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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

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

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九二一地震,台灣人永不忘記的傷痛——災後重建的社會與未來
研之有物│中央研究院_96
・2022/12/11 ・4981字 ・閱讀時間約 10 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位。

  • 採訪撰文|田偲妤、王怡蓁
  • 責任編輯|田偲妤
  • 美術設計|蔡宛潔

震盪整個台灣的巨響

1999 年 9 月 21 日凌晨 1 點 47 分,一場芮氏規模 7.3 強震將眾人從睡夢中驚醒。震央位於南投縣集集鎮,主因是車籠埔斷層逆向抬升導致全臺多處災情慘重,史稱九二一大地震。

中央研究院「研之有物」專訪院內社會學研究所林宗弘研究員,他與國家地震工程研究中心、國內外學者攜手合著《巨震創生:九二一震災的風險分析與制度韌性》統整臺灣 20 年來地震科學研究成果,記錄受災社區的重生故事。一起了解這場世紀強震,如何促使臺灣災害科學與政策改革向前跨出一大步!

地震災害中隱藏的風險

圖|iStock

地震可說是最致命的天災,1989 至 2019 年間,全球前 25 起死亡人數最多的災難,地震就佔了半數以上。而臺灣更是好發地震的高風險區,根據全球地震模型估計,臺灣幾乎全島都有地震風險,在全球地震危害度排行上名列前茅。

其中,九二一地震是臺灣二戰後最嚴重的震災,導致 2444 人不幸罹難、近 11 萬戶房屋全倒或半倒,財產損失超過新臺幣 3 千億。

難以預測的地震造成生命財產的一夕損失,如再加上人為缺失、制度不健全,以及社會本身的貧富差距、階級與族群不平等因素,將加劇災害的嚴重程度。

為防範悲劇再度發生,中研院社會學研究所研究員林宗弘,與國家地震工程研究中心劉季宇博士、國家災害防救科技中心前主任陳亮全教授、師大環境教育研究所林冠慧教授等共同作者,參考聯合國政府間氣候變遷專門委員會(IPCC)多篇文獻,採用包含以下 4 組風險因子的「風險函數」來評估震災隱藏的各種風險。

風險=

f (危害度 (hazard,+), 暴露度 (exposure,+), 脆弱度 (vulnerability,+), 韌性 (resilience,-),…)

究竟臺灣面臨哪些受災風險與制度缺失?人們如何走出地震陰霾?面對災難我們還可以做什麼?讓我們從 4 組風險因子出發,深入發掘問題癥結!

傷亡主因:無法承受地震的建築物倒塌

地震發生時,我們最先感受到的通常是房屋的晃動。如房屋無法承受震度而倒塌,還是地震引發火災、山崩或土壤液化等災害,都將導致民眾生命財產的損失。

「危害度」與「暴露度」是從地震造成的各種災害,探討如何減緩災害對生命財產的衝擊程度。

九二一地震發生後,全臺的死亡與重傷案例高達 87% 至 96% 是建築物倒塌所致,其中又以「集合住宅」的死傷最為嚴重。

以臺北東星大樓為例,雖然離震央遙遠,卻傳出房屋全倒,造成 73 死、138 傷、14 失蹤的嚴重災情。為何集合住宅會發生大量死傷?這跟臺灣長期落後的法規有關。

九二一地震造成臺北東星大樓倒塌,孫家兄弟受困 6 天奇蹟生還。歷經建商判刑、住戶抗爭、黑道介入等風波,終在 2009 年重建完工。
圖|Wikimedia

「很多制度改革都是被災難推著走的」,林宗弘指出問題癥結。1970 年代以前的建築規範主要沿用日治時期的法規,落後的法規趕不上日新月異的建築技術,更難以規範黑心建商,直到 1964 年白河地震發生後,才刺激政府推出新的建築規範。

然而,70、80 年代正好是臺灣經濟起飛的時期,大量湧入城市的移居人口有高度的居住需求,許多倉促興建的公寓大樓在法規不健全的情況下相對脆弱。

此外,民間還存在許多故意或無心的違法情事,例如黑心建商偷工減料、民眾因風水或生意需求而打掉樑柱等,建築結構的破壞升高了受災風險。

不幸的是,根據國家地震工程研究中心等機構的初步調查,至 2022 年第 2 季,臺灣興建達 30 年以上的老屋數量已超過 460 萬戶,其中隱藏不少危老集合住宅,但礙於產權複雜、都更不易,是防災工作中急待解決卻也最棘手的問題!

如果民眾無法接受拆除危老房屋,還有其他替代方案嗎?國家地震工程研究中心邱聰智博士等研究發現,「危老補強」是大樓管委會、多數民眾較能接受的折衷方案,可在房屋既有結構下進行耐震補強,費用比重建便宜許多。

可惜在建築師簽證、檢驗或補強成本無人願意承擔的情況下,立意良善且成本低廉的危老建築補強政策,尚缺乏激勵民眾參與的制度創新,是目前防災制度上相對弱勢、值得持續思索對策的一環。

創傷心靈的重建

地震不僅震垮房產,還揭露人心脆弱無助的一面,對於社會弱勢族群來說更是雪上加霜。

風險因子之中的「脆弱度」、「韌性」帶我們檢視災民所處的社會、經濟與身心條件,探討如何發揮人際網絡相互扶持的力量,緩解社會不平等加劇的受災風險

其中,災後的心理復健長期遭到漠視,面對親友驟逝、身體傷痛、家園破滅且頓失經濟依靠等變故,災民得承受排山倒海的身心壓力,需要專業人士適時伸出援手。

臺大心理系吳英璋與陳淑惠等教授看見九二一災民的需求,成立「臺大 921 心理復健小組」,並號召其他院校的心理學家、臨床醫師與社工人員積極投入救災。

1999 年的臺灣社會仍對「災難與創傷心理學」相當陌生,小組成員抱持從做中學的精神累積經驗,開啟了臺灣災難心理衛生元年。

主要服務據點位於受災最嚴重的臺中東勢,由多位臨床心理博士開設「東勢 921 災後身心聯合門診」,也投入在地種子教師的培訓工作,傳授篩檢高危險族群、輔導孩童因應災難創傷的方法。

許多心理輔導人員更陪伴失依孤兒成長,參加孩子們的畢業典禮、婚禮,建立如同親人般堅定的情誼。

災民最常諮商的主題中,有 72% 是因震災而產生的身心症狀、家庭經濟困境,屬於創傷後壓力疾患之一。國際上對於災後心理復原有 5 項介入原則:安、靜、能、繫、望,如今已成為國內因應疫情、公安災難的主要介入策略。

大型災害心理防治的 5 大原則與目標
圖|研之有物(資料來源|Steven E. Hobfoll et al, 2007

在 5 項心理介入原則中,「能」指的是「促進效能感」,引導災民重新察覺自己有調節情緒、處理人際關係、修復財產與接受職業訓練等能力,有助災民逐步重返正常生活。

而「繫」則是指「促進聯繫感」,協助災民獲得與所愛者、社交族群的聯繫,從中找到解決問題、接納情緒、分享創傷經驗等支持管道。

研究團隊分析九二一震災村里追蹤資料後發現,東勢在震災後 20 多年間,是災區自殺率最低的鄉鎮,證實社區緊密的人際網絡、專業的心理諮商與陪伴,有助降低社會脆弱度、強化災後復原韌性。

災後重建——社區營造的集體力量

社區營造也是災民展現生命韌性的案例之一。過去有人質疑社區營造對災區重建的效益,但林宗弘等學者實際比較南投埔里 33 個里 1999 至 2012 年的家庭平均所得後發現,農村重建和社區營造補助同時投入的里,平均家戶所得明顯提升。

社區營造的目標在於發掘地方資源、發現新價值,提升社區的自信與自主性,為災後重建注入活水。而農村聚落的重建補助主要用來修復硬體設施,缺乏創造新產業價值的作為,也無法留住青壯年人口。

南投縣埔里鎮的桃米社區即是經典的災後創生案例。在九二一地震前,桃米社區是埔里鎮最窮的村里之一,震災重建後卻成為當地 33 個里中,平均家庭所得排行前 5 名的村里,擁有著名的紙教堂與生態園區,吸引每年多達 40 萬遊客造訪。

南投埔里鎮 33 個里 1999 至 2012 年家庭平均所得趨勢圖,農村重建和社區營造補助同時投入的里,平均家戶所得明顯提升。其中,社造成功的桃米里更從平均 56 萬上升至平均 87 萬,於 2010 年成為埔里收入最高的社區。
圖|研之有物(資料來源|林宗弘、李俊穎)

究竟桃米社區如何成功翻身?關鍵在於社區營造帶起的三層面連結:

內部組織由下而上動員、外部組織跨區交流合作、國際資源跨國援助

桃米社區在災後,由行政院勞工委員會「以工代賑」計畫支付基本工資,鼓勵居民投入家園重建與社區營造工作。

長期與社區合作的新故鄉基金會,也與特有生物研究保育中心、世新大學觀光系合組區域活化運籌團隊,協助居民學習當地生態知識、發展生態旅遊,並於 2001 年啟動生態旅遊試營運,讓「桃米生態村」日漸廣為人知。

2008 年,在新故鄉基金會廖嘉展先生等人的牽線下,日本鷹取紙教堂落腳桃米社區。這座教堂是日本名建築師坂茂為阪神大地震災民所建的精神地標,而神戶災區也在九二一地震後捐贈近千戶組合屋給南投縣。

紙教堂的移地重建不僅展現了人性普世的友愛光輝,新成立的紙教堂新故鄉見學園區,更是結合軟硬體綜效的社會基礎建設,在五年內為社區創造 1.3 億產值、近 200 個就業機會,成為九二一災後復興的象徵。

桃米社區紙教堂新故鄉見學園區
圖|柚子(數位島嶼)

社會互救!強化韌性應對未來的災難

從 4 組風險因子綜合歸納出潛在的震災風險後,再從歷史制度論分析國家與社會關係對防災制度演化的影響可知:

如果國家與公民社會皆具備動員能力,且願意化解利益分歧、共同投入防救災,將可強化制度韌性,減少下一次震災的風險。

九二一震災後各領域制度韌性之相對評估
圖|研之有物(資料來源|林宗弘)

例如在九二一地震後,政府與民間在撤離與搶救政策改革、公有基礎設施與建築補強重建方面,展現較強的制度韌性,從而推動《災害防救法》的立法,在災害發生後能較有系統、有法源依據地實施緊急應變措施,包含動員軍隊、徵用民間機具等。

林宗弘對於震災搶救過程記憶猶新,九二一地震發生時他剛好在成功嶺服役,從事救災物資的運輸補給工作。當時消防署的救災分工尚不完備,再加上許多消防單位也被震垮,屋漏偏逢連夜雨,導致最初的救災工作不是很系統化地進行。

中研院社會學研究所林宗弘研究員
圖|研之有物

九二一地震讓救災工作獲得重視,後來的桃芝颱風、莫拉克颱風也強化了風災與水災的救災經驗,臺灣現在的救災工作已提升到國際水準。國家及民間力量能在短時間內投入撤離與搶救作業,並提供緊急醫療、臨時安置、心理重建等服務。

然而,還是有一些問題是目前國家與民間都難以解決的,例如危老建築存在很高的暴露度風險,如不進行都市更新或建築補強,難保不會成為下個災難現場。

雖然中央政府有推動國土規劃政策,但都市更新是地方政府職權,需要地方行政單位的積極介入,否則將陷入民間業主與營建財團的利益衝突,使都更停頓或變質。

四面環海的臺灣位處地震帶、颱風必經路徑上,也是全球貿易與交通要衝,導致我們難逃地震、颱風、疫情三大災難的襲擊。惟有掌握各種潛在風險、了解當前的強項與弱勢,才能從國家政策與公民網絡著手,做好面對下一場災難的萬全準備!

延伸閱讀

研之有物│中央研究院_96
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研之有物,取諧音自「言之有物」,出處為《周易·家人》:「君子以言有物而行有恆」。探索具體研究案例、直擊研究員生活,成為串聯您與中研院的橋梁,通往博大精深的知識世界。 網頁:研之有物 臉書:研之有物@Facebook

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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
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/08/22 ・3186字 ・閱讀時間約 6 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

  • 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

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

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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