102秒內傳出地震報告!臺灣第一個地震速報系統的誕生──《地震:火環帶上的臺灣》

  • 作者/林書帆、黃家俊、邱彥瑜、李玟萱、王梵

臺灣速報的優勢:利用即時強震訊號自動定位

「當年,沒有一個國家用即時強震訊號做地震觀測,臺灣是第一個!」吳逸民指出,能在一百零二秒內傳出地震報告的關鍵有二:一是善用「即時強地震觀測訊號」,第二是以此資訊做自動定位,並在短時間內提出預警。

圖/GIPHY

此一轉捩點正是一九九五年。在鄧大量的建議下,強地動觀測網(TSMIP)與中央氣象局地震觀測網(CWBSN)共站的加速度型地震儀,利用了同一條傳輸專線把強震資料同步傳回氣象局,相較於七○年代區域性的強震儀陣列,受限於當時僅能以類比訊號傳輸紀錄,後來拜數位發展之賜,一九九五年的強震資料即能藉由數據專線立即傳回臺北,做到「即時」監測。

以此「即時強地動系統」為骨幹,臺灣的地震測報進入「速報」階段。直到九二一地震,當時全臺已有超過六百三十個自由場強震站,其中具有即時傳輸功能者約有六十個, 蒐集地動訊號後即時傳輸回氣象局。

一九九五年阪神大地震,日本首相村山富市在震後一個多小時才收到地震報告,吳逸民解釋,當時日本震度七以上地震必須由人為判斷,才能發布,而臺灣領先的關鍵就在於以自動化加快速報發展。至於自動定位與預警系統如何做到,得從「B 計畫」的故事講起。

本土 B 計畫勝出

圖/pixabay

當時服務於美國地質調查所的顧問李泓鑑提點臺灣可能有發展地震預警潛力,也成為氣象局一九九四年提出臺灣第一部《氣象白皮書》納入「地震預警」的契機。當年,氣象局啟動第一個地震預警的實驗,由加拿大一間商業公司主導,選在地震活躍的花蓮設立十個測站,資料透過專線匯集至花蓮氣象站做即時處理,並將結果傳至臺北的氣象局本部評估、分析,這也是臺灣地震預警系統發展的雛形,在內部被稱為 A 計畫。

當時,傳輸地震訊號的電話線路尚有一半頻寬容量可使用,中研院地球科學研究所院士鄧大量便建議發展 B 計畫做為備案。B 計畫的基礎技術由李泓鑑提供,執行者就是氣象局內的吳逸民,他們隔著太平洋時差一起工作。

當時 A 計畫與 B 計畫都是藉由撰寫程式讓計算流程自動化,藉由強震紀錄的 P 波與 S 波自動定位,計算地震規模,同時能將地動加速度換算成規模。其中自動定位技術,是 A 計畫與 B 計畫競逐的核心目標。

為了縮短時間,必須利用地震初始震動定出規模,但是如何保有一定的準確度,成為技術上最難以克服的瓶頸,這也讓當時國內外許多學者都不看好臺灣發展預警系統。

與時間賽跑的地震預警。圖/GIPHY

由於 A 計畫測站大多僅分布於花蓮狹長的海岸線地帶,雖然可在十幾秒獲得地震訊息,但定位準確度不理想,震央位置平均誤差達二十二公里,規模誤差也達到○.七個規模單位。吳逸民認為,A 計畫在通訊、展示介面跟軟體程式方面表現不錯,但執行團隊缺乏地震學人才,對於地震核心掌握度不足,以至於重要資訊誤差很大,實用性不高。

一九九五年即時強震資訊的啟用,免除需人工電話撥接的時間,吳逸民主責的 B 計畫順利發展出自動挑選 P 波與 S 波的系統,將發布地震時間縮短至五分鐘。以 B 計畫的成功為基礎,吳逸民馬不停蹄投入預警工作,利用宜蘭、花蓮、南投等地共六十至七十個測站的即時強震訊號建立「花蓮子網」預警系統,由於串連多個地區即時強震訊號,覆蓋性較廣,將定位誤差控制在二十公里內、規模誤差○.三單位內,獲得地震資訊的時間大幅縮短至二十秒。

最終,B 計畫淘汰了受限於商業系統而無法修改的 A 計畫,原有測站都併入 B 計畫,成為臺灣第一個成功的地震速報系統。

——本文摘自泛科學 2019 年 11 月選書《地震:火環帶上的臺灣》,2019 年 10 月,春山出版

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