永遠都有數不完的挑戰!

註解

  • [註1]:氣象廳公告 IPF 法的說明文件並沒有明確解釋詳細的計算方法,阿樹對於這方法的理解也有限,若解讀有偏差煩請先進指正。
  • [註2]:目前阿樹查到的資訊,還未有提及 PLUM 法的技術可用來因應兩個地震同時發生的誤判,因此本段僅為個人觀點,並非科學上已達到的技術。

延伸閱讀

本文轉載自震識:那些你想知道的震事,原文為《地震預警系統誤報?原來是兩個地震來攪局(地震定位的實作篇之三)》,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。

關於作者

震 識:那些你想知道的震事

《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。部落格、粉絲專頁將於每星期二刊登新文章,歡迎各方好友來聽故事、學知識!

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