黃鍔院士 中央大學數據分析中心 中心主任
A Plea for Adaptive Data Analysis

　Data analysis is indispensable to every science and engineering endeavor, but it always plays the second fiddle to the subject area.  The existing methods of data analysis either the probability theory or the spectral analysis are all developed by mathematicians or based on their rigorous rules. In pursue of the rigorous, we are forced to make idealized assumptions and live in a pseudo-real linear and stationary world. But the world we live in is neither stationary nor linear.  For example, spectral analysis is synonymous with the Fourier based analysis.  As Fourier spectrum can only give meaningful interpretation to linear and stationary process, its application to data from nonlinear and nonstationary processes is problematical.  And probability distributions can only represent global properties, which imply homogeneity (or stationarity) in the population.

汪中和博士 中央研究院地球科學研究所　研究員
台灣大地震預警期的另一項曙光
汪中和、陳界宏、葉大綱、溫世忠

Earthquakes occur as a result of sequential loading and subsequent release of associated stress. To understand pre-earthquake stress accumulation, we apply Hilbert-Huang transform to separate long-term plate movements, short-term seismic dislocations, and frequency-dependent (annual and semi-annual) variations from surface deformation measured by the Global Positioning System (GPS) in Taiwan. The north-south and west-east components of the filtered data are then utilized to compute the GPS-azimuths as a function of direction of surface deformation caused by loading stress in order to adapt inhomogeneous structure of strata. Results show that the good parallelization in the GPS-azimuths during the stress-loading development prior to seismic activity can be observed in 20 of 32 earthquakes in a period from 2006-2009. The leading time from the parallelization peak of the GPS-azimuths to earthquake occurrences is roughly proportional to earthquake magnitude. Relationships between the average difference of GPS-azimuths and epicentral distance are also closely examined and further utilized to locate possible epicenters before earthquakes occur. Epicenter locations of forthcoming earthquakes can be revealed with several days to weeks in advance at favorable cases. The confined areas are about 38 and 16 km away from the reported epicenters of two earthquakes (ML=6.2 and 5.8) in Taiwan, respectively. This study provides the invaluable potential in the establishment of an early warning system for future strong earthquakes.

洪偉嘉 博士 工業技術研究員 綠能與環境研究所
遙測技術應用於濁水溪沖積扇地層下陷監測

台灣地區過去因為超抽地下水，導致嚴重地層下陷，其中尤其以濁水溪沖積扇最為嚴重。本研究利用GPS、INSAR、水準測量與地層下陷監測井(簡稱地陷監測井)等不同監測技術組成多重感應器監測系統，分別從空中、地面與地下，不同的面向來監測彰化與雲林地區的地層下陷，其中水準測量、GPS測量與地陷監測井之測量精度控制在1公分以內，利用監測成果相互比對，發現雲林內陸地區目前主要壓縮深度發生在地層下200公尺以下。由於水準測量、GPS測量與地陷監測井皆為點狀式的測量，為快速評估大範圍的地層下陷趨勢，本研究亦應用永久性雷達干涉技術（Persistent Scatterer InSAR; PSI），使用ENVISAT衛星影像，對雲林地區進行干涉測量，經由水準測量與PSI成果比對，兩者RMSE約在0.6公分。透過研究之結果顯示，上述四項監測設備在空間解析度與時間解析度上，可相互互補以達到最佳化的監測，並提供濁水溪沖積扇的地表變形資訊。

王逸民 博士 逸奇科技股份有限公司 總經理
地下水的時頻分析

隨著水資源的持續匱乏，地下水源因取得容易，水質優良，已成為重要的 替代水源。而近年來因為地下水的超限利用，引起了諸如地層下陷，海水入侵等嚴重的國土問題。加上全球暖化的威脅與日俱增，降雨不均的極端氣候更使用水問題的解決刻不容緩。地下水扮演重要的水源供給角色，如何永續利用，避免災害發生，實有賴於對地下水資源的深入了解。為更進一步了解地下水的行為，有異於傳統使用模式的研究方法，本研究採用訊號分析的角度來解讀地下水觀測水位的變化，探討諸如地下水的潮汐現象，抽水行為，地層下陷的關係，與地震等重要的水資源與國土保育的議題。

江崇榮 副所長 經濟部中央地質調查所 副所長
區域性地下水位變動引發地表高程升降之機制

地下水位起伏與地表高程變化有密切關係；然而因水文地質條件不同，地下水位升降與地表高程變化有些是正相關，有些則為負相關的，必須利用孔隙水壓與荷重兩項力之作用才能加以解釋。地下水位上升使孔隙水壓上升而有效應力下降，造成地層膨脹；地下水位面上升使蓄水量增加亦即荷重增加，造成地層之壓縮；整體之膨脹與壓縮量累計值反應為地表高程之升降。
沖積扇頂區和台地，上部地層常由礫與砂組成非受壓地下水層；在固結岩分布之山區，岩屑及近地表岩層破裂和風化帶構成非受壓地下水層。濕季之降雨或地面水補注非受壓地下水層，水位和孔隙水壓上升而有效應力減少；此外，由於其蓄水係數較大，蓄水量和荷重顯著增加，使有效應力增加；兩項有效應力變動量合計為負值，非受壓地下水層因而發生膨脹。然增加之荷重往下作用，造成深處無地下水補注之地層單元有效應力上升及壓縮。非受壓地下水層膨脹量若小於無補注單元之壓縮量，地表高程則下降。反之，於無補注之乾季，地下水位下降，地表高程則上升。此類非受壓地下水層荷重主控區域，地下水位與地表高程變化為同步負相關。

馮正一 教授 國立中興大學水土保持系 教授
小林村堰塞湖潰堤洪水歷程之震動訊號分析

小林村在2009年莫拉克颱風中遭獻肚山崩塌掩蓋，此崩塌土石亦形成堰塞壩與堰塞湖。該堰塞壩又遭堰塞湖水溢頂而產生侵蝕而潰堤，潰堤時產生之洪水往旗山溪下游攻擊。此潰堤洪水的事件，夾帶巨大的能量而產生了地盤的震動。Feng (2011)首先發現該潰堤洪水的震動訊號由台灣寬頻地震網(Broadband Array in Taiwan for Seismology, BATS)的寬頻地震儀所連續記錄測得，而得以分析4個小時完整的潰堤洪水歷程。Feng (2011)並首先應用Hilbert-Huang Transform (HHT)對寬頻震動訊號進行時頻分析，得知該洪水運行的主要震動頻帶，進而將小林村堰塞壩潰堤時間點進行估計，並對潰堤洪水在旗山溪的河川動力歷程：如洪水到達時間、洪水延時與洪水行進速度等進行估計與解釋。本研究驗證應用HHT時頻分析可清楚顯示該洪水的歷程。本研究以連續震動訊號分析潰堤洪水歷程之對學術上貢獻為：1.發現BATS寬頻測站的連續記錄可做為探測河川動力(river dynamics)行為的重要新來源:與2.提供旗山溪堰塞壩潰堤洪水歷程模擬之束制條件(empirical constraint)。

曾鈞敏 博士 經濟部水利署 水文技術組 副組長
台灣地區地下水與地層下陷相關性分析

台灣地層下陷問題，已隨著各項重大公共建設的開發，逐步引起各界的關注。政府雖已於80年代起，即推動地層下陷防治工作，並進行監測作業，然由於地層壓縮係一緩慢行為，大約於半年至一年後才會檢測出結果，致無法進行即時有效之防範作業。
目前在預測下陷潛勢部分，多以數值模擬為之，且大家亦了解台灣地層下陷之主因，係地下水超抽所導致，故模擬方式多以三維水流模式結合一維垂向壓縮模式計算。如以MODFLOW模組計算地下水位再置入Terzaghi單向度一維有效應力理論(COMPAC模組、SUB模組等)計算壓縮量；或以地下水超抽導致下陷之一維非耦合地陷模組進行計算。姑不論用何種數值模擬運算，由於台灣實際地質結構複雜，故模擬結果正確與否，皆取決於模擬時，各項參數之數量與準確性。以濁水溪沖積扇而言，其含水層分四層係一概念模式，實際上，以單一之地質柱狀圖來看，其為一千層派式之結構，故以數值模擬出來的結果，我們可視為係一大範圍之概念方向。
為利地層下陷之有效防治，實應分區仔細探究其壓縮機制。本研究先以各地質柱狀圖之地質結構，與目前已進行監測之監測井壓縮狀況逐一比對，並以土壤力學中，因水位下降會立即沈陷之砂土層、會緩慢沈陷(主要壓密及次要壓密)之黏土層，分別進行分析探討。發現，以濁水沖積扇為例，某些區域其砂土層比黏土層壓縮量大，顯見水位下降超過前期水位，濁水溪沖積扇之砂土層尚未十分緊密，其仍有壓縮之機制。故本研究打破以往僅計算黏土層之壓縮量思維(Terzaghi單向度一維有效應力理論)，以當地地質狀況，分出砂土與黏土層之比例，並結合地下水水位進行分析。可由地下水位歷程，計算黏土層之延遲行為造成之壓縮量；另當地下水位一旦下降比前期水位低時，可即時知道當時造成之立即壓縮量，並作為防治地層下陷之警惕與因應，免於待一年之後檢測結果出爐再處置，而讓人覺得有事後諸葛之感。