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地震「預警」系統的進化和侷限

陳妤寧
・2014/08/30 ・2140字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 582 ・九年級

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

文 / 陳妤寧

地震引發的剪力波(S波)和表面波,是造成地表強烈振動和破壞的主因;初達波(P波)的振幅較小,傳遞速度卻比S波快 1.73 倍。每次地震後的震央公布,就是科學家利用P波和S波二種波的速率不同所引起的時間差,進而推算震央的所在位置。現在若能搶先偵測到微小的P波,就能透過簡訊或文字廣播的方式,警告人們即將來臨的地震。

藉由S波和P波的時間差,推算震央甚至爭取預警時間。(圖片來源:Wikipedia, Genppy)
藉由S波和P波的時間差,推算震央甚至爭取預警時間。(圖片來源:Wikipedia, Genppy)

 

如果只能提前幾秒,預警能為我們做什麼?

也許有人認為短短數秒對於人員逃生只是聊勝於無,不過對於捷運、鐵路、電梯、乃至於家中的瓦斯,若能透過系統自動暫停,可大大減少因地震而引起的二次災害或是爭取人員逃生的機會。

高鐵行控中心的任以永副主任表示,日本的預警系統發展成熟,透過政府的力量進行了大規模的偵測器舖設作業,現在更進一步釋出資訊、提供民間企業串接預警系統,如電梯公司便可研發自動斷電裝置,在地震時減少人員受困或其他二次災害。

台灣目前的預警系統發展方向仍以交通運輸為主,中央大學地球科學系的馬國鳳教授希望技術能應用在天然氣公司。「預警能夠爭取的秒數已經不多,如果還要衝去關瓦斯、能夠逃生的時間又更短了。日本的瓦斯供應商現在已經能夠從源頭自動切斷,大大的避免因地震而引起的火災。」

地震預警的許多相關建設都仰賴政府的政策指導。以正在和國家地震工程研究中心(NCREE)合作測試地震預警技術的台灣高鐵為例,任副主任表示高鐵歡迎任何強化防災能力的新技術,但在「高鐵沿線以外區域」所能佈置的地震儀有限,而真正能夠提前偵測P波的「潛在震央區域」,需要仰賴公部門的政策介入,才有權力及能力進行跨區域的地震儀佈置計畫。

細胞廣播:偵測之後,如何散播警訊?

究竟是透過簡訊發送、電視插播、還是街區廣播來發佈地震預警的方式易達性最高?這個課題同樣牽涉到政府的政策和成本效益評估。以簡訊為例,政府須投資電信業者開發核心設備,來解決流通量的限制。若要在一秒內送出三十萬封以上的預警簡訊,為了避免網路壅塞,必須進化為「細胞廣播(Cell Broadcast )」的發送形式,細胞廣播無需蒐集被叫號碼,而是由基地台以獨立管道對區域內的所有支援細胞廣播功能的手機發送簡訊,幾秒內便能傳送到特定區域內數十萬到上百萬的用戶。

其實在莫拉克颱風之後,2010 年中華電信即開發出功能類似細胞廣播的「災害緊急應變訊息通報系統」,依災區指定範圍尋找中華電信行動電話及市話號碼,通知民眾提高警覺或即時撤離。311大地震時,政府即利用中華電信的系統發佈了首次的海嘯警報簡訊。

2014 年 7 月 1 日,國家通訊傳播委員會(NCC)宣布,通過認證合格的 4G 手機均具備接收細胞廣播訊息的功能,以支持公共預警系統(Public Warning System,PWS)。預警訊息將同時顯示中文及英文,並發出不可變更設定的鈴聲和震動提醒民眾。支援細胞廣播系統的手機能否普及,也是挑戰細胞廣播能否充分發揮功能的關鍵之一。

仰賴預警技術?得看我們在哪裡

在台灣影響地震預警效果最大的「非技術因素」,在於土地幅員。

預警技術的根本,在於利用P波和S波跑越遠、抵達的「時間差」越長,才得以對距離震央較遠的地方爭取警報時間。如果在距離震央只有 50~70 公里以內的地方,主震波(S波)將比預警簡訊更快抵達;若納入簡訊推播所耗費的時長,這塊「盲區」的半徑可能長達 100 公里以上。台灣的南北長約377公里,東西寬約142公里,預警系統能發揮的效果恐怕無法如日本同樣顯著。

對高鐵來說,震央在西部的地震來得又快又直接,已經不是預警系統能夠發揮功效的範圍。以甲仙地震為例,當時出軌的列車距離震央僅 46 公里,是透過高鐵自身在沿線佈置的地震儀來爭取煞車時間。而震央在東部或東部外海的地震,如果規模不大,傳到西部時的將有一定程度的衰減,若震度未達四級以上,高鐵列車並不會啟動減速或停駛。至於距離更遠的太平洋地震或海嘯,由於台灣東岸海面下的大陸棚和深海溝會減緩威力,對於台灣的影響更小。

中央大學馬國鳳老師說,除了致力於佈建預警系統的基礎建設之外,設計相關的疏散動線、從平日開始檢查建築的耐震強度,才能有效減少人員傷亡;否則在預警的短短數秒內,反而更容易引起恐慌,混亂中的互相推擠踩踏反而更危險。而地震科學研究人員不應滿足於地震儀的廣設和偵測,而是應持續深入研究斷層幾何的構造,才能預先了解潛在受災區域會受到多大的衝擊。(本文由科技部補助「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)

責任編輯:鄭國威|元智大學資訊社會研究所

本文原發表於行政院科技部-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!

延伸學習:
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陳妤寧
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用這劑補好新冠預防保護力!防疫新解方:長效型單株抗體適用於「免疫低下族群預防」及「高風險族群輕症治療」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/01/19 ・2874字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 台灣感染症醫學會 合作,泛科學企劃執行。

  • 審稿醫生/ 台灣感染症醫學會理事長 王復德

「好想飛出國~」這句話在長達近 3 年的「鎖國」後終於實現,然而隨著各國陸續解封、確診消息頻傳,讓民眾再度興起可能染疫的恐慌,特別是一群本身自體免疫力就比正常人差的病友。

全球約有 2% 的免疫功能低下病友,包括血癌、接受化放療、器官移植、接受免疫抑制劑治療、HIV 及先天性免疫不全的患者…等,由於自身免疫問題,即便施打新冠疫苗,所產生的抗體和保護力仍比一般人低。即使施打疫苗,這群病人一旦確診,因免疫力低難清除病毒,重症與死亡風險較高,加護病房 (ICU) 使用率是 1.5 倍,死亡率則是 2 倍。

進一步來看,部分免疫低下病患因服用免疫抑制劑,使得免疫功能與疫苗保護力下降,這些藥物包括高劑量類固醇、特定免疫抑制之生物製劑,或器官移植後預防免疫排斥的藥物。國外臨床研究顯示,部分病友打完疫苗後的抗體生成情況遠低於常人,以器官移植病患來說,僅有31%能產生抗體反應。

疫苗保護力較一般人低,靠「被動免疫」補充抗新冠保護力

為什麼免疫低下族群打疫苗無法產生足夠的抗體?主因為疫苗抗體產生的機轉,是仰賴身體正常免疫功能、自行激化主動產生抗體,這即為「主動免疫」,一般民眾接種新冠疫苗即屬於此。相比之下,免疫低下病患因自身免疫功能不足,難以經由疫苗主動激化免疫功能來保護自身,因此可採「被動免疫」方式,藉由外界輔助直接投以免疫低下病患抗體,給予保護力。

外力介入能達到「被動免疫」的有長效型單株抗體,可改善免疫低下病患因原有治療而無法接種疫苗,或接種疫苗後保護力較差的困境,有效降低確診後的重症風險,保護力可持續長達 6 個月。另須注意,單株抗體不可取代疫苗接種,完成單株抗體注射後仍需維持其他防疫措施。

長效型單株抗體緊急授權予免疫低下患者使用 有望降低感染與重症風險

2022年歐盟、英、法、澳等多國緊急使用授權用於 COVID-19 免疫低下族群暴露前預防,台灣也在去年 9 月通過緊急授權,免疫低下患者專用的單株抗體,在接種疫苗以外多一層保護,能降低感染、重症與死亡風險。

從臨床數據來看,長效型單株抗體對免疫功能嚴重不足的族群,接種後六個月內可降低 83% 感染風險,效力與安全性已通過臨床試驗證實,證據也顯示針對台灣主流病毒株 BA.5 及 BA.2.75 具保護力。

六大類人可公費施打 醫界呼籲民眾積極防禦

台灣提供對 COVID-19 疫苗接種反應不佳之免疫功能低下者以降低其染疫風險,根據 2022 年 11 月疾管署公布的最新領用方案,符合施打的條件包含:

一、成人或 ≥ 12 歲且體重 ≥ 40 公斤,且;
二、六個月內無感染 SARS-CoV-2,且;
三、一周內與 SARS-CoV-2 感染者無已知的接觸史,且;
四、且符合下列條件任一者:

(一)曾在一年內接受實體器官或血液幹細胞移植
(二)接受實體器官或血液幹細胞移植後任何時間有急性排斥現象
(三)曾在一年內接受 CAR-T 治療或 B 細胞清除治療 (B cell depletion therapy)
(四)具有效重大傷病卡之嚴重先天性免疫不全病患
(五)具有效重大傷病卡之血液腫瘤病患(淋巴肉瘤、何杰金氏、淋巴及組織其他惡性瘤、白血病)
(六)感染HIV且最近一次 CD4 < 200 cells/mm3 者 。

符合上述條件之病友,可主動諮詢醫師。多數病友施打後沒有特別的不適感,少數病友會有些微噁心或疲倦感,為即時處理發生率極低的過敏性休克或輸注反應,需於輸注時持續監測並於輸注後於醫療單位觀察至少 1 小時。

目前藥品存放醫療院所部分如下,完整名單請見公費COVID-19複合式單株抗體領用方案

  • 北部

台大醫院(含台大癌症醫院)、台北榮總、三軍總醫院、振興醫院、馬偕醫院、萬芳醫院、雙和醫院、和信治癌醫院、亞東醫院、台北慈濟醫院、耕莘醫院、陽明交通大學附設醫院、林口長庚醫院、新竹馬偕醫院

  • 中部

         大千醫院、中國醫藥大學附設醫院、台中榮總、彰化基督教醫療財團法人彰化基督教醫院

  • 南部/東部

台大雲林醫院、成功大學附設醫院、奇美醫院、高雄長庚醫院、高雄榮總、義大醫院、高雄醫學大學附設醫院、花蓮慈濟

除了預防 也可用於治療確診者

長效型單株抗體不但可以增加免疫低下者的保護力,還可以用來治療「具重症風險因子且不需用氧」的輕症病患。根據臨床數據顯示,只要在出現症狀後的 5 天內投藥,可有效降低近七成 (67%) 的住院或死亡風險;如果是3天內投藥,則可大幅減少到近九成 (88%) 的住院或死亡風險,所以把握黃金時間盡早治療是關鍵。

  • 新冠治療藥物比較表:
藥名Evusheld
長效型單株抗體
Molnupiravir
莫納皮拉韋
Paxlovid
倍拉維
Remdesivir
瑞德西韋
作用原理結合至病毒的棘蛋白受體結合區域,抑制病毒進入人體細胞干擾病毒的基因序列,導致複製錯亂突變蛋白酵素抑制劑,阻斷病毒繁殖抑制病毒複製所需之酵素的活性,從而抑制病毒增生
治療方式單次肌肉注射(施打後留觀1小時)口服5天口服5天靜脈注射3天
適用對象發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人(18歲以上)的輕症病患。發病7天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與孩童(年齡大於28天且體重3公斤以上)的輕症病患。
*Remdesivir用於重症之適用條件和使用天數有所不同
注意事項病毒變異株藥物交互作用孕婦哺乳禁用輸注反應

免疫低下病友需有更多重的防疫保護,除了戴口罩、保持社交距離、勤洗手、減少到公共場所等非藥物性防護措施外,按時接種COVID-19疫苗,仍是最具效益之傳染病預防介入措施。若有符合施打長效型單株抗體資格的病患,應主動諮詢醫師,經醫師評估用藥效益與施打必要性。

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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

  • 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〉。
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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