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2020-03-01提升地震災害防治與準確度─ 2020年臺灣震度分級新上路
603 期
Author 作者
潘昌志臺灣大學海洋研究所碩士，臺灣 師範大學的科系博士班二年級， 筆名阿樹，現為「震識：那些你 想知道的震事」副總編輯。
「震度」是描述地震對不同地區影響程度的指標，自今年起，交通部中央氣象局發布地震報告時所使用的震度將產生新的變革，從資料處理、計算及運用的分級字眼都作了調整。然而為什麼需要調整？背後的科學意涵是什麼？將會有什麼影響？
震度定義從何來？國內又是如何定義？
「震度」的核心概念，最初是將地震搖晃大小分等級，並使用描述性文字來區分程度。也因為震度源起於質性的描述，而有「因地而異」的現象，例如羅西─福瑞震度分級 （Rossi–Forel scale）就將震度分成10等級，而後的麥卡利震度分級（Mercalli Intensity）也是以相同概念出發， 但改分為12級，並多以羅馬數字呈現。而臺灣中央氣象局所使用的震度分級，則是源自於日治時期日本所使用的震度分級（1908年實施），分為0~6級，但在光復之後， 日本所做的計算方式調整皆未影響臺灣的震度修訂。
隨著地震儀器的演進，從最初僅能量測地表位移的地震儀，到之後能夠量測地表運動速度（微震儀）和加速度（強震儀）的儀器，多數地震學家都認為，就物理量而言，強震儀所測得的地表加速度，可作為震度的參考。然而實際運用時，並沒有一個能放諸世界皆統一的震度分級標準，各個國家與地區仍以自己的方式使用震度分級，而且有許多國家的地震儀密度不若臺灣密集，除了量測數據與震度衰減公式之外，亦會以文字敘述搭配使用。1999年之前，臺灣使用的各震度分級標準，乃由關係式I=2.00×log10(PGA)+0.70換算後四捨五入獲得，其中I為震度、PGA 為最大地表加速度（peak ground acceleration, PGA）。
過去中央氣象局也曾經在2000年1月微調過震度分級，但只是在原本的6級之後新增7級，原因是在集集地震時，由於地表加速度特高，遠遠超過6級震度的門檻（250 cm∕s2）。然而許多樓房是在更高的地表加速度下才會受損倒塌，若以6級作為最大震度，會分不出災情嚴重的差異性，救災資源將會更難分配，因此當時敲定以400 cm∕s2作為7級震度的門檻。
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921地震各版本的震度圖。2000年以前的版本（左）；2000年以後的版本（中）；2020年的新版本（右）。（資料來源：中央氣象局數位科普網）
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圖中分別列出震度新制分級中，不同階級的PGA和PGV值，但在4級（含）以下僅考量PGA，而5弱（含）以上僅考量PGV。而當PGA達80 cm/s2，但PGV 未達15 cm/s 時，仍會視為震度4級而非5弱。（資料來源：臺灣交通部中央氣象局）
再次變革：納入最大地動速度考量、增加分級
在中央氣象局將震度階新增第7級之時，瓦德（David J. Wald）等學者也針對美國使用的修正麥卡利震度階（Modified Mercalli Intensity, MMI），提出以儀器數據反應至震度階的對應關係I=2.14×log10(PGV)+1.89。瓦德指出，在 MMI震度分級中，若小於VII級，因為主要著重於人對地振動的感受，因此與PGA的關聯性較大；但如果高於VII級，則需著重於建物的破壞情形，而經由研究分析發現最大地動速度（peak ground velocity, PGV）作為標準，反而較PGA能反映震度所敘述的情況。
在過去的中大型地震中，多次驗證出高PGA 的地方未必會造成重大損壞，反而是高PGV地區中，若有「長週期速度脈衝」的現象，即地震時，地表的移動會出現高速度及長週期的瞬間高值，對建物造成極大的影響。以2016年2月6日的美濃地震為例，雖然造成大樓倒塌的主因與大樓老舊與設計瑕玭有關，但正好這些地區也遇上長期週期速度脈衝（PGV大於80 cm∕ s，週期約1~2秒），因此現象對10層左右的大樓威脅最大，也是致災的因素之一。對此，除了PGA 之外，將PGV作為震度標準之一，也將有利於地震災情的分析與防救災作為。
此外，共8級的震度分級使用上，亦有不敷使用的疑慮。舉例來說，日本在1995年阪神地震後，即在1996年於震度5、6增加了強、弱之分，可見要讓震度更貼近防災需求，細分更多的分級亦有其優點。而在中央氣象局所提供的新制分級和PGA、PGV 值的對應表中，可以發現雖然超過4級震度後改採PGV 為計算標準，但在相對可參考對應的PGA範圍中，將7級改為800 cm∕s2，而舊的7 級門檻400 cm∕s2 則為新的「6強」最低門檻。也就是說，實質上新制除了將原先的5、6級改切成三等分之外，又再上調最大震度的最低門檻，只是改成以PGV為主要計算標準。
而在新的7級震度描述中，也將「部分建築物受損嚴重或倒塌」改為「部分耐震較強建築物可能損壞或倒塌」，意味著「新制的7級震度，將真的非常嚴重」。雖然大多數的地震並不會達到如此高的地表速度與地表加速度，但各界或許都同意，集集地震的影響仍遠大於所有20年來的中大型震，因此，雖然新制震度呈現的7級狀況有些極端，但也是人們因應重大地震的重要指標。以筆者之見，未來地震分級修訂的部分也需對民眾更進一步宣導。
新制震度和日本一樣分了強弱，但標準會一樣嗎？
事實上，日本與臺灣的震度計算方式完全不一樣，日本於1996年修改震度分級時，瓦德還未提出將地動速度作為震度考量的概念，但日本仍以加入「搖晃歷時」來解決加速度值無法完全對應震度的問題。該方式是採用歷時0.3秒以上的最大地動加速度值才會列入計算，舉例來說，如果加速度值達500 cm∕s2，卻歷時僅0.2秒，但超過480 cm∕s2 的加速度則為0.3秒，則不會採納前者，而以後者作為計算標準，再進一步以此求得震度。
因此，中央氣象局所使用的新制震度分級，只是從日本的震度分級中借了強、弱的概念。此做法在實施上的優點在於，原先在法規、防災應變中心開設的標準，或地震相關產物的保險常以4級、5級和6級等為作業門檻，在實施上可以減少大幅修改的需要，而民眾原先認知的「最高7級」在分級上亦不變，雖然與舊制7級的概念不同，但此處即使誤讀，也不致產生過大的誤會〔註一〕。
而針對震度新制與國際間震度的比較，筆者亦聽過類似的提問：「新制與國外能對應嗎？若與日本無法完全對應又該怎麼辦呢？」實際上，各國各地區的震度分級的設定與計算應考量的是當地的地質、建築狀況及民眾習慣等在地性因素，因此不必和國外能完全對應，相關的學術性仍可以透過PGA、PGV 或是地震波的原始資料比對。不過，由於此震度分級的應用才剛起步，仍可借鏡國外的使用案例微調修正，或許在蒐集更多資料後可以修正出更適切的震度分級標準。
新的震度分級如何影響防災與救災？
中央氣象局提供的說明資料中，以新舊不同的震度制測試2018年2月6日花蓮地震，呈現出新舊的分級所繪製的等震度圖差異及實際受災區的位置分布。不意外的，利用新制所繪的等震度圖中，震度高區較為集中，且與災情分布較能對應。目前的災害防救法中，災害應變中心仍以震度6級做為開設標準，即新制震度表中的「6弱」應為開設標準，因此若新制的震度較能對應到災情，從災害應變中心的開設與第一時間的災區掌控，將會有明顯助益。未來或許在災情還未通報時，就能由震度分布先開啟應變機制。
2018年2月6日花蓮地震在新（上）、舊（下）震度分級下所繪製的等震度圖與災害位置分布圖。在新制等震圖分布中，5 級以上的分布有大幅改變，且在高震度區與災害實際分布的關聯性較大。（報地震 - 中央氣象局粉絲專頁）
（中央氣象局數位科普網）
而在前期防災上，震度分級的調整也能發揮影響力。首先，因為與災情對應性較佳，在地震的風險分布圖上理應更貼近真實情況，而地震保險的估算也將需要因應調整。另外，目前工程上在設計耐震性時主要仍考量PGA，因此在震度標準調整後勢必也需要將PGV納入考量，以貼近真實的情況。防災上震度的改制算是一個重要的「開始」，因為後續還有其他的因應需要配合調整，而新制震度分級的各級門檻值到底是否能準確對應，也有賴實際使用後的評估與滾動修正。
地震何時來襲難以事先預知，但一直以來人們從過往的地震災害學習防災，確實朝著不斷減災減損發展，期許震度分級的調整，能提升地震防救震的效率。
〔註一〕若改為0~9 級，新的7 級就會比舊制明顯影響小的多，反而造成誤讀的可能性增加。
延伸閱讀
1. Wald et al., Relationships between peak ground acceleration, peak ground velocity and Modified Mercalli Intensity in California, Earthquake Spectra 15, 1999.
2. Yen-Yu Lin et al., Source characteristics of the 2016 Meinong (ML 6.6), Taiwan, earthquake, revealed from dense seismic arrays: Double sources and pulse‐like velocity ground motion, Bulletin of the Seismological Society of America, 2018.
3.〈地牛翻身新指標—震度分級知多少〉，中央氣象局數位科普網，2020年1月7日。