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地震來了臺北特別晃?關於盆地的場址效應

震識:那些你想知道的震事_96
・2019/03/15 ・3323字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 504 ・六年級

  • 文/郭俊翔 國家地震工程研究中心

每當有較大規模地震發生時,若臺北盆地之震動較周邊大,幾乎都可見到電視新聞及一般民眾朗朗上口地說這是因為「盆地效應」或「場址效應」所造成的震波放大現象,到底這些效應是什麼呢?今天就來談談臺北盆地的場址效應。

不只5倍?還可能10倍!場址效應的超自然發現

我們來追溯最早的典故。據筆者所知,最早記載有關場址效應 (Site Effect) 的文獻是在距今超過 100 年前,由有現代地震學之父之稱的約翰.米爾恩 (John Milne) 於 1898 年所出版的《Seismology-地震學》一書,書中原文提到:

It is an easy matter to select two stations within 1000 feet of each other where the average range of horizontal motion at the one station shall be five times, and even ten times, greater than it is at the other.” Milne, 1898, pp. 81)。

中文即是說,不難找到兩個相距不到 300 公尺的地震測站,但它們的水平向振幅卻可以達到 倍,甚至 10 倍。由此可知,早在 19 世紀就藉由地震觀測,發現了震度可能也會因地而異(而且還可能落差很大)。而造成落差極大背後的原因,就是地質條件差異,這也就是所謂「場址效應」!

1+1>2,晃上加晃的臺北盆地

地震發生後,一開始的地震波會在堅硬岩盤中傳播,但地震波從岩盤進入接近地表的鬆軟土層時,會因為地層性質轉變發生幾件事:

  1. 地震波振幅加大(搖得變更大)
  2. 地震動延時加長(搖得變更久)

放大後的地震波更容易造成建築物的損壞、倒塌而加重地震災害,因此場址效應的研究在地震工程領域相當受到重視。

筆者借用一個簡單的短片來介紹場址效應(取自921地震園區臉書專頁),影片中使用布丁模擬鬆軟土層的震動,透過簡單的實驗呈現,可讓一般民眾了解場址效應的現象。

很巧合的是,臺北盆地正好具備所有場址效應發生的要點:

  1. 堅硬的岩盤(第三紀基盤)
  2. 鬆軟的土層(松山層)
  3. 西深東淺盆地外型

這些因素不僅造成不同週期的震波放大,也讓地震波進入盆地時更容易聚焦,進而產生共振及延長震動的持續,造成臺北盆地內的民眾在地震發生時更加「有感」。

臺北盆地在近代曾受過數次強震的影響,皆是由於盆地內的場址效應造成震波放大,而使災損更加嚴重,例如 1986 年芮氏規模 6.8 的花蓮外海地震,震央距離臺北盆地約 110 公里,仍造成臺北盆地內多處建築物倒塌或嚴重損壞;1999 年芮式規模 7.3 的集集地震,雖然發生在台灣中部,卻在臺北盆地造成相當嚴重的災情,包括松山賓館(東星大樓)和新莊博士的家兩棟高樓的倒塌,以及多棟建物的嚴重損毀。

【圖1】右上為集集地震時,位於臺北盆地內的 TAP014 民生國小強震站(上圖震波),另一個位在臺北盆地外的 TAP067 指南宮強震站(下圖震波)的加速度震波比較,位於盆地內的民生國小測站,位於鬆軟土層上,其最大加速度 (PGA) 值為107 gal,而位於盆地外的指南宮測站,位於堅硬岩盤上,其最大加速度值卻僅有36 gal,兩個測站與車籠埔斷層之距離差異不大,但其加速度振幅卻差了近 3 倍。

若再看到右下之加速度反應譜圖[註1],則可看出兩個測站的譜加速度值(Y軸)在不同週期(X軸)時有不同的振幅放大的情況,代表臺北盆地對不同週期震波會有不同的放大倍率,因此在臺北盆地內被大幅放大的震波(週期約 1 秒左右)更容易造成災損。

【圖1】集集地震時,臺北盆地內-TAP014民生國小、臺北盆地外-TAP67指南宮,兩個監測站的地震動加速度歷時(右上圖)及加速度反應譜(右下)。圖/震識提供

再看另外一個例子:2002 年 月 31 日芮式規模 6.8 的花蓮外海地震,也造成當時施工中的 101 大樓頂樓的起重機吊臂掉落及多棟建築物受損,臺北的災情也較花蓮嚴重。

隔山打牛,數百公里外的地震重擊墨西哥城

在國外有無類似臺北盆地的案例呢?不止有,還發生過慘重的災情。

墨西哥的首都墨西哥城,就位於盆地之中,而腳下鬆軟的湖泊沉積物就覆蓋在堅硬的岩盤上。1985 年墨西哥近海發生震矩規模 8.0 的隱沒帶強震,距離震央 400 公里的墨西哥市,因其地質條件也產生強烈的場址放大效應而造成墨西哥市嚴重災損。

如【圖2】所示,位於盆地內的 SCT 測站,PGA 為 170 gal,而位於盆地外圍的 UNAM 測站之 PGA 僅 35 gal,兩者差異將近 倍,而由兩個測站的反應譜比較,可看到週期 秒的震波在 SCT 測站的譜加速度值(Y軸)將近 0.8 g,但同樣週期的震波在 UNAM 測站的譜加速度值則僅有0.1 g,其放大倍率超過 倍,這也是場址效應的另一項特性,沉積物較厚之處會對長週期震波造成放大。

【圖2】左圖:1985年墨西哥地震之震央與墨西哥市位置圖;右上圖:SCT測站和UNAM測站的加速度反應譜;右下圖:不同距離的測站加速度波形。圖/震識提供

由於 1985 年地震的經驗,墨西哥政府早在 90 年代就開始推動地震預警(Earthquake Early Warning,如我們國內目前的強震即時警報)系統的設置,因為地理位置的因素,墨西哥大規模地震都是發生在南部沿海一帶,距離墨西哥市大約都有 300 公里以上的距離,但由於墨西哥盆地強烈的場址效應,本當隨著距離而衰減的地震波在到達墨西哥市後又被放大,但數百公里的距離也給了地震預警系統相當足夠的時間可以對墨西哥市民眾發布警報。有興趣者,可以參考IRIS對墨西哥地震所製作的科教影片

防震秘笈:臺北盆地分區123

那麼臺北盆地要不要考慮因為特殊地質條件所造成的場址效應?當然要啊!

國內的《建築物耐震設計規範》於 2005 年改版後已在臺北盆地加入微分區的概念,並於 2009 年對其分區進行調整,即對盆地內不同的區域,依其地質條件及實測資料的強震特性,特別考量場址放大效應和長週期震波效應,並為各分區制定適當的設計反應譜[註2]

現行規範中,為因應盆地內不同的沖積層厚度造成的強震反應,而將其分為臺北一區、二區及三區,並分別制定不同的建築物設計反應譜【圖3】,所考量的地震波週期由長到短依序為一區、二區、三區,也正好反應由深到淺的沖積層厚度變化。這個根據臺北盆地實測資料而制定的微分區規範,考量到位於盆地內的建築物會受到的震波放大效應和較長週期的地震動,可確保符合此規範的建築物可以承受場址放大作用後的地震力。

【圖3】現行耐震設計規範的臺北盆地微分區圖。圖/邱世彬等人,2008

分區仍不夠,還要加強建築耐震度

人類為生活便利逐水而居,而肥沃的沖積土壤更是孕育農作物的良田所在,因此發展出許多位於沖積平原或盆地的大都市,但是當地震發生時,這些位於軟弱土層的城市則必須承受更強的地震作用力。類似的例子履見不鮮,除了上述的臺北盆地、墨西哥市外,還有像美國加州的舊金山、洛杉磯,以及日本的東京、大阪等,都是位於鬆軟土層上而人口稠密的大都市。

那麼怎麼辦?砍掉重練、把人都搬走嗎?

目前世界上還未有能做到這樣的例子。但隨著科技的進步,先進國家都能制定合宜的耐震規範,只要按照規範施工,都能確保地震時建築物不會完全倒塌而保有生存空間,近年來國內所發展的地震預警技術也越來越成熟,可爭取強震到達前數秒時間讓民眾就安全位置躲避。然而臺北盆地內為數眾多的老舊建築,年代已久且耐震力較弱,適當的補強或重建才能提高建物耐震力,更能確保居住的安全。

備註

  • [註1]:加速度反應譜:地震波作用於簡單結構系統時,各週期震波會有不同的最大加速度值,分別計算後可繪製成加速度反應譜,常在工程上作為地震力評估的依據。
  • [註2]:設計反應譜:根據強震記錄評估不同地區可能受到的各週期地震動強度,制定出一人造反應譜,作為建築物建造時的耐震性能依據。

本文轉載自震識:那些你想知道的震事,原文為《為什麼地震來了臺北搖的特別大?談盆地的場址效應》,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。

文章難易度
震識:那些你想知道的震事_96
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《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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為什麼土耳其大地震的災情慘重?反思臺灣的防災意識——《科學月刊》
科學月刊_96
・2023/05/14 ・2726字 ・閱讀時間約 5 分鐘

  • 潘昌志/科普作家,著有《地震 100 問》、《海洋 100 問》。

Take Home Message

  • 土耳其位於被斷層包圍的歐亞地震帶,因此飽受地震威脅。
  • 年初在土耳其與敘利亞交界發生兩次大地震,因為地上建物多為古老、不耐震建築,導致災情嚴重。
  • 借鏡土耳其地震,臺灣的防災議題中除了討論傳統的防災建議,更要著重檢討老舊建物的補強問題。

今(2023)年 2 月 6 日,土耳其東南部與敘利亞交界處發生了兩次大地震,分別在當地上午 4 點 17 分(Mw = 7.8)和下午 1 點 24 分(Mw = 7.5)1。兩次強震與後續餘震造成相當慘重的傷亡,根據國際救援組織 Humanity First 截至 3 月 11 日的統計,已造成至少約 5 萬人死亡、13 萬人受傷,如此嚴重災害也引起國際社會關注。本文將介紹此次地震,並反思這次災害對臺灣地震防災的啟示。

地震發生的原因

土耳其位於歐亞地震帶上,附近的地體構造包括較大的歐亞板塊與非洲板塊,還有較小的阿拉伯板塊與安納托利亞板塊。

土耳其境內主要的斷層系統落在安納托利亞板塊與其他板塊的邊界,北側為與歐亞板塊相鄰的北安納托利亞斷層(North Anatolian Fault);東部的東安納托利亞斷層(East Anatolian Fault)則是安納托利亞板塊與阿拉伯板塊的交界,此交界再往東延伸便與比特利斯-札格洛斯褶皺逆衝帶(Bitlis–Zagros Fold and Thrust Belt)相鄰;南端則與死海轉形斷層(Dead Sea Transform)相連。

另外,地中海的塞普勒斯隱沒帶(Cyprus subduction zone)南方也是非洲板塊向北隱沒至安納托利亞板塊的交界,土耳其可說是被斷層包圍、充滿地震威脅的國度(圖一)。

圖一|土耳其附近板塊構造與本次地震震央示意圖。圖/科學月刊。

土耳其東南部與敘利亞交界處發生了兩次大地震,震央分別在圖上★的位置。

這兩次地震主要坐落在東安納托利亞斷層系統的破裂帶上,兩次地震規模相當,加上震央位置與斷層機制不同,以及餘震的空間各自獨立分布,一般會將兩次地震視為兩個不同破裂面上的事件。

但像這樣接連兩次的地震,有些單位或學者也會將規模較小的第二次事件視為餘震,就像是去(2022)年在臺灣的關山、池上接連發生的地震一樣,自然界中偶爾會看到兩次地震規模相近、又可能是同一斷層或相鄰斷層系統的地震事件案例。

歐亞地震帶上的地震好像都特別嚴重?

「歐亞地震帶」大致的分布範圍可以從印尼延伸到中國、印度、尼泊爾、中亞、土耳其、希臘,甚至遠到義大利。不過這裡的地震頻率不如環太平洋地震帶頻繁,所以人們對於歐亞地震帶上的強震較為陌生,或許還可能有此區地震總特別嚴重的印象。

不過災情之所以慘重,主要是由於歐亞地震帶涵蓋了希臘、羅馬、波斯、印度等蓬勃發展的古文明國度,這些國家的古老建築多半難以扺抗強烈震度。

即使現代工程技術已能扺抗強烈的振動,但這些地區的耐震補強更新不一定能趕在大地震來襲之前完成。過去如2009年義大利拉奎拉市(L’Aquila)地震、2015 年尼泊爾地震、2016 年義大利中部地震、2017 年伊朗-伊拉克邊界地震,致災原因皆為劇烈震度與當地建物的不耐震。

進一步探討今年土耳其的災情狀況,與 1999 年 921 集集地震的規模(Mw = 7.6)相比,這兩次地震的能量釋放已經相當接近,而地震的震源深度又分別只有 18 公里和 10 公里,MMI 震度達到 9 級2。淺源地震造成強烈震度,再加上當地的建物耐震能力較差,致使慘情慘重。從部分新聞提供災區照片,也可以看出低樓層結構軟弱、柱子不夠粗、缺乏抵抗剪力強度的老舊建物受到嚴重損壞。

掃描 QRcode,可見土耳其的港口城市伊斯肯德倫(Iskenderun)某建物地震前後對比圖。大面積的窗戶側缺乏強力的柱子支撐,加上樓層較高,遇上大地震其實很難撐住剪力的破壞。

「生命三角」有用?重點還是耐震問題

也因為樓房倒塌狀況相當慘重,人們生還機率渺茫,因此有部分報告也提及,在樓板瓦礫中發現了躲在家具間縫隙的「生命三角」空間而生還的例子,讓這個一般「不建議」的防災概念又再次被討論。然而,生命三角適用的「整片樓板震毀落下」的情況,根本原因是來自於建物的脆弱。

防災單位之所以建議「趴下、掩護、穩住」而非「生命三角」,乃是因為絕大多數地震對人身的威脅,遠大於生命三角所適用的情況。像這樣因缺乏耐震建物的狀況下,比起討論何種防災建議恰當,更重要的是檢討老舊建物的補強問題。

危老住宅、防災都更進展緩慢的問題不僅在臺灣可見,在土耳其更加嚴重。近年來,當地北方大城市如安卡拉、伊斯坦堡的房價已達到一年成長破 100% 以上的程度。再加上近幾次大地震後,土耳其的防災與建築專家也不斷倡儀政府應重視建物耐震議題,希望可以在下次大地震來臨前先做好準備。

然而大地震不會等人們慢慢重整旗鼓,我們也該藉此反思,即使 921 集集地震後建物法規的修訂與落實逐漸被正視,但國內仍有大量連耐震評估都未辦理的老舊建物,實為一大潛在威脅。

未來地震防災應該關注的重點

殺人的不是地震,而是建築。或許人們會認為,蓋好房子總要花大錢,但其實提升耐震並不是只有重蓋房屋一途,還可以利用耐震補強來落實(圖二)。近年內政部營建署與國家地震工程中心的「私有建築物耐震弱層補強」措施已提供民眾補助的方案和金額,然而強化房屋涉及房產的所有權人,必然需要透過如「區分所有權人會議」讓公寓大廈內的住戶取得一定共識才能實施。

因此真的要提升住宅的耐震安全,靠的不是政府或科學家,而是人們應有「居安思維」的意識,願意從認識地震來思考如何在地震頻繁的臺灣安全生活,將社區的基金用在修繕補強耐震上、將管理費撥一點用於防災演練或是設備添購。地震防災要有效深耕,不該只是準備地震包、演練趴下掩護穩住,而是要將防災視為一件重要的事,並作為日常的習慣。

圖二|住宅耐震補強的申請步驟。圖/科學月刊。

耐震補強的補助條件

  1. 耐震能力初步評估結果危險度總分大於 30 分者。
  2. 耐震能力詳細評估結果為須補強或重建者。
  3. 經依「災害後危險建築物緊急評估辦法」第六條規定緊急評估有危險之虞,並已於建築物主要出入口及損害區域適當位置,張貼危險標誌者。
  4. 經執行機關認定有補強必要者。

註解

  • 〔註 1〕Mw 是地震矩規模,為其中一種地震規模表示法。
  • 〔註 2〕MMI 震度 9 級對照到中央氣象局的震度分級約是 6~7 級的程度。
科學月刊_96
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板塊與斷層並不相同,從土耳其敘利亞大地震了解大地之母
PanSci_96
・2023/03/12 ・2981字 ・閱讀時間約 6 分鐘

今年 2 月 6 日,土耳其大地震的影像,透過國際媒體、社群網路不斷轉發,讓世人再次感受到大自然的無情,也讓身處地震帶上的台灣,重燃關於地震的防災意識。

而同樣身處地震帶上的我們,對於地震又理解多少呢?

這次土耳其的地震規模有多大?

今年2月 6 號,土耳其當地時間凌晨四點,發生了地震矩規模(Mw) 7.8 的強震(美國地質調查局 USGS 的測定數據);震央位於土耳其南部與敘利亞接壤,有著 170 萬人口的加濟安泰普省,震源深度僅僅只有 17.9 公里,屬於極淺層地震。

不幸的是,大約 9 小時之後,距離震央東北方不到 100 公里的地方,再度發生規模 7.5 的地震,深度甚至只有 10 公里,最大震度甚至高達麥卡利震度的 X 度,相當於台灣的 7 級地震。

光是在土耳其境內,強震造成四萬一千多人死亡、十萬多人受傷,是土耳其百多年來死亡人數最多的地震。

土耳其為什麼會發生大地震?

為土耳其百多年來,死亡人數最多的地震。圖/維基百科

地球表面包含地殼和一小部分的地函質地剛硬的地方,被稱為「岩石圈」,它並不是完整的一塊,而是分裂許多個「板塊」。中洋脊新生的海洋地殼會推著兩側的板塊不斷向外擴,最終在海溝下沉回到地函,完成循環。

然而,這些板塊彼此運動的速度和方向並不一致,彼此之間會有碰撞、擠壓、摩擦、分離等等的相對運動,形成相互碰撞的「聚合型板塊邊界」、相互分離的「分離型板塊邊界」以及水平錯動的「轉形型板塊邊界」(Transformation Fault,臺灣中學課本常翻作「錯動型板塊邊界」)。

實際攤開地圖,土耳其大部分區域都位在高原上;但在腳底下,土耳其的土地正不偏不倚的落在四個板塊的交界處:北邊的歐亞板塊、南方有阿拉伯板塊、西南方是非洲板塊,大部分國土則位於安納托利亞板塊上。

這些板塊相互推擠,創造了土耳其豐富的高原地貌,也造就了頻繁的地震。

地震發生的原因不只是因為板塊碰撞

我們常以「板塊的碰撞」作為地震的原因,雖然板塊運動確實會伴隨地震發生,卻不能直接解釋地震發生的機制。

板塊新生及重回地函的地方,構成了板塊的交界,它可以是中洋脊、海溝,如果該二板塊交界處的兩側都是陸地,則可能擠壓形成山脈。

就像拿兩塊吐司互相擠壓,會變形的,不是只有接觸面而已,整塊吐司都會因為兩側施加的壓力,在各處形成變形、甚至破裂。而這個破裂面,就是斷層;斷層錯動的瞬間,就會引發地震。

因此,斷層不一定要位於板塊交界上,而是只要岩層有受力的地方,就有可能產生斷層,它可以位在板塊交界的「附近」,也可以是位在遠離板塊交界的地方。

當然,因板塊的相對運動容易讓應力累積在板塊交界處,在板塊交界附近的斷層數量也就比較多。

這次土耳其錯動的斷層是?

土耳其正落在四個板塊的交界處。圖/維基百科

前面提到,土耳其剛好就位於安納托利亞板塊、歐亞板塊阿拉伯板塊與非洲板塊的交界處。由於阿拉伯板塊長年向北運動,又受到北方歐亞板塊的阻擋,因此被迫轉向西北方推擠安納托利亞板塊,使得土耳其國土被逆時針擠出。

在四個板塊的相互推擠下,土耳其境內形成兩條較大的岩層破裂帶,一條是東南方的「東安納托利亞斷層系統(EAF)」,另一條則是橫貫整個國境北部「北安納托利亞斷層系統(NAF)」。

這次土耳其大地震的事發地「東安納托利亞斷層」,形成的主要原因正是阿拉伯板塊長年向西北推擠安納托利亞板塊所產生的應力,使得岩層沿著板塊邊界,以東北西南的方向破裂。除此之外,在這條斷層的北側也發展出好幾條東西方向延伸的破裂面,形成東安納托利亞斷層的分支,也是這次大地震第二次主震發生的位置。

根據美國地質調查所的紀錄,這些破裂面,已經超過一百年沒有明顯的地震發生,表示這附近的岩層,已經長期處在應力累積、沒有宣洩的狀態。在阿拉伯板塊持續向北推擠的形況下,岩層終究無法承受,並沿著「東安納托利亞斷層系統」的數條破裂面發生水平方向的錯動,造成了這次的地震。

根據歐洲的人造衛星影像結果,這次錯動的程度之驚人,第一次主震發生的地方,地層左右位移了六公尺,第二次主震更到達八公尺。

為何地震為何總是突然發生,
而不是緩慢的釋放應力?

現在最廣為人知的地震理論,是在 1906 年舊金山大地震時,美國的地質學家李德,觀察加州的畜牧農場的圍籬在地震後發生的錯位情形,並於 1911 年提出了「彈性回跳理論」;其認為斷層附近的岩層先是受到某種外力而發生變形,當斷層面的摩擦力最終無法抵抗外力時,岩層將沿著斷層面一口氣錯動、釋放累積的能量,就產生了地震。

有了這個理論,我們還能推測,已經存在的斷層因為本身就是岩層破裂的地方,結構較為脆弱,當岩層繼續受到外力擠壓變形,就容易再次沿著斷層方向錯動。就像是一片玻璃摔過之後,裡面產生微小的裂痕,雖然玻璃沒有碎掉,但可以預期,如果這塊玻璃再摔到一次,這些微小的裂痕可能就變成了破口,甚至徹底碎裂。

至於讓斷層附近的岩層變形的「外力」除了板塊運動外,地表的侵蝕作用、火山活動等,都是可能的原因。

火山活動亦為使岩層變形的外力之一。圖/Envato Elements

台灣為什麼有許多斷層?

回頭看,位於板塊交界帶上的台灣,在菲律賓海板塊與歐亞板塊的擠壓下,從北到南遍布了大大小小的斷層。根據經濟部地質調查所在 2021 年公佈的數據,台灣共有 36 條活動斷層。

至於板塊交界處則是在花東縱谷。菲律賓海板塊與歐亞板塊的邊界,從北方的琉球海溝劃過台灣的下方,向南延伸到馬尼拉海溝;在地表上,這條邊界一路從花蓮北端貫穿整個花東縱谷平原。

從一千五百萬年前開始,菲律賓海板塊就不斷地朝西北方向推擠,如今仍以每年 7~8 公分的速度,向著歐亞板塊邁進,海岸山脈也因此不斷衝向中央山脈。

我們可以將台灣岩盤的變形狀況想像成是推土機推雪:海岸山脈是推土機,中央山脈則是雪堆。當推土機推著雪堆向前行時,雪堆前、後和底部的變形最強烈。在海岸山脈的推擠下,變形量最高的地方集中在西部平原、花東縱谷以及中央山脈的底部。由於中央山脈底部岩層溫度過高,只會產生變形;而西部平原、花東縱谷則成為了斷層最密集、地震好發的地方。

和土耳其一樣身處地震帶的我們,除了讚嘆大自然的鬼斧神工之外,具備更健全的地震知識、學習如何與地震災害共處,並盡可能降低地震帶來的傷害,成了我們每個人的重要課題。

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走高山只為預測颱風,臺灣氣象學開拓者——近藤久次郎
PanSci_96
・2023/02/10 ・3388字 ・閱讀時間約 7 分鐘

  • 作者/廖子萱

蕞爾臺灣島,地跨熱帶與副熱帶季風氣候區、四面環海,縱貫的百岳更加深了氣候的複雜程度。

在這樣的地理條件下,即便當今借助氣象衛星進行天氣分析,預報仍偶見差之毫釐、失之千里。一百年前,人們對於山岳、海洋與其相生的自然現象往往常處於未知,而至今日手機隨手可得及時的氣象預報,在短短一百年間,臺灣氣象科學從無到有,蓬勃發展。這背後的功臣包括了中央氣象局、高山氣象站、地震觀測站,這些單位的前身與發展,皆與近藤久次郎有關。

圖1. 1897 年臺北測候所。圖/交通部中央氣象局〈台灣氣象憶往之ㄧ〉

近藤久次郎(Kondo Kyujiro ,1858 – 1926)是臺灣首任總督府測候所技手兼所長,也是臺北測候所所長(現中央氣象局)。 1896 至 1924 年在臺期間,近藤引領總督府測候所設立了七座地方測候所,並協調地方基層治理單位,建構氣象觀測方法和資料搜集的網絡。他更推動高山觀測方法,以進行颱風預測、推動高山與地震觀測系統的建置,為臺灣氣象科學翻開了嶄新的一頁。

臺灣近代氣象觀測的發展

臺灣近代氣象觀測發展可追溯於清朝,光緒年間的1883年,清廷聘請杜伯克博士(Dr. William Doberck)赴香港擔任首任天文司(天文台台長),並在沿海稅關和燈塔裝置觀測設備,進行氣象觀察。臺灣基隆、淡水、安平、打狗四港的稅關,以及漁翁島(澎湖)、南岬(鵝鑾鼻)也陸續在 1885 年前後,展開十餘年的氣象記錄。然而,1895 年清廷與日本簽訂馬關條約割讓臺灣,氣象觀測工作就此停擺,多數的觀測儀器與記錄更在政權交替期間散失。

日本統治臺灣之後,由於當時國際航海安全多仰賴氣象資料,在英法強權的施壓下,臺灣總督府於1896年發布第 97 號敕令,以「台灣總督府測候所官制」編制氣象觀測單位,而日本中央氣象台則選派本文主角,技手(技士)近藤久次郎來臺勘查、策劃氣象觀測站。同年,總督府也在民政局通信部海事課增設「氣象掛」一單位,統理全島氣象事務,如氣象觀測、天氣調查、颱風警報、地震檢測等工作。

1896 年四月至六月間,近藤久次郎與民政局通信部海事課課長遠藤可一翻山越嶺、走訪各地,行跡遠至鵝鑾鼻。根據兩人的調查基礎,臺灣總督府先後於臺北、臺中、臺南、恆春和澎湖設置測候所(後三為 1987 年設立),近藤也在日本中央氣象台台長中村精男(Nakamura Kiyoo)的任命下擔任臺北測候所所長,開始逐步搭建全島的氣象觀測網絡。

在各地氣候觀測所選址的條件上,近藤久次郎配合日本政府在農業、工業、航海與公共衛生等發展項目的資料需求,為詳實觀測各區域氣候根據相對距離由北至南畫設臺北、臺中、臺南、恆春測候所 。此外,還參考了夏季與秋季的颱風路徑設立澎湖測候所,用以觀察自香港與馬尼拉而來的颱風。

除了本島的氣象觀測,近藤還曾於1897年,帶著晴雨計、寒暖針遠赴火燒嶼(綠島)、紅頭嶼(蘭嶼)進行氣象觀測、測量山頂高度,策劃設立觀測站。而後隨著總督府逐步克服東部地區交通和電信的限制, 1900 年、1910 年臺東和花蓮測候所分別建設完成,時至 1924 年近藤久次郎卸任前,全臺共設有七座「一般測候所」。

十九世紀末的觀測所主要沿用清朝遺留的官廳或民房,屋頂簡單設有的風力與風向儀,室內則作為辦公之用。一般測候所以風力塔為主要的觀測設施、可測量風向、風速、風壓、日照和日射;辦公室外設置氣象觀測坪以測量氣溫、雨量、地面溫度等;測候所外另設有提供執勤人員進駐的官舍。

而在時間方面,位於政治中心的臺北觀測所實施 24 小時氣象觀測;其他測候則每四個小時實施觀測、每日六次,用於地區性天氣預報,並將資料匯報予臺北測候所以利發布臨時颱風警報、氣候月報和年報,進一步進行總體性的氣象分析。

擴大氣象觀測網路,發佈氣象預報歷史頁面

為了擴大氣象觀測網絡,總督府會同官廳、派出所、郵局等單位協助蒐集雨量和氣溫資料,並於 1896 年 7 月以「民通 151 號」公報始建立暴風警報通報流程,命令各官廳、海關、郵局、燈塔,將通信部海事課所轉發的暴風警報公布予地方民眾,九座燈塔更奉「總督府訓」兼任氣象觀測的任務,協助測量氣溫、氣壓、風、雲與雨量。

1897 年 9 月,近藤領導的臺北測候所開始發佈每日三次的氣象預報,並與琉球、九州南部測候所,以及徐家匯、香港、馬尼拉等地的氣象台交換氣象報告。 依循著新展開的天氣觀測模式,總督府府報開設「觀象」專欄,刊登臺北測候所撰寫的天氣預報(「本島氣象天氣豫報び天氣概況及暴風警報等」),開啟了臺灣天氣預報歷史性的一頁。直到1905年,全臺各地的雨量觀測網絡已達78處,涵蓋燈塔、支廳、派岀所、學校、郵局、農業試驗所、自來水廠等單位,各處配備簡易的氣溫觀測工具以協助記錄天候狀況。

很快地,日本在臺短短10年內,近藤久次郎已為氣象觀測網打下綿密的基礎。

不只是天氣預報,開啟高山觀測與地震研究先河

1900 年,近藤久次郎附議天文學者一戶直藏提出的新高山(今玉山北峰)報告(新高山ニ關スル研究報告),近藤提到:「新高山山頂是天然絕佳的天文觀測與氣象學研究位置」,他認為高山觀測有助於天文和氣象研究,可藉由研究大氣動力上升的過程進行天氣預測,尤其臺灣每逢夏季,颱風挾帶滂沱大雨常引發災情,若能在台灣百岳中設置幾處高山觀測所,定有助於颱風警戒和天候預設。

於是, 1911 年近藤久次郎與一戶直藏率先提出「新高山觀測所設置計畫」,向總督府倡議在玉山、阿里山興建高山觀測所和天文台,間接促成玉山觀測站(1943 年始建造)與阿里山觀測站(1932年建造)的設置。

近藤久次郎除了推動高山氣象、天文與航空研究,也曾與臺北測候所同仁積極推動與地震和火山相關的研究: 1896 年,臺北臨時測候所首次藉由人體感受進行地震觀測; 1897 年正式落成的臺北測候所,引進格雷-米爾恩型地震儀(Gray-Milne Seismograph); 1900 年,由被譽為日本地震之父的大森房吉所改良的大森式水平地震儀(Omori horizontal pendulum seismograph)以及強震儀(Strong motion seismograph)裝設於臺北測候所。

這些地震觀測儀也在 1906 年 3 月 17 日的「嘉義梅山地震」發揮了記錄地震波形與餘震數據的作用,獲得的數據使大森房吉找出梅山地震與斷層的關係,並將之命名為「梅仔坑斷層」(後更名梅山斷層)。而後,大森房吉還將研究與近藤所著的說明書刊登於報紙,傳遞地震成因與餘震的科學知識,緩解民間傳說帶來的社會不安。時至1907年,在近藤的協助推動下,全臺共有七所測候所兼做地震觀測,當時的紀錄,也成為現代地震研究珍貴的早期觀測資料。

1924 年,近藤久次郎因病去職返回日本,1926年因胃癌而逝世。 1896 至 1924 年,近藤來臺近將三十年,他在擔任總督府測候所與臺北測候所所長期間,建制氣候所與觀測網絡、編輯並彙整氣象資料;開啟暴風雨警報、颱風預測等重要的氣象預報機制;也協助推動高山氣候觀測、天文觀測與地震研究,著實是臺灣近代氣象科學研究的先河。

註解

  • 註 1:然而,由於當時日本與臺灣之間並無定期班船和通訊設備可供交通和信息的傳遞,使得測候所無法如期配備氣象觀測儀器並興建正式氣候站,故先以既有房舍作為臨時氣候所。而後各地氣候所材陸續興建並增添觀測設備:臺北測候所於 1897 年 12 月 19 日遷入臺北城內南門街三丁目;臺中測候所於 1901 年 5 月 20 日遷入臺中城內藍興堡台中街;台南測候所於 1898 年 3 月 1 日遷入台南城內太平境街第 216 號官有家敷地;恆春測候所於 1901 年 11 月 24 日遷入恆春縣前街四番地;澎湖測候所於 1898 年 3 月 1 日遷入澎湖島媽公城內西町。(資料來源:中央氣象局委由財團法人成大研究發展基金會、國立成功大學單位研究之《台灣氣象建築史料調查研究》, 2001 年 2 月出版。)
  • 註 2:資料參考徐明同〈台灣氣象業務簡史〉
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