中央大學跨國研究解析電離層變化 有望推進地震、海嘯預警技術

本次研究首次呈現地震與海嘯在大氣層中激發的多種類波動之立體結構，成果發表於國際期刊《Scientific Reports》。照片日本千葉大學服部克巳教授提供

國立中央大學太空科學與科技研究中心教授劉正彥參與的日中臺跨國研究團隊，成功以三維視角，重建2011年東日本大地震後電離層擾動的完整演化，突破過去僅能以二維解析全球導航衛星系統（GNSS）總電子含量（Total Electron Content, TEC）資料的限制，首次呈現地震與海嘯在大氣層中激發的多種類波動立體結構，成果發表於國際期刊《Scientific Reports》。

該項研究由日本千葉大學大學院理學研究院教授服部克巳領導，並與中國地震局以及中央大學共同合作，突破傳統觀測技術限制，使地震後的大氣波動不再只是TEC平面影像，而能以接近真實的立體方式呈現，提升地震電離層科學研究的深度與精確度。

中大表示，電離層是大氣中最容易受到地面擾動影響的區域，當大型地震與海嘯發生時，地表與海面的劇烈變動會向上激發聲波、雷利波與內重力波，進而在電離層造成可觀測的電子密度擾動，被稱爲「地震電離層同震擾動」。

以往研究因受限於二維資料，只能在水平方向上辨識訊號，難以掌握其垂直傳播。中大談到，本次國際團隊採用日本GEONET GNSS密集觀測網資料，並搭配自主開發的三維重建方法，在無需背景模型的情況下，成功以高解析度重建100至1000公里高度區間的三維電子密度變化。

研究發現，在地震發生後約4分鐘，電離層即出現由聲波脈衝造成的圓形擾動，被偵測到的時間較傳統方法提前6分鐘，代表三維重建技術能更早掌握地震觸發的大氣反應。研究同時觀測到約在震後40分鐘，海嘯引發的內重力波在遠距離地區形成倒圓錐型擾動，這些精細結構過去從未以清晰的三維方式呈現。

中大談到，爲評估電離層訊號作爲海嘯預警工具的可行性，研究團隊比對日本五處潮位站的海嘯到達時間，結果顯示在距震央超過300公里的沿岸地區，電離層擾動可比海嘯提早8至29分鐘被偵測，具有早期警戒潛力。希望此跨國合作，能爲全球地震和海嘯預警科技提供新的可能性。

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