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電子報

新興科技應用
農村發展及水土保持署
看見地球脈動,探索美國USGS監測案例應用
期數 / 第60期
發布日期 / 2022.11.24
主筆 / 林宥伯
責任編輯 / 詹婉妤、高百毅、陳振宇

災害是大自然現象的衍生影響,也一直是人與環境共存的重要議題。藉由科技的應用、測量與觀測技術及感測器網路的整合,將能觀察與紀錄地表、水、空氣等數據。如同醫學上追蹤人體脈搏用以輔助診斷,這些災害監測提供了許多線索,能夠幫助科學家與各領域專家,進一步了解及預測各種災害事件的時間、地點、原因以及規模。而目前監測災害上有那些應用,以及能夠發展到什麼程度?本期電子報將帶各位從美國地質調查局(U.S. Geological Survey, USGS)角度,從監測廣度、資料呈現等面向,一窺其先進且擴及全球的監測能量。

圖1、阿拉斯加火山觀測站操作室執行監測任務。來源:USGS & McGimsey, Game
圖1、阿拉斯加火山觀測站操作室執行監測任務。來源:USGS & McGimsey, Game
USGS的監測廣度

為因應不同的災害,USGS監測範圍遍布陸海空,包括3,700座地震測站、13,500個水體感測器、161座火山即時監控、5座基準冰川監測、2顆Landsat觀測衛星、14座地磁觀測所、以及3,000英里海岸線的觀測(如圖2),不僅有地底資料與地區觀測,更包含了廣域氣候與地表紀錄。

圖2、美國地質調查所自然災害監測能力。來源: www.usgs.gov
圖2、美國地質調查所自然災害監測能力。來源: www.usgs.gov

而這些區域或全球的監測系統,都能夠互相結合,在掌握趨勢的同時,也能得到細節參數。比如USGS地質學家Dan Dzurisin,藉由每年夏天所增設的現場GPS,對俄勒岡州中部的三姊妹火山(Three Sisters Volcano ,Oregon)進行監測,同時結合全球雷達衛星的遙測資料,更完整的掌握其地表變形速度與狀態(如圖3)。

圖3、Three Sisters Volcano地表變化監測。來源:https://www.usgs.gov/media/videos/tracking-uplift-near-three-sisters-volcanoes-using-semi-permanent-gps-instruments
圖3、Three Sisters Volcano地表變化監測。來源:https://www.usgs.gov/media/videos/tracking-uplift-near-three-sisters-volcanoes-using-semi-permanent-gps-instruments
監測數據與即時儀表

監測的數據往往由許多專有名詞及數字構成,在研究與防災之外,藉由資訊視覺化,搭配資料庫與查詢系統,將能容易使民眾了解,並清晰有效地傳遞自然環境的狀態與變化資訊,例如圖4、5、6所展示的地震、洪水、乾旱等位置及範圍等視覺化資訊。

圖4、USGS即時地震資料。來源:https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/map/?extent=-0.26367,-152.05078&extent=59.53432,-29.9707
圖4、USGS即時地震資料。來源:https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/map/?extent=-0.26367,-152.05078&extent=59.53432,-29.9707
圖5、USGS即時洪水資料。來源:https://waterwatch.usgs.gov/?id=ww_flood
圖5、USGS即時洪水資料。來源:https://waterwatch.usgs.gov/?id=ww_flood
圖6、USGS即時乾旱資料。來源:https://waterwatch.usgs.gov/?id=ww_drought
圖6、USGS即時乾旱資料。來源:https://waterwatch.usgs.gov/?id=ww_drought
海岸防災應用 -CCH計畫

CCH(Coastal Change Hazards)是一個由USGS科學家、技術人員和社群共同合作的計畫,目標是整合及強化觀察,理解和預測國家海岸線變化的能力,並將觀測成果應用於應變型業務與長期海岸線變化研究使用。CCH為促進了各種沿海科學的整合,建立知識整合社群,並與CMHRP計劃(Coastal and Marine Hazards and Resources Program)互相激盪新的想法及對策。CCH不僅建立研究人員、技術人員與相關民眾的溝通橋樑(如圖7),也應用資訊技術將複雜的數據,轉換成便於理解的線上系統(如圖8)。

圖7、美國East Falmouth所舉辦的海岸線研討會。來源:USGS
圖7、美國East Falmouth所舉辦的海岸線研討會。來源:USGS
圖8、海岸線即時資訊系統。來源:https://wim.usgs.gov/geonarrative/cch-rtstorms/
圖8、海岸線即時資訊系統。來源:https://wim.usgs.gov/geonarrative/cch-rtstorms/

監測科技日新月異,能觀察到的細節與廣度逐年提升,同時技術與網路架構的進步,也使得科普資訊的傳遞能更加廣泛,將有助於跨領域與長時間的監測資料整合與應用,於研究上能更能理解災害的特徵與原因。面對未來氣候變遷影響的不確定性,如何將資料及技術整合,並將複雜的數據轉化成容易被理解的資訊圖表,有效的把重要資訊傳遞給民眾,甚至作為決策時之依據,均仰賴於長期的資料、技術與經驗的累積,以做為科學研究與防災應變的基礎。

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