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台灣面臨海嘯威脅時,該如何應對?專訪海嘯專家吳祚任

活躍星系核_96
・2019/06/19 ・3717字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 560 ・八年級

 2018 年印尼發生兩起海嘯重創當地; 2004 年南亞海嘯與 2011 年東日本海嘯亦造成當地嚴重災情。近十年鄰近地區發生數次致命海嘯,它們為何如此致命?台灣百年歷史亦有多起海嘯紀錄,台灣面臨海嘯威脅時,又該如何應對?

本文專訪中央大學水文與海洋科學研究所副教授吳祚任,分享海嘯專業知識,及台灣如何運用世界領先技術預警自救。

中央大學水文與海洋科學研究所副教授吳祚任。攝影/古國廷。

為什麼海嘯比一般巨浪更致命,造成災害更嚴重?

A:回答這問題,要從它們的特性開始說起。

海嘯跟一般海浪都是波浪,波浪又可以分成長波短波。長波的波長很長,幾乎看不到也感覺不到;短波的波長短,可以明顯看到它的波動起伏。

如果波浪的波長非常長,遠比它的水深還要長,則稱之為淺水波;反之則稱為深水波。海嘯就是一種淺水波,例如 2004 年的南亞海嘯來說,它的波長大概 200 公里以上,但印度洋水深才 4 至 5 公里。

這樣子的淺水波有一個特性,就是這些水分子的運動非常一致,就好像團結做事有效率的公司,沒有速度的差異也沒有摩擦阻力。

因此海嘯在行進間能量的消耗很少,到岸邊時幾乎保留地震或火山山崩垂直擾動的能量。

再來,海嘯的波長很長,代表它很「厚實」;一般海浪波長較短,相對較「單薄」。因此同樣抵達岸邊,一般波浪就像潑水一樣,潑出去就結束了;而海嘯就像一長串高鐵列車往岸上衝。以 2011 年東日本海嘯為例,它的波長大概 200 公里,就像從台北到雲林這麼長的高鐵往岸上衝。

這樣保有當初地震或火山山崩垂直擾動的能量,且「厚度」很厚的海嘯往岸上衝,不僅衝擊陸地上各種設施的結構,也掏刷它們的地基。加上海嘯移動時也夾帶碎石和樹幹等等各種沖刷過的物體,讓人們尚未溺斃前就可能被這些物質撞擊而失去求生能力。

簡單來說,海嘯來臨時,逃生的方法就是不要把身體弄濕了。因為一旦被海嘯捲入,就很少有活命的機會。

 2011 東日本海嘯和 2018 印尼兩起海嘯有甚麼不同?

2011 年東日本海嘯是地震引起的。2018 年 9 月印尼蘇拉威西海嘯,目前判斷比較可能是地震引發海底山崩所致;而 2018 年 12 月印尼喀拉喀托之子海嘯則幾乎可以認定是火山山崩造成。

在這邊先給大家一個簡單的概念,要造成海嘯最直接有效率的方法,就是讓海水受到垂直方向擾動,像是地殼垂直抬升或陷落所造成的地震型海嘯。

火山也是造成海嘯的成因之一。

山崩也會造成海嘯,就像你從岸邊滾落到游泳池產生大浪。這種山崩型海嘯又分成兩種機制,一種是地震造成陸地或海底的山崩,另一種是火山造成的山崩。

火山噴發時又有兩種方式驅使山崩,一種是火山震動使火山邊壁崩落一大塊;另一種是火山一直噴發,結果火山裡面的結構空掉了,使火山承受不住水壓而往內下陷,使海水產生向下垂直運動引發海嘯。

雖然沒有經過很仔細的統計,但一般來說 90 %以上的海嘯是地震引起,剩下有一些是海底山崩造成的,少數是由火山噴發造成。

地震型海嘯與山崩型海嘯有甚麼不同?

A:地震造成的海嘯,大部分都是很強烈的地震才會造成海嘯。

雖然不敢說全部,但一般來說要造成致災型的海嘯,地震矩規模( Moment magnitude scale , Mw )通常要大於 7.5 ,且震源深度大多離地表 35 公里以內。地震矩規模超過 8 海嘯就很嚴重,規模超過 9 就是毀滅型的海嘯,像是造成南亞海嘯的地震就是這樣的規模。

若造成這樣大規模的地震,比較高的機會是海溝型地震,也就是板塊之間碰撞及隱沒。這種板塊破裂的長度很長, 2004 年南亞地震的板塊破裂長度大約 1,200 公里,大概 4 個台灣這麼長; 2011 年日本地震板塊破裂長度也有 500 公里。

這樣大面積的抬升,導致地震型海嘯的影響範圍非常寬廣,海嘯的寬度可以接近板塊破裂的長度。以 2011 東日本海嘯為例,寬度大約 500 公里;而它的波長也很長,以日本海嘯來說可以到 200 公里。

2011 東日本海嘯襲擊福島縣磐城市的災後景象。圖/維基百科 ryuki_a_g攝影

這樣規模是甚麼概念呢?假設高鐵列車的寬度是 5 公尺,那 2011 年東日本海嘯就像從台北到雲林這樣長的高鐵,以 10 萬台併排的規模往岸上衝。不過地震型海嘯高度相較起來不會太高,以日本海嘯來說波高大概 10 到 30 公尺,但已經是毀滅級的海溝型海嘯了。

而山崩型的海嘯就很不一樣了,它的波高可以很高。同樣的崩落量,陸上的山崩其崩落的高度越高,海嘯就越高;海底的山崩越接近水面,海嘯就越高。而山崩崩落的體積與質量越大,其海嘯高度就越大。但範圍就不像地震那麼廣,山崩海嘯的初始寬度大概就是它崩落範圍。

整體來說,地震引起的海嘯影響範圍寬廣但波高相對不高;山崩造成的海嘯影響程度很強但範圍很窄。

台灣較容易受到哪種海嘯威脅?很不幸的,都有可能。

台灣東部外海有琉球島弧,發生大規模地震時海嘯會影響東海岸;台灣西南部外海有一整段叫馬尼拉海溝,大規模地震產生的海嘯對墾丁到台南一帶影響比較嚴重。在帛琉附近的亞普海溝雖然離我們比較遠,但因為地形關係,地震發生海嘯時,台灣北部蘇澳一帶、東部以及高雄至台南沿海都會受到影響。

而台灣北部金山一直到三貂角,雖然不是那麼肯定,但因為地形關係,可能會有海底山崩造成的海嘯,且過去有類似的事件發生。 1867 年基隆發生規模 7 的地震。照理說海嘯高度應該不高,但卻發生 7 至 12 公尺的海嘯,這是地震規模 8 左右才會產生的海嘯高度。目前我們推估很有可能 10 %是地震造成, 90 %是山崩造成的,但這數據只能說是推估。

台灣西南岸也有海底斜坡地形,其海底山崩威脅也不容忽視。另外台灣的火山大部分分布在東北海域,雖然說目前看到都不大,但也很難說什麼時候會影響到,只能盡量預警。

Q:台灣要如何預警海嘯的發生?

A:我以前是用情境分析了解海嘯如何影響台灣。

情境分析就是判斷可能造成海嘯的來源,例如說哪個斷層或海溝地震會產生海嘯?它如何影響台灣?但就如上述提到,有很多造成海嘯的原因,像是地震、海底山崩或火山,很多可能性,算都算不完。於是我們發展出海嘯影響強度評估法( Impact Intensity Analysis Method ),簡稱 IIA 法

它的原理像是醫生想要知道你身體哪個地方感覺特別疼痛,就在每個部位都敲敲看,敲這個地方沒感覺再換下一個地方,當敲到某個地方你特別痛,代表同樣的力道發生在這個地方對你衝擊特別大。

吳祚任與研究團隊用海嘯影響強度評估法分析金山地區。圖/吳祚任副教授。

而所謂 IIA 法就像這樣,針對要研究的特定地區或基礎建設,在其周邊海域都模擬同樣力道的水體擾動,運用水動力學搭配海底地形,去檢視哪個地方水體擾動形成的海嘯威脅最大。像是上圖這個例子是研究基隆金山一帶,紅色地區發生海嘯的威脅程度較大,發生在其他淡藍色區域就比較不用擔心。

如此我們就可以先排除淡藍色區域,針對紅色區域聚焦做情境分析,研究這個海域地形如何,有甚麼原因可能引發海嘯,會如何影響沿岸地區或基礎建設等等。

而 IIA 法,可以再進一步製作成地震–海嘯關係圖( Seismic Tsunami Relation ),白話來說就是「不用電的海嘯預警圖」,不需要靠電力運作,就能在地震時知道海嘯會不會威脅到所在地區。它是針對沿海每個村里,繪製外海各個方位發生多大的地震規模時,其產生的海嘯會影響到該社區。所以當地震發生,村里長可以快速用地震發生方位和規模這兩個最簡單的資訊,自主判斷是否可能有海嘯威脅。

海嘯發生時要如何自救?

巨浪來襲時該如何逃生?圖/pixabay

A:事發當下,如果是地震引發的海嘯,台灣目前技術能夠在地震發生以後,結合中央氣象局的地震速報,將其轉成海嘯源去模擬各地海嘯高度,過程只需要 1.5 分鐘。以近海海嘯抵達台灣最快 15 分鐘來說,這樣的預警時間算是足夠。

但這樣的海嘯預警需要地震來當作 Enter 鍵,如果海底山崩沒有地震,就等於沒人按下 Enter 鍵,所以山崩型海嘯又稱之為「沉默的海嘯」,我們還在規劃如何預警它。

一般民眾在海嘯來臨的時候,記得要向上逃生垂直逃生。海岸邊大多都是透天厝而且三層樓以上,所以發生時就逃到頂樓。不要跑到路上,因為會塞車。如果是開車或在機車上,就趕快下車借民宅逃到頂樓。如果開車時不幸海嘯已經衝過來,留在車內時不要開門開窗,等海嘯退去,趕快逃往民宅頂樓。

至於平常的時候,沿海的重要基礎建設要知道 IIA 的結果,知道哪個地方來的海嘯影響特別大,北部的設施和南部的設施要注意的海嘯來源絕對不同。當知道哪個地方來的海嘯衝擊特別嚴重,再進一步做情境分析,了解海嘯如何衝擊這些基礎建設,然後判斷是用工程抵擋或是放棄這個設施。國家災害防救科技中心也有海嘯災害潛勢圖,可以事前知道最大情境海嘯會淹到什麼地方。

其實就台灣三四百年歷史,紀錄到的海嘯次數不少,歷史上已經有教訓了,老天都給我們那麼多機會,真的要多注意一下才行。

※本文亦刊載於環境資訊中心,原作者Medium

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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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為了讓地球科學更好,快去下載吧!氣象局把所有珍貴的地震資料都放在那裡了!——臺灣地震與地球物理資料管理系統
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・2022/08/22 ・3186字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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  • 文/陳儀珈

臺灣是全世界地震測站密度最高的地方,然後呢?

臺灣位於歐亞板塊與菲律賓海板塊交界處,古往今來,從 1935 年新竹-臺中地震、1999 年集集大地震到 2016 年的高雄美濃地震,這座島嶼挺過無數次強震的襲擊,更催化出驚人的地震測報實力與研究能量。

自日治時期設置了全臺第一座地震儀至今(2022 年),在 120 多年內,現在的臺灣已經擁有全世界地震測站密度最高的地震觀測網:共超過 700 座測站,平均不到 10 公里就有 1 座,一年平均可偵測到超過 3 萬次的地震!

新竹站的地震儀,可以 24 小時監測並記錄地動情形。圖/地球物理資料管理系統

從預算籌措、技術研發、測站建置、通訊與電力接通、儀器維護到資料處理與信號監控等,每一座地震觀測站的背後,都耗費了無數地球科學家們的心力和血汗,他們辛勤地上山、下海、鑽井、拉線,投入大量的人力、時間和資金,就是為了挖掘更多地球的秘密。

每一分、每一秒,都有可觀的訊號湧入中央氣象局的儀器,然而,人們到底要怎麼做,才可以讓這些得來不易的寶貴資料發揮最大的效益呢?

中央氣象局的做法是——將它們全、數、公、開!把臺灣地震與地球物理的觀測資料,無償開放給全世界下載使用!

2008 年初試啼聲、2020 年脫胎換骨!

自 2005 年起,中央氣象局地震測報中心開始規劃這個整合型地震相關資料的開放平台計畫,並在 2008 年 8 月正式上線,命名為「地球物理資料管理系統(GDMS)」。

舊版地球物理資料管理系統(GDMS)的網站畫面。圖/截圖自地球物理資料管理系統

可惜的是,當年 GDMS 採取「會員制」,使用者需線上申請,經過審核方可啟用帳號,也限定僅有「國內」的相關學術人員才能成為會員。

此外,隨著上線時間一長,原系統的功能及資料服務已無法滿足所有使用者的需求,例如資料並未使用國際通用格式、更新不夠即時、儀器參數不完整等等問題。

有鑑於此,中央氣象局和中研院地球所攜手合作,建置了全新一代的「臺灣地震與地球物理資料管理系統(GDMS-2020)」,取消原先僅開放國內學術人員下載的限制,轉型為向全世界開放,所有人都能在此下載地震和地球物理的觀測資料。

新版的 GDMS 也針對資料管理進行全面優化,設計了標準化的流程,讓整體資料典藏變得更穩定更即時,資料品質更有保障。新增的詮釋資料(metadata)也讓使用者得以從原始資料(raw data)分析出更真實的物理量。

走向國際化的地震資料中心!

在地球科學界中,美國 IRIS、歐盟 ORFEUS、日本 NIED 是公認的三大資料服務中心,負責提供即時、高品質的地震與地物資料。

無論是資料格式,還是系統管理,臺灣的 GDMS 也向這幾個單位看齊,藉由向全球研究人員開放地震與地球物理資料,不僅能夠促進整體地球科學的發展,也讓臺灣在地球科學界的能見度更高,展現我國在地震領域的研究和技術能量。​

現在,無論你是地球科學的學術人員,或是對地球科學研究有熱情的愛好者,只要進入這個網頁註冊帳號,就能取得即時又完整的地震與地球物理資料。​

新一代地球物理資料管理系統(GDMS-2020)的網站畫面。圖/截圖自地球物理資料管理系統

完整性、通用性:最全面、最沒有門檻的研究資料

根據中央氣象局的介紹,GDMS 提供的資料大約分為三個類型:地震資料、地球物理資料,以及儀器的詮釋資料,提供連續的觀測紀錄,擁有資料上的「完整性」。

其中,地震資料來自各式各樣的地震儀,例如短週期地震儀、強震儀、寬頻地震儀、井下地震儀所記錄的震動波形,取樣率每秒 100 點;地球物理資料包含全球導航衛星系統(GNSS)所記錄的地表變形、水位計的地下水位、磁力儀的地磁強度,取樣率每秒 1 點;​詮釋資料則記錄了​儀器管理相關的資訊,包含測站位置、營運歷史、維護紀錄、儀器響應(instrument response)等內容,讓研究人員得到地動訊號真實的物理量,在分析資料的過程中扮演關鍵性的意義。

臺灣的地震資料,全世界都可以用!​圖/報地震 – 中央氣象局

為了讓研究人員下載地震和地物資料更便利,GDMS 參考了其他國際地震中心的做法,從資料查詢、瀏覽與下載的介面,到符合國際標準的資料格式,具備資料上的「通用性」。

觀測資料的格式如下:

  • 地震波形資料:miniSEED、SAC 和文件檔格式
  • GNSS 資料:RINEX 格式
  • 地磁資料:  IAGA2002 格式
  • 地下水位: 純文字檔​

詮釋資料的格式為:

  • 地震儀:管理上採用 dataless SEED 以及 StationXML 兩種格式,使用上另提供 Poles and Zeros 檔案
  • GNSS、水位計和磁力儀:純文字、試算表或資料表等方式儲存,同時相關資訊亦全部轉入資料庫線上管理。​

即時性、國際性:幾乎即時的更新頻率,開放給全球學術界!

​標榜「即時性」的 GDMS ,更新資料的速度到底有多快?

為了讓研究人員在強震後能夠立刻進行分析,所有地震波形資料會持續開放至此時此刻的前 15 分鐘。而地球物理資料每日產製 1 個檔案,也就是說,今天可以拿到最新的資料是前一天的檔案。

規模超過 6 的地震發生後,GDMS 會自動擷取所有對應的地震波形,在一個小時內放在首頁供所有人瀏覽及下載,避免在地震過後湧入過多的索取而影響網站的服務效能。

登入新版 GDMS 後可在首頁瀏覽規模 6 以上的地震所自動擷取的地震走時波形,此例為 2022-06-20 M6.0 花蓮地區地震的 TSMIP 加速度波形,橫軸為震央距,縱軸為走時。圖/地球物理資料管理系統

此外,GDMS 也保存了從 1991 年 1 月 1 日至今的「地震目錄」。

由於地震觀測站收到的原始訊號是不停的連續波形,一般研究人員若要進行地震研究,需要耗費極大的人力和時間成本,土法煉鋼地從波形中挑出地震的波形。

地震目錄在 GDMS 網站上所呈現的樣貌。​圖/地球物理資料管理系統

GDMS 所提供的地震目錄,是由地震定位專業的夥伴們,從連續的波形中一一挑選而成,不論是在學術或災害研究上,都是非常珍貴的資料。目前系統中最新的地震目錄可提供到當下的前 1 個月,地震目錄跨越的時間超過 30 年,累積地震數超過 75 萬筆,毫無疑問是地震相關研究的一份瑰寶。

透過中研院梁文宗博士,向全球地震學界宣布新一代的 GDMS 正式啟用!​圖/截圖自 IRIS

為了讓 GDMS 在國際上更有能見度,日前中央氣象局已正式向國際數位地震觀測網聯盟(International Federation of Digital Seismograph Networks,簡稱 FDSN)申請註冊數位物件識別碼(Digital Object Identifier,簡稱 DOI),進一步強化 GDMS 的服務品質。

未來,GDMS 不會停下進化的腳步,在中央氣象局與中央研究院的合作下,除了測站數量將不斷擴大、進行儀器的汰舊換新,還預計開發一套新儀器維護與參數連動機制,確保觀測資料與詮釋資料的可靠性,並隨時關注和參考使用者的回饋與需求,進行滾動式的修正,持續擴充 GDMS 的功能。

參考資料

  1. ​中央氣象局臺灣地震與地球物理資料管理系統​
  2. Thread: Taiwan CWB Seismological and Geophysical Data is officially OPEN from the new GDMS​
  3. 地震測報中心蕭乃祺、甘志文、莊雅婷。〈建置國際化的地震資料中心〉。
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不只地震,更肩負了火山、海嘯測報的使命!推開地震中心大門後的甘苦與祕密
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/08/15 ・5154字 ・閱讀時間約 10 分鐘

本文由 交通部氣象局 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

經過中學地科課程的薰陶,大部分的人都知道臺灣位於環太平洋地震帶上,是菲律賓海板塊與歐亞板塊的碰撞交界處,因此地震非常、非常地頻繁。

然而,這個頻繁到底是多頻繁呢?

據統計,臺灣每年偵測到的地震平均達 3 萬多次,每天平均約發生 100 多次地震,約 2 天多出現 1 次規模 4.0 ~ 5.0 的地震,規模 5.0 至 6.0 的週期大約是 2 個星期左右,每年平均出現 3 次規模 6.0 以上的地震。

每一秒 180 天,帶你看見臺灣的地震活動頻率有多麼驚人!圖/中央氣象局臺灣地震與地球物理資料管理系統

影片說明:

每一天都有這麼多地震在這塊島嶼底下悄然發動,什麼時候又會有如 921 般的大地震突然重創臺灣?

為了更了解這塊土地和潛在的危機,中央氣象局地震測報中心(以下簡稱地震中心)一肩擔起監測臺灣地震的重任,不斷提升地震測報的效能,努力降低未來可能的地震災害。

1989 年 7 月 1 日,中央氣象局將原有之地球物理科,升格為地震測報中心。圖/中央氣象局

33 年內,進化了 5 次的「強地動觀測」計畫

自日本政府在臺北測候所設置了臺灣史上第一座地震儀至今,已經有 125 年的歷史了。這麼多年來,臺灣的地震儀和地震觀測網,有了哪些翻天覆地的變化呢?

1897 年 12 月 19 日,臺北測候所設置了全臺第一座地震儀:​格雷.米爾恩式(Gray Milne)地震儀,開啟了臺灣地震觀測科學化的偉大時代。圖/中央氣象局臺灣地區地震儀沿革網

國民政府接手臺灣後,改由中央氣象局負責臺灣的地球科學相關測報業務,並在 1989 年成立了「地震測報中心」,擴大編制,走上地震觀測現代化之路。

自成立至今,地震中心投入了巨大的資源和心力在「加強地震測報建立地震觀測網計畫」和「強地動觀測」的長程計畫中,其中強地動觀測每 6 年一期,致力於建置地震觀測資料的蒐集與應用,目前已完成共 5 期的計畫。

經過地震中心 33 年來的努力,從都會區到山區、從陸地到海上、從地表到井下、從 16 位元到 24 位元,地震測站的儀器越來越好,也漸漸拓展至臺灣各個地方。

截至 2022 年 7 月為止,包含中央氣象局地震觀測網(CWBSN)和臺灣強地動觀測網(TSMIP)在內,全臺已經建置了超過 700 個地震測站,是全世界測站密度最高的地震觀測網,平均不到 10 公里就有 1 個地震站!

小小的臺灣、全世界密度最高的地震站!圖/中央氣象局臺灣地震與地球物理資料管理系統-測站介紹

蒐集了震波資料,然後呢?

除了監測地震活動之外,這些測站蒐集到的強震資料,不僅可以成為學術研究的養分,讓地震學家更了解這塊土地下的構造和祕密,在民生防災上,更有著極為關鍵的貢獻!

「地震」,是臺灣人自出生以來就與之共存,甚至習以為常的自然災害。不過,地震到底有多可怕?

對於成年人們來說,傷痛與恐懼可能會被逐漸淡忘,而對於那些沒有經歷過 921 集集大地震、1999 年以後出生的孩子們,更是毫無具體的想像和實際感受。

臺灣史上傷亡最慘重的1935年新竹-臺中(關刀山附近)地震,帶走了約 3000 人的生命;2018 年 2 月的花蓮地震,震毀了 4 棟大樓;日本 311 大地震和海嘯,奪去了 1.5 萬條生魂;震撼半個亞洲的中國汶川大地震,有將近 7 萬人罹難,受災人口高達 4600 萬多人。

1935年新竹-臺中地震不僅震毀了魚藤坪橋(後改名為龍騰斷橋),也是臺灣目前史上傷亡最慘重的地震。圖/報地震 – 中央氣象局 FB 粉專

因此,對於地震中心來說,如何「應用」這些地震資料,發展出更先進的預警系統,協助制定建築物耐震設計規範,以及配合其他政府單位規劃救災計畫,更是中心業務的一大重點。

30 秒→10秒→5秒!越來越強大的強震即時警報

「建置強震速報系統」是強地動觀測第 2 期計畫的主要目標,致力於提升地震測報的計算能力、縮短向其他單位通報的時間。

在 921 地震期間,雖然當時的地震速報系統只是雛形,卻成功在地震後 102 秒對外發布地震報告,這樣的速度,備受國際重視與肯定。

到了第 3 期計畫,「強震即時警報系統」已經可以在 30 秒內自動推估出初步的地震規模與震央位置,搶在破壞性地震波(S波、表面波)抵達前,將地震的訊息傳達給防災、救災相關單位。

除了大家最熟悉的、會讓手機響起震耳欲聾警報聲的災防告警系統(PWS)外,地震中心也和各防救災單位、公共設施、各級學校以及電視臺合作,一旦強震即時警報偵測到符合條件的地震,就會馬上傳遞地震消息,讓各單位進行緊急應變。

時至 2020 年 4 月,隨著地震觀測網的擴大和更新,以及不斷進步的通訊技術,地震中心已經可以在地震後約 10 秒內發出地震預警訊息,為國人爭取更多避難的黃金時間。

下一步,地震中心將投入前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,除了持續擴建井下地震觀測網、發客製化地震預警系統作業模組之外,也預計在 4 年內,讓都會區可以在 7 秒內收到地震預警。

在更久遠的未來,地震中心期許可以順利的應用 AI 技術,建置新一代的地震預警作業系統,進一步將發布時間縮短到 5 秒以內!

地震前兆:有辦法抓住強震前的蛛絲馬跡,然後「預測」嗎?

由於地震是在板塊彼此的作用之下,岩層不斷累積應變能量後斷裂錯動而成,不斷累積能量的同時,地底的岩石有可能會產生許多微小的裂隙和變形,並間接影響其他環境參數,改變地下水位、地球磁場、大地電場的數據。

以 921 大地震為例,在車籠埔斷層附近,地球科學家就曾經觀察到地下水水位出現了「同震」的變化!

地球科學家推測,有可能是當地的岩層受到應力的影響後,產生了許多微小的裂隙,因此改變了岩層的孔隙率、滲透率,進而產生地下水位的變化。

如果每一次大地震之前,地球科學家都可以掌握到這些細微的現象,就有可能發展出成熟的地震前兆研究和技術,甚至走上「地震預測」之路。

因此,地震中心除了建置地震站的觀測網之外,也大力推動地震前兆的研究,自 921 大地震後開始設置「臺灣地球物理觀測網」(TGNS):

圖說:地球物理測站的外觀。圖/中央氣象局地震測報中心提供
  • 「全球導航衛星系統」(GNSS)可以進行大地測量,建立臺灣大地變形的資料庫,藉此監測斷層、火山活動,以及地層下陷或滑動等現象。
  • 「地下水」測站能夠連續記錄大氣壓力、雨量與地下水位的相關性。
  • 「地球磁場」測站用以監測地球磁場擾動的現象。
  • 「大地電場」測站可以蒐集大地電場的觀測資料,並推估與大地震之間的關係。
地球物理觀測網分布圖,包含了 163 個 GNSS、6個地下水位、12個地球磁場以及 20 個大地電場觀測站。圖/中央氣象局臺灣地震與地球物理資料管理系統

可惜的是,雖然地球物理的資料和分析已經逐漸制度化,但在地震前兆的研究上,成功案例仍然遠遠不足!

不僅是臺灣在地震前兆上遭受挫折,其他國家在這個領域的研究也長路漫漫。地球科學家還沒有辦法歸納出地震前的行為並取得共識,更別說是地震預測這個更遙遠的夢想了。

幸好,現有的難關無法阻擋地球科學家的好奇心,中央氣象局地震中心也持續投注心力在地震前兆研究中,期許未來有破解祕密的一天!

起死回生的火山、仍然未知的海嘯威脅,地震中心也緊盯不放!

根據噴發紀錄和火山地震波等證據,在中央研究院林正洪研究員的努力下,中研院於 2016 年提出大屯火山群岩漿庫存在的證據,同時也在龜山島附近發現同樣的現象。

隨著地球科學家不斷提出新的證據,經濟部中央地質調查所蒐集相關的研究成果後,在 2019 年 9 月 24 日召開了「火山活動專家諮詢會議」。在各方學者的討論下,讓大屯火山群「起死回生」,將原本公認是死火山的大屯火山群和龜山島,重新被認定為「活火山」。

面對這個反轉,全臺如臨大敵,畢竟人口眾多的天母、北投與士林就在大屯火山群的山腳下,不但核電廠鄰近,總統府和 101 大樓也都距離它不到 20 公里!

大屯火山監測網分布圖,以及核電廠、總統府和臺北 101 等重要地標之相對位置(黑色三角形為地表的地震站,紅色三角形為井下地震站,YM01 到 YM12 測站由大屯火山觀測站維護)。圖/中央氣象局地震測報中心三十周年專刊

我們對這些火山的了解和掌控,又到了哪一步呢?

藉由氣體、溫度、地表變形和地震波等資料,地球科學家可以判斷出大屯火山是否瀕臨爆發的狀態,而早在 2011 年,內政部與國家科學及技術委員會成立大屯火山觀測站 (TVO),並整合中央地質調查所、中央氣象局、中央研究院及國內各大學分析研究成果,建立多項火山監測系統及平台,同步監測大屯火山活動並進行研究。

除了來自大屯火山觀測站的 10 個地震站之外,也包含氣象局設置在北部的地震站,藉此協助研究人員獲得幾乎即時的火山地震資訊。

大屯火山地區的即時地動訊號,紅色矩形為地震訊號。圖/中央氣象局地震測報中心三十周年專刊

當前我國政府已在 2018 年5 月 25 日正式將火山災害列管於「災害防救法」,隔年中央氣象局也制定了火山活動等級與預警發布機制,後於 2020 年 9 月 14 日公布「火山噴發訊息發布作業要點」,一旦大屯火山有任何不對勁,就會立即啟動火山預警發布機制!

氣象局將「火山活動等級」分為 3 級,適情況召開火山專家諮詢小組會議和發布通報。圖/交通部中央氣象局火山噴發訊息發布作業要點

除了來自大屯火山的威脅外,地震中心也負責海嘯的監測和警報發布,並在短短的幾分鐘內,就能解算出海嘯的抵達時間、預估浪高。

倘若太平洋海嘯警報中心(PTWC)預估海嘯可能在 3 小時內到達臺灣,或是臺灣近海發生規模 7 以上、震源深度小於 35 公里的地震時,地震中心即會發布海嘯警報,籲請沿岸居民因應海嘯侵襲。

臺灣的地震防災教育,地震中心也當仁不讓!

除了地震、火山和海嘯測報等核心業務之外,地震中心也致力於地震和防災教育,提供無數科普資源,讓社會大眾學習和運用。

在網路上,有中央氣象局建置的「中央氣象局數位科普網」、回答你關於地震大大小小疑惑的「地震百問」、地震中心官方 Facebook 粉絲專頁「報地震-中央氣象局」等等,各式各樣的線上科普內容。

在實體場域,中央氣象局也設置了幾個展示空間:中央氣象局本部、臺灣南區氣象中心、田中氣象站、竹子湖氣象站-火山監測教育展示室等地(目前因疫情暫停開放),讓有興趣的民眾或學校機關,都可以實際前往觀摩,親眼見證地球科學家和氣象局人員的工作場域和聆聽解說。

畢竟,若想達成真正意義上的「防災」,單單只是完善測報工作、防災工程與避難措施並不足夠。更重要的是,必須讓所有臺灣人都有正確的防災觀念,才能有效提升整體社會的抗災能力。

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看見未來,就等於可以防範未然嗎?——《我所看見的未來》書評
阿樹_96
・2022/08/07 ・3887字 ・閱讀時間約 8 分鐘

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本文轉載自地球故事書|老少咸宜的地科科普。

阿樹最近接到一個出版社的聊書邀約,但因為我不太想推薦這本書的,就跟出版社說:「我可是會打臉這本書的內容哦!」沒想到對方還覺得挺好的(這種要求這輩子沒聽過?),所以想說,不如用書來談一下防災也挺好的?

書名叫做「我所看見的未來」這本漫畫(原出版於 1999 年,2021 新增了內容重新出版)。

由於漫畫是由「預知夢」所畫下的,一般會拿這本來聊的通常都是以神秘、不可知的角度,如同大家熟悉的老高也是,而之所以這本書會受到注意,主要是因為它畫下來多半是「不好的預言」,包括黛安娜王妃過世、皇后合唱團主唱佛萊迪(Freddie Mercury)病逝、日本 311 地震等事件,甚至最近(2021 年出版的內容)甚至還提到了「2025 年 7 月 5 號上午」將會有大災難,也因為有本書似乎神奇的準確這種說法。

能夠做預知夢究竟是好事還是壞事呢?圖/Pixabay

因為內容十分繪聲繪影,也難免會有人來問阿樹:「這種情況有影嘸?」不管你覺得預知夢是真是假,會怕是正常的,所以我們今天就來跟大家談談,到底我們會不會遇到這類型的災害、而我們到底這麼看待這種預言災害的文章或言論?

夢境跟現實的差異

首先來看看書上怎麼寫 2025 的災害:

「災難範圍北起日本、西至台灣,南邊到印尼摩羅泰島,東邊則是北馬利安納群島這塊菱形區域的中心,則會是震央。南海海溝南邊的菲律賓海從下方噴發了,形成大海嘯往周圍的國家推進。日本列島的大平洋側,三分之一到四分之一被大海嘯吞噬了。朝著震央,不知為何也看到了兩匹龍前往震央的影像。」

作者是說自己像是在地球之外看件事情發生,就如用看 google map 一樣。而其中最有意思的是,東、西、南、北邊界正好就是菲律賓海板塊的四個頂點。

中學地科課本會提到「地震火山常發生在板塊的交界上」,可是作者並不是說災害起始位置發生在板塊邊界,而是在菲律賓海板塊的「正中間」,這點就令人匪夷所思了,因為板塊的正中間,是相對比較「堅固」的地殼,從中間噴出個什麼都相當不合理,要讓一個板塊從中斷開並噴發岩漿,要花上的時間甚至遠大於人類的歷史。

雖然科學上不常用「不可能」這麼斬釘截鐵的字眼,但阿樹我很想說,這真的不可能發生。

菲律賓海板塊在google map上的示意圖
預言中的災害位置、菲律賓海板塊的相對關係。圖/地球故事書

不過,如果退而其次,談菲律賓海板塊呢?實際上菲律賓海板塊和歐亞板塊有處交界,要是發生大地震,將會帶來重大的損害。其一是「南海海槽」,這裡曾經有發生過數次大型的地震與海嘯,而日本的研究也指出,如果整段海溝一起錯動,確實可能超過規模 9.0 以上,也就是接近 311 地震的程度

南海海槽(Nankai Trough)以及其隱沒帶孕震區的範圍(紅色部分,越左上西北方位置越深)圖/地球故事書

至於臺灣附近,也一直有學者認為,東部的琉球海溝具有規模 8.0 以上的潛勢,由於海溝的線型和臺灣本島近於垂直,即使有海嘯也不會像前面提到南海海槽的海嘯一般可怕。但即使如此,因為可能會發生的地震規模很大、加上離臺灣相當近,還是會擔心它本身引發的震度,以及海嘯對東部的沿岸地區造成災害。

18 種海溝型海嘯源(T1~T18)及4種斷層型海嘯源(T19~T22)之空間分布、名稱與地點。圖/吳祚任

除了臺灣、日本以外,這一圈板塊邊界,幾乎不同段都有可能會發生地震與海嘯,只是不知道何時發生而已。你問我有沒有可能跟那位漫畫家的預知夢一樣,這些地方「同時一起活動起來」呢?其實從上面板塊邊界地震區的分段圖就可以發現,幾乎所有的分段之間,都是有「轉折」的現象,這代表著板塊邊界附近的受力方向有些改變,因此不會被認為是連動的構造。換句話說結論就是:機率不會零,但可能比白堊紀的隕石撞地球還低上許多。

說到隕石,確實「剛好」發生有一顆天外飛來隕石砸在菲律賓海正中間,好像蠻符合漫畫上預知夢的情境,只是這也是不會在 2025 年 7 月 5 日發生的事情,因為現在美國太空總署和噴射推進實驗室已有建立一套搜尋近地小行星的哨兵系統,利用望遠鏡等觀測系統找尋對地球可能有威脅的小行星等天體,基本上2025 年 7 月 5 日並沒有靠近地球的小行星,而且根據目前已知的近地小行星中,並沒有體積夠大、又同時有高撞擊風險(累積機率 1/500 )的小行星。因此,從這角度來看這災害也不會以隕石的型式發生。

隕石來的時候大家也先別太驚慌,更何況目前看起來當天是沒有的。圖/Pixabay

到底 2025 年,臺灣有什麼樣類型的災害需要注意?

其實,正確的天然災害防災觀念,不會考量特定年分、日期來擬定策略,因為自然界的狀況多半是不確定性高的,即使每年專家都會提醒大眾要注意南海海槽、琉球海溝的海嘯與地震,但不必然是它要發生了,反而是科學家覺得「它應該快發生了」,才會去做相關的宣導。接下來在後面幾段,也會有更多對於災害預言的防災觀點。

但畢竟這樣類型的災害並不是那麼常發生,因此一般會以增加防災意識為優先,比如知道在海邊有不明的大地震發生時,本能反應的先往陸地方向、高處的地方逃生。而要是擔心規模大、震度大的地震,最根本的防災準備,反而是從建築強度、家中擺設等準備為主。

除了上述對極端災害的防災建議,對於較常致災的現象反而是更常會面對的災害,比如規模 6~7 的中型地震、颱風帶來的風災、水災、山崩與土石流。或許更重要的是,先問自己在以上這些情況下,有沒有辦法照顧好自己。雖然能做的防災準備看似不多,但實際上如果盡可能做到這些準備,多少都有減災之效。

預言夢和災害預測有科學根據嗎?

有很多區分科學/不科學的方式,其中一種蠻常用來論述科學方法的特徵,就是在於其「再現性」,也就是是在同樣的操作方式,可不可以再現同樣的結果,就算有些微差異的結果,還是會在一定的誤差範圍之內,比如說我們在同樣的地點、高度與環境下做自由落體實驗,能夠測量到相近的秒數(因為重力加速度不太會變)。

但是,如果以「如果他不只預言成功過一次,還有很多次都有預言到。」來作為「再現性」的證據,其實是不符合上述科學方法的原則的。因為所謂的再現,應該是即便是不同人也能做到的事,因此不管是預知夢還是神明託夢,都無法被驗證其可再現性。所以,所謂的預知夢要能被相信,它不能是一個特定人物才能做到的現象,因為沒有別人能做到,自然就無法確認這件事情的真偽。

目前看起來預知夢是沒有科學根據的,但難道甚麼事都有辦法用科學解釋嗎?圖/envato

欸,等一下,我可沒有要說預知夢這件事是子虛烏有,而是想說明,因為夢境的內容是無法被證實真偽之事(除非哪天有「側錄」夢境的黑科技)。就如同有些人會相信這世界上有看不到的鬼,但即使如此也無法證明「鬼不存在」,白話來說就是「信者恆信、不信者恆不信」,而這樣的議題,會被認為是「不可證偽性」,而成為科學無法處理的議題。

如何面對可能的未來

此外,看了「我所看見的未來(完全版)」裡面對每個事件的說明後,還有三個可以深思的點:

  1. 不是每個夢境都必然成真(比如富士山未爆發)
  2. 發生的時間未必準確(比如311的時間難以解釋)
  3. 夢境的呈現不一定是實境,有可能是呈現相關意象

從這三點可以發現,今天對 2025 年的預言,它可能不會發生、可能不會準時發生、也可能發生的狀況和目前作者理解的夢境有落差的狀況。

所以我們細想一下,硬是要把時間區段拉出來思考,比如「在 2025 年 7 月 5 號上午時,把這些地區的人都撤離到某個安全的處所,然後等災害結束後再讓他們回歸正常生活。」這件事的可行性,以及「如果沒有發生的話」的負面效果。可以發現像這種對特定時間、地點、災害類型的防災策略,最大的硬傷就是「沒有發生的話怎麼辦」的解決方案,甚至還會造成防災心態的疲乏。

所以真的要嘗試去防範預言中的災害時,最後也只能回歸到「多注意一點」的建議。說實在的,我會覺得預言夢這樣的事情,「聽聽就好」,防災本來就很重要,但不需要用災難預言來引起注意,不如請大家思考一下,下次颱風你家要是意外的淹水了,該怎麼預防這樣的事、或是想好事後的處理方案吧!

希望大家能用正面積極的心態來看待預知,不要過度恐慌。 圖/envato

——本文為《我所看見的未來》書評,2022 年 7 月,大塊文化,未經同意請勿轉載。

阿樹_96
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地球科學的科普專門家,白天在需要低調的單位上班,地球人如果有需要科普時時會跑到《震識:那些你想知道的震事》擔任副總編輯撰寫地震科普與故事,並同時在《地球故事書》、《泛科學》、《國語日報》等專欄分享地科大小事。著有親子天下出版《地震100問》。