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跨國天氣預警拯救更多生命

李柏昱
・2013/01/16 ・1246字 ・閱讀時間約 2 分鐘
發生在北印度洋的熱帶風暴只占全球總數5%,但是卻造成95%的死亡人數。圖為一氣旋風暴侵襲印度東岸。(圖片來源:Pixabay用戶 WiliImages)

你知道嗎:同樣是水災,已開發國家與開發中國家的受害程度卻極度不均。

據統計,儘管每年只有5%的熱帶氣旋發生在北印度洋,但是這個地區卻占全球因熱帶氣旋死亡人數的95%!舉例來說,去年十月珊迪颶風(Hurricane Sandy)侵襲美國紐約,造成一百餘人死亡;然而,2007年侵襲孟加拉的錫德氣旋風暴(Cyclone Sidr),與2008年侵襲緬甸的納吉斯氣旋風暴(Cyclone Nargis),卻分別奪走1萬人與13萬人的生命!我們不禁要問:為什麼開發中國家與已開發國家面對氣象災變的防災能力如此不平等?

缺乏預警

一個很重要的因素是氣象預報的能力。已開發國家能對未來10天,甚至更長時間的災害性天氣進行預警;開發中國家即使有氣象預報的能力,最多也只有數天的預警,當地居民幾乎沒有時間應變。

主要問題在於,長時間的氣象預報必須納入全球尺度的氣象觀測資料。但是建立全球天氣預報模型成本高昂,只有少數已開發國家有能力負擔。由於這些模型以全球為預報尺度,並不完全符合各地區實際狀況,需要當地的觀測資料進行修正,因此開發中國家也無法將全球天氣預報模型的結果直接應用。

另外,即便理論上開發中國家可以藉由網路獲得模型預測的資料,但是開發中國家缺乏健全的網路基礎建設,造成資料傳輸過程的阻礙。於是,中介組織─諸如研究團體、大學與企業─便成了聯繫全球預測模型與當地實際需要的橋樑。

跨國合作

為了解決開發中國家天氣預報能力的不足,目前國際正在推動由已開發國家輸出技術與出資協助開發中建置符合當地需要的天氣預報。

以孟加拉為例,該國與歐洲中期天氣預報中心合作,建立氣候預報應用網路(Climate Forecast Applications Network, CFAN),美國國家科學基金會協助基礎的技術支援,資金由美國國際開發屬(United States Agency for International Development, USAID)出資補助。CFAN的長期天氣預報成功預測孟加拉2007年與2008年的水災,有效降低風災的損失。

目前,聯結全球氣候預測模型與各地實際需求的中介組織仍相當不足,急需推廣此類組織的成立,最終的目標是幫各開發中國家建立長時間的災難天氣預報。專家估計,在南亞和東亞的開發中國家建置為期10到15天的災害性天氣預報系統,大約需兩百到三百萬美金,但是和受災造成的損失,這筆建置費用顯得頗具投資潛力。

全球氣候近年來越來越極端化,我們不應該讓國際間的發展差距成為面對天災時不平等的原因,要達成這個目標,有賴於國際間的努力與合作,而現在跨國的氣象預警合作剛起步,仍然有許多努力與改善。(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!

資料來源:

Peter J. Webster (2013) Meteorology: Improve weather forecasts for the developing world. Nature, 493, 17-19.

 


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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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