台灣近年來重大自然災害下的省思和新作為
圖、文：行政院國家科學委員會研究員-張文彥
學歷：博士
經歷及榮譽：中華民國地球物理學會理事、監事
國立中央大學校友會理事、地球科學系友會理事長
台北縣中小學校長遴選委員會委員
美國地球物理聯盟會員、歐洲地球物理聯盟會員
中華民國地球科學學會終身會員
越南科學院地質所傑出貢獻獎
地球系統(Earth system)由內部大氣圈(Atmosphere)、水圈(Hydrosphere)、生物圈(Biosphere)和岩石圈(Lithosphere)各個圈層互相作用，建構整個地球的複雜系統。由於人類活動及過度的使用石化燃料，使得大氣產生史無前例的改變，極端氣候的頻率增加，環境永續的議題廣受重視。自1988年六月，全球各國科學家曾聚集於加拿大的多倫多市，召開「改變中的大氣：對全球安全的意義」國際會議(International Conference on the Changing Atmosphere：Imlications for Globaql Security)。會議的結論之一摘錄如下：「人類正在從事一項毫無計畫、無法控制、而且又廣被全球的實驗，其嚴重後果僅次於全球核子戰爭。由於人類活動的汙染，低效率而且浪費地使用石化燃料，和許多地區的快速人口成長，這些均使 得地球的大氣成分產生了史無前例的改變。這些改變對國際間的安全造成巨大的威脅而且事實上已經在許多地區造成了重大災害。全球增溫和海水面上升已經越來越明顯，這是大氣中二氧化碳和其他溫室效應氣體含量增加後造成的結果，全球增溫和水平面上升的影響將異常深遠。其他重大的影響尚包括目前正在進行的臭氧稀釋，其結果將增加紫外輻射的傷害。目前最佳的預測都指出，當前和未來的經濟與社會將可能有極嚴重的動盪，這將使國際間緊張情勢升高，而且還會增加國與國之間的衝突和危機。現在正是極需採取行動的時刻了。」因此，世界各國不論是自然災害成因的科學研究、觀測方法的進步，甚至預警機制的建立，都是國家最重視的工作之一。
我國防災科技研究一直是政府推動的重點工作。行政院國科會於民國87年起至民國95年止，曾結合災害業務主管部會共同推動「防災國家型科技計畫」，其後民國96年起「國家災害防救科技中心」以「強化災害防救科技研發與落實運作方案」，統整部會的政府防災科技應用與落實。但民國98年8月8日至9日襲擊台灣的莫拉克颱風，其不對稱特質與西南氣流之結合，短短數日內，造成極端性的降雨紀錄；且莫拉克的降雨特別集中，種種天候因素造成台灣中南部地區許多地方的重創，尤其以造成小林村事件最令人感到震撼。行政院國科會對我國科技支援防災體系作了檢討及建議，並於民國98年12月17日第3175次行政院會提出「災害防救應用科技方案」，院會紀錄裁示「防災及救災一向是政府的重要工作，……，如何因應重大災害特性，加強災防科技落實應用於實務工作，實乃當務之急。國科會提出的災害防救應用科技方案，是科技防災工作自我反省後再出發的第一步」，隨即獲行政院原則同意備查，積極展開推動「災害防救應用科技方案－全國災害管理平台」的建置工作，整體方案架構詳如圖一。
圖一、災害防救應用科技方案－全國災害管理平台整體規劃架構
以下就自然災害相關問題的省思，以及方案下推動的幾項新作為，簡要的介紹如下：
一、機載合成孔徑雷達觀測系統建置
台灣具有特殊的地理位置與景觀環境，頻繁的地震活動與颱風豪雨，對人民和國土安全產生極大的威脅，而狹長的海岸線和佔全島一半以上面積的森林，為國家重要資源。因此，如何提供即時的空間資訊以有效地經營管理，顯得非常重要，也刻不容緩。有效的環境監測和資源調查為政府施政的重大方針與目標，空間資料於很多決策支援系統是相當重要的資源，包括資料的蒐集、設置，資料品質的管控，管理與更新。在資料的蒐集與更新上，利用遙測科技無疑是相當經濟有效的。農委會林務局農林航空測量所的機載光學航測系統，多年來在國家基礎建設和環境監測上扮演了的重要角色，然而在救災、勘災的工作上卻也常因天候條件的限制而影響了時效。
我國雖然擁有福爾摩沙衛星二號，與航空測量所的機載光學航測系統亦屬光學遙測影像。然而光學遙測系統易受氣候的影響，常無法達到災害即時性偵測之需求，莫拉克颱風期間即無法獲得即時的影像，進行更快速的災害評估及掌握。因此，推動規劃建構雷達遙測系統－合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar, SAR)是一種主動式的機載遙測系統，使用微波波段，具有良好的大氣穿透力，適用於日夜的偵測、具有全天候與大面積攝像優點，極適合台灣的氣候使用，期突破光學遙測之限制，且可於緊急災害發生立即起飛進行觀測，具有絕佳之機動性，尤其於天氣不佳時，機載雷達系統可於災害外圍進行觀測，具有穿透雲雨、夜間作業、機動性高和即時資料提供的強大優勢，亦可解決衛星雷達系統因時間解析力、空間解析力、機動性等全面因應災害監測及國土監測所需。由於雷達具有強大的穿透力，對於台灣複雜的地形地質能輔助光學影像的不足而獲取更豐富的資訊，充份掌握我們的生存環境。規劃建置之機載全天候高解析合成孔徑雷達影像系統，可健全我國航遙測運作能量，達到國際先進水平，進一步強化情資蒐集能力，有效支援政府救災、勘災行動及後續減災、防災策略的制定，並支撐我國在氣候變遷的科學研究工作。
圖二、雷達遙測系統－合成孔徑雷達示意圖
二、地震預警系統
由於去年到今年環太平洋上發生許多重要災害型的地震，例如海地地震、智利地震、紐西蘭地震，以及最近發生的日本東北大地震及海嘯，以及之前2008汶川地震及1999年集集大地震等，地震預測或預警一直是大家所關注的重大自然災害之一。
台灣擁有非常高密度之地震儀及各式各樣地球科學觀測系統，故台灣為世界上少有且絕佳之地震前兆觀測及理論模式研究場所。實際上過去台灣已經有些地震前兆之相關研究與觀測，並且已經獲得不少有意義之結果。一般認為較可信賴之地震前兆，必須同時仰賴多項觀測結果方可達到預測之目標。建置地震前兆監測及研究平台，可以提升未來地震前兆可能應用性。目前全世界許多科學家正試圖用任何可能的方法，來進行地震前兆之分析與研究。這些方法大體上可分為三類：1.地震學方法，2.地球物理學方法，3.地球化學方法。每類中都有多種地震前兆指標，各指標的時空解析也都不同，科學上的成熟度也有先後，定期進行監測資料的及初步分析應為必要的工作，累積長期基礎的背景資料，可以作為區域性異常前兆現象對比及變化成因之研究與探討。
台灣地處環太平洋地震帶的板塊交接處，地震活動頻繁。其中災害性地震發生，往往帶來人民生命財產的損失，造成重大的社會和經濟問題。因此，在台灣地震防救災是一項我們必須長期持續投入的課題。除了加強建築物的耐震設計外，即時減災也是一項新興的重要策略。所謂即時減災策略，狹義而言就是地震預警系統。在現今地震防救災科技中，雖然地震前兆觀測尚在研究發展的階段，而地震預警系統已發展到了一個實際應用的階段。近年來地震預警系統（Earthquake Early Warning System；EEWS）便有較多的進展，台灣除了中央氣象局進行區域地震預警的研發工作外，學術界及國家地震工程中心也發展出現地型的地震預警系統。
強震即時警報系統包含地震觀測及定位、通訊傳輸、應用端接收及應變三大部分。根據地震監測方式及警報發布區域的不同，強震即時警報分為區域警報模式及現場警報模式。區域警報模式是藉由廣泛佈建之地震觀測網，在地震發生後，快速決定震源參數及評估各地可能振動大小，針對遠地需要預警的地區發布警報；中央氣象局所發展的強震即時警報系統即屬於此模式。而行政院國家科學委員會主要發展現場警報模式則是利用應用單位現場地震監測系統偵測先抵達之P波（破壞小）振動值，預估接下來傳到之S波（破壞大）的振幅大小，然後對於當地提出警告。
圖三、強震即時警報系統示意圖
行政院災害防救應用科技方案項下，預計於台灣地震潛勢較高的地區，例如花蓮、台東、宜蘭、南投、嘉義、高雄及屏東等地區，約以每年一百部的進度於中小學裝置地震預警感應器。所建立之地震預警實驗站網以及資訊平台，希望所獲得的預警資訊，能提供學校作為地震演習教育的素材，幫助學童建立正確的地震應變觀念與習慣，加強地震應變及地震預警的能力。
三、大屯火山觀測站建置
99年3月及4月冰島艾雅法拉(Eyjafjallajokull)冰河火山爆發，造成歐洲航班大亂，新聞媒體大幅報導；2010年的印尼火山爆發亦造成居民生命財產的重大損失。台灣北部大屯火山近年來部分科學研究顯示：七星山及大油坑附近有群集的微震活動，且由火山灰的定年分析，大屯火山最近之噴發可能在萬年內，或甚至五∼六千年間。對地質時間尺度及科學觀點而言，以微震監測、GPS地殼形變及化學氣體分析等研究顯示，大屯火山雖無明顯立即噴發活動的可能，應可定義為休眠的活火山。
緊鄰於台北盆地之大屯火山群為台灣唯一具有火山活動之自然景觀區，地表溫泉及地熱活動還是非常明顯。雖然根據早期地質調查報告推斷大屯火山群已經沉寂長久，但是最近十年內之多項不同觀測與分析結果一致顯示大屯火山可能為活火山。故大屯火山群底下是否存在有岩漿庫及它是否再度活動的可能性，不僅是一個值得研究的科學問題，更關係著大台北都會區數百萬民眾的生命與財產安全。
想要掌握火山活動的特性，可同時採用多種不同地球科學方法來完成。其中特別是地震監測、地球化學分析、地殼變形與地溫量測等，均是廣泛被應用在世界其他火山之主要監測方法。過去幾年這些方法已分別由台灣不同學術單位及大學所研發與採用，並對大屯火山特
性進行研究，目前已獲得一些非常良好之初步成果。但若是要達到真正的火山監測之目標，應該整合所有相關人力與資源在一起，方能達成即時監測之功能。因此，政府為加強監測未來大屯火山可能之潛在活動，由國科會與內政部於陽明山國家公園內之菁山自然中心共同成立大屯火山觀測站(TVO)，並整合經濟部中央地質調查所、交通部中央氣象局、中央研究院及國內各大學過去分析研究成果，建立多項火山監測系統及平台，利用各種方法同步監測大屯火山活動並進行研究，並於本年10月17日展開正式揭牌及啟用典禮，為台灣首座火山觀測站。將以多種不同地球科學方法監測，包括地震監測、地球化學分析、地殼變形、地溫量測等，了解岩漿庫是否存在以及其活動性。並會對鄰近台灣之火山地區，包括日本、菲律賓及印尼等國火山活動及其火山灰進行影響評估等，以達火山監測與研究目標。同時也將建置各項觀測資料及研究展示平台，與陽管處合作進行認識火山之教育推廣。
圖五、各種火山監測與分析方法
