系列:30 天用 Google AI 打造臺灣防災速報 App(Day 22/30)
進入最後一週之前,先回答一個從開賽就常被問的問題:「你做的是防災 AI,那 AI 能不能預測地震?」
目前還不能準確預測特定地震的時間、地點與規模。這篇講為什麼速報做得到、預測做不到;明天講一項常被說成「快要可以預測」的研究,實際做到哪裡。
先把三個詞分開
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地震報告:地震發生後數十秒至數分鐘內,由氣象署發布的有感地震報告,內容是位置、規模、深度與各地震度(參考 11)。本 App 用的就是這一種。
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強震即時警報:地震發生後、破壞性震波到達前的通知。本 App 不經手這條通道。
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地震預測:在地震發生之前,說出它會在什麼時候、什麼地方、多大規模。
前兩項是地震發生之後的事,只有第三項是預測(即時警報與預測的差別,可參考美國地質調查所 USGS 的說明,參考 1)。
強震即時警報為什麼做得到
地震波分成在地球內部傳播的體波,和沿著地表傳播的表面波(參考 8)。體波有兩種:P 波較快,約每秒 6.5 公里,通常先到;S 波較慢,約每秒 3.5 公里,通常造成較強的搖晃(參考 2)。實際的破壞程度還受表面波、地盤和建物影響。
氣象署的做法是:震央附近的測站收到最早到的震波,馬上算出規模、位置和深度,估計各地的震度,再透過通訊網路,搶在破壞性震波到達前送出去。警報若比破壞性震波早到,「相關地區就可爭取數秒至數十秒的預警時間來應變」(參考 3)。
原理只有一句:訊號在網路上傳遞的速度,比震波在地殼裡快。
限制:預警盲區
收集資料、計算、發送都要時間。離震央太近的地方,S 波比警報先到,這些地方叫預警盲區(參考 3)。
預警系統有兩種做法。區域型用多個測站的資料算震源,較準但要等資料;現地型只用單一地震儀,P 波一到就推估當地會搖多大,較快但較不準(參考 2)。依國家地震工程研究中心(國震中心)研究員 2014 年的整理,當時中央氣象局區域型系統的計算時間已縮短到 20 秒內,有效預警範圍大約在距震央 70 公里以外;以 921 地震為例,震央在島內時,臺灣會有大半範圍落在盲區裡(參考 2)。
2016 年美濃地震時,國震中心在臺灣 236 所國中小建置的校園地震預警系統,近震央、震度五級以上的地區也只提早 4 到 17 秒(參考 5)。要注意這是校園系統的數字。當時的中央氣象局用災防告警服務(細胞廣播)發送地震速報,是同年 5 月 12 日才開始的(參考 9)。
盲區以外的幾秒到幾十秒還是有用,例如讓列車減速、電梯與瓦斯設備自動控制(參考 4)。
我們的 App 不在這條警報通道上。它處理的是地震發生之後的官方資訊:氣象署的地震報告,以及國家災害防救科技中心彙整的各機關示警,把它們整理成一般人看得懂的文字。
地震預測為什麼還很遠
USGS 的常見問答對「能不能預測地震」的回答是 "No.":USGS 和其他科學家從未成功預測過一次大地震,也不預期可見的未來能做到(參考 6)。
同一篇問答說,預測要同時說出時間、地點、規模三件事,少一件就不算。科學家目前能做的,是算出某個地區未來若干年內發生大地震的機率,用在建築規範與長期防災,和「明天會不會地震」是兩回事(參考 6)。
速報靠的是已經發生的訊號,預測需要的是發生之前的訊號。氣象署持續監測地殼形變、電離層、地下水位、地磁與地震活動,但目前仍無法以科學方式準確預測地震的時間、位置與規模(參考 7)。以地震波速度變化為例,氣象署說它是一條科學途徑,但和地震發生的因果關係還要靠實驗確立(參考 10)。
App 怎麼回答「明天會不會地震」
這類問題不交給模型生成。問答系統判斷是「地震預測」時,固定回這段:
目前的科學還無法預測地震發生的時間、地點與規模。請以中央氣象署發布的資訊為準,不要相信未經證實的地震預測訊息,平時做好防災準備。
來源附氣象署地震百問「政府是否能對地震做預報?」(參考 7)。那一題也提到,氣象署持續用電離層等觀測研究地震前兆。這就是明天的題目。
今日小結
- 地震報告、強震即時警報、地震預測是三件事,只有第三件是預測。本 App 用的是地震報告與各機關示警,不經手強震即時警報。
- 強震即時警報靠「網路比震波快」,但近震央有盲區:依 2014 年的整理,當時中央氣象局區域型系統的有效預警範圍大約在距震央 70 公里以外;美濃地震時,校園系統在近震央地區也只有 4 到 17 秒。
- 目前科學仍無法準確預測地震的時間、地點與規模;App 對這類問題用固定答案。
明天 Day 23:AI 能預測地震嗎?從電離層前兆研究看現況。
參考資料
- USGS, "What is the difference between earthquake early warning, earthquake forecasts, earthquake probabilities, and earthquake prediction?" https://www.usgs.gov/faqs/what-difference-between-earthquake-early-warning-earthquake-forecasts-earthquake-probabilities
- 林沛暘、林哲民(國家實驗研究院地震工程研究中心),〈地震防災:分秒必爭的地震預警技術〉,科技大觀園,2014-06-06。https://scitechvista.nat.gov.tw/Article/c000003/detail?ID=36b9b479-9c96-41ef-8fea-ae1af25b591d
- 中央氣象署地震測報中心,「地震速報:強震即時警報原理」。https://scweb.cwa.gov.tw/zh-tw/guidance/eew/3
- 陳妤寧,〈地震「預警」系統的進化和侷限〉,科技大觀園,2014-08-21。https://scitechvista.nat.gov.tw/Article/c000003/detail?ID=86bcdaf3-79ea-453b-865d-23fa13d919bf
- 國家實驗研究院地震工程研究中心,〈「應用先進科技降低震害衝擊-以高雄美濃地震為例」新聞稿〉,2016-03-18。https://www.ncree.narl.org.tw/news/index/page/13241
- USGS, "Can you predict earthquakes?" https://www.usgs.gov/faqs/can-you-predict-earthquakes
- 中央氣象署地震測報中心,地震百問「政府是否能對地震做預報?」。https://scweb.cwa.gov.tw/zh-TW/Guidance/FAQdetail/96
- 中央氣象署地震測報中心,地震百問「主要的地震波有那些?」。https://scweb.cwa.gov.tw/zh-tw/guidance/faqdetail/21
- 中央氣象署地震測報中心,「有關『災防告警服務』(PWS)與氣象署地震相關資訊之說明」。https://scweb.cwa.gov.tw/zh-tw/pws/info_d/2
- 中央氣象署地震測報中心,地震百問「由地震波速度變化能預測地震嗎?」。https://scweb.cwa.gov.tw/zh-TW/Guidance/FAQdetail/93
- 中央氣象署地震測報中心,地震百問「何謂地震速報?」。https://scweb.cwa.gov.tw/zh-TW/Guidance/FAQdetail/97