• 以寬頻地震儀所記錄之環境訊號研究地表水流、颱風及海水運動
        戚務正研究員 中研院地球所
        楊筑方 中研院國際研究生學程、中央大學
        Hans Van Haren Royal Netherlands Institute for Sea Research and Utrecht University
        陳琬柔 賴瀅如 中研院地球所
        詹森 楊穎堅 台大海研所
        寬頻地震儀不是用來研究地震的嗎? 怎麼可以用來研究流體?
        任何可以引起地表震動而產生的訊號,都和產生訊號的源頭以及源頭與地震站之間的傳遞介質有關,因此我們都可以利用這些訊號去尋找發訊來源和作用介質間的蛛絲馬跡。
        河川可以造成地表震動嗎?
        當然可以呀! 地動訊號頻譜上很多頻段都會記錄到因河川作用而產生的訊號。而我們實驗室主要是研究低頻的環境訊號。河川水位因降水產生上升與下降的變化,會使地表荷重隨著時間改變,進而造成河川附近地殻的彈性變形,導致地表傾斜,而這些傾斜訊號被中研院佈放的台灣寬頻地震網(Broadband Array in Taiwan for Seismology, BATS)偵測到了。
        那有什麼用?
        這個研究建議我們可以用地震儀的連續紀錄推算出河川的水位歷程。
        我們有水位計呀。為什麼那麼麻煩?
        世界上很多偏遠高山的地方,因為很安靜或研究的需要,已架設幾百台或甚至上千台寬頻地震儀,並且已經收集了三、四十年的地動資料了。而這些地方可能都沒有設置水位計。我們可以應用經驗格林函數的方式,算出流域盆地裡面的強降雨時間序列。也許,這些地震資料可以幫助我們更加了解地表水域在氣候變遷下的影響。
        了解地表水域在氣候變遷下的影響。地震資料是現有的,我們不用再花時間跟精力去收資料,為什麼不試試看?更何況,現在要收那些三、四十年前的水位資料也不可能了。
        正是 「江流有聲,斷岸千尺,山高月小,水落石出」。
        換個話題,那要怎麼用地震儀所記錄的資料來看深海的海水運動呢?
        有海底地震儀啊。我們把中研院郭本垣老師的寬頻海底地震儀佈放到綠島東邊3000公尺的深度的海床上。結果收到2017年泰利颱風的訊號。
        這些訊號是從海床下面傳到地震儀的嗎?
        幾年前,我們用陸上跟海底地震儀檢測西太平洋颱風的行徑及強度。那時候覺得大部分的訊號是被颱風激起的海面湧浪所產生。這些浪會造成海底及岸邊地表的震動,震波經由地表下傳播,進而被地震站收錄。颱風要轉向時,地震波在頻率域的型態也會改變。
        2017年的實驗,讓我們看到一種全新的地震訊號。因為這些訊號跟在海床上方200公尺長的溫度繫纜資料有正相關。這幾百顆的溫度計是第一次在台灣外海被佈放。溫度計的資料顯示,有強大的內波及紊流從泰利颱風經過的東北方海域傳來。而來的時間跟強度與寬頻地震儀所記錄的資料相吻合。如果是從海床下傳來的高頻訊號,應該不會在海床上幾百公尺造成溫度的改變。而且紀錄到的溫度改變是由海床上方到海床,不是由海床向上傳遞。
        你說颱風會推動一部分的海水從淺處沈到 3000 公尺的水深嗎?
        有點不可思議。我們收集的資料或許可以解釋這個論點,但還在做進一步的研究。
        那有什麼用?
        對於海洋生地化的研究而言,營養鹽的傳遞一直是海洋循環中很重要的一環。因此,推動海底營養鹽傳遞的海底紊流存在與否,以及其空間尺度與能量的大小是很重要的資訊。
        「惟江上之清風,與山間之明月,耳得之而為聲,目遇之而成色,取之無禁,用之不竭,是造物者之無盡藏也,而吾與子之所共適」。
        備註:此篇文章地震資料分析主要由楊筑方及陳琬柔執行。
參考文獻:
Chi, W. C.,W. J. Chen, D. Dolenc, B. Y. Kuo, C.R. Lin, and J. Collins ,2010.Seismological Report on the 2006 Typhoon Shanshan that Lits up Seismic Stations Along its Way, Seismological Research Letters, 81, 4, 592-596, doi: 10.1785/gssrl.81.4.592.
Chi, W. C.*, W. J. Chen, D. Dolenc, B. Y. Kuo, and D. Dolenc ,2010. Seismic Monitoring of Western Pacific Typhoons, Marine Geophysical Researches, 31:239-251. DOI 10.1007/s11001-010-9105-x.
Van Haren, Hans, W. C. Chi, , C. F. Yang, Y. J. Yang, and J., Sen ,2020. Deep sea floor observations of typhoon driven enhanced ocean turbulence, Progress in Oceanography, DOI:https://doi.org/10.1016/j.pocean.2020.102315.
Yang, C. F., W. C. Chi, , and Y. J. Lai, 2018. Seismically detected ground tilts induced by precipitation and fluvial processes: An example from Taiwan. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 123. Doi:10.1029/2017JB014768.

Top