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為何我沒收到地震警報? 地震早期預警的科學挑戰

圖片來源:取自 高雄好過日 臉書

文:Claudius

今天看到不少民眾,甚至網紅都發文在問,為何我沒收到國家級警報?

根據氣象署說明,桃園市、新北市、台北市、基隆市、高雄桃源、屏東九如等 6 地實際震度達 4 級以上,但卻沒有發布國家級警報(災防告警服務/ Public Warning Service,PWS),主要是預估震度偏低,初估規模分別為 6.2 及 6.8,低於後續正式測報的 7.2,而 PWS 警報門檻為震度 4 級以上,部分地區預估震度僅 3 級,因此警報範圍未涵蓋到。

這樣說明還是有很多人開罵,我們就近一步來探討地震早期預警系統(early warning system)的原理和挑戰。

預警地震的方式有兩種,一種叫做區域系統(regional systems),透過地震區域中安裝的多個地震儀/加速度儀收集參數,再用特定區域地面運動預測方程式來估算遠方的震動強度和S波到達時間。另外一種叫做現場系統(onsite systems),是利用儀器收集到 P 波初始部分來預測 S 波的較強地震搖晃。這種系統比較快,但是比較不精確。

台灣在 2002 年建立了全國性的早期預警網路,由中央氣象局部署了約 500 個傳統地震儀,用來分佈預警警報,並連接到 PWS 上,反應時間在 20 秒內。然而,此系統無法在離震央近的地方提供警報,這稱為盲區。因此台大從 2010 年開始建立了另一個 P-Alert 早期地震警報系統,主要被視為現場系統運作,來填補中央氣象局系統之不足[1]。

根據過往數據建立的模型,P 波的前 3 秒(Pd3)和峰值地面加速度(PGV)之間有一定相關性,因此可以用 P 波前 3 秒作為前兆(precursor)來預測地震大小,以及是否要發出警報。但這種方法在規模 6.5 以上就較容易失真[2]。

而且,對於比較大的地震而言,影響範圍大,破裂波所經過的岩層並不均勻,當經過較脆弱的地方,可能會瞬間產生一個更大的的位移,讓能量釋放增加。因此涉及到較長斷層,或較大面積滑動時,搖晃的時間長,準確預估釋放能量也更困難。

另外,要不要發送簡訊(現在是設定 4 級這個門檻),主要根據「基於風險的決策模型(Risk-based decision-making model)」,在發送警報的成本與預防危害的好處之間取得平衡,這也必須依照一套固定的 SOP 去執行,而今天系統確實是照著設定的邏輯在運作[2]。

如果要改善早期預警,就需要更完善的感測器佈建,或是在估算模型上繼續改進。

台大吳逸民老師的文章中就提到[1],近年來機器學習(ML)方法已經得到發展,並被廣泛應用於地震預警。另外安裝有地震感測器的許多建築,都可能可以協助現場地震預警的改善,或是搭配現場地震預警和結構健康監測系統來減少損害。

我們要知道,科學一定有極限,當我們看到系統正常運作,但出現預測失準之處,應該檢討的如何投資更多基礎研究與地震預警基礎建設之經費,繼續支持科學家推進科學能力的邊界,這才是對社會有助益的方式。

圖片來源:取自 高雄好過日 臉書
圖片來源:取自 高雄好過日 臉書
圖片來源:取自 高雄好過日 臉書

原文出自高雄好過日臉書,芋傳媒經授權轉載。

參考資料:
1.Mittal, H., Yang, B. M., & Wu, Y. M. (2022). Progress on the earthquake early warning and shakemaps system using low-cost sensors in Taiwan. Geoscience Letters, 9(1), 42.
2.Wang, J. P., Wu, Y. M., Lin, T. L., & Brant, L. (2012). The uncertainties of a Pd3–PGV onsite earthquake early warning system. Soil dynamics and earthquake engineering, 36, 32-37.

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