從「福衛」到「張衡一號」：兩岸在地震電離層異常監測的科技競爭與協同機遇

一、引言：地震預測的新突破從太空開始

地震一直是人類最難應對的自然災害之一。由於其突發性與不可控性，往往造成嚴重的生命與財產損失。儘管傳統地震學在震後分析、斷層模擬上有長足發展，但「能否提前預警地震」始終是科學界與社會關注的焦點。

近年來，隨著航天技術進步，科學家逐漸將研究視角轉向地球高層大氣——電離層，並發現其在地震發生前可能出現可觀測的異常擾動。中國大陸與台灣地區，分別以「張衡一號」與「福衛三號/五號」衛星系統，展開針對地震電離層異常的監測與研究，在技術佈局與實踐層面形成各自特色，也為未來協同監測提供了潛在可能。

二、震前異常與電離層：太空觀測的新視窗

電離層是距地面約70~2000公里的高層大氣，充滿大量自由電子與離子，對電磁場變化極為敏感。當地震發生前，地殼應力積聚與釋放可導致岩石破裂、氣體釋放、壓電效應等，進而激發電場與電磁波，這些訊號能夠穿透大氣層傳導至電離層，引發電子濃度的擾動或重分佈。

觀測顯示，在大地震前1~7天，震中上空常會出現：

• 總電子含量（TEC）異常上升或下降；

• F2層峰電子濃度與高度顯著變化；

• 電場、磁場與等離子體參數異常跳變。

若這些異常能被及時捕捉並與震源機理結合分析，將有望成為未來地震預警的重要依據之一。

三、大陸自主技術：張衡一號與地面站網體系

1. 張衡一號：中國首顆地震電磁監測衛星

• 發射時間：2018年2月

• 設計目標：針對地震電磁異常進行全球同步觀測

• 搭載儀器：低頻電場儀、磁場探測儀、等離子體探測器、高能粒子儀等

• 軌道類型：太陽同步軌道（SSO），每日覆蓋地震帶上空

張衡一號可實時觀測地磁擾動、電場變化與電子濃度異常，在地震震前3~5天的數據變化中，已成功捕捉多起中大型地震（如雲南大理、四川甘孜、青海玉樹等）異常信號，為後續的震前研究與預報模型提供實證基礎。

2. 地面配套觀測系統

• 中國現代大地測量控制網（CMONOC）：
  擁有逾300個高精度GNSS接收站，提供連續電離層總電子含量（TEC）資料。

• CORS站網：支持區域精密定位與地殼形變監測，亦用於輔助TEC模型建構。

中國地震局與中國科學院聯合構建的數據分析平台，正進行多參數融合與AI預測模型訓練，探索將TEC、磁場、微震活動等訊號融合，提升地震預警靈敏度。

四、台灣技術特色：福衛三號與五號

1. 福衛三號（FORMOSAT-3 / COSMIC）

• 發射時間：2006年，由台灣國家太空中心與美國UCAR合作

• 觀測方式：GPS掩星法（radio occultation），可重建全球電離層電子濃度垂直剖面

• 技術優勢：全球覆蓋、精確的三維結構建模能力

2. 福衛五號（FORMOSAT-5）

• 發射時間：2017年，由台灣自行研製

• 搭載酬載：先進電離層探測儀（AIP），可即時量測電子密度、離子溫度與速度

台灣在1999年「九二一地震」前夕，利用地面電離層探測儀與GPS接收站首次記錄到F2層電子濃度顯著下降，後續福衛三號亦於2008年汶川地震前成功觀測到電離層異常。這些成果成為國際地震電離層研究的重要基礎。

五、技術比較：兩岸衛星系統對比分析

六、合作潛力：科技無國界，預警需共力

儘管兩岸在政治制度上存在差異，但在科學領域，特別是涉及人類生命安全的災害預測與防治方面，仍存在實質合作空間：

可行的合作模式包括：

1. 共享非敏感電離層資料（如TEC全球影像圖、地面GNSS觀測數據）；

2. 建立聯合觀測計劃，比對兩岸衛星在同一震區的數據表現；

3. 舉辦聯合研討與競賽，鼓勵青年科學家合作開發地震異常AI判識模型；

4. 結合第三方平台（如APEC防災科技計畫），以國際協調方式開展聯合驗證。

七、結語：從競爭到共創，共建亞洲地震預警網

地震無法被完全預測，但異常是可以被監測的。無論是大陸的「張衡一號」，還是台灣的「福衛三號/五號」，都代表著華人科技界在探索地震預警這條艱難道路上的重要里程碑。未來，若能跨越制度隔閡，以人民安全為最大公約數，整合兩岸科技優勢與觀測網路，有望共同打造「亞洲地震異常預警監測聯盟」，為全球地震研究帶來新的突破。

參考資料：

• 中國地震局《地震電磁監測工作報告》2021

• 劉正彥等人，〈利用GPS電離層異常預測921地震〉，《地震研究》期刊

• COSMIC/FORMOSAT-3科學資料網站

• 張衡一號衛星數據白皮書，中國科學院地球空間信息中心