台灣地區地殼形變之時空變化研究(II)
余水倍蔡宜純蔡旻倩許雅儒蘇宣翰
中央研究院地球科學研究所
蔡俊雄魏碩穎
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中央氣象局地震測報中心
摘要
整合中央氣象局、中央研究院、內政部、中央地質調查所及其他機構營運，總數超過320站之『台灣GPS連續觀測網』資料，以RunGamit自動化GPS資料處理系統解算各測站每天之ITRF2005座標；結合一段期間的每日解而獲得各測站之座標時間序列。GPS時間序列資料須經去除年週期及半年週期變化、同震位移、震後變形及其他雜訊，始可用於偵測微小地形變訊息，求得較可靠的地殼運動速度及其誤差值。分別根據2003-2004年、2005-2006年及2007-2008年各測站相對於澎湖白沙速度場，推求台灣地區地殼主應變率與面膨脹率分佈情形；探討地殼形變時空變化與地震活動之關聯性，偵測可能之地殼形變地震前兆現象。結果顯示：三段期間的主要地殼變形型態差異不大，嘉南平原、西部麓山帶及海岸山脈呈顯著壓縮變形，方向為東西向至東南—西北向；宜蘭平原及中央山脈則呈西北—東南向至東北—西南
向之伸張變形。但應變率逐年減小許多，顯示集集地震之震後變形效應已漸趨緩。
The “Taiwan Continuous GPS Array” is now compod of more than 320 stations operated by the Central Weather Bureau, Academia Sinica, Ministry of the Interior, Central Geological Survey, and other institutions. The automated RunGamit system is employed to process the enormous continuous GPS data collected by the array. Combining daily ITRF2005 coordinates for a time period to form a position time ries of each site. GPS time ries are modeled to estimate the annual and mi-annual oscillations, coismic displacement, postismic deformation, and site velocity with more realistic uncertainties. Only after the systematic and random errors are removed, we may be able to detect the weak signals of crustal strain such as earthquake
precursors or transient aismic slip. Bad on the 2003-2004, 2005-2006 and 2007-2008 velocity field with respect to Paisha, Penghu, we estimate the principal strain and dilatation rates in the Taiwan area. The results indicate that the general patterns of crustal strain rates for the three time periods are similar. Significant contraction in the directions of E-W to SE-NW is found in the Chia-nan Plain, Western Foothills, and Coastal Range. In contrast, remarkable extension in NW-SE to NE-SW is obrved in the Ilan Plain and Central Range. However, the strain rates are decreasing annually and it implies the impact of Chi-Chi postismic deformation has been gradually reduced.
壹、前言
反校园暴力在國科會推動之「地震及活斷層研究」跨部會重大計畫下，中央氣象局地震測報中心與中央研究院地球科學研究所合作於2001~2005年的五年期間在台灣地區新設160個GPS連續觀測站；連同各機構原有約50個測站，形成一個超過200個測站的密集「台灣GPS連續觀測網」。此測網持續運轉所蒐集的大量GPS連續觀測資料，可用於偵測微小地形變訊號，以掌握地殼應變累積的時空變化及其與地震活動的相關性。當有大地震發生時，更可精確量測震前、同震與震後變形，提供孕震與發震過程及斷層力學研究的重要素材。此外，密集GPS連續資料亦能用於大氣可降水量的估計與電離層全電子含量變化之觀測，故GPS亦已成為大氣與太空科學研究的重要工具之一。
最近幾年內政部衛星測量中心於埔里虎子山、南沙島及在台灣沿海地區配合驗潮站觀測共增設10個GPS連續站，內政部國土測繪中心為辦理電子化土地測量業務亦在台灣全島設置約40站的即時GPS觀測網。中央地質調查所為進行活斷層變形監測，自2005年起陸續在台灣西部地區加密佈設40多個GPS連續站。此外，成功大學、電信研究所、工研院量測中心及中央大學分別各有1~2站運轉中，交通部高速鐵路局亦將在高鐵沿線佈設10幾個GPS連續站。目前台灣GPS連續觀測網之測站總數已超過320站。
我們整合中央氣象局、中央研究院、內政部及其他機構營運之全部GPS連續觀測資料，以RunGamit
自動化GPS資料處理系統解算2003-2008年台灣GPS連續觀測網各測站每天之ITRF2005座標。RunGamit系統乃以美國麻省理工學院(MIT)發展的GAMIT/GLOBK軟體為核心之自動化GPS資料處理系統，由美國地質調查所(USGS)出資研發後提供各界免費使用。可自動將一大型GPS觀測網分成數個由不大於40
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個測站組成的子網，並分配於不同的伺服器同時計算，提高資料處理效率。各子網未經約制之每日鬆弛解，經由GLOBK結合約制在ITRF2005座標架構下；整合一段期間的每日解而獲得各測站之ITRF2005座標時間序列。
隨著近幾年來儀器性能的改進與資料處理技術的進步，GPS觀測的精度也越加提升。台灣擁有非常密集的GPS連續監測網，而GPS的連續觀測資料中隱含了很多訊息，其中包括震前的、震後的、同震的與其他如季節性變化、週期性變化的相關的資訊。藉由分析完整的連續觀測資料，有助於了解地震的震源特性，地殼應變累積與能量釋放的過程。值得注意的是隱含在時間序列中時間相關的雜訊，在過去的研究中我們都將其視為一種隨機過程（white noi），經由大量的資料處理過後即可消除，因此往往低估了誤差而高估了地殼應變速率的精度。根據近年來一些學者針對加州的密集GPS監測分析後發現，在進行GPS相關研究之前，若沒有去除時間相關的雜訊，會誤導研究結果以為地殼應變隨時間產生變化。
地表應變的計算和分析可提供地殼變形的訊息，並有助於觀測站址的選擇及地震危害度分析。Hsu (2004) 及Hsu et al. (2008)改進前人的方法，考慮測站和內插點的距離、測站速度的標準偏差及測站的分佈，給予不同的權重，由GPS速度場直接推求應變率。本計畫分析『台灣GPS連續觀測網』之時間序列資料，估算年週期及半年週期變化量、同震位移量、及震後變形，並求得較可靠的地殼運動速度及其誤差值。再根據精確估算之台灣地區速度場推求應變率。以了解應變率在空間之變化與斷層活動及板塊運動的關係，做為評估地震潛能的參考；並探討地殼形變時空變化與地震活動之關聯性，偵測可能之地殼形變地震前兆現象。
泡脚有什么好处貳、GPS資料處理
目前解算GPS資料的軟體大致上有GIPSY、BERNESE、GAMIT三種，GIPSY 解算方式為單點定位，用來消除接收器的時錶誤差；BERNESE為基線解，每兩站先組成基線，再做雙差，最後再做網形平差；GAMIT為網絡解，利用雙差直接消除衛星及測站的時間誤差。因為GAMIT為網絡解，會考慮到測站網形及相對位置，並可加入數個IGS國際參考站來約制解算結果，且程式內部有許多批次自動化程式方便使用者使用。
GAMIT/GLOBK軟體的資料處理流程(圖一)，大致上分為兩部份(Dong et al., 1998﹔Feigl et al., 1993)︰
包饺子的照片
(一)GAMIT：利用加權最小二乘法(weighted least-square method)處理不同觀
測時段的所有資料，以決定各測站的坐標。
(二)GLOBK：將各時段的解利用GLOBK軟體(Herring et al.,1990)中卡曼濾波
(Kalman filter)模組合併成一個解，再利用此解計算求得速率及應變相關
參數。
GAMIT軟體在資料處理的過程中，原始資料透過自動偵測錯誤及清除程式，來剔除一些明顯的離群點(outliers)、週波脫落(cycle slip)、及標誌(flags)。清除後的觀測資料再與SIO的精密軌道合併處理，進而獲得較精密的軌道參數及時間修正；經過修正的資料再進一步做相位觀測二次差處理，利用加權最小二乘法求解坐標參數及相位未定值(pha ambiquity)。並且在資料處理的過程中加入IGS天線相位中心、地潮、地球自轉參數、章動、與太陽及月亮相關等修正，同時利用模式每小時估算一個大氣層延遲參數加入計算。
經過GAMIT軟體解算後，可得到各時段的協變方矩陣(convariance matrix)，再輸入GLOBK處理(圖一)，此時多天的坐標參數可視為一連續的未知數，因此速度場可得到一致性的估算。再此步驟中，待估算參數的先驗值及約制是影響解算品質的重要因素；由於連續觀測站與IGS國際參考站有較穩定的
速度，所以在坐標速度、赤道參數、地球赤道及極軸旋轉等參數上，我們給予較大的約制。
日记400字搂的多音字组词GAMIT/GLOBK軟體運算過程中，可以將其分成三個部分(圖二)：
Pre-proc前處理，在這個步驟中必須先編輯數個輸入文件，以供程式執行使用。這些檔案包含：
一、整理外業資料：將原始資料轉成Rinex格式，並確認Rinex格式中的天線型式、天線高、點位名稱、測量的起始及結束時間、檔名是否與觀測紀錄相符。
二、編撰station.info：將各測站的接收儀及天線型式，天線高，起始時間等與測站相關的訊息編輯成station.info。
三、編撰Option file：建立所有控制指令於option file中，以供批次化自動處理。Option file中包含itrf檔，ITRF檔內需建立各測站的先驗座標( a priori position)及速度。
四、Session table (stbl)檔設定：設定處理流程及各種模型的參數值。
五、Sittbl檔設定：設定各站坐標的約束值(constraint)及天頂延遲等的修正值。六、編撰Site list：將所有要加入計算的測站名編輯成Site list，提供GAMIT計算使用。
七、其他修正量：包括UT1(世界時)、章動表(Nutation tables)、潤秒(leap.c)、太陽及月亮修正表(luntab、soltab)、大氣荷重修正表(id)、衛星天線幾何位置表(svnav.dat)、問題衛星表(svs_exclude.dat)、相位中心修正表(antmod.dat)、接收器及
