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機能材化 - 吳逸民
	專業技術：地震速報與預警、觀測地震學、地球物理

研究介紹

◎有效偵測地震波到達前應變降低傷亡和財產損失

如果能在強烈地震之震波擴散之前的10到30秒發布警報，警告該區應變，應能
降低民眾傷亡和財產損失。本校地質系吳逸民副教授利用「地震初達波從事地
震預警研究」成果受到國際重視，美國夏威夷太平洋海嘯警報中心去年已採用
相關程式，進行預警監測。

吳教授的研究成果連續發表在《地球物理研究通訊》等國際知名期刊，除了引
起美國地震界重視之外，韓國氣象廳去年底也邀請他發表演講（如圖1）；日本
京都大學決定用此概念研發地震預警系統。

吳教授目前正研發結合微機電技術、可隨身攜帶的掌上型地震預警器，一旦有
災害性大地震發生時，民眾可在第一時間收到氣象局傳送的警訊，就地及時採
取應變措施。

吳教授指出，台灣位在地震頻繁的環太平洋地震帶上，地震活動頻繁，災害性
地震也經常發生。如 1906年嘉義梅山地震、1935年新竹台中烈震及 1999年集
集大地震至今都在民眾心中都產生無法抹滅之回憶。因此，地震防減災是必須
持續加強的研究重點。

地震預測一直都是熱門的地震防災研究議題，儘管有許多的前兆現象能被確認
[1]，但目前仍未達實用階段。由於體認到地震預測之運用成效仍低，許多國家
進而將資源投入地震預警系統之發展[2]。快速的地震資訊，除了是地震防救災
反應重要的指標外，也能滿足社會大眾及新聞媒體的期待。地震預警系統所提
供之訊息，更是直接提供重大工程及民生設施採取緊急地震應變的關鍵。

地震預警是當地震發生之後，在破壞性的地震波尚未來襲前之數秒至數十秒提
出警告。這段時間可直接用於降低地震災害，運用的範圍如下:

(1)學校學童躲入桌子底下尋求保護及心理應變。墨西哥市的預警系統研究成果
顯示，接受地震預警訊息的學童，在心理上大幅降低對地震之恐懼。

(2)工人能離開危險的工作位置。

(3)醫院進行的手術能暫時停止或調整精細及關鍵的操作，例如:眼科手術等。

(4)運輸系統能自動停止或減速，例如:高速鐵路列車減速以降低翻車之風險。

(5)維生管線及通訊網路能自動調整、重組或關閉，例如:關閉瓦斯及供水管
線，減少地震所引起之火災及其他災害。

(6)工廠能及時進行緊急應變，保護振動敏感之設備，例如:晶元製造廠。

地震預警系統是目前經評估有效的地震減災方法，美國、日本、墨西哥及台灣
都投入這項工作。台灣預警系統設計的動機是基於 1986年 11月15日ML 6.8
(Mw 7.8) 花蓮地震所帶來的警示。該地震之震央雖然在花蓮地區，然而主要的
震災卻發生在 120公里外的台北地區。根據地震波走時資料，剪力波由花蓮地
區傳遞至台北地區至少須 30秒的時間，如果地震監測系統能在 30秒內提供震
央的地理位置及其規模。則將能在破壞性振動來襲之前，爭取數秒至十餘秒的
預警時間，運用於緊急減災應變。因此，中央氣象局於 1994年開始投入地震預
警工作。

台灣預警系統從1995年起中央氣象局開始安裝即時強震觀測系統，從事地震速
報工作。為了加強運用即時的強震訊號，地震預警系統也積極發展中，採用
MLlO的地震規模估計方法[3]及區域地震子網[4]或虛擬子網[5]之設計，計算出
地震參數的時間估計可以縮短至約 20秒，因此，對於離震央 70公里外的都會
區，將以提供不同程度預警時間。

然而，目前的方法對於離震央 70公里內的區域是無法提供預警。主要為所採
用 MLlO是一個較傳統估計方法，需要利用地震被偵測後10秒的地動訊號，因
此，無法提供警告的時間至地震發生後15秒以內。因此，近年來研究地震初達
波(P波)之方法從事地震預警研究，以期能將提供警告的時間縮短至地震發生後
10秒。

地震初達波的規模估算方法：在地震預警研究中，利用初達波決定地震規模是
最重要且最困難的關鍵技術。傳統的丙氏規模(ML)估計是由特定頻段地震波的
最大振幅經距離修正而得之。然而，當觀測到最大振幅時巳無預警時間。因
此，傳統的規模計算方法並不適用於地震預警系統中。所幸，經過去多人的研
究發現[6，7，8]，當地震越大時地震訊號的振動週期越長，可利用初達波的震
動週期來推算其規模。

利用地震初達波預估震度：一般地震初達波會攜帶地震訊息，剪力波則攜帶大
部分的能量且較可能造成災害。若能由地震初達波推估即將來襲剪力波振動強
度，就可以直接運用於現地型預警系統中。我們分析了台灣地區[12]與南加州
[10]的大地震記錄發現，P波到達後3秒最大位移振幅(Pd)與地動速度峰值(PGV)
呈現對數線性關係。因此，可以由地震初達波來估算震度[13]，且其誤差約在
一個震度階。這項成果對於誤報敏感度低的預警保護對象，將有相當良好的成
效。例如：電梯之控制，於地震時與最近樓層停止，並打開門，此類設施即使
偶而將小振動高估之誤報，亦不影響。

災害性地震之快速辨認：判定災害性地震是救災應變之重要關鍵。因此，我們
分析了台灣地區的淺源大地震記錄，研究結果發現結合tc及Pd可以用來辨識災
害地震[9]，若依據此原理也可能將判定地震是否釀成災害的時間縮短至10秒，
而爭取更多救災反應時間。

對於地震之防減災而言，地震預測之技術仍有待努力，地震預警系統是目前最
為實際的地震減災方法。為了在強震波來襲之前提供更多的預警時間，我們使
用P波到達後3秒的訊號來決定地震規模、預估震度及快速辨認災害性地震。採
用tc方法有可能將地震大小的判定時間縮至10秒，對於離震央30公里外的都會
區提供預警。Pd可以用來估算震度，可以直接運用於現地型預警系統中。tc 及
Pd乘值大於1時則為可能為災害性地震發生。

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