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日本強震再掀海嘯陰影

李柏昱
・2012/12/22 ・1490字 ・閱讀時間約 3 分鐘
2011年日本311強震引發大海嘯,所到之處滿目瘡痍。(圖片來源:Flickr用戶Official U.S. Navy Imagery)

今年(2012)12月初,日本東部外海發生芮氏規模7.3強震,日本即時對本州東部海岸發布海嘯警報。讓人聯想到去年311東日本大地震海嘯席捲而來的恐怖畫面。對於這從海上來的威脅,我們是否有足夠的認知以及更有效預警措施呢?

海嘯發生原因為大量海水受到擾動,常見的原因如海底地震與火山噴發,其他像是海底核爆、山崩、隕石撞擊等等都可能造成海嘯。在深海地區海嘯的波長可達數百公里,但波高不超過1公尺;當海嘯逼近海岸,波高會迅速拉高,摧毀海邊的一切事物。

台灣最近一次釀成災情的海嘯發生在1867年的基隆,距今已經一百四十餘年,台灣人很久沒有經歷過海嘯的可怕力量。然而,只要我們居住於海濱,海嘯的威脅便一直存在著。

實際上,大規模海底地震容易發生在屬於板塊隱沒帶的海溝附近。例如2004年的印度洋大海嘯,發生於巽他海溝;而2011年的東日本大海嘯,便是發生在日本海溝。因此科學家十分關注數百年毫無動靜的海溝,這些地區有很高的風險會發生大地震與大海嘯。例如中美洲的加勒比海,許多科學家認為該地相當可能成為下一個海嘯侵襲的地區。

不幸的是,台灣南部附近的馬尼拉海溝也是一條危險的海溝。馬尼拉海溝從菲律賓呂宋島西側一路延伸到台灣南部外海,已經至少五百年沒有發生過大地震。若馬尼拉海溝發生芮氏規模8.0以上的地震,台灣西南沿海將面臨大海嘯的威脅。

新一代的海嘯預警系統

太平洋的海嘯警報主要由美國太平洋海嘯警報中心(Pacific Tsunami Warning Center, PTWC)發布。該中心隸屬美國國家海洋暨大氣總署(National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA),當出現可能引發海嘯的淺層大規模地震時,會對太平洋四周地區發布海嘯警報,通知海嘯預計抵達時間以及海嘯高度。

台灣由中央氣象局負責發布海嘯警報,除了接收PTWC的警報資訊,當氣象局偵測到臺灣近海發生芮氏規模7.0以上的淺層地震時,亦會發佈海嘯警報。

在2011年日本大海嘯後,美國開始進行新一代的海嘯預警,以改善目前警報僅能預報海嘯高度的缺點。新世代預警系統將能明確指出會被海水淹沒的地方,讓居民知道自己是否處於危險地帶。

為了建立新的預警系統,科學家需要海嘯傳播時的即時觀測資料。深海海嘯評估與報告系統(Deep-ocean Assessment and Reporting of Tsunamis, DART)建置於2001年,用海床的監測器量測上方的水壓。海嘯通過時,與監測器連結的浮標會回傳海嘯資料,評估海嘯規模。目前太平洋已經有數十個DART測站。

東日本大海嘯是DART系統建置後第一次觀測的大規模海嘯,藉由這次DART測得的海嘯資料,NOAA模擬海嘯的淹水範圍,發現與實際的淹水地區高度吻合,表示新一代的海嘯預警是可行的。美國目前正在進行太平洋岸華盛頓州與俄勒岡州海嘯淹水潛勢圖的繪製,這是科學家認為美國最有可能遭遇大規模海嘯的地方。

雖然有精確的海嘯預警系統,如果缺乏對於海嘯的警戒意識,再精準的預報也是徒然。我們應對於潛在的災難威脅保持警戒,災難來襲時才能夠減少生命財產的損失。(本文由國科會補助「新媒體科普傳播實作計畫─重大天然災害之防救災科普知識教育推廣」執行團隊撰稿)

本文原發表於行政院國家科學委員會-科技大觀園「科技新知」。歡迎大家到科技大觀園的網站看更多精彩又紮實的科學資訊,也有臉書喔!

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李柏昱
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成大都市計劃所研究生,現為防災科普小組編輯。喜歡的領域為地球科學、交通運輸與都市規劃,對於都市面臨的災害以及如何進行防災十分感興趣。

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關鍵時刻能救命,與時間賽跑的地震預警系統發展史

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2021/09/23 ・2852字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 交通部氣象局 委託,泛科學企劃執行。

位處在歐亞板塊和菲律賓海板塊交界 ,臺灣每天都有許多地震發生,可以說是生活的日常。每隔數月或數年就會發生的中大型地震,更是災防安全的一大威脅。

最近幾年,在有感地震發生後、地震波來襲之前,你的手機很有可能會收到下面的訊息:

國家級警報

[地震速報 Quake Alert] MM/DD HH:MM 左右 ○○ 地區發生 ○ 型有感地震,慎防強烈搖晃,氣象局。Beware of probable shaking. CWB

資料來源/地震測報中心

這個能夠在地震波來襲前出現的「災防告警訊息」,全稱為「災防告警細胞廣播訊息」,是利用「災防告警系統(Public Warning System,PWS)」及「細胞廣播服務(Cell Broadcast Service,CBS)」發布地震速報。

災防告警訊息提供的地震速報,雖然在盲區外的多數時候,能比地震的搖晃感來臨前再快一點點讓我們收到,但它並不是地震預測,而是「地震預警」。中央氣象局利用遍布全臺的高密度地震測站收集地動資料,在地震發生時,藉由震央附近地震站的訊號,即時解算地震資訊並迅速發出預警。

地震預警的主要功能,是在地震發生後數秒內,演算出預估地震的基本參數,包括預估震源位置深度、強度,並推估受影響地區將遭遇的震度與震波抵達時間,爭取在破壞性震波抵達之前,對可能發生災損的區域提出警示。

可別小看這短短幾秒鐘的警示,足以左右生死、讓人員離開危險的位置尋求掩護,停下精密的作業(如工業廠房或醫院),也能讓高速運行的交通運輸系統自動減速或停駛,大幅減少中大型地震可能造成的災害,保障人民生命與財產的安全。

地震預警系統的原理

這幾秒鐘珍貴的預警時間,是多年來地震預警技術及通訊設備精進的心血結晶,以電波與地震波「賽跑」搶出來的。

每次地震發生後,能量會以「地震波」的形式從震源開始往外傳播。科學家大致將地震波分成分別為 P 波S 波P 波傳播的速度較快,也是地震測站最早收到的訊號;S 波速度較慢,但為地震破壞力的主要來源,而地震預警系統便是根據這兩者計算出地震的各種參數。

在得到最初預估的地震參數之後,地震預警系統會推估各地的震度,如果達到預設門檻,就會自動發布,利用電波將地震預警訊息傳送到可能致災的區域,以利當地防災應變。舉例來說,模擬顯示 1999 年發生的 921 集集大地震,以現今的地震預警科技,北可有 31-35 秒的預警時間,可大幅減少人員傷亡。

不過,地震預警系統畢竟得在收到地震波資料後才能進行運算,過往的預警系統對於鄰近震央 40 公里內的區域幾乎趕不及預警,這個區域就被稱為「盲區」。盲區是強震即時警報無法避免的科學限制,但靠近震央的區域又是震度最強、災害最嚴重的區域,如何將地震速報的盲區最小化,也將是未來相關技術發展的目標。

地震預警發布的管道與門檻

除了藉由手機發送災防告警訊息,地震速報還有好幾個重要的通訊管道。自 2014 年起,中央氣象局即開發傳訊軟體,在預估地震規模達到 4.5 以上、預估震度達 3 級以上時,直接透過既有網路及通訊系統,將強震即時警報傳送至公務部門、公共設施、醫院、學校單位。舉例來說,學校單位如收到警報,將自動串連廣播或跑馬燈,第一時間向師生宣布警訊。

除了公部門,中央氣象局還積極推動「地震資訊傳遞服務契約」,將社會服務量能發揮最大化,透過專線 IP-VPN 與警報傳遞單位(電信公司及大眾媒體)進行連線,在各個媒體渠道轉發地震速報,而這個部分還可以由合作單位依需求自行設定「需要通知的震度門檻」。

自 2016 年 8 月起,中央氣象局即與電視台合作,當預估地震規模達 5.0 以上,且預估震度達 3 級以上時發布蓋台訊息。這些不同的訊息傳遞機制,希望達成的目的是相同的:將地震預警的資訊,在最短的時間內,傳達到會受影響的人手上。[註1]

而近年來,能夠在地震發生的 10 秒內就發出地震預警,完全是地震觀測網加上資訊、通訊技術,多年來持續累積發展的成果。

臺灣的地震預警系統

1999 年 的 921 大地震,當時中央氣象局在 102 秒內發出地震速報,速度已經令當時全球地震觀測相關單位感到驚訝,但仍緩不濟急,預警效果十分有限。

事實上,中央氣象局在 90 年代初期已開始發展「強地動觀測網」,自 1992 到 2021 年,每期五年、共五期的長期前瞻計畫,從第一期建置「都會區強地動觀測網」,主要廣泛收集台灣各地的強震資料,並提供給工程與防災研究團隊研擬修正建築物耐震設計規範。後續的延續性計畫中,逐步建置地震速報系統、發展強震即時警報系統,其後並持續建置海底地震儀與深井地震監測站,優化地震海嘯監測。

近期重點放在提升觀測的資料品質、增進系統功能、基礎資料的累積,並且拓展地震預警系統在防災的運用。中央氣象局自 2012 年起啟用 24 位元地震觀測系統,整合過往各個獨立的觀測網,包括短週期、地震速報、寬頻、井下地震觀測網及全球即時地震觀測資料,使地震測報進入聯合觀測的時代。

自 2020 年 4 月 6 日起,地震預警的發佈時間已經縮短至 10 秒內,地震盲區也縮小至震央 30 公里以內,中央氣象局地震測報中心更宣告推動「都會區強震預警精進計畫」,要在四年內將都會區的地震預警發佈縮短到  7  秒以內,長期規劃更是希望藉由大數據統計,將時間再縮短到 5 秒內。

事實上,臺灣自行開發的地震預警系統已是全球前段班,未來也將持續運轉,日夜守望每次臺灣的地牛翻身!

參考文獻

註解

  1. 地震預警發布的門檻會依需求與情況做調整,此處以撰文時間為主。

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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