2020年3月20日 星期五

如果強震即時警報還不夠快,有什麼好方法呢?

文/潘昌志 震識:那些你想知道的震事  副總編輯

即使你沒有成為「強震即時警報」的國家級邊緣人,來得及做:
理想上的地震預警可以來得及的話…
可是這警報似乎有個小盲點…

離震央越近,震度經常越大耶!給我這個來不及的預警有什麼用? 

確實,以區域型地震預警來說,離震央很近的地方通常沒有辦法及時收到警告,所以,如果要提升臨震時的預警能力,就得再加上「現地型地震預警」,可以讓所謂預警盲區的地區,有提前幾秒鐘接收到警報訊息。但因為時間真的很短促,加上早期的資訊量不足(根本還不知道震源遠近是深是淺),這樣的系統不適合用在手機細胞廣播簡訊上,僅能直接針對重要設施提供自動化反應,如電梯、管線或是鐵路運輸。

區域型強震警報的主要功效示意圖,假設我們地震發生的10秒就得到強震警報,但對於震度最大的地區還是得不到預警的效果,僅能對於稍遠、但因地質條件而震度大的地方有較明顯的功效

附帶一提,常會有人提到「或許我們該借鏡日本或其它國外的預警系統」,這點我想也是不太需要,以日本與臺灣的比較來說,兩邊的預警時效其實相當接近。雖然從官方文件看來,中央氣象局所公告為地震後的15到20秒內發布完成,而日本氣象廳則是從2~3秒(似乎是「儀器檢測」後的秒數)產生第一報(予報)、5~10秒第二報(警報),後續還會給出最終報,但因為中央氣象局僅發布一次,之後就是較為正式、完整的「地震報告」。而日本氣象廳則是會隨著時間而不斷修正,因此最前的第一、二報的資訊不確定性高,或許也可能有較大誤差,故會在有比較多測站資料後產生更新的續報。另外,日本氣象廳的予報主要是給相關許可業者應用發布的,而警報只有氣象廳才能發布。因此兩邊無法僅比較秒數差,而是要考量發布的方式、誤差的容許與處理等等。

台、日地震預警系統流程比較示意。日本是以續報來解決誤差問題,台灣則是在較穩定的報告出來即會發布,原則上不會再發布續報,因為3~5分鐘即會產生正式報告。不過還是要強調,純比較兩邊秒差意義不大。

總之,強震警報的技術,僅僅是在地震發生後,利用現代科技與地震賽跑,無法真正料敵機先,這時另一項研究就需拿來補足這件事,那就是地震動潛勢圖。

震識成立了快三年,終於要來談「地震風險」了

2015年起,臺灣地震模型團隊提出了第一個機率式地震風險評估圖資,用機率的方式表示未來各地可能發生的震度,更直觀一點稱呼是「地震危害度潛勢圖」,就和2016年美濃(台南)0206地震後出現的土壤液化潛勢圖的用色接近,越接近紅色代表災害潛勢較高。
不過問題來了:「如果我家落在地震災害高潛勢區中,怎麼辦?」相信這是每個人看到災害潛勢圖都會想問的問題,難道是搬離嗎?可是高潛勢很多耶!而且我也沒有錢搬家啊!怎麼辦?

TEM_PSHA2015
2015年台灣地震模型首次公布的機率式地震風險評估圖,最左是單純考量地表振動強度、而中與右則是分別考量建物共振的評估圖,越接近紅色代表其評估的地震害度較高,需要考量的強度設計標準應較高

這時,我們可以試想一下過去地震致災的情況,還有我們可以接受、不能接受的災害狀況與發生機率,再來看怎麼辦。

「咻蛋幾咧!災害就災害、會發生就是會,哪有可以接受的災害狀況和機率?」
用極端的例子來說,如果你的家被隕石砸中,應該必死無疑,但你會沒事把房子蓋成可以扺當隕石的程度嗎?不會吧!所以回到地震風險,我們最不能接受的,就是震度還沒到超大時,房子就倒的情況,因此,這樣的資訊可以告訴我們,哪些地方的房子「要特別注重耐震」。以現今耐震法規所使用的規範,對於耐震考量的震度應達5級或6級(2019以前的震度分級),而標準會有高有低主要是考量當地的地質因素,若一個地方發生6級的機會非常低,可能房子從蓋好到拆掉都很不會遇上這麼高的震度,那麼花大把大把銀子在這上面可能就不是必要,法規所給的,就是最基本的要求。



這是50年內10%機率可能發生的最大震度,其主要用於工程與長期防災規畫

同樣的,為什麼不以震度7級作為標準?其一是7級已是最大分級,除了極大的斷層活動地震近震區會達到,幾乎沒有什麼地方可以達到7級,而2020年修訂後的震度7級更是難以達到(雖然標準是以速度值來訂,但相對應加速度可達800gal,是更極端的狀況)。其二是耐震設計並不是要讓房屋永不倒塌,而是在極端的大地震來襲時,可以撐久一點,至少只是損壞但不要倒塌。甚至在某些情況下,我們還要「讓房子倒場以救人」,以南美洲的智利為例,他們遇到的地震威脅是有海岸線外有一整條海溝、動輒達規模9.0的地震,所以發展出了「強柱弱樑」的建築,在遇到超大地震時,樑會斷掉,但斷掉的破壞也削減了能量,讓房屋不致於整棟倒塌,而一口氣奪去超多人命,而平時也要強力的宣導防災觀念,讓人們能找到適當的躲避處。

Graphic showing strong column weak beam system
智利的「強柱弱樑設計」,來源:http://news.bbc.co.uk/2/hi/americas/8543324.stm

所以,看到自己住家位於地震災害高風險區,我們能做的就是:

  1. 確認自己的房子有沒有安全,可以參考營建署網站和尋求結構技師協助。
  2. 請比別人用心一點在防災包、避難路線等事先準備上。

如果覺得以上的預防措施有點消極,或是覺得還是對自己的房屋不安,我們還有一件事可做,那就是「買保險」,不過目前最基本的地震險,是全國單一費率,前面提到的地震風險潛勢派不上用場,但如果是「超額地震險」,保費就會依所居住地的地震風險、建築工法等而異,如果你的居住地風險低,或是房子的構造好,那麼自然就不需要太高的保費。其實就像我們平常自己買產險壽險一般,需要考量的是自己願意付出的費用與風險的管理對應。

這是10年內10%機率可能發生的最大震度,10年比較屬於生活經驗與規畫的考量,或許更貼近平時的防災作為對應


對於地震潛勢與風險,政府也有該做的部分

政府當然也有該做的部分,其實近來已經逐漸啟動,像是前述的災害潛勢圖要持續做下去,需要的研究與相關經費投入很多,一直都需要支持,舉例來說,要再縮短我們對花蓮外海地震或海嘯預警能力,只能透過海底電纜式地震儀讓測站網路更完整,而且後續還要持續維護。同樣的,把圖產製出來後「教」會大家如何看,也不是只有震識跟大家講就夠了(其實看不到這篇的臺灣人比看得到的還多啊),讓風險管理可以真正落實,不要只是一再說「哎呀風險高的地方房價要跌了」、「講災害風險會一不小心就會讓人恐慌」,本來居住風險就是需要考量的部分,只是過去我們缺乏相關認識,現在認識了,如果還不「正視」,那麼所謂的「震識」將一無所用。(當然,氣象局、國震中心等單位都有科普平台或宣傳,但我們得精益求精)

所以,如果有天政治家也開始重視災害,我們真心希望他們能理解:

  1. 如果沒有足夠的儀器經費支持、科學家什麼也無法告訴大家
  2. 如果研究成果沒有相對應的政策支援,也沒有人會願意理會
  3. 如果大家都不知道這些事,那麼永遠都是少數的人大聲疾呼


如果你也認為這很重要,那麼或許可以舉手之勞分享出去哦!希望震識能讓大家有更好的地震與防災知識。

參考資料與延伸:
中央氣象局強震即時警報對外通報的方式與管道,目前有哪幾種?
日本氣象廳的警報予報說明
機率式地震風險評估 by E-Dream

如果有「1694年康熙大地震」,那兇手會是…?

文/徐毅振  中央氣象局地震測報中心技佐
“張大云:「此地高山四繞,周廣百餘里,中為平原,唯一溪流水,麻少翁等三社,緣溪而居。甲戌四月,地動不休,番人怖恐,相率徙去,俄陷為巨浸,距今不三年耳。」指淺處猶有竹樹梢出水面,三社舊址可識,滄桑之變,信有之乎?”——《裨海紀遊》

清康熙三十六年(西元1697年),身負採硫重任(及旅遊興致)的郁永河歷經險阻,耗費20日,終於從府城抵達北台灣。此時,管轄淡水社的漢人通事張大作為在地嚮導,揭開一件台灣歷史上極度神秘的地震事件——甲戌年(康熙三十三年,西元1694年)農曆四月,台北盆地內『地動不休』,當時居住盆地內的平埔族人感到恐懼害怕,紛紛遷徙到其他地方;不久後,台北盆地『陷為巨浸』。不知,這是否就是傳說中的「康熙台北湖」?

「康熙台北湖」到底存不存在?許多人是寧可信其有的。〈雍正台灣輿圖〉(推估年代約為清雍正五年至十二年間,西元1727至1734年)中,台北盆地內那廣大的水域,一目瞭然!此外,《諸羅縣志》(康熙五十六年刊行,西元1717年)亦提到,台北盆地為汪洋大湖。直到〈乾隆台灣輿圖〉,台北盆地才重見天日。因此,若從1694年開始算,這個「康熙台北湖」至少存在33到40年呢!

圖一、雍正臺灣輿圖(國立臺灣博物館)
不過,奇怪的是,跟「康熙台北湖」時代更接近的〈康熙臺灣輿圖〉(推估年代約為清康熙三十八年,西元1699年)和《台灣府志(高拱乾版)》(清康熙三十五年刊行,西元1696年)中,台北盆地內只有河流、沒有大湖。雖然有學者提出〈康熙臺灣輿圖〉中淡水河道異常寬廣、關渡附近繪有海舶(可航行於海上的中式帆船)等論點,認為「康熙台北湖」仍然存在(林明聖,2013)。但康熙四十八年(西元1709年),漢人首度以〈陳賴章墾號〉向官方申請進入台北盆地開墾,申請的範圍遍及台北盆地各處——這不免讓人懷疑,如果當時台北盆地是一片大湖,那些漢人去哪裡開墾呢?撈魚捕蝦還比較合理吧?因此從歷史文獻的角度來看,「康熙台北湖」存在與否仍極具爭議性。

圖二、康熙臺灣輿圖(國立臺灣博物館)
接下來,江湖地科男(這次由筆者自己扮演…喂!)又要登場了。

山腳斷層,位於台北盆地西側,平原與林口台地、觀音山的交界處,大致呈東北—西南走向,往東北方延伸到關渡、大屯火山下方,甚至到達金山外海。由於山腳斷層為正斷層,若一旦發生錯動,位於上盤的台北盆地將會下陷!正因為數十萬年來山腳斷層的的多次活動,形成了台北盆地,也毫無疑問成為神秘的「康熙大地震」、以及「康熙台北湖」形成的最大嫌疑犯!
圖三、山腳斷層分布位置(中央地質調查所)

不過,一位稱職的地科偵探,不會隨便對斷層做出「有罪推定」,仍會謹慎調查山腳斷層錯動的證據,才能理直氣壯的對山腳斷層「起訴」。但都已經是300多年前的事了,要怎麼找出證據呢?學地質的地科偵探找了學者在山腳斷層兩側鑽取岩心的定年結果,發現最近一次山腳斷層大規模錯動的時間約在8400年前(Huang et al, 2007)——喔?可是300多年前的台北湖,到底和山腳斷層有關嗎?

另一方面,地科偵探找到了另一個研究,它先設定山腳斷層可能發生地震的規模大小、位置、深度及斷層破裂長度、滑移量等諸多參數,再以數值模擬程式跑出各種情境模擬結果。結果發現,至少要規模7.0以上的大地震——這也意味著山腳斷層全面啟動(?)全部錯動(O)——才能讓台北盆地產生明顯下陷位移量(王以旻,2013)。但規模這麼大的地震,災情絕對不可能只限於台北盆地內的平埔族村社,新竹以北都會感受到強烈震動,淡水的震度至少達到6級以上,災損必定相當嚴重(鄭世楠,2011);然而,無論是《台灣府志》或《裨海紀遊》,都完全沒提到淡水的震災(或賑災)狀況,這就怪了…

圖四、山腳斷層錯動的等震度模擬結果,0.25g範圍內即為震度6級以上區域。(鄭世楠,2011
推論至此,關於1694年那次神秘的地震事件,山腳斷層大規模錯動的「嫌疑」差不多已經低到難以被「起訴」了。不過,這可不一定是好消息。若我們相信同一條斷層發生大規模錯動的事件有週期性的話,山腳斷層下一次大規模「犯案」的日子,不確定性有點高,只能說山腳斷層我們猜不透你啊!(抓頭) 

圖五、模擬山腳斷層錯動引起的地表加速度分布。即使只有南段錯動,震度6級(250 gal)以上的區域仍然不僅限於台北盆地。(E-DREaM震源情境小組)
話說回來,誰說台北盆地內的平埔族感受到「地動不休」的「嫌疑犯」,只有大規模錯動的山腳斷層呢?我們把大規模錯動的山腳斷層當作嫌疑犯A好了,江湖地科男眉頭一皺,發覺案情並不單純(喂這是李組長的名言吧)——可能的「嫌疑犯」還有三個!

嫌疑犯B:震央在台北盆地以外的大地震。1986年花蓮外海地震,造成中和華陽市場倒塌。1999年921集集地震(今年剛好20周年…),當時的台北縣市也有數棟大樓倒塌。近震央的災情當然更為嚴重,但遙遠的台北盆地因建築災害導致許多傷亡的案例,所在多有。

圖六、921大地震後倒塌的台北市東星大樓(維基百科)
嫌疑犯C:隱沒帶震源較深的中大規模地震。2018年1月17日,在台北地區下方約140公里深處發生一起規模約5.5的地震,一時引起許多人擔憂是否引起大屯火山爆發——不過大屯火山的岩漿庫位於地下約20公里處,難有直接影響——但確實足以讓人感到不安了。值得一提的是,台北地區下方在1909年4月15日還發生過深度約80公里、規模約7.3的隱沒帶地震!

圖七、2018年1月17日第002號顯著有感地震報告(中央氣象局)
嫌疑犯D:台北盆地附近(包含山腳斷層)的中小規模淺層地震。2009年10月20日,大屯山區下方曾在1小時內連續發生4起規模3.0上下的淺層地震,最大震度2級其實不大,但連續發生的當下確實容易讓人產生「地動不休」的感受。另外,2005年12月5日的規模3.7地震、2014年2月12日的規模4.2地震,最大震度達到4級,可能讓人感受較為強烈(至少這2次都讓位於震央附近的筆者剉到了),但後續沒有更多有感餘震。

圖八、台北盆地附近的中小規模淺層地震,多數位於大屯山區。實際上2004年後才開始有紀錄,但並不是2004年才開始有地震,而是儀器記錄品質提升、測站設置更密集後,才足以發布此地區的有感地震。(中央氣象局)
嫌疑犯B、C、D,究竟誰才是1694年那個引起「番人怖恐,相率徙去」的元凶呢?根據江湖地科男對嫌疑犯B的瞭解,雖然1694年時漢人多聚居於台灣南部,但中北部許多平埔族村社都已經有漢人通事進駐,若大地震發生在台灣中部,官方缺失紀錄的可能性不高。但若大地震發生在宜蘭、花蓮一帶,即使災害嚴重,外界確實有可能一無所知;不過,宜花一帶的大地震不時發生,久居台北盆地的平埔族應該不至於對這類震動感到陌生,若出現「地動不休,番人怖恐」的情境,主震之後還必須發生多起大規模餘震(舉例來說,像是921主震後一星期內還發生8起規模6.0以上餘震,那時居住台中的筆者真的被搖到怕)…這樣的主震—餘震序列應該是相當可怕的,至少全台有感,然而歷史地震學者目前為止並未收集到相關史料。因此,嫌疑犯B的可能性——不高!

那嫌疑犯C呢?隱沒帶震源較深的中大規模地震,雖然主震來襲時會令人害怕不安,感受到震度的區域範圍也比較廣,但通常餘震不多(其實還是有,只是人類在地表不容易感受到了)。因此,嫌疑犯C的可能性——低!

至於嫌疑犯D,雖然有儀器紀錄以來的連續地震規模、震度都不大,但卻是在排除嫌疑犯A之後、另一個有能力在台北盆地製造「地動不休」的嫌疑犯!若規模再大一些,無論是主震—餘震序列、或群震序列,都足以讓居住在台北盆地內的「番人怖恐」,但影響範圍卻只侷限在台北盆地一帶,淡水不至於產生災情。所以,嫌疑犯D的可能性——高!

這時苗栗石虎郎(誰啊?)提出質疑了:「但是嫌疑犯D終究不是大地震,再怎麼樣都不可能造成台北盆地陷落,你要怎麼解釋郁永河看到的「康熙台北湖」咧?」

「歐吉桑,我推理的是1694年發生在台北盆地那起讓平埔族人逃離家園的神祕地震事件喔!當然,推理至此,差不多已經證明這起神秘的地震事件不至於大到直接造成山腳斷層陷落、形成「康熙台北湖」了。至於「康熙台北湖」究竟存不存在呢?……」江湖地科男陷入沉思:「大地震、海水入侵、堵塞關渡河口的可能性都一一被排除了,剩下的可能性是什麼呢?或許1697年郁永河北上途中遇到的連續大雨,以及台北盆地只有關渡這個狹窄排水口的地形特性,可以當作進一步推敲的線索…不過,那已經超過這篇文章的範圍了,就推理到這裡囉!」

參考資料:
國立中央大學地震災害鏈風險評估及管理研究中心(E-DREaM)
1696,高拱乾,《台灣府志》
1697(遊台時間),郁永河,《裨海紀遊》
1699,《康熙臺灣輿圖》
1717,《諸羅縣志》
1727,《雍正臺灣輿圖》
2007,Huang, S.-Y., Rubin, C.M., Chen, Y.-G. and Liu, H.-C. Prehistoric earthquakes along the Shanchiao fault, Taipei Basin, northern Taiwan, J. Asian Earth Sci., doi:10.1016/j.jseaes.2006.07.025
2011,趙  丰,康熙、台北、湖,《科學人雜誌》
2011,鄭世楠等,1694年台北地震與1867年基隆地震的探討,《土木工程與物業管理研討會會議論文》
2013,林明聖,三百多年前的康熙臺北湖,《臺灣博物季刊》第32卷第1期
2013,王以旻,山腳斷層情境地震模擬之研究,文化大學地學研究所碩士論文
2019,徐毅振,《康熙台北湖》


筆者簡介:

《康熙台北湖》小說作者,畢業於中央大學地球科學系、台灣大學海洋研究所,現職為中央氣象局地震測報中心技佐。

2020年2月20日 星期四

深入思辨地震歷史,是身處地震國度的人生必修課


編按: 這是阿樹為《里斯本1755》一書撰寫的引言,雖然是書本引言,但裡面也為大家整理了一系列的地震故事,也在此與大家分享。

文\潘昌志  《震識:那些你想知道的震事》副總編輯

開始看《里斯本1755》這本書之前,希望讀者能先思考一個問題:
  「如果現在突然來了一個大地震,你會怎麼應對?」

  不過,這問題先不急著要各位回答,可以等到看完本文或者是本書之後,再來回答這個問題。

如果大地震來襲,該怎麼辦?

  不只是里斯本大地震,幾乎所有大地震最嚴重的災區,都是毫無防備的突然搖晃起來,即使現在的技術能提前數秒預警,我們能運用的時間也是極其短暫。所以,如果沒有先在平時思考過「地震來了該怎麼辦」這件事,我們的應對情況,並不會比十八世紀的人好到哪去……

  那麼該怎麼做才會「比較好」?抱歉,這本書不會告訴你,我也不會告訴你。因為這本書它所呈現的是葡萄牙和歐洲社會文化受里斯本地震的影響,而我之所以不談,是因為實際上對於地震來襲時的應對,並不存在一個可被奉為圭臬的「標準答案」。喔……不對,真要說的話,像是「保護頭頸部」確實是最重要的基本原則了,但除此之外,幾乎都是「因地制宜」,自然就沒有什麼標準答案或是SOP。

  正因為地震防災做法多半沒有標準答案,所以我會建議大家把它當作一個「open book」的開放問答,沒有時間限制、也沒有唯一解答,因為我的目的是,隨著我們對地震知識深入瞭解並思辨後,將地震的防災觀念內化,進而能在當下做出最好的選擇。這裡所談的「知識」,並非僅限於「科學的知識」,還包括了心理、社會、文化等不同層面,因此,當我們回頭翻閱關於地震的歷史書籍,或許就能理解地震對於人類文明與社會的影響。
 
里斯本地震發生之前,地震科學進展停滯了很久

  科學上,人們對於地震研究的突飛猛進,多半與大地震有關。不過,地震是一個相對難以觀測的現象,更不用說發展成理論,因此自亞里斯多德提出氣動說之後,或許是歐洲文化賦予了理論的權威性,一直普遍認為地震的成因是來自地底下的氣流所致。這個在現在看來錯誤的理論,主宰了人們對地震的看法長達兩千年。到了里斯本大地震(1755)後,即使是著名哲學家康德,也站在亞里斯多德的論點上進一步發展,從來自地下的風,變成來自地下的岩漿或其他可燃物爆炸所致。確實這樣的說法較先前合理,但從現在觀點來看還不夠精確。此外,有些學者將理論拉到星體運動,認為可能是地球自身的運動,或是與太陽有關的引力作用造成地震。

  即使里斯本大地震時期的地震成因論述,與目前所知的科學仍相差甚遠,但里斯本大地震影響地震科學發展的主要關鍵之一,就是「開始去思考、嘗試不同的可能性」。這很重要,如果後來的人繼續把地震氣動說當成神主牌一樣供奉,那麼地震學發展鐵定會再慢上許多。因此我們也可以說,里斯本地震對科學的影響並不只發生於當時,還延續了一世紀以上。

宗教與哲學的論戰

  哲學和科學的啟蒙運動讓人類對地震的知識慢慢進展,但一般人用宗教來解釋自然現象仍十分普遍,比起科學觀點,更多的是認為里斯本大地震是種天譴、天罰。尤其里斯本大地震發生的時間和地點實在太剛好了,在對天主教非常虔誠的葡萄牙首都、在萬聖節的隔天(11月1日),照理說是人們慶祝宗教盛會的時候,卻發生了幾乎毀滅首都的地震與海嘯,加上有些教堂也無法保護人們,因為被震垮而造成傷亡,當時許多的手稿書信甚至會特別強調被「十字架壓死」的情況。這樣的情況,難免就會讓人們反思一件事:到底為什麼地震會侵襲我們的家園?本來該保護我們的教堂與十字架為什麼沒有辦法保護人們?

  彼時人們分別從宗教和哲學的層面開啟了不同方向的論述。可以想像,將地震用比較危言聳聽的方式來渲染,絕對比用科學的方式討論地震還受歡迎,這個道理到現在還是一樣(不知道是該哭還該笑),所以我們也不難理解,在里斯本大地震後甚囂塵上的地震謠言,遠比探討地震實際成因還吸引人們注意,像是說什麼末日要來啦、人們過得太放縱所以神看不下去之類的言論。這並不代表神職人員或虔誠的文學家都在造謠,而是從他們的認知與信仰上,受到的衝擊太大了!不過當時仍有一群虔誠的天主教徒,選擇用不同的哲學角度或科學角度來尋求解答,試圖將天災和神論分離。但是,當人們將相信一件事情作為一種信念時,就很難去改變其想法,這點也和現在常常有人寧願選擇相信「坊間地震預測達人」的各種偽科學觀點,也不願加以應用自身在教科書上學習到的知識一樣。

  當時宗教觀點的主要論述,來自主張「天譴說」最不遺餘力、同時勢力也最大的組織「耶穌會」,但對哲學家和葡萄牙政府來說,他們算是「來亂的」(當然,除了地震之外還有許多複雜脈絡,很多政治角力在裡面)。哲學家並非不相信神、不虔誠,但伏爾泰從邏輯的觀點提出:如果地震是神的旨意,那麼神職人員、無辜嬰孩的受害就變得無法解釋;雖然地震後大家都盡可能用最虔誠的儀式或心意祈求上天,餘震卻還是不停發生,這也凸顯出天譴說的不合理處。在政治上真正動手打壓耶穌會的,則是來自葡萄牙的首相(王國事務官)蓬巴勒(Sebastião José de Carvalho e Melo, 1st Marquis of Pombal, 1699 - 1782),宗教的說法一方面與政府對立,另一方面是重建社會秩序最大的阻礙,進而影響重建進度,當然要盡力排除。而因為這把火不只在葡萄牙點然,還蔓延到其他歐洲國家,自此耶穌會在歐洲各國的勢力也大受影響。

  同時,伏爾泰也將人們看待地震的矛盾觀點,歸因於地震發生之前,普遍流行的「樂觀主義」,認為「一切都很好」、「世界大致朝向好的方向發展」的思想,是造成災後人心混亂的主因。但盧梭則持另一種意見,他認為伏爾泰太過偏激,應該思考的是天災的本質,以及人們如何從災後站起來等更有建設性的觀點,簡單來說就是著眼點不同。在哲學領域中,筆者可能不夠專業,但就個人所知淺見,兩人對於神、人類與天災關係的哲學論戰,是讓哲學思考能更深入發展並逐漸改變世界觀的關鍵。

科學史觀點的里斯本地震

  前文已經提過,近代的大地震常是科學大躍進的關鍵,而里斯本大地震某種程度上也算是最早觸發地震科學急速發展的事件,或許可以說,其影響力直到現在。除了前面提到各種挑戰過去典範的嘗試發展理論之外,更重要的是「蒐集資料」。蓬巴勒首相為了穩定當時內政,在地震過後啟用了大量修士調查各地災情(包括震災導致的火災)、房屋受損程度與當時地震的情況等等,目的是為了儘快重整里斯本、重建房舍。但比起重建里斯本,科學家更看重當初蒐集的資料,除了前述資訊,還包括「地震搖了多久」、海嘯來臨前的海水變化等情況,這些資訊十分有助於重建古地震的規模與地點。因為大地震通常數百年才發生一次,如果能把古地震資料蒐集得越完整,無論是對該次的地震事件或整個地震學,都會有莫大幫助。

  里斯本大地震和前述的地震調查資料,更啟發了另一位英國科學家米契爾(John Michell, 1724 - 1793)的研究。他在1760年的論文提出了對於地震成因的看法,他的看法更接近現在的科學知識,但當時並未引起太大關注。米契爾注意到地球可能有分層、地震的本質是在岩層中傳遞的波動、地震可以穿過地球內部,甚至地震波有不同波相(他觀察到P波、S波的特性,但並未對此命名),這些研究也間接催生了後來地震儀的發明與地震定位的基本概念,因此對許多地震學家來說,他是「地震學研究之父」。

  現今的地震學仍有許多還難以解答的問題,但對地震學者而言,「累積關於地震的知識」是件兩難的事。以現在國人熟知的九二一地震來說,在地震發生前數年推動大量設置地震儀的計畫,在九二一地震時得到了許多當時最接近震源且解析度最高的資料,而使得國內的地震研究在數年間有長足進展,但地震學家設置儀器的初衷,絕不是「希望地震發生」。換句話說,最理想化的情況是「地震發生在人少處,但卻能收到相對有幫助的資料」。但事情總是不會如我們所願,目前也只能在人類所能做的最大努力之下,防範地震伴隨而來的災禍。

地震本來就是生活的一部分

  如何與天災共存?凡事總有個先來後到,地震和大多自然現象在地球存在的時間,遠遠比人類出現還早,所以自古以來,即使是少見的大地震,也本就是人類文明與生活的一部分,光是從1755年至今,各種與地震相關的多項歷史或近代事件也可見端倪。里斯本大地震嚴重影響了葡萄牙的國力,也改變了葡萄牙的政治結構,甚至影響全歐洲;在東亞,日本從戰國時期一直到江戶之前(約1477 - 1600),每隔數年就發生一次的強震(例如天正地震、慶長地震、慶長伏見地震),也間接影響了豐臣秀吉和德川家康的勢力變化;1906年的臺灣正處於日治時期,梅山地震後,基於防災逃生的理由,女生纏足(裹小腳)文化也隨著當局推廣天然足而消失。又過了一個世紀,2009年發生在義大利拉奎拉的地震,除了造成重大傷亡,由於震前政府急於應付當時密集發生的小地震後地震預測人士的言論,在記者會上過度的安撫說「不會有更大的地震」,輕忽了科學的不確定性與防災宣導的重要性,結果就是讓政府官員與科學家被起訴,這樣的科學與社會的對話誤解,加深了民眾對當局與地震科學家的不信任感。

  上述只是在不同的時空下,地震與人類社會互動的一小部分,但光是這些就足以告訴我們,生活與地震實為密不可分,即使久久才發生一次大地震,造成的影響卻有可能十分廣泛,然而平常我們對地震的關心卻有點不成比例的少。當國內外有災情嚴重的地震發生時,大眾和新聞對地震關心的熱度會提高,許多地震防災專家會大量曝光,但熱度退的也快,一般來說國外地震約莫一週,國內的關注則是二週到一個月。這樣一想,各位讀者能讀到此篇文章,對地震的關心程度猜想早已超過大眾的平均。

  即使如此,我想除了少數熟悉地球科學的讀者之外,相信面對地震,我們該做些什麼,還是有很多疑問。而本文開宗明義所說「經常沒有標準答案」的原則,並不是消極的讓大家不做準備,而是期待人們可以藉由「思考」,來找到自己經過演繹與歸納後的最佳選擇。地震工程有句名言:「殺人的不是地震,而是建築物」,而「許多受災都市幾乎是在原地,或是在鄰近地區重新建造」則是另一項重點,因此不管身在何處,若當地歷史上曾有過強震或海嘯,那麼未來鐵定也會有。

  或許有人會想「人類怎麼這麼笨,把房子蓋在不會有地震的地方就好啦!」事情真有那麼簡單也就不用煩惱了,實際上,人們對居住的選擇,不太會受地震左右。由於桃園地區的地震危害潛勢稍低,似乎有建議就防災角度而言,桃園是個不錯的選擇……但是,假如將全臺灣的人口全部聚集在桃園,人口密度會大到無法想像,現代也幾乎沒有見過為了地震而遷移整個大都市的情況,地震在都市計畫選址的考量只占一小部分。放眼世界,不管是里斯本、東京、墨西哥城還是西雅圖,這些同時是大都市又是強震好發之處的地方,至今仍然人口密集,因此我們就得換個想法:「如果大地震哪天來了,這個城市是否耐受得住?是否可以很快恢復?」因而落實在各種人類所能及的科技上,舉凡結構物的耐震設計、防災演練、強震即時警報(地震預警)都是嘗試解決地震災害問題的方向。

所以,我們到底如何與地震共存呢?

  關於如何與地震共存,建議考量的方向取決於自己「關心的方向」,每一個議題的處理方式當然都不同,就必須依序對症下藥。如果擔心的是建築結構耐震,就會建議尋求建築公會或土木公會等專家;如果是居家防震準備,我想官方的建議已經很多,像固定家具或是防災用品等等,在此不贅述;如果是想到自己在地震來臨的那一刻能否平安,至少也要先瞭解強震即時警報的用途、瞭解防災演練的真正意義。

  但在此更需另外強調一項,也是最常被忽略的事,那就是「科學研究有賴於民眾對於科學研究相關政策的支持」,並不是要大家毫無保留的支持地震學研究,而是希望每個人都能先透過深入理解科學對防災的功用,評估是否該支持各項研究。這麼說好了,土壤液化潛勢圖、地震危害勢圖,並不是憑空冒出來科研成果,補強建築物的科技與經費也不會平白無故從天而降。有了適切的經費、充分的研究與基礎調查、好的政策規畫,才有可能讓科學成果進入我們生活中。

  只是,「我們要如何知道某某地震研究對人類的幫助」呢?身為科普作家,我一直嘗試將地震相關的科學知識、科研成果簡化分享給大眾,目的就是希望能讓地震知識更普及。雖然所有的地震學家同樣無法預測地震何時到來,但也不會以偽科學成果來徒增大眾恐慌,而是期待上至決策者,下至一般平民的所有人,都能得到有幫助的地震與防災知識,並各司其職,在真正遇上不可避免的地震時,將災禍減至最低。老實說,期待臺灣政客能在理解天災風險下提出實際可行的防災政見,好像是個遙不可及的夢想,但如果有更多政治家能擁有如同當初蓬巴勒面對災害時的應對能力,相信會是全民之福。

  最後再來談談《里斯本大地震》這本書,裡面涵蓋了不少較為厚重的人文和歷史知識,一下子讀完確實會有點吃力,但不要被它嚇到,就如同閱讀科普文章一般,先從自己有興趣的、覺得重要的開始著手。就算不知道地震何時會來,但當我們看了這本書、看了地震的知識後,可以再次嘗試問自己:「如果現在突然來了一個世紀大地震,我會怎麼應對?」

附個 《里斯本大地震》的連結:
https://www.books.com.tw/products/0010833960?sloc=main

2020年1月15日 星期三

沒事,幹嘛改震度分級呢?(絕對不是吃飽太閒)


身為地震科普推動者的我認為,「震度」是地震發生當下時,對人們最重要的一件事。

為什麼?因為它是最直接的資訊,災時的傳遞也最有效率,以下面兩個敘述例子來看:

19990921地震,規模7.3、震源淺層、震央南投。
20160206地震,台南市震度達七級。

想要描述地震時的搖晃很大,如果用規模大小來談,還得再描述地震的震央和震源深度,因為規模大的地震,如果位置離我們很遠,影響就會小得多,像是921地震時臺南市的震度就只有五級,如果我是台南人,當知道以上那條描述921地震的訊息時,並不能知道地震搖得多大。但「台南市震度七級」的資訊就相當明確,我可以知道「台南鐵定搖得很大」。

如果這時還問我「為什麼?」和「震度是什麼?」不好意思,麻煩請先到隔避棚,看完《Did you feel it?震,知道了》這篇文章再回來哦!




這是第一次改震度分級嗎?如果不是為什麼總是需要改?
這不是第一次改,第一次改分級發生在集集地震之後隔年的八月,而為什麼要改的理由也很簡單,那就是「不夠好用」。

集集地震前,氣象局的震度階和當時日本氣象廳使用的很像,為06級,但日本早在1949年後就因應需求增設第7級,而1995年阪神地震後也增加了5強、5弱、6強、6弱。

1999的集集地震,則是因為當時中部地區量測到的地動加速度極大,由於當時震度上限為6(250cm/s^2),但超過6級的分布範圍太大,根本分辨不出中部重災區的大小差異,而後來分析地動資料後,發現重災區的地動加速度動輒500600甚至超過900cm/s^2,且另一方面在建築法規上又將水平地動加速度的考量提高到412.5cm/s^2,所以又增設了400cm/s^27級震度(當時的新聞稿連結)



所以,不管是日本還是臺灣的例子都可以看到一個關鍵的事實:震度,始終來自於人性不對是震度,始終來自於防災需求。

2020年的震度是改得跟日本一樣嗎?
不,有超過87%是跟日本的不一樣哦!
臺、日震度分級一樣的地方,只有兩個:

      分級表「寫上」0~7級外加5566(但計算的公式與畫分的邊界,都不一樣)
      有將三分量進行合成單一向量振幅並濾波(但瀘波的考量也不同)

為什麼要自找麻煩弄不一樣的震度分級、不乾脆用一樣的就好?我們可以思考一下設置震度分級的最主要目的:
      「量化分級地震的『搖晃』行為」

以及更改時會出現的問題:
      會不會因為改變過大而不利配套措施的實施
      之後有沒有可能需要微調分級

因此,這項更改除了要考量科學,還要考量其運用在社會上的實踐,並同時考量科學不確定性,所以接下來我們會細談各種需履調整的理由以及跟國外的異同與原因。

最大的改變:除了用「地動加速度」以外,還納入了「地動速度」的考量
最早的震度是從現象描述而來的,因為早期還沒有適當的地震儀可以量測地震的參數,直到地震儀發明了後,人們發現地震可以用「波形」來描述它對地表造成的運動,就像海浪一般有波動的行為。而既然地震是種「波」,就可以用「位移」、「速度」、「加速度」三項來記錄。其中「加速度」是裡面中最能符合「強震」特性的參數,因為加速度最適合對應到「力」的物理意義,而能代表我們想呈現的「搖晃」。

不過,在經過數年來的研究分析(Wu et al., 2003)也發現,不止「地動加速度」,「地動速度」也是一項重要的參數,尤其是大地震發生時,更需要考量地動速度值,而其背後的原因是地震波的「週期」因素,大地震所帶來的長週期振動,會在近斷層的地方產生「速度脈衝」。

考量到文章內容開始有變難了,請容我用兩種簡單版和深入版兩種描述

      簡單版:
就是說我們光量測加速度不夠,還要量測「速度」才能完整度。就像我們如果用指尖輕輕但「快速」以蜻蜓點水的方式戳一下對方時,對方應該只會覺得癢,不會覺得痛;但如果我們用力揮拳時,因為動作很大速度變慢了,但對方被打到應該會想問候你母親一樣,快、慢並不是關鍵,還要考量出拳時的力道、人對於痛覺的敏感度等因素。

      深入版:
當地震波的週期長時,即使「加速度」不大,也會因為朝著同一個方向加速的時間延長,而產生比較大的「速度值」,因此會有「用加速度計算起來震度不算大,但以速度值的差異來看明顯搖晃很大」的情況。反過來說,地震波的週期很短時,就算是很大的加速度,也因為延續的時間太短,人或房屋根本還沒有「被搖到」的感覺。

一般來說解決處理「地震波週期」和「速度」有兩種方式:
  1. 在處理地動加速度資料時,以適當的濾波效果來讓地震的加速度可以更能對應災情。
  2.  用速度資料來做為震度的標準(或納入標準之一)

台、日在處理震度分級的差別,在於日本用了第一種方式但用到極致,而台灣經由2020的震度改制後,在震度較小時以第一種方式考量,但震度大時則以第二種方式為主。附帶一提,最常被修改使用的「麥卡利震度階」(美國、韓國、中國等地使用),就常見有「雙重標準」的情況,在有的地方會同時具有速度和加速度兩種指標,這也意味「地動速度」是重要考量依據。

要說哪一種比較好?很難說,「震度」的標準並沒有一體適用於全世界的分級表,即使是最多國家用的麥卡利震度階,其實在各地也有不同的微調修訂,這代表震度其實要考量到地震分布與地質的特性。而中央氣象局在修訂震度時,還是考量了集集地震、兩次0206地震的結果,並且在制訂過程中也以過去發生的地震模擬檢視適用性,最後才推出修訂方案。

所以,將速度納入考量不單純是「別人做我們就要跟進」而已,而是「別人做了不錯的,我們也來研究如何讓自己做得更好」的概念。接著我們來「說圖解字」一下新震度分級表:



「灰色部分」是中央氣象局在2020年起使用的震度對照表,簡單來說就是最大地動加速度(PGA)值過了80cm/s^2之後,就會開始改用最大地動速度(PGV)值來計算,白色部分我們則可以想成是「可以對應的加速度範圍」。所以如果我們看新的6弱、6強、7級的PGA好像都比舊的再調高(舊的6級是250~4007級是400以上),但這個論述「並不完全正確」,因為實際上在計算震度時,地震波的PGAPGV並不會和表中一樣對應的很好,有些狀況會是PGA算出來6強但PGV卻是7級,但反過來變成只有5強的例子也有。因此,要了解以前的地震震度分布情況,就需要以新制重新計算才能確知,並非直接就能對應。

那為什麼要細分5566弱呢?不能直接09還分10級嗎?
這點我沒辦法回答,因為它非科學問題,以科學家的角度來看使用何種標示沒有顯著差異,但我們仍可以討論兩種修改方式在實施上的優缺點。

改成0~910級的方式
優點:數字大者即代表震度大,若知道震度意義是很直觀的。

缺點:由於原來最高為7級,而新的7級也和原來不同,未經說明可能會有誤解,。

目前氣象局使用的56級細分強弱的方式
優點:雖然5級以上有點像是砍掉重練,但如果原先「5級以上%$@#」、「6級以上$%&@」的配套是維持不變的,這樣對於其它部會或單位(交通、營建、水利、防災、學術等)運用資料上的影響較小。

缺點:加上「強」「弱」的觀念和日本的分級方式有點像,所以容易產生台灣=日本震度分級的誤解。

我不確定還有沒有未考量的因素,但就目前上述的幾點,在56級加上強與弱是相對影響小且容易講述的,而對長期容易將震度和規模搞混的科普傳播中,或許這樣的改變讓震度不只有數字,還有描述性在,更能突顯兩者意義上的差異。所以,如果說震度分級是「改了會更好用」不單單只是從科學面,也包括了科普的層面呢!

圖片來源:震識FB相簿

延伸閱讀:
Wu, Y. M., Teng, T. L., Shin, T. C., & Hsiao, N. C. (2003). Relationship between peak ground acceleration, peak ground velocity, and intensity in Taiwan. Bulletin of the Seismological Society of America, 93(1), 386-396.