- 文／潘昌志｜「你地質系的？」不，但我待過地質所，而且還是海研所的碩士。無論在氣象局、小牛頓…都一樣熱愛地科與科普。現在從事試題研發工作，並持續在《地球故事書》、《泛科學》、《國語日報》等專欄分享地科的各種知識，想以科普寫作喚醒人們對地球的愛。
「震度」不是拿來比較地震大小的！地震規模才是。
「震度」不是拿來比較地震大小的！地震規模才是。
相信這大概是每個地科老師會跟學生講到嘴都快爛掉的事，但是當事過境遷、畢業之後，記憶難免慢慢褪色，漸漸的「這次地震有 6 級到底是震度 6 級還是規模 6.0」，也變得不顯眼了。
或許是震度和規模都是描述地震的名詞，也大多用個位數的數量級來表示，常會令人混淆困惑。不過說真的，這兩件事情會混淆搞不好就是一種「宿命中的迷思概念」。因為在漫長的人類歷史中，有好長一段時間人們一直把震度當作判斷地震大小的標準，直到芮克特和古騰堡發明芮氏規模為止。
京城銀行新化分行在2016年高雄美濃地震引發的雙主震之後，受災後拆除的情形。By koika (Own work) [CC0], via Wikimedia Commons
最簡單的工具：水桶
我們先不管現今科學上的震度定義，光從歷史文獻，就可以看到無數的史書記載地震的情境。在此先岔個題，今年受邀為《課本沒教的天災日本史》撰寫推薦序時，書中有一段故事讓我對「古人怎麼看震度」很有感覺！
約莫在1700年左右，當時日本的史書上已有記載用「天水桶」（盛接雨水用來防火災的露天水桶）來看震度情形，一般來說平常桶子是滿水的，而地震來襲時晃出來的水量，便是當時用來判斷震度情形的參考。這的確是個客觀定量的好方法，只是，要是下個地震來襲前，水還沒有補滿就無法使用了，而且桶子大小不一也是個問題，只是以當時的科學技術而言，這種方式已經具備有點量化的想法，只是沒有適切的工具和物理量可以用。
水桶示意圖。圖／bambe1964@Flickr
最早的震度階
在 19 世紀的西方世界，則發明了用另一種方式嘗試量化地震的搖晃：將描述到地震造成的房屋危害、人體感受的情形加以分類，大略的定義出地震來時各地的搖晃程度。
1870 至 80 年代期間，義大利的 Michele Stefano Conte de Rossi 和瑞士的 François-Alphonse Forel 一同建置了一套震度階：羅西-福瑞震度階（Rossi-Forel scale），這是目前阿樹可查到最早有系統的制定出震度階紀錄）[1]，一共分為 10 級，雖然當時早已有地震儀，但在震度分級上似乎不太能派上用場，只能幫忙定出最低一級的震度（差不多是無感的程度），接下來幾乎是描述性的分級，所以除了有羅馬數字之外，還會有代表的名詞，譬如 VII 級的代表名詞是" Strong shock ”，說明包括了會動的東西會翻落、掉落，教堂中的鐘聲會晃到響起（畢竟西方國家教堂比較普遍），建物沒有損毀。這時我們再來看看氣象局的震度表，除了震度分級和加速度值之外，還有人體的感受、建物的受損情形等定性描述。
羅西-福瑞震度階（Rossi-Forel scale），摘自BSSA網頁[1]
中央氣象局公布的震度表（截圖自氣象局官網）
百年多來的演進，加上地震儀器的發展，震度的概念從「定性描述」變成可「定量測出」的值，最主流的方式就是測「最大地動加速度」（peak ground acceleration, 一般簡稱PGA），所以在地震學看到PGA不要想到高爾夫球公開賽，它是一個單位，和加速度一樣都是 cm/s2，之所以用這個物理量，是因為它可以連結到「力」的概念。工程上要計算耐震程度，無非就是用作用力來作為計算參考，或許大家熟知國中教的牛頓第二定律的F=ma，m是質量，乘上加速度就是力。
這時就不得不提一下「重力加速度」這個值，它的單位和 PGA 一樣，我們常算自由落體重力加速度為1 g，其值約為981 Gal (cm/s2) ，而國內地震站測到的 PGA 第一名，就是在921集集地震時，日月潭測到東西向的 989 Gal [2]，試想一下如果你被這樣的地動加速度甩開的那一瞬間，感覺就像以自由落體的加速度在水平運動啊！
各國各地的建築、地質的特性不盡相同，也發展出了不同設計的震度階的公式，有的不僅考量加速度值，甚至也考量到速度質，或者選擇適合自己的震度階，所以當聽到國外公告的震度時，得先看一下他們的震度是什麼意思才能比較。
等震度圖，讓防災、救災更有效率
震度階如何發揮用處？只要有足夠的震度時，人們自然就會發現一件事：「各地的震度不同」。而這時有一個「標準化的階度階」就能發揮用處，將所有相同震度的地方都畫上相同的顏色，不同震度用不同顏色表示，我們就能得到一張「等震度圖」，假設地質狀況與房子的建築方式一樣，震度越高處可能就會有較嚴重的災害損失，如果震後很快的產製出這個資訊，就能讓防救災更有效率。
阿樹以前在氣象局服研發替代役時，偶爾震後會有民眾來電說：「明明地震搖的就很大，為什麼我這邊震度只有 3 級？」實際上在測量震度時，儀器測到的只是「測站所在地」的資訊，測站一般都是空曠的平面，樓房型式、樓層高度甚至地質條件都會影響到搖晃的情況，當然無法盡善盡美。
921集集地震的等震度分布圖，摘自氣象局地震百問[3]
在國內，我們的地震站的密度其實已十分密集，多半人們感受的震度誤差來自於建物差異為主，但如果是在國土更大的地方，可能就會得到較為粗糙的等震度圖。除非，我們可以回歸原來震度定義的方式－－定性描述，像美國地質調查（USGS）所有一個問卷回報網頁：”Did You Feel It?” [4]， USGS 會發布世界各地的地震資訊，但沒有測站的情況下只能用經驗公式來推測，但如果大家將真實的感受和災情依照震度表中的描述回饋給他們，就能讓震度表是「真實」的情況。但我必須要說，在訴諸科學的前提下，有儀器的資料當然還是最好，描述也僅是補足資訊。
”Did You Feel It?”網頁的震度問卷表截圖。
但震度描述還是很有用，尤其是如果我們可以考量不同型式的建物對震度的反應時，對於歷史地震的研究甚至還大有用處！利用歷史文獻，我們可以知道以前地震時的搖晃描述，若能將其對應到震度資料，並且畫出「古代的等震度圖」，便能將它和現今的地震震度與規模關係作比較，接著推估地震的規模、震央與震源深度，雖然這麼做一定存在誤差，但總比什麼都沒有來得好。科學方法有很多種，雖然震度很難直接拿來比較地震的大小，但它還是能處理無法測出地震大小時的問題！
參考資料：
[1] Rossi-Forel scale震度階BY BSSA網頁
[2]中央氣象局地震度原始資料
[3]氣象局地震百問：何謂震度
本文原發表於《震識：那些你想知道的震事》部落格，或是加入按讚我們的粉絲專頁持續關注。將會得到最科學前緣的地震時事、最淺顯易懂的地震知識、還有最貼近人心的地震故事。
The post 震度與地震大小無關？怎麼讓「震 知道了」？那些關於震度的二三事 appeared first on PanSci 泛科學.