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你知道臺灣曾發生多次歷史海嘯嗎?海嘯學者吳祚任從海嘯模型、歷史海嘯、預警系統報你知,海嘯離我們有多近

111/11/30 瀏覽次數 1882
圖一

圖一:吳祚任(左一)率學生到基隆和平島的停車場開挖,現場發現 1867 年基隆海嘯的沉積物。(影像來源:吳祚任教授)

走進中央大學水文與海洋科學研究所教授吳祚任的辦公室,他的窗台上站著海賊王魯夫的公仔。魯夫看向未盡的前方,在尋找寶物的過程中,總是有一場場未知、危險,又充滿解謎樂趣的探險在那片無垠的海上等待他與他的夥伴解決與收穫。魯夫這份嚮往自由大海的心願,對鑽研海嘯研究 20 餘年的吳祚任而言,也許是希望大海深處對人類危險的那些元素,有一天都可以被一一預警而常保平安。

「比如,我只要用這個抓斗車拋擲橡皮球到水中,就可以計算物體掉落流體所產生的力量。」吳祚任自在地遙控小型抓斗車玩具,解釋著為什麼要用機器控制,而不是以手執球拋擲,這是為了確保拋下球體的力道一致,實驗便有可重複性,而物體落入流體的簡易實驗就是山崩型海嘯發生的基本概念,也是吳祚任海嘯研究的起點。

無意走入海嘯研究領域,燃起一生研究樂趣

隨手拿起玩具就可以科普海嘯邏輯,但其實吳祚任在 1998 年赴美康乃爾大學攻讀土木與環境工程學博士之前,對海嘯的認識並不深。

吳祚任笑道,在臺灣求學時,他研究的是水資源與土石流,但到了美國後,師從聞名海洋工程及水利工程界,曾任康乃爾大學土木與環境工程研究所主任,現為中央研究院院士的劉立方博士,才打開了吳祚任探索海洋災難的眼界。

「你聽過風暴潮嗎?那是劉院士給我研究的第一個題目,他希望我成功做出預警風暴潮的模型。」吳祚任解釋,風暴潮指的是熱帶氣旋等強烈天氣系統(通常是颱風或颶風)的壓力差,引起海平面異常升降,上升幅度 1-6 公尺不等,若正好碰上漲潮時間,只要上漲 3 公尺,一相加就是海平面一口氣上漲 10 公尺;所以,堤防只要低於這個高度,海水就會直接灌進來,造成巨大災損。

近代死傷最慘重的風暴潮,是 1970 年 11 月發生在孟加拉灣的波拉氣旋,波拉氣旋從形成到消散約 10 日的時間,卻造成了 50 萬人的喪生。臺灣也有過被風暴潮侵襲的經驗,據吳祚任翻閱古籍,雲林口湖曾在 1845 年 6 月間,因颱風與豪雨,海水倒灌吞沒沿岸多個村莊,造成約萬人死亡,只能就地掩埋,後清官府也在當地村莊建起若干萬善爺廟紀念亡魂。

研究災難海嘯,意外成為送給臺灣預警系統的禮物

吳祚任讀博士的第一年先著手研究風暴潮的模型概念,到了第二年,劉立方更交給他推導在當時難解的山崩型海嘯模型。吳祚任直言,比起佔所有海嘯成因約 9 成,因板塊推移或擠壓而造成的地震型海嘯,山崩型海嘯顧名思義,是指有一個很大的物體突然落入海中所產生的強大衝擊力道,讓海水巨大波動而形成海嘯。

吳祚任提及,像宜蘭外海的龜山島就是一座火山島,雖然近年來沒有火山活動的紀錄,但其龜背處有 1/3 大面積的崩塌,從海底的火山沉積物也推測曾發生過火山海嘯,這些地質上的表現,都可協助推測如今龜山島的樣貌,可能是在有歷史紀錄前,因火山爆發所造成的山崩型海嘯「炸出來」的。

吳祚任長於設計不同種類的海嘯模型,2008 年回國任教後,除研究外,另一份苦工就是與中央研究院網格與科學計算專題中心合作,將原本純粹理論型、模擬海嘯發生並計算海嘯相關數值的 COMCOT(Cornell Multi-grid Coupled Tsunami Model)模式,轉化為有預警能力的海嘯速算系統。

「我回臺灣的時候,南亞海嘯已經發生 4 年了。」吳祚任回憶當時與中研院合作,讓 COMCOT 運算加速的動機,「引發大海嘯的全球強震約 50 年一次,過去 COMCOT 算海嘯雖然算得很準,但卻很慢,跑出數值的時候,海嘯都結束了,加速是為了讓一個研究模型真正可以落實到救人這件事。」就在海嘯速算系統開發出來不久,311 大地震就發生了。

311 海嘯,臺灣其實也迅速預測到海嘯波

臺灣時間 2011 年 3 月 11 日下午 1 點 46 分,東日本外海發生地震矩規模 9.1 的強震,引發巨大海嘯,最高處達 40.1 公尺,並發生核災,讓東日本承受巨大災情。當時,吳祚任第一時間很快將相關參數丟到模型去算對臺灣的影響程度,「約 1 分鐘後推算出海嘯波到臺灣的情況,第一波抵達臺灣東部外海是到成功浮標站,約 12 公分,也沒有發生在高潮期,所以不需驚慌。沒想到,這套系統第一次啟用,是用在自己的國家做預警。」

311 後,吳祚任接受國科會(時稱科技部)邀請,探討潛在海溝型海嘯對臺灣的威脅。他模擬出 18 套可能會對臺灣產生影響的海嘯劇本,推測若未來在花蓮外海、馬尼拉海溝以及位於帛琉東側的亞普海溝發生規模 8 以上的海底地震,所生成的海嘯很可能對臺造成重大衝擊,威脅宜花東與西南沿海的臺南、高雄、屏東一帶。因此,他進一步協助中央氣象局建立屬於臺灣的海嘯預警系統、協調美國國家海洋暨大氣總署(NOAA, National Oceanic and Atmospheric Administration),環繞臺灣全島放置高密度虛擬潮位站,在全球海嘯預警地圖中,警戒的等級幾與美、日一致。
 

圖二

圖二:吳祚任為臺灣所模擬的 18 個海溝型海嘯源與繪製出 4 個斷層型海嘯源。(影像來源:吳祚任教授)

4 百年臺灣史,曾頻繁發生歷史海嘯

吳祚任說,在科普演講時,許多聽眾都會對臺灣的海嘯史感到好奇,為了想解決心中疑惑,他也率研究生開始展開環臺踏查古海嘯與歷史海嘯。

「古海嘯是指有文字記錄前,多發生在東部,我們查到許多原住民口傳的歌謠中,都有因海嘯而集體遷村的傳說;歷史海嘯則多虧許多文史、民俗學者,在除官方文件外的廟碑、航海日記、史料中留下記錄,讓現在的地球科學家有機會可以透過蛛絲馬跡推敲,得到基隆與西南沿海一帶在過去可能曾多次發生海嘯的推理。」

吳祚任舉例,1894 年屏東東港大鵬灣曾發生海嘯,卻未曾記載於官方文獻上,但他踏查在地東隆宮、鎮海宮、嘉蓮宮、南隆宮 4 座宮廟的廟誌、 碑文、甚至於廟宇天花板上,才發現一致記載同一時間「浪濤翻天,淹沒了當時的太監府」的海嘯記錄。

對於海嘯學者而言,做出預測海嘯強度的模型,最大的心願,不但是守護自己的家園,更希望讓臺灣的知識能量與訓練,對世界其他國家做到預警提醒,「幫助別的國家,也讓大家知道我們是臺灣」。

資料來源

1.    吳祚任口述採訪整理
2.    吳祚任(2011)。日本大海嘯之研究與省思,土水會刊第 38 卷第 2 期
3.    蔡育霖、吳祚任、滕春慈、朱啟豪、莊美惠、林君蔚(2014)。風暴潮速算模式之開發暨 1845 年雲林口湖風暴潮事件之初步研究,10 3年度天氣分析與預報研討會
4.    吳祚任(2016)。臺灣的海嘯研究與發展,自然科學簡訊第 28 卷第 3 期
5.    吳祚任口述(2019)。神出鬼沒的海底山崩型海嘯大解密,科學月刊 591 期

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