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生命三角—地震避難處選擇的爭議

科學月刊_96
・2011/06/20 ・5913字 ・閱讀時間約 12 分鐘 ・SR值 526 ・七年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

為有效減低生命財產損失,必須落實地震防災教育。日前關於生命三角的討論沸沸揚揚,但此法與傳統躲在桌子下的作法大相逕庭,吾人如何抉擇?

劉坤松

日本東北外海3月11日下午發生日本有史以來最大的地震,震央位於三陸外海,震源深度24公里,地震規模達9.0,其釋放出的能量相當於1萬5848顆原子彈威力,是921大地震的355倍。引發超過30公尺高的大海嘯,並造成房屋倒塌和核電廠、煉油廠起火,二萬多人失蹤死亡,滿目瘡痍,慘不忍睹,甚至包括台灣、紐西蘭、智利等太平洋沿岸30多國也都發布海嘯警報。此外,更令人心驚的是核電廠爆炸起火,輻射外洩,恐釀成人類浩劫,不僅喚起了台灣全民及政府的災害警覺,也觸動了我們的危機神經。

圖一:道格是美國國際救援小組(ARTI)的成立者,也是地震生命三角理論的創始者,他參與過世界各地許多重大災害的救援行動。

反觀台灣,同樣地位於環太平洋地震帶上,歷年來遭受許多重大的災害性地震。1999年的921地震造成2456人死亡,房屋毀損達10萬6685棟;這些地震提醒我們在劇烈的板塊碰撞帶上,未來仍可能再次面臨類似921之大地震,這是我們應有的認知,也就是,地震是台灣居民無法避免,勢必一再發生,而且必須面對的重大天然災害。因此,為有效減低人民生命財產損失,除了加強地震防災科技之研究與應用推廣外,地震防災教育的落實更是不可或缺。

既然地震防護那麼重要,我們該如何做呢?對於地震發生時的應變,最近聽聞美國道格庫普先生(Doug Copp,圖一)所極力提倡的「生命三角」(Triangle of Life)理論,建議民眾躲在桌子旁、沙發旁或牆角,此與傳統的躲在桌子下的作法(圖二),截然不同。但是,這一套避難理論並沒有獲得官方的認同,內政部消防署也特別發新聞稿,建議優先躲在堅固的桌下。到底,地震發生時如何應變是最適當的,本文將做分析比較及探討。

什麼是生命三角?

在網路及媒體宣揚所謂的〈正確的地震保命法〉中,提及「地震來時,你躲在哪裡?如果你依照小時候老師教我們的方法乖乖躲在桌子底下、床舖底下,那麼,我必須告訴你, 你的傷亡率,高達98%!! 那該怎麼辦? 美國國際搜救隊長教你正確的躲避位置。」。〈正確的地震保命法〉是美國國際救難總隊隊長道格庫普在民國86年到中華民國搜救總隊所做的演講,但一直到九二一地震後,這篇演講才受重視。沈寂多年後,最近又因日本的311大地震後在網路廣為流傳。道格是世界上最有經驗的救援小組——美國國際救援小組(American Rescue Team International, ARTI)的首席救援者。從1985年墨西哥地震至今,幾乎參與了每一次重大的救援工作,曾經和來自60多個不同國家成立的各種救援小組一起工作過,也曾經在875個倒塌的建築物裡爬進爬出。

圖二:傳統的地震防護方法建議躲在桌子下。

在1996年,道格及美國國際救援小組、土耳其政府等聯合製作了「生命三角」求生方法的研究影片。模擬摧毀了一座學校和一個裡面有20個人體模型的房屋。其中10個人體模型用「蹲下和掩護」方法,另外10個模型使用「生命三角」求生方法。結果顯示那些用「蹲下和掩護」方法的人存活率是零,而那些使用「生命三角」的人能夠達到100%存活率。

道格所稱的「生命三角」,是指當建築物倒塌時,落在物體或家具上的屋頂或樓版重力會撞擊到這些物體,使得靠近它們的地方會留下一個空間。這個空間就是「生命三角」(圖三)。當物體越大、越堅固時,被擠壓的部分就越小,而所遺留下的空間就越大,於是利用這個空間的人可免於受傷的機會就越大。

國內外地震避難處的選擇

台灣

針對上述道格所主張生命三角理論,內政部消防署特別於100年4月11日發出新聞稿,摘錄部份內容如下:

圖三:道格所稱的「生命三角」示意圖。

近日網路流傳美國道格庫普先生所提「生命三角」理論,建議民眾遇到地震,應躲在桌子旁、沙發旁或牆角,而不是傳統的躲在桌子下。但是,這一套避難理論並沒有獲得各國官方的認同,主要是因為地震發生的情境、人員身處的場所環境,以及世界各國的建物耐震結構均不相同,並無法以一概全。

由於重大地震發生瞬間,人員所處之地面或樓地板會劇烈搖晃,第一時間內並不容易立即離開現場,所以,遇到地震瞬間一定要先保持冷靜,避免身體遭受外物傷害,尤其是頭部的受傷。地震同時會造成室內的天花板、電燈、吊扇、窗戶玻璃等掉落的危險,以及大型家具之移動或倒塌,例如無固定住之電視、書櫃、鋼琴等,上述情況都有可能造成人員的傷害。屆時身體躲在堅固桌子,所形成的空間會比「生命三角」要安全。因此,人員在室內避難時,建議優先躲在堅固桌下,而躲在桌子下時,可握住桌腳,當桌子隨地震移動時,桌下的人可隨之移動,形成較佳的防護屏障,避免受傷。

此外,主管地震監測的中央氣象局,有關地震防護的建議則是地震時室內的人員應立即打開出入的門,隨手抓個墊子等保護頭部,儘速躲在堅固家具、桌子下,或靠建築物中央的牆站著。切勿靠近窗戶,以防玻璃震破。綜合消防署及中央氣象局的資料,地震時國內的防護方式還是躲在桌子下。

日本

圖四:「日本強震即時警報之學校防災教育」的影片可看出,日本教授仍然教育日本學童要躲在桌下來避震。

日本素來是地震的耐震及防震技術與觀念最先進的國家,筆者在民國96年9月參加國家災害防救科技中心所主辦的「台日強震即時警報系統技術交流研討會」中,有一主題為「日本強震即時警報之學校防災教育」的影片仍然教育日本學童要躲在桌下來避震,在筆者的提問其對美國國際搜救隊長的主張時,日本教授仍堅持原先躲在桌下的做法,如圖四所示。此外在日本東京消防廳網頁地震安全十要點中的第一點亦強調地震時優先保護自己,並躲在桌下的做法。

美國

美國也是地震科技及研究執牛耳之國家,尤其美西加州更是地震頻繁,地震災害潛勢相當高的地區。由一份美國內政部地質調查所、紅十字會、加州地質調查所、南加州地震中心、聯邦緊急管理局(FEMA)等單位共同發行的地震防護手冊:「保護您的家庭,應付地震-地震安全的七個步驟」中的第五步驟:在地震中保護,在室內的做法是蹲下、藏身和抓牢,即蹲到地面,在結實的辦公桌或桌子下面藏身,繼續抓牢,直到地震停止,如圖五所示。

圖五:美國地震防護手冊:「在室內的做法是蹲下、藏身和 抓牢」。

綜合以上資訊,國內、日本及美國對於地震避難處的選擇顯然與道格庫普地震避難處選擇的主張有所差異,那麼民眾該如何遵循呢?

道格庫普「生命三角」理論的分析

首先我們來了解道格庫普的理論,有無缺失?筆者在美國國際救援小組網站看過道格等所製作「生命三角」求生方法的研究影片(圖六)。

片中模擬摧毀了一個裡面有20個人體模型的房屋。結果顯示那些用「蹲下和掩護」方法的人存活率是零,而那些使用「生命三角」的人能夠達到100%存活率。但該影片在模擬大樓倒塌時,是直接倒塌,樓版直接往下覆蓋,在道格的模擬中並未先做水平方向樓版的搖動,與真實地震引起樓版的反應有所差距。我們要了解當近距離的大地震來時,是先上下振動(P波引起的),然後是S波及表面波引起更強烈的水平方向的振動,此時非結構物的櫃子、家具、冰箱等如未事先做好固定的準備,則會移動或滑動撞擊甚至壓擠旁邊掩蔽的人體,造成人體的直接傷害。因此,如果要採用道格所稱的「生命三角」理論時,必須先做好地震前的準備工作,筆者稱為「三重四得」(取諧音三從四德)。(表一)

另外,在道格「生命三角」求生方法的家具所要扮演的角色,其實就是類似柱子的功能,去支撐或擋住樓版或橫梁的直接往下覆蓋,但先前條件是此家具是固定不動的,才能有類似結構物元件的支撐作用。但以國人目前地震前的準備來看,「三重四得」這部分是欠缺的。因此若採取生命三角法可能會未蒙其利,先受其害。

圖六:道格的美國國際救援小組網站提供各式介紹生命三角理論的影片,強調其可行性。

國內外傳統躲在桌下做法的分析

至於國內外傳統躲在桌下的做法,也具爭議處。倡導躲在桌下的理由是避免身體遭受外物傷害,尤其是頭部的受傷,因為地震會造成室內天花板、電燈、吊扇、窗戶玻璃等掉落的危險。屆時身體躲在堅固桌子,所形成的空間會比「生命三角」要安全。因此,人員在室內避難時,建議優先躲在堅固桌下,而躲在桌子下時,可握住桌腳,當桌子隨地震移動時,桌下的人可隨之移動,形成較佳的防護屏障,避免受傷。但是躲在桌下的做法,當建築物樓版因強震倒塌時,會將桌子壓毀,人如果躲在桌下,反而壓縮了逃生空間,變成人肉三明治?尤其是學校的課桌能不能承受的起教室樓版倒塌落下的重量,實在值得懷疑?

較適當安全避難處選擇的分析

以作者的看法說明如下:早期要求學生在防震演習中,躲在課桌下,其原因是要避開因地震造成天花板落下的物品(燈管、電風扇、玻璃、剝落混凝土塊等)對學生頭部的重擊,並未進一步考慮到整個樓板會塌陷下來,直接壓傷學童,畢竟這樣的地震少之又少,那這樣的強震民眾及學生如何判斷呢?建築物樓板因強震倒塌時,會將桌子壓毀,人如果躲在桌下,反而壓縮了逃生空間,如果人以低姿勢躲在桌旁,桌子可以緩衝倒塌物品的力道,而且旁邊可製造一生存空間。

在經歷過921地震後,我們知道如果地震是發生在白天上學時刻,則學校教室的建築結構是無法保護學童的。因此不怕一萬只求萬一,我們依經驗及往例,彙總的做法是:「躲避在課桌椅旁,背向窗戶,身體姿勢放低,並用書包保護頭部,避免被碎玻璃或是懸掛物品、其它高處掉落的物品如燈具、電風扇、剝落混凝土塊等掉落擊中」。

實際避難還是要因地制宜。地震時很難找到可以保護自己而且絕對安全的地點,但是在相對安全的地點避難,一定可以大大減少傷亡的發生。另外,在家中或辦公室則必須要先做好地震前的準備工作,「三重四得」,固定好家具,再加上道格的「生命三角」,才能見效。此作法類似於有專家學者所提倡家中衛生間,因周圍有較多的承重牆,為室內相對安全的避難地點之一,如圖七所示。

圖七:大樓內之衛生間是承重牆較多的地方,為室內相對安全的避難地點之一。

安全避難處的選擇(室內及屋外)

對於地震發生時的應變,不論身處何處,都應立即選擇一安全的避難處,避開危險區域,趨吉避凶。然而,何處是安全的避難處,哪裡又是危險的區域。我們在此作一探討及說明。

地震時很難找到可以保護自己而且絕對安全的地點,有一些原則可以讓我們找到相對安全的地點,先談室內的避難原則有二:一、堅固桌子的旁邊,大柱旁、牆角。理由是避免被掉落的物品打傷,這些地點可以躲避吊燈、破碎玻璃、傾倒的櫥櫃等掉落物的傷害。二、衛生間(廁所)等承重牆較多,跨度較小的地方,並且要避開外牆體等薄弱部位。

至於屋外的避難原則,地震來時要不要衝到屋外?由於每個人所處空間的情況不同,會有不同的考量與反應,有一些原則可決定逃生方式。通常在一樓的人比較有可能逃至戶外,如果戶外有空曠地,例如公園,或身處學校的一樓教室,外有空地,這時可選擇逃至戶外。但如果在都會區大樓的一樓,要衝過騎樓,逃至屋外,則要考慮招牌、花盆掉落的危險以及會不會有車輛衝出,人行道的空間夠不夠大以避開大樓掉落的東西。通常二樓以上的人比較沒有可能逃至戶外,只能就地避難。

如果你待的地方是有潛在危險的,這時要儘量放低身子,緩慢移動到安全的地方。

地震時預防火災的處理

地震時如果選擇就地躲避,則首先要做好預防火災的處理,即使是被壓住或困住了,無法立即逃生,但還有機會等待救援人員的救助而不會被衍生的火勢燒死、嗆死或烤死。在地震所引起之二次災害中,以火災最為可怕了。地震時因劇烈的地面振動,會使瓦斯管斷裂或是使瓦斯桶傾倒、電線鬆斷,外洩的瓦斯若碰上電線走火或火爐、瓦斯爐移位,以致於引起火災。同時也因地面振動使水管破裂,而無水源可救火,倘若地震發生於人囗密集的住宅區,火勢將一發不可收拾,迅速蔓延,造成極大的人員傷亡與財產損失。

地震時逃生或避難的原則

地震發生時,保持鎮定、正確的反應與防護是保證生命安全、減少人員傷亡的關鍵。逃生或避難應先後遵循的幾個原則,說明如下:

一、保持鎮定,判斷地震大小及遠近。
二、決定戶外逃生或室內就地躲避。
三、戶外逃生勿慌張進出建築物,除非有逃生的時間以及立即的危險,否則不要跑出室外。
四、室內就地躲避:
(一)火的處理:先關閉爐火、瓦斯、使用中的電源如電熨斗,烤麵包機等電器用品,立刻拔掉插頭以防止火災。如有起火情形,迅速滅火。
(二)如時間許可,也立刻將門窗打開,以免地震過後門窗扭曲變形,無法開啟逃生。
(三)備好地震緊急包、尋找堅固庇護點,如堅實的家具旁、樑柱之角隅或牆角,以軟墊或雙手護頭,身體姿勢放低,避免被碎玻璃如窗戶、鏡子或是懸掛物品、其它高處掉落的碎裂物給擊中。
(四)主震過後,應迅速撤至戶外,離開危險區域,高層人員應盡量避免乘坐電梯。注意安全門、出口樓梯人群擁擠所造成的傷害。
地震時我們可能正在家裡、辦公室、車上、海邊或山上,也可能正在學校、百貨公司、戲院等人很多的地方,所要採取的臨震反應措施均不相同。

結語

大地震所帶來的災難雖無法避免,但我們如能事前有計畫,臨事時能處理得當,應可將災害減至最低程度。而在地震發生時極為短暫且可能驚慌混亂的情形下,臨震反應與緊急避難疏散必須靠平時的準備與常規性的演練教育才能落實,才能做出正確且有效的反應,而真正達到減災的目的。希冀透過本文有關地震防災教育的傳授,普及讀者地震防災常識,加強對於地震災害的認識及防範,並提升防災知識智能,以有效適當的地震防護反應,減低地震災害所造成的生命財產損失。

關於「地震時逃生或避難的原則」、「三重四得」、「地震危險區域」等的更多細節,請參閱筆者著作《地震存亡關鍵》

參考資料

  1. 美國國際救援小組(ARTI)網站:http://www.amerrescue.org/
  2. 中央氣象局資訊服務網站 http://www.cwb.gov.tw/
  3. 日本東京消防廳http://www.tfd.metro.tokyo.jp/index.html
  4. 內政部消防署100年4月11日新聞稿「地震避難逃生要領 保持冷靜避免受傷」。
  5. Protecting Your Family From Earthquakes— The Seven Steps to Earthquake Safety, U.S. Geological Survey, 2007.
  6. 劉坤松,《地震存亡關鍵》,五南圖書出版股份有限公司,2010年。

本文作者為劉坤松:任教高苑科技大學通識教育中心暨防災研究中心。原發表於科學月刊498期2011.6月號

文章難易度
科學月刊_96
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SmartReading 科普閱讀力大賽——打造新世代自主閱讀指標,培養學子適性成長!第三屆頒獎典禮暨第四屆賽事啟動!
PanSci_96
・2022/09/26 ・3811字 ・閱讀時間約 7 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

108 課綱開啟全新閱讀素養時代。

科學素養不再侷限於考試的解題方法,學生閱讀科學讀物時,如何在氾濫資訊中找到高品質、適合學習程度的科學素材,是教育現場至關重要的課題。

臺灣師範大學 SmartReading 團隊將 AI 讀物難度分級技術,透過測驗、選書、閱讀、讀後回饋四大功能,完整記錄孩子的學習歷程,提升中小學生科普閱讀動機,成為自律自主的科普學習者。

臺灣師範大學於 110 年至 111 年間,與國科會、新北市、臺中市等單位合作,連續辦理三屆「SmartReading 科普閱讀力大賽」,每屆競賽歷時半年。競賽組別以國小三年級至高中一年級共分七個組別。參賽學校涵蓋臺北市、新北市、臺中市、臺南市、高雄市、花東等十九縣市,報名參賽人數累計八千餘人。

國立臺灣師範大學第四屆科普賽將擴大辦理,邀請PanMedia泛科學馮瑞麒總經理、數感實驗室賴以威教授、臺大科教中心賴亦德執行長,持續提供參賽者更生活化、趣味化的科普文章。圖/國立臺灣師範大學

由系統建置適合學生閱讀的兩千多本科普讀物

競賽期間,參賽學生使用「SmartReading 適性閱讀」系統,透過精準快速的中文閱讀能力診斷,將閱讀程度與讀物難度適配。藉由系統已建置,適合國小三年級至高中一年級的 2,180 餘本科普讀物,不僅能激勵其學習動機,更可有效提升選擇的效率,降低科學閱讀恐懼。第三屆科普閱讀力大賽不受疫情波擾,採實體與線上兩種施測方式,於 111 年 5 月份圓滿完成賽事。

111 年 9 月 24 日於臺灣師範大學舉行頒獎典禮,邀請新北市教育局張明文局長、臺北市教育局鄧進權副局長、臺灣閱讀協會陳昭珍理事長、康橋國際學校秀岡校區卓意翔副校長、親子天下兒童產品事業部副總經理林彥傑、新北市信義國小陳桂蘭校長到場擔任頒獎嘉賓。參賽學校師生、家長齊聚典禮會場,為優秀的得獎同學喝采。

111 年 9 月 24 日於臺灣師範大學舉行頒獎典禮,邀請新北市教育局張明文局長、臺北市教育局鄧進權副局長、臺灣閱讀協會陳昭珍理事長、康橋國際學校秀岡校區卓意翔副校長、親子天下兒童產品事業部副總經理林彥傑、新北市信義國小陳桂蘭校長到場擔任頒獎嘉賓。參賽學校師生、家長齊聚典禮會場,為優秀的得獎同學喝采。圖/國立臺灣師範大學

臺師大宋曜廷副校長表示,數位閱讀邁向新時代,團隊使用「SmartReading 適性閱讀」系統作為科普賽競賽平台,期望在知識爆炸的時代,藉由測驗、選書、規劃的「智慧閱讀三步驟」,培養學子的跨領域閱讀力與閱讀習慣,讓學生們手握知識大門的鑰匙,成為自律自主的「SmartReader」。

科普閱讀競賽的三大特色

一、適配閱讀能力與圖書難度,擴增多元書籍與文章素材

參賽學生首先須參加中文適性閱讀能力診斷(DACC),依據診斷結果,配合其當前閱讀能力的科普推薦書單,讓學生選書有依據、個人化。本競賽目前共有「推薦書單」、「推薦文章」等 2 種閱讀素材,主題包含植物/動物、數學、天文地科、物理/化學等 8 大類別。「推薦文章」功能,則與「PanSci 泛科學」及「數感實驗室 Numeracy Lab」合作評選,當前提供 600 餘篇線上科普短文,競賽期間提供已超過 4,000 人次的瀏覽次數。

二、綜合性閱讀五力分數,開啟學生全方位閱讀力

本競賽賽程為期半年,學生透過「前測、閱讀任務挑戰、後測」三個階段。競賽期間,系統詳細記錄每週閱讀歷程,並產出線上「閱讀五力分數」報表。自主規劃閱讀期間計算為「規劃力」;讀後評量填答結果計算為「執行力」;閱讀多元書籍類別的結果計算為「博學力」;閱讀單一書籍類別的深化成果則計算為「精進力」;前後測成長結果計算為「成長力」。將閱讀能力數據化、可視化。

三、閱讀任務徽章,深化學生文化素養與科普閱讀興趣

本競賽內建徽章蒐集系統,參賽者於指定時間依據提示完成閱讀任務,即可獲得期間限定的特色科普徽章。任務內容包含閱讀指定的書單及文章類別、世界性科普節日、科學家生辰、台灣重要節慶與其他隱藏任務。本屆各年級累計獲得徽章達 20423 枚,因設計活潑及任務類型多樣,大受參賽者好評。

競賽結果發現學生的閱讀偏好

一、科普閱讀參與,國小男性最踴躍

活動期間參賽者共完成約 21,153 本的書籍評量。以不同學習階段來看;國小參賽者整體閱讀平均本數為 24 本,男生平均閱讀本數為 28 本,女生平均閱讀本數為 20 本。國、高中參賽者因科普讀本難度較高,需要較長的閱讀時間及一定的科學基礎知識,國中參賽者整體平均閱讀書籍數為 10 本;高中參賽者中女性平均閱讀本數多於男性,整體平均閱讀書籍數為 7 本。

總閱讀量/本人數平均閱讀量/本
全體學生21,1531,10019
8,05150516
13,10259522
國小學生17,47971624
6,47432520
11,00539128
國中學生3,45935510
1,4611669
1,99818911
高中學生215297
116148
99157
活動期間參賽者共完成約 21,153 本的書籍評量。表/國立臺灣師範大學

二、學生偏好閱讀動物/寵物類與地球生態/天文類書籍

整體參賽學生對於科普書籍的喜愛程度,以植物/動物類(男生 28.19%、女生 27.91%)最能引起學生的閱讀興趣(如:《昆蟲老師上課了!:吳沁婕的超級生物課》、《小島上的貓頭鷹》、《神奇樹屋》等系列)。在次要類別,男女皆喜好生態/生命科學類的書籍(男生 15.20%、女生 16.87%)。

整體參賽學生對於科普書籍的喜愛程度,以植物/動物類最能引起學生的閱讀興趣。在次要類別,男女皆喜好生態/生命科學類的書籍。圖/國立臺灣師範大學

三、參賽學生閱讀歷程的質與量均佳,表現令人驚豔

本次參賽學生皆積極參與競賽。

以三年級組第一名得主,臺北市立大同國小的林靖軒同學為例,競賽期間閱讀書籍本數高達 383 本,書籍讀後評量的通過率更高達 95%,書籍不僅讀得多,更是能讀得要領。

四年級組第一名為第二次參賽的新北市信義國小謝秉言同學,本次競賽期間共閱讀 427 本書。

其中五年級組為本次競爭最激烈的一組,臺北市立長春國小的黃葦川同學以及高雄市立集美國小的吳勁毅同學,兩者僅以極小的分數差距位居第一及第二名。

此外,第一次參與競賽的高雄市立正義國小的孫政遠,競賽期間閱讀 281 本書籍,通過率達到 97%。

四、教育主管機關、學校師長及家長支持鼓勵,帶動學生優異表現

新北市教育局致力於推動智慧閱讀教育,不遺餘力,成果豐碩。本屆競賽全台共 2,104 人報名參與,全國賽獎項獲獎學生共計 36 人,其中新北市得獎學生便囊括 14 位,表現相當亮眼。

家長與學校師長共同陪伴,使得學生能專注於本次競賽,並有相當卓越的成果,例如新北市康橋國際學校、臺中市明道中學、臺中市葳格國際學校、臺北市東山中學等校,皆因全力推廣閱讀活動,才能有優異的競賽成果。以新北市康橋國際學校國中部為例,此次七年級組參賽者,全國賽前5名得主中,康橋中學就獲有 3 名的佳績。

臺師大華語文與科技研究中心洪嘉馡教授說明第三屆科普閱讀力大賽成果。圖/國立臺灣師範大學

第四屆科普閱讀力大賽即將開跑

延續前三屆廣受好評之科普賽事,第四屆科普賽將擴大辦理,邀請「PanMedia 泛科知識股份有限公司」馮瑞麒總經理、「數感實驗室 Numeracy Lab」賴以威教授、「國立臺灣大學科學教育發展中心」賴亦德執行長,持續提供參賽者更生活化、趣味化的科普文章,預期第四屆科普閱讀力大賽將能讓全球讀者有更高品質的閱讀體驗和更充實的閱讀收穫。

活動詳情請參閱官方網站
新聞聯絡人:高等教育深耕計畫辦公室——鄭德蓉 02-2366-0916 #111

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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

  • 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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