2

71
3

文字

分享

2
71
3

到底是 GMT+8 還是 UTC+8 ?

Whyjay
・2015/09/07 ・3312字 ・閱讀時間約 6 分鐘

business-257911_1920

打開你的手機,進入設定選項中的「日期與時間」調整時區──對於出過國的人來說,這個動作應該不陌生,因為每到了不同的時區,當地的時間就會與手錶上殘留的「台灣時間」有著一至數小時不等的差距。

台灣的所屬時區比協調世界時快8小時,是由國家時間與頻率標準實驗室發佈與維護[1]。在十幾二十年以前有個常聽見但並不正式的稱呼:「中原標準時間」[2]。現在正式的名稱則為「國家標準時間」,但在國際上仍然沒有官方的說法,溝通時通常會說成「台灣時間」或是「台北時間」,或是乾脆直接說成 UTC+8 或是 GMT+8 ,這裡的 +8 是指比 UTC 或是 GMT 快8小時的意思。

問題來了:請問你的手機時區的設定頁面中,台灣的時區是「UTC+8」,還是「GMT+8」?你覺得這兩者有差嗎?如果有差,是差在哪裡?如果沒差,那為什麼還會有兩種名稱?

答案就在圖片下方,歡迎各位先猜猜看再往下看答案……

Screenshot_2015-09-06-23-33-29
筆者的手機是 GMT+8。我不懂為什麼「台北標準時間」後面還要括弧加註「台北」…

簡單的回答是:GMT 和 UTC 在一般使用的情況下沒有差別,你要說台灣的時區是 UTC+8 或是 GMT+8 都可以。但如果仁兄的時間寶貴,是「一秒鐘幾十萬上下」的狀況,筆者推薦你使用 UTC,每一年半載就可以賺到一閏秒。但如果你是系統工程師,GMT 應該才會受到你的青睞。[3]

以下,就讓我們來看看這兩個縮寫到底差在哪裡。

GMT 的全名是格林威治標準時間或格林威治平時 (Greenwich Mean Time),這個時間系統的概念在 1884 年確立,由英國倫敦的格林威治皇家天文台計算並維護,並在往後的幾十年往歐陸其他國家擴散。在 1924 年開始,格林威治天文台每小時就會向全世界播報時間。

在剛開始的幾十年,GMT 的測量方法非常簡單:觀測者隨時監控太陽在天空的位置,並且把每天太陽爬升到仰角最高的時候記錄下來,這個時間點稱呼為「過中天」。一般人對於一天 24 小時的理解,大致上就相等於兩次太陽過中天的時間間隔。不過由於地球是以橢圓軌道繞著太陽,在軌道上的行進速率不一,導致一年之中會有「比較長的一天」與「比較短的一天」[4],所以格林威治的觀測者必須要至少連續觀測一年,然後求取 365 個長度不一的「天」,再把他們全部平均後,得到固定的一天長度,之後再細分成時、分、秒等單位。這個就是 GMT。

231604532_0b80c30ef9_o
格林威治天文臺的報時鐘。Photo by: Happy A @ flickr, CC BY-NC-SA 2.0

近幾十年來,我們有了更穩定的觀測 GMT,或是說,觀測太陽日[4]的方法,那就是利用宇宙中穩定一致的無線電波源週期性的訊號,搭配電波源抵達地球時觀測的角度,直接計算地球的自轉與公轉速率,再以此計算一年、一天、時分秒的平均長度。這些觀測可以交由其他更高科技的天文台,或是衛星來負責,而跟格林威治天文台的觀測沒有關係,所以它有一個新名字:世界時(Universal Time),縮寫是 UT。[5]世界時有三種版本,分別叫 UT0、UT1 跟 UT2,UT0 是最原始的觀測結果計算值,UT1 則是修正了地球在長時間尺度下會產生的自轉軸漂移的影響,UT2 則是為了研究需求,比 UT1 多修正了季節性的影響。

此寶劍一出,照理說 GMT 系統應該就要退役,但實際上由於 GMT這個名字已經被使用了幾十年,而且 GMT 跟 UT1 要測量的概念基本上是相同的,都是「長時間尺度下的平均太陽日」,所以 GMT 這個名字被保留了下來,作為一般的人民溝通使用的詞彙。現在 UT1 的測量,主要是靠特長基線干涉儀 (VLBI)[6]來進行前面所述的觀測後再計算而得。

technology-683833_1280
現在都是用這種儀器在測量地球的自轉。

以上總結:GMT 是老古董,UT1 承先啟後,但是一般概念上 GMT = UT1,都是觀測平均太陽日,兩個名詞的使用可以互相轉換。[7]

另外一方面,自從 1967 年國際度量衡大會把秒的定義改成銫原子進行固定震盪次數的時間後[8],時間的測量就可以與星球的自轉脫節了。只利用原子鐘計算時間與日期的系統,稱作國際原子時 (International Atomic Time)[9],這是一種只有「天」的系統,時分秒都以「天」的小數點零頭來表示。以國際原子時為計算基準,把時間格式與 UT1 對齊,讓一般人都方便使用的時間系統,就叫做協調世界時 (Universal Time Coordinated),也就是 UTC。這也就是 UTC 為什麼與 GMT 幾乎一樣的關係。由於 UTC 直接與國際度量衡標準相聯繫,所以目前所有的國際通訊系統,像是衛星、航空、GPS 等等,全部都協議採用 UTC 時間。

Atomic_clocks
美國國家標準的原子鐘。

但是,透過原子鐘 (UTC)模擬平均太陽日(UT1 = GMT),會出現一個很嚴重的問題:由於地球的自轉正在緩慢減速[10][11],導致平均太陽日會逐漸變長。也就是說,GMT 的一秒會越來越久,但是只要我們不改度量衡對於秒的定義,那麼 UTC 的一秒就會始終如一。長久下來,UTC 一定會超前 GMT 一秒以上,而且會越來越多!因此,目前負責管理 UTC 的專責機構──國際地球自轉服務 (International Earth Rotation and Reference Systems Service,又稱為 IERS)[12]決定在 UTC 超前 GMT 快一秒時,選擇適當的時間加入閏秒,來抵銷超前的量。上一次的閏秒是在今年的 6 月 30 日,不知各位還有沒有印象?[3][13]

總而言之,從 1972 年實行 UTC 以來,已經加過 26 次的閏秒[9][14],近幾年的閏秒要加的時候,總是會有不小的騷動和新聞版面,但是卻都安然無事的過了,就算是這樣,世界各國還是有不少建議取消閏秒的意見,理由不外乎麻煩、增加成本,以及許多不必要的風險。在今年 11 月預計召開的國際無線電通訊會議,也將直接討論此議題,並且做出扮演閏秒存廢的關鍵決議,各位可一起拭目以待。

以上總結:UTC 很潮的使用原子鐘計時,也成為國際通訊的公用標準。UTC 努力符合 GMT 的計時格式與概念,因此雖然不會差太多,但每隔三五年就要加一個閏秒來「多等GMT一秒鐘」。

所以呢?

回到時區的寫法,如果要遵循國際標準,台灣的時區寫成「UTC+8」才是正確的。但在一般的狀況下,我們都不會在意 GMT 與 UTC 那不到一秒的差距,就算是用 UTC 計時,但寫成「GMT+8」也無不可,反正也不會差太多嘛!只要跟著社會潮流走,管他手機顯示什麼,你還是可以擁有那一閏秒的「放空時間」。有機會的話許個願吧!跟每天都看得到的流星比起來,這可是平均每三年才能擁有一次的奇景。

Leap_Second_-_30_June_2015
今年六月錯過,下次不知還有沒有機會看到?

參考連結

  1. 實驗室網頁在此。
  2. (歷史上的今天)中廣告別「中原標準時間」
  3. 只因「閏秒」這 1 秒的解決方案,AWS 工程師可能花上數百小時
  4. 克卜勒第二運動定律 (Wiki),利用過中天的手段求取一天長度,屬於測量「太陽日」的領域,因為參考了地球上的某一點對太陽的角度,所以太陽日的每日長度,跟地球自轉與公轉都有關。
  5. UT 的系統介紹
  6. VLBI (Wiki)
  7. GMT 其實也被當成 UTC+0 的時區名字。這使得 GMT 這個詞能指涉的東西更加的模糊。
  8. Resolution 1 of the 13th CGPM (1967/68)。SI 單位中,一秒的定義為 Cs-133 基態原子在兩個超精細能階間躍遷輻射 9,192,631,770 次所花的時間。
  9. 這裡可以看到國際原子時與 UTC 的差異。為了方便起見,國際原子時也已經化成時分秒的格式。除了這幾十年內設置的 26 秒閏秒之外,還有額外的 10 秒差異,是在當初定義時就存在的。
  10. 地月系統的潮汐影響 (Wiki)
  11. 無可避免的地球自轉減速,東吳大學賈老師的部落格
  12. IERS 網站
  13. 蘋果日報2015/6/21:六月底多一秒 小心閏秒造成當機
  14. 閏秒 (Wiki)

 

文章難易度
所有討論 2
Whyjay
17 篇文章 ・ 7 位粉絲
透過我的眼睛、鏡頭的眼睛、還有衛星的眼睛看世界的地球科學研究者。期望與你分享冰川下封存的秘密或是火山上隱藏的故事;夜晚,我們更可以遙望皎潔的明月,更遠的木星與冰衛星,甚至更遠更遠──某顆系外行星上的生命,或許也正拿望遠鏡看著我們討論人類最終的歸宿。推特:https://twitter.com/WhyjayZ (英文)

0

8
0

文字

分享

0
8
0

地震規模越大,晃得越厲害?

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2021/09/16 ・3706字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文由 交通部氣象局 委託,泛科學企劃執行。

某天,阿雲跟阿寶分享了一個通訊軟體上看到的資訊:

阿雲:「欸,你知道最近有個傳言說,花蓮有 7.7 級地震,如果發生的話台北會有 5.0 級的震度耶!」

阿寶:「蛤?那個傳言也太怪了吧,應該是把規模和震度搞混了!」

震度:量度地表搖晃的單位

確實常常有人把地震的規模跟震度搞混,實際上,因為規模指的是地震釋放的能量大小,所以當一個地震發生時,它的規模值已經決定了,只是會因為測量或計算的方式不同,會有些許的數字差異,而一般規模計算會到小數點後第一位,故常會有小數點在裡面。然而震度指的意思是地表搖晃的程度,度量表示方式通常都是以「分級」為主,比如國外常見、分了 12 級震度的麥卡利震度階,就是用 12 種不同分級來描述,而中央氣象局目前所使用的震度則共分十級,原先是從 0 級到 7 級,而自 2020 年起,在 5 級與 6 級又增了強、弱之分,也就是震度由小而大為 0-1-2-3-4-5弱-5強-6弱-6強-7 等分級,所以在表示上我們以整數 + 級或是強、弱等寫法,就可以區分規模和震度,不被混淆了!

而為什麼專家常需要強調震度和規模不一樣?那是因為震度的大小,是受到許多因素的影響。地震發生後,造成地表搖晃的主要原因是「地震波」傳來了大量能量,規模越大的地震,代表的就是地震釋放的能量越大,就像是你把擴音的音量不斷提高時,會有更大的聲音傳出一般。所以當其他的因素固定時,確實會因為規模越大、震度越大。

可是,地震波的能量在傳播過程中也會慢慢衰減,就像在演唱會的搖滾區時,在擴音器旁往往感覺聲音震耳欲聾,但隔了二、三十公尺之外,音量就會變得比較適中,但到了會場外,又會變得不是那麼清楚一樣。所以無論是地震的震源太深、或是震央離我們太遙遠,地震波的能量都會隨著距離衰減,一般來說震度都會變得比較小。

「所以,只要把那個謠言的台北規模 5.0 改為震度 5 弱,說法就比較合理了嗎?」阿雲說。

「可是,影響震度的因素還有很多,像是我們腳下的岩石性質,也是影響震度的重要因素。」阿寶說。

場址效應:像布丁一樣的軟弱岩層放大震波

原本我們都會覺得,如果地震釋放能量的方式就像是聲音或是爆炸一般,照理說等震度圖(地表的震度大小分布圖)上會呈現同心圓分布,但因為地質條件的差異,分布上會稍微不規則一些,只能大致看出震度會隨著離震央越遠而越小。地震學上有一個專有名詞叫做「埸址效應」,指的就是因為某些特殊的地質條件下,反而讓距離震央較遠的地方但震度被放大的地質條件。其中最常見的就是「軟弱岩層」和「盆地」兩種條件,而且這兩種還常常伴隨在一起出現,像是 1985 年的墨西哥城大地震,便是一個著名的例子。

影片:「場址效應」是什麼? 布丁演給你看

墨西哥城在人們開始在這邊發展之前,是個湖泊,湖泊中常有鬆軟的沉積物,而當湖泊乾掉之後,便成了易於居住與發展的盆地。雖然 1985 年發生的地震規模達 8.0,但震央距離墨西哥城中心有 400 公里,照理說這樣的距離足以讓地震波大幅衰減,而地震波傳到盆地外圍時,造成的加速度(PGA)大約只有 35gal,在臺灣大約是 4 級的震度,然而在盆地內的測站,卻觀測到 170gal 的 PGA 值,加速度放大了將近五倍,換算成震度,也可能多了一至二級的程度,也造成了相當程度的災情。盆地裡的沉積物,就像是裝在容器裡的布丁一樣,受到搖晃時,會有更加「Q 彈」的晃動!

1985 年墨西哥城大地震的等震度圖。圖/wikipedia

因此,在臺灣,雖然臺北都會區並沒有比其他區有更多更活躍的斷層,但地震風險仍不容小覷,因為臺北也正是一個過去曾為湖泊的盆地都市,仍有一定程度的地震風險,也需要小心來自稍遠的地震,除了建築需要有更強靭的抗震能力,強震警報能提供數秒至數十秒的預警,也多少讓人們能即時避災。

斷層的方向與震源破裂的瞬間,也決定了等震度圖的模樣

阿雲似懂非懂的接著問:「可是啊,為什麼有的時候大地震的等震度圖長得很奇怪,而且有些時候震度最大的地方都離震央好遠呢!也太巧合了吧?」

「這並不是巧合,因為震央下方的震源,指的其實是地震發生的起始點,並不是地震能量釋放最大的地方啊!」阿寶繼續解釋著。

「蛤!為什麼啊?」阿雲抓抓頭,一邊思考著。

地震是因為地下岩層破裂產生斷層滑動而造成的,雖然不是每個地震都會造成地表破裂,但目前科學家大多認為,地震的破裂只是藏在地底下,沒有延伸到地表而已,而且從地震的震度,也可以看出地底下斷層滑移的特性。

斷層在滑動時,主要的滑動和地震波傳出的地方,會集中在斷層面上某些特定的「地栓」(Asperity)之上,這些地栓又被認為「錯動集中區」,而通常透過傳統的地震定位求出來的震源,其實只是這些地栓中,最早開始錯動的地方。但實際上,整個斷層錯動最大的地方,往往都不會在那一開始錯動的地方,就像是我們跑步時,跑得最快的瞬間,不會發生在起跑的瞬間,而是在起跑後一小段的過程中,而錯動量最大的區域,才會是能量釋放最大的地方。而或許是小地震的地栓範圍小,震央幾乎就在最大滑移區的附近,因此也看不太出來,通常規模越大,震源的破裂行為會隨著時間傳遞,此效應才會越明顯。

震源與震央位置示意圖。圖/中央氣象局

那麼斷層上的地栓位置能否確認?這仍是科學上的難題,但近年來科學進展已經能讓我們透過地震波逆推斷層上的錯動集中區,至少可以透過地震波逆推斷層破裂滑移的型式,得以用來比對斷層破裂方向對震度分布的影響。以 2016 年臺南—美濃地震為例,最大錯動量的地區並不在震央所在的美濃附近,而是稍微偏西北方的臺南地區,也就是因為從地震資料逆推後,發現斷層在破裂時是向西北方向破裂。而更近一點的 2018 年花蓮地震,錯動量大、災害多的地方,也是與斷層破裂方向一致的西南方。

一張含有 地圖 的圖片  自動產生的描述
2016 年臺南美濃地震的等震度圖。圖/中央氣象局

透過更多的分析,現在也逐漸發現破裂方向性對於大地震震度分布的影響確實是重要議題。而雖然我們無法在地震發生之前就預知地栓的位置,但仍可從各種觀測資料作為基礎,針對目前已知的活動斷層進行模擬,就能做出「地震情境模擬」,並且由模擬結果找出可能有高危害度的地區,就能考慮對這些地區早先一步加強耐震或防災的準備工作。

多知道一點風險和危害度,多一份準備以減低災害

但是,直到目前為止,我們仍無法確知斷層何時會錯動、錯動是大是小。科學能給我們的解答,只能先評估出斷層未來的活動性中,哪個稍微大一些(機會小的不代表不會發生),或者像是斷層帶附近、特殊地質特性的場址附近,或許更要小心被意外「放大」的震度。而更重要的是,當地震來臨前,先確保自己的住家、公司或任何你所在的地方是安全還是危險,在室內要小心高處掉落物、在路上要小心掉落的招牌花盆壁磚、在鐵路捷運上要注意緊急煞車對你產生的慣性效應…多一些及早思考與演練,目的就是為了防範不知何時突然出現的大地震,在不恐慌的情況下保持適當警戒,會是對你我都很重要的防震守則!

【參考文獻】

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
4 篇文章 ・ 7 位粉絲
充滿能量的泛科學品牌合作帳號!相關行銷合作請洽:contact@pansci.asia
網站更新隱私權聲明
本網站使用 cookie 及其他相關技術分析以確保使用者獲得最佳體驗,通過我們的網站,您確認並同意本網站的隱私權政策更新,了解最新隱私權政策