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基本原理介紹

地震發生時,地震能量藉由地震波傳遞出去,地震波依照振動方式可分為P波(Primary Wave)、S波(Secondary Wave)與表面波。其中P波的傳遞速度最快,波速約為每秒6至7公里,其振幅通常較小,破壞性較弱;S波的傳遞速度較慢,波速約為每秒3至4公里,其振幅較大,破壞性較強。透過偵測先抵達的P波,並推估S波振動大小,在S波抵達前發出警報給相關單位,爭取數秒至數十秒的預警時間。強震即時警報系統便是運用這樣的物理原理所研發出的新興地震減災科技。

美國加州理工學院廣金森教授(Hiroo Kanamori)根據地震監測方式及警報發布區域的不同,將強震即時警報分為兩種模式:

區域警報模式(Regional Warning)

又稱為前端偵測(Front Detection)模式,在高地震活動度的區域廣泛佈建地震觀測網以進行嚴密觀測。在地震發生後,由地震觀測網偵測P波,進行地震定位及決定地震參數(包括地震規模、震央位置及震源深度),評估各地可能的地動振幅,以及S波到達各地的倒數秒數,並對於遠地廣大區域發布警報,中央氣象局所發展的強震即時警報系統即屬之,其系統架構如圖1所示。

區域強震即時警報系統架構

現地警報模式(On-site Warning)

此模式所監控的震源區與預警的區域相同,其原理係利用P波的振動值,預估接下來到達的S波的大小,然後對於當地提出警告,即為運用現地架設之強震儀直接進行預警,在近震央區域可有較快速的預警,此種模式不需先決定震源的參數,而僅單純利用P波的資訊來決定警報資訊的發布。

適用範圍及限制

區域及現地強震即時警報適用範圍

區域強震即時警報系統係利用廣為佈建之地震測站偵測地震波以進行地震定位運算,因採用較多測站資訊,需要較多的時間才能完成作業,但其警報資訊較準確;現地強震即時警報系統則採用單一或少數幾個測站資訊,可較快完成定位運算,但其警報資訊精度較低。

從地震觀測網啟動、地震定位處理、到通訊系統傳遞完成前的這段期間會造成所謂警報盲區(Blind zone),即地震波所經過的區域內,使用者來不及收到警報訊息稱之。

區域及現地強震即時警報系統之適用範圍及警報盲區如圖所示,區域強震即時警報系統適用於距離震央較遠的地區,現地強震即時警報系統則適用於距離震央較近地區。對於警報盲區外之應用單位,隨著距離增加,區域強震即時警報系統可提供不同秒數之預警時間(Warning time),而現地強震即時警報系統可補強區域強震即時警報系統之不足,可使警報盲區縮小。因此研發推動上若能同時發展區域及現地強震即時警報技術,並加以整合應用,相輔相成將可達警報系統之最大功效。

國內強震即時警報系統尚在研發中,應用上仍應注意其限制,如下說明:

  • 警報存在盲區(Blind zone)
  • 有可能誤報(Flase alarm)
  • 預估震度之誤差
因為從地震觀測網啟動、地震定位處理、至通訊系統傳遞完畢需要一段時間才能完成,在這段時間內,地震波所經過的區域,使用者來不及收到警報訊息,形成所謂警報盲區。假設S波傳遞速度為3 km/sec,若地震警報處理及傳遞時間共需20秒,則警報盲區則為60 km;若強震觀測網密度足夠,隨著警報技術提升,可將地震警報處理時間縮短,並運用穩定可靠且傳遞時間較短之通訊管道傳遞,則警報盲區可再縮小。

可能因為落雷或監測儀器不正常運作誤導地震波的研判,有可能在無地震狀況下發布警報。

 

 

 

由於強震即時警報之地震定位及各地震度預估作業皆在較少的地震測站資料下自動完成,因此預估震度和實測震度可能存在±1級或以上之誤差。倘若因強烈地表振動導致電力或通訊中斷,可能因為地震觀測資料不足而使各地預估震度之誤差更大。