置頂

AI能以光速預警地震,但為何台灣用上新技術的機會不大?

地震超晃,手機警報響
文 / 遠見編輯部    
2022-05-15
瀏覽數 14,550+
AI能以光速預警地震,但為何台灣用上新技術的機會不大?
地震示意圖。圖片來源/shutterstock
Line分享 articlefont

台灣屬於地震頻繁的地區,若能更快速預警地震,有助於減少人員傷害。台灣的地震、海嘯預警,是否有機會應用「以光速傳遞瞬時重力訊號」這項新技術,達到地震預警效果?台灣三大專家深入剖析。

法國蔚藍海岸大學的研究團隊,於2022年5月11日在《自然》期刊上發表最新研究,為了克服地震波預警相對較慢,以及可能低估規模7以上地震的問題,採用光速傳播的「瞬時重力訊號」預警海嘯與地震。

研究結果成功地以瞬時重力訊號,預估日本2011年「311大地震」的規模與海嘯波高,但尚未實際用於海嘯與地震的預警系統中。

目前預警地震時,是以地震波作為依據。採用地震波的優點是訊號非常明確,但透過地震波容易低估規模大於7的地震,傳遞的速度也較慢。

因此這篇研究提出採用地震引發的瞬時重力訊號,可以克服用地震波預警的限制。瞬時重力訊號以光速傳播,因此攜帶地震訊息的速度比地震波快得多。

研究團隊認為,採用媲美光速的瞬時重力訊號,有助於開發更快速、更準確的地震與海嘯預警系統。

對此,台灣科技媒體中心邀請台灣專家發表意見,認為目前這個技術要實際運用在預警系統中,雖有困難。但若能著手相關研究與觀測,有助於台灣未來發展複合型的地震預警系統。

瞬時重力訊號派上用場的前提

到底什麼是「瞬時重力訊號」(Prompt Elastogravity Signals,PEGS)?

中央大學地球科學院水文與海洋科學研究所教授吳祚任說明,瞬時重力訊號是由地球內部結構發生位移、所引起的瞬間重力變化。

但因瞬時重力訊號太弱,加上現在的測量儀器還不夠靈敏,而且環境干擾訊號太大。所以要採用這方法有兩個很重要的條件,第一是地震規模要大,第二是要有「很厲害的模式」來分析瞬時重力訊號。

延伸閱讀

地震來了,你是淡定還先逃?網友熱議10大反應,上網發「地震文」竟不是第一名

中央研究院地球科學研究所副研究員黃信樺則認為,該份研究最重要的發現,是透過機器學習的方法有效地偵測出過去微弱、不易觀察的瞬時重力訊號,並利用其光速傳遞的特性,爭取更多對大地震與海嘯的預警時間。

黃信樺比喻說,瞬時重力波與地震波,就像閃電的閃光與雷聲一樣,雖然閃光與雷聲都是在閃電發生的當下同時產生,但是光速走得比聲速快,所以我們會先看到閃光才聽到雷聲。

由於地震預警的原理就是利用傳遞更快、更早被接收到的P波(通常是微弱的小震動),來預估較慢較晚到達的S波(通常是主要致災的大震動),而以光速傳遞的瞬時重力波能比地震P波更早到。換言之,就能爭取更多的預警時間供民眾在S波來臨前作緊急應變。

就地震或海嘯預警的觀點,確實僅需將P波換成瞬時重力波的觀測即可進行,十分令人振奮。

然而,瞬時重力波的訊號通常相當微弱與長週期,對測站紀錄的品質要求較高。該研究的成功是在已知地震位置的假設下進行,並且目前只有一個日本案例,

台灣應發展複合型預警系統

台大地質科學系特聘教授吳逸民則表示,該技術要實際應用在預警系統,還有一段路要走。

主因是瞬時重力訊號很小,不容易被一般儀器觀測,實際被記錄的訊號相對少,研究室才以人造訊號,訓練機器學習分析及預估地震規模。但瞬時重力訊號傳遞速度快,對於預警地震、海嘯會有幫助,應加強這方面的觀測及研究,為未來預警做準備。

正如黃信樺所強調的,新技術另一個限制是瞬時重力訊號有「長週期」的特性。

這表示瞬時重力訊號雖然傳遞速度快,但測站要完整記錄這個訊號需要花費33~500秒,遠長於1秒以內就能完整記錄的地震波。光速傳遞爭取到的時間會因此打折,對於預警像台灣通常震源距離很近的地震,幫助有限。

延伸閱讀

首見銀河系中心黑洞影像!中研院揭密神祕天體「人馬座A星」

吳祚任更補充,瞬時重力訊號的優勢是,可以比較準確的預估超過規模7的超大型地震規模。但如此大的地震在日常生活中並不常發生,以台灣為例,在有記錄以來,尚未有如此大規模的地震。

就台灣的地震監測技術而言,以現有的預警系統,加上廣泛設置即時的海底地震儀、壓力儀及地殼變形儀器,加強海域的地震及地殼變形觀測,就可以應對絕大多數的地震。

但三位專家都認為,未來隨著量測儀器精進、AI系統的分析愈來愈可靠的情況下,應加強瞬時重力訊號的觀測與研究,發展以地震波預警近距離、中大型地震,以瞬時重力訊號預警遠距、超大型地震的複合型預警系統,是很值得期待的新技術。

AI地震