真正的地震前兆研究是怎麼做的?

專家學者們在研究地震前兆，到底是怎麼做的?

現在先來注意一個名詞:「前兆」

感冒有前兆，但是感冒前兆未必一定會接著有感冒的發生。如果我們觀察了某個現象後，覺得這個現象可以用來「預測」或是「預報」地震，這樣的用詞不僅較為強烈，而且根據我國氣象法第18條第1項規定:「擅自發布地震預報或氣象、地震、海象警報，經中央氣象局寄達處分書後，仍拒不停止或屆期不改善者。處新臺幣20萬元以上100萬元以下罰鍰，並得按次處罰…」。反之，如果我們做的是地震前兆的研究，其內容與結果很清楚的只是在學術研究領域內交流，就沒有這個問題。

地震前兆研究的方法有很多種，本文主要目的是要讓大家了解一件看起來與地震好像不相干的事，如何用來確定是否為地震前兆，所以我選了「從電離層來看地震前兆」來講，這邊簡單介紹一下電離層: 它是天空中帶電粒子較多的一個區域，它會對地面、衛星通訊造成影響，屬於太空天氣的領域。人類會對電離層的粒子濃度的變化進行觀測。這個方法是受到知名國際期刊認可的方法，大家可以用同樣的方法，只是把其中的電離層濃度換成眼皮跳或是耳鳴，你就知道是不是地震前兆了。

步驟一: 找出正常是什麼?

舉個例子來說，以住在一個都市的人的薪水來講，多高的薪水才可以算是偏高、多低的薪水才可以算是偏低? 大家可能會先把都市樣本的的薪水取平均值，也就是所有薪水加起來再除以總收入人口。但是取平均值的這個計算動作常常會受到「極值」的影響，像是某城市忽然多住了一位薪水超級高的人，因此整個城市的平均薪水就被提高了，很顯然這個平均值就不客觀。所以統計上可以改用「中位數」做參考。先把整個城市的薪水依序從低排到高，再取排序後最中間的那一個值(如果是偶數個樣本，就把最中間那兩個加起來除以2)。

中位數這個值的大小，就算城市中有1個人他的薪水是遠遠高於一般人，中位數值仍然不會有變化。而中位數與平均數越接近與否，可以大概用來判斷這個城市中薪水分佈均不均勻。

步驟二: 找出異常是什麼?

同樣再以薪水的例子來講，大部份的人薪水都是一般般，而怎麼樣的薪水可以算是很多、怎樣又算是少，也就是說，以一般薪水為準，超過或是低於哪一個範圍，就可以算是「異常」高薪或低薪。從前面的例子我們已經知道可以用中位數來代表一般薪水，我們進一步把薪水高於中位數那些人的找出來，將這些人的薪水再取一次中位數，而這個數字就當做是正常薪水範圍的「上界」；同樣的，我們也可以將薪水低於中位數的人的薪水再取一次中位數，找出正常薪水範圍的「下界」。薪水落在上界與下界間的人大約會是占總人口的50%，而高過上界與低於下界的人就可以稱為異常高薪與異常低薪。

定義出了正常與異常之後，我們來繼續看看怎麼用電離層觀測做地震前兆研究。人類可以每天電離層探測儀對天空中的電離層觀測它的濃度隨高度變化，而最大電子濃度常常是科學家們用來分析電離層的常用參數。劉正彥教授利用中壢地區的電離層雷達觀察了電離層最大電子濃度，每隔15分鐘就紀錄一次數值變化。以下簡述劉教授的步驟

為方便起見，我假設今天是1月31日

步驟一: 將1月16日到1月30日連續15天(參考寧靜日)紀錄同一個時間的最大電子濃度後求出中位數、上界與下界，也就是這15天來00:00、00:15、00:30…23:45各自的中位數、上界與下界。

步驟二: 用1月31日(前兆日)的最大電子濃度與步驟一同一時間來比，如果低與步驟一所得到的下界，表示相較於前15天的觀測來講，1月31日這一天是異常的。

劉教授分析1994-1999年期間，台灣地區184個規模5以上的地震後指出，在地震發生前5天內，12:00-18:00會有異常的發生。

我國的氣象衛星「福爾摩沙衛星三號」也可以對電離層進行觀測。2006年4月發射後，同年12月26日屏東地區就發生了芮氏規模7.0的地震，我用了前述劉正彥教授的分析方法，只是把電離層雷達的資料改成用人造衛星的觀測資料來做，的確清楚的看到了劉教授所指出的電離層地震前兆。

同樣的2008年5月12日，中國汶川地震我做出了相同的結果。至於我這兩篇論文差異在什麼地方?與劉正彥教授的貢獻不同在哪裡? 有興趣的人就把journal抓來看看吧。

在這邊我並不是要強調用電離層做地震前兆這個idea有多了不起，而是想讓大家知道一個「或許可以用來預測地震的方法」，需要經過怎樣的步驟才能產生。絕對不是有幾次剛好耳鳴、有幾次剛好眼皮跳完地震就發生了這樣的方法，就可以做出地震預測的理論的。

延伸閱讀: 怎麼來看「地震預報」的報導?

參考文獻

Hsiao, C. C., J. Y. Liu, K.-I. Oyama, N. L. Yen, Y. A. Liou, S. S. Chen and J. J. Miau, Seismo-ionospheric precursor of the 2008 Mw7.9 Wenchuan earthquake observed by FORMOSAT-3/COSMIC, GPS Solut. DOI 10.1007/s10291-009-0129-0, 2010.(SCI)

Hsiao, C. C., J. Y. Liu, K.-I. Oyama, N.L. Yen, Y.H. Wang and J.J. Miau, Ionospheric electron density anomaly prior to the December 26, 2006 M7.0 Pingtungearthquake doublet observed by FORMOSAT-3/COSMIC, J Phys Chem Earth. doi:10.1016/j.pce.2008.06.058, 2008.(SCI)

Liu, J. Y., Y. I. Chen, Y. J. Chuo, and C. S. Chen A statistical investigation of pre-earthquake ionospheric anomaly, Journal of Geophysical Research, 111, A05304,10.1029/2005JA011333, 2006. (SCI)