中央大學團隊參與國際合作　推進地震和海嘯早期預警技術

(中央社訊息服務20251217 14:17:58)

國立中央大學太空科學與科技研究中心劉正彥教授參與的日中台跨國研究團隊，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(Global Navigation Satellite System, 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之立體結構，成果發表於國際期刊《Scientific Reports》。

這項成果由日本千葉大學大學院理學研究院服部克巳教授團隊領導，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，為地震海嘯的太空監測技術奠定重要里程碑。

電離層位於距地60至1000公里的高度，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，被稱為「地震電離層同震擾動」（Co-seismic Ionospheric Disturbances, CIDs）。以往研究因受限於二維資料，只能在水平方向上辨識這些訊號，難以掌握其垂直傳播行為。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 ICLSF（Ionospheric Correction with Localized Smoothing Filter）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，其被偵測到的時間較傳統二維方法提前六分鐘，顯示三維重建技術能更早掌握地震觸發的大氣反應。此外，團隊也發現聲波在不同高度呈現不同速度，而地磁傾角會影響聲波能否向高空傳播。研究同時觀測到約在震後40分鐘，由海嘯引發的內重力波在遠距離地區形成倒圓錐型擾動，其相位向下傳遞，符合大氣重力波的物理特性，這些精細結構過去從未以如此清晰的三維方式呈現。

為評估電離層訊號作為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。然而在300公里內的近岸地區，電離層訊號反而會稍稍晚於海嘯到達，顯示近岸監測仍需技術突破。研究團隊指出，未來提升預警能力的關鍵在於強化 100 至 130 公里 E 層高度的三維資訊，並將結合電離層探測儀與低軌衛星資料，以改善近岸偵測的敏感度。

中央大學長期深耕太空天氣以及地震與海嘯電離層研究，此次跨國合作成果不僅展示中央大學在國際太空監測領域的學術影響力，也為全球地震和海嘯預警科技提供新的可能性。未來將持續推動國際合作與跨領域研究，發展更具前瞻性的三維重建技術及預警方法，為提升區域與全球防災和減災能力作出貢獻。

Song, R., Hattori, K., Zhang, X. et al. A case study of the three-dimensional co-seismic ionospheric disturbance evolution. Sci Rep 15, 42209 (2025). https://doi.org/10.1038/s41598-025-26074-1