▲對台灣來說，地震是家常便飯，如何防災、接收即時預報變成國民重要課題。（圖／中央氣象局）
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位處在歐亞板塊和菲律賓海板塊交界 ，台灣每天都有許多地震發生，可以說是生活的日常。每隔數月或數年就會發生的中大型地震，更是災防安全的一大威脅。
最近幾年，在有感地震發生後、地震波來襲之前，你的手機很有可能會收到下面的訊息：
「國家級警報：［地震速報Quake Alert］MM／DD HH：MM 左右○○地區發生○型有感地震，慎防強烈搖晃，氣象局。Beware of probable shaking. CWB」
▲國家地震警報簡訊。（圖／地震測報中心）
這個能夠在地震波來襲前出現的「災防告警訊息」，全稱為「災防告警細胞廣播訊息」，是利用「災防告警系統（Public Warning System，PWS）」及「細胞廣播服務（Cell Broadcast Service，CBS）」發布地震速報。
災防告警訊息提供的地震速報，雖然在盲區外的多數時候，能比地震的搖晃感來臨前再快一點點讓我們收到，但它並不是地震預測，而是「地震預警」。中央氣象局利用遍布全台的高密度地震測站收集地動資料，在地震發生時，藉由震央附近地震站的訊號，即時解算地震資訊並迅速發出預警。
地震預警的主要功能，是在地震發生後數秒內，演算出預估地震的基本參數，包括預估震源位置深度、強度，並推估受影響地區將遭遇的震度與震波抵達時間，爭取在破壞性震波抵達之前，對可能發生災損的區域提出警示。
可別小看這短短幾秒鐘的警示，足以左右生死、讓人員離開危險的位置尋求掩護，停下精密的作業（如工業廠房或醫院），也能讓高速運行的交通運輸系統自動減速或停駛，大幅減少中大型地震可能造成的災害，保障人民生命與財產的安全。
地震預警系統的原理
這幾秒鐘珍貴的預警時間，是多年來地震預警技術及通訊設備精進的心血結晶，以電波與地震波「賽跑」搶出來的。
每次地震發生後，能量會以「地震波」的形式從震源開始往外傳播。科學家大致將地震波分成分別為P波與S波。P波傳播的速度較快，也是地震測站最早收到的訊號；S波速度較慢，但為地震破壞力的主要來源，而地震預警系統便是根據這兩者計算出地震的各種參數。
在得到最初預估的地震參數之後，地震預警系統會推估各地的震度，如果達到預設門檻，就會自動發布，利用電波將地震預警訊息傳送到可能致災的區域，以利當地防災應變。舉例來說，模擬顯示1999年發生的921集集大地震，以現今的地震預警科技，台北可有31－35秒的預警時間，可大幅減少人員傷亡。
不過，地震預警系統畢竟得在收到地震波資料後才能進行運算，過往的預警系統對於鄰近震央40公里內的區域幾乎趕不及預警，這個區域就被稱為「盲區」。盲區是強震即時警報無法避免的科學限制，但靠近震央的區域又是震度最強、災害最嚴重的區域，如何將地震速報的盲區最小化，也將是未來相關技術發展的目標。
▲強震即時警報原理。（圖／氣象局提供）
地震預警發布的管道與門檻
除了藉由手機發送災防告警訊息，地震速報還有好幾個重要的通訊管道。自2014年起，中央氣象局即開發傳訊軟體，在預估地震規模達到4.5以上、預估震度達3級以上時，直接透過既有網路及通訊系統，將強震即時警報傳送至公務部門、公共設施、醫院、學校單位。舉例來說，學校單位如收到警報，將自動串連廣播或跑馬燈，第一時間向師生宣布警訊。
除了公部門，中央氣象局還積極推動「地震資訊傳遞服務契約」，將社會服務量能發揮最大化，透過專線IP-VPN與警報傳遞單位（電信公司及大眾媒體）進行連線，在各個媒體渠道轉發地震速報，而這個部分還可以由合作單位依需求自行設定「需要通知的震度門檻」。
自2016年8月起，中央氣象局即與電視台合作，當預估地震規模達5.0以上，且預估震度達3級以上時發布蓋台訊息。這些不同的訊息傳遞機制，希望達成的目的是相同的：將地震預警的資訊，在最短的時間內，傳達到會受影響的人手上。[註1]
▲地震預警的發布管道。（圖／泛科學製作／資料來源：氣象局地震測報中心）
而近年來，能夠在地震發生的10秒內就發出地震預警，完全是地震觀測網加上資訊、通訊技術，多年來持續累積發展的成果。
台灣的地震預警系統
1999年的921大地震，當時中央氣象局在102秒內發出地震速報，速度已經令當時全球地震觀測相關單位感到驚訝，但仍緩不濟急，預警效果十分有限。
事實上，中央氣象局在90年代初期已開始發展「強地動觀測網」，自1992到2021年，每期五年、共五期的長期前瞻計畫，從第一期建置「都會區強地動觀測網」，主要廣泛收集台灣各地的強震資料，並提供給工程與防災研究團隊研擬修正建築物耐震設計規範。後續的延續性計畫中，逐步建置地震速報系統、發展強震即時警報系統，其後並持續建置海底地震儀與深井地震監測站，優化地震海嘯監測。
近期重點放在提升觀測的資料品質、增進系統功能、基礎資料的累積，並且拓展地震預警系統在防災的運用。中央氣象局自2012年起啟用24位元地震觀測系統，整合過往各個獨立的觀測網，包括短週期、地震速報、寬頻、井下地震觀測網及全球即時地震觀測資料，使地震測報進入聯合觀測的時代。
自2020年4月6日起，地震預警的發佈時間已經縮短至10秒內，地震盲區也縮小至震央30公里以內，中央氣象局地震測報中心更宣告推動「都會區強震預警精進計畫」，要在四年內將都會區的地震預警發佈縮短到7秒以內，長期規劃更是希望藉由大數據統計，將時間再縮短到5秒內。
事實上，台灣自行開發的地震預警系統已是全球前段班，未來也將持續運轉，日夜守望每次台灣的地牛翻身！
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● 本文獲授權，轉載自「PanSci 泛科學」，原標題為「關鍵時刻能救命，與時間賽跑的地震預警系統發展史」本文由交通部氣象局委託，泛科學企劃執行。以上言論不代表本網立場，歡迎投書《雲論》讓優質好文被更多人看見，請寄editor88@ettoday.net，或點此投稿。本網保有文字刪修權。
［註1］：地震預警發布的門檻會依需求與情況做調整，此處以撰文時間（2021／09／23）為主。
我們想讓你知道…地震預警的主要功能，是在地震發生後數秒內，演算出預估地震的基本參數，包括預估震源位置深度、強度，並推估受影響地區將遭遇的震度與震波抵達時間，爭取在破壞性震波抵達之前，對可能發生災損的區域提出警示。