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"地震會有多大呢?” - 淺談如何預估震度

震度顧名思義,是用來描述當地震發生時不同地區所感受到的震動程度。

國家地震工程研究中心 強地動組趙書賢副研究員、黃雋彥助理研究員

表一 震度分級與人的感受[1]   註[1]:本表格摘自中央氣象局網頁表一 震度分級與人的感受[1] 註[1]:本表格摘自中央氣象局網頁

各國的震度分級之依據與所分之級數皆不盡相同,目前台灣使用的地震震度分級乃由中央氣象局所擬定,其依據當地觀測所得的地表運動加速度歷時的峰值 (Peak Ground Acceleration, PGA) 來進行分級,最小為0級最大為7級,另外氣象局也提供了各震度之下人體可能的感受,如表一所示。以震度7為例,人將會感受到劇烈搖晃以致無法依意志行動。無法依意志行動會是什麼感覺呢?假如你正在搭一台公車以時速45 km/hr往前等速行進,如果遇到狀況司機緊急煞車在3秒內完全停下,在公車上的你感受到的加速度大約就剛好達到7級,所以可以想像在這情況下是很難自由移動的。圖一為921集集地震時霧峰國小測站 (TCU065) 觀測到的三軸向加速度歷時,由該歷時圖可以發現加速度在很多不同時間點都達到了6級與7級,由此可以想像人們在當下的感受會是多麼的強烈。

圖一 921集集地震時霧峰國小測站(TCU065)觀測所得的三軸向地表加速度歷時與峰值地表加速度PGA (EW: 東西向,NS: 南北向,V: 垂直向)圖一 921集集地震時霧峰國小測站(TCU065)觀測所得的三軸向地表加速度歷時與峰值地表加速度PGA (EW: 東西向,NS: 南北向,V: 垂直向)

需要特別注意震度是以地表的加速度做分級,所以如果你人在地震發生時是在房屋之中,所感受到的是房屋結構內的加速度而不是地表的加速度,而通常房屋結構內的加速度會比地表的加速度要來的大,尤其在越高樓層的地方放大會更為顯著,這就是為什麼地震發生當下人在高樓感受到的搖晃會更加劇烈的原因。此外依據現行的震度劃分方式,最大震度的高低與實際災損的程度有時並不直接相關,因此為強化震度分級與災損程度的關聯性,近期中央氣象局也已著手評估未來納入地表速度歷時的峰值 (Peak Ground Velocity, PGV) 做為震度分級之依據的可能性。

由於台灣位處於地震頻繁的環境,因此如何精準的預估當地震發生時所可能引致之各地的震度乃為相當重要的研究課題。震度的預估方式可大致分為兩種:

1. 透過波傳理論或以頻譜擬合之方式進行地動模擬:波傳理論所得之合成波型在低頻頻段內可貼近實際量測之時間歷時,而隨機式地動模擬模型進行頻譜擬合得到之頻率內含也可將實際量測之高頻震動完整呈現,其優點為依據物理意義之方式進行計算,對於未來尚未發生之地震亦可進行可信的評估。

2. 透過迴歸分析所得的經驗預估模式:此乃利用過去累積的觀測資料經迴歸分析後所得的經驗預估模式,其優點為計算方式較為簡易與迅速,且其經大量觀測資料驗證其準確性與適用性。

圖二 2016美濃地震的觀測震度分布圖(左圖)與預估震度分布圖(右圖)的比較圖二 2016美濃地震的觀測震度分布圖(左圖)與預估震度分布圖(右圖)的比較

而國震中心長年以來致力於強化震度的預估模式,目標在於提高其預測的準確度並降低其預測的不確定性。圖二為2016年美濃地震時各強震站之觀測震度,以及以國震中心發展之預估模式評估所得之預估震度的比較圖,由此比較圖可以了解如果掌握了地震的相關資訊後,目前的預估模式已經可以得到很不錯的震度預估結果。所以雖然未來地震將於何時何地發生目前尚無法預測,但是我們已經可以掌握當地震發生時所可能引致的地表震度,此有助於在地震發生前進行相關的準備工作以防範於未然,加上現行地震預警系統之配合可對於災害防救的工作有很大助益。未來國震中心將持續精進震度的預估模式,並強化其於震前準備、震中應變與震後恢復等相關工作之應用,朝向安全耐震家園的理想目標邁進。