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- 讓智能手機變身地震傳感器
- 來源：德國亥姆霍茲地球科學研究中心（GFZ） 發(fā)表于 2025/11/9
2024 年 6 月 8 日，在弗萊格雷火山口（Campi Flegrei）紅色警戒區(qū)內(nèi)，有 29 個地震觀測站及 8151 部市民智能手機參與 “地震網(wǎng)絡”（EQN）公民科學項目。EQN 智能手機網(wǎng)絡密度高，覆蓋了紅色警戒區(qū)內(nèi)未安裝觀測站的區(qū)域，能夠以更高的空間分辨率捕捉整個紅色警戒區(qū)內(nèi)地面震動的變化情況。來源：CC BY-NC-ND 4.0 許可協(xié)議，菲納齊等人（2025）；https://doi.org/10.1038/s41467-025-64543-3
地震對人員與財產(chǎn)的影響，不僅取決于地震的震級、震源深度等固有特征，還與當?shù)氐耐寥罈l件相關(guān) —— 土壤條件會引發(fā)所謂的 “場地效應”。在城市環(huán)境中，以高空間分辨率繪制場地效應分布圖，對于了解后續(xù)地震發(fā)生時哪些區(qū)域和建筑面臨更高風險、承受更大壓力至關(guān)重要。
意大利貝加莫大學的弗朗西斯科菲納齊（Francesco Finazzi）教授、德國亥姆霍茲地球科學研究中心（GFZ）的法布里斯科頓（Fabrice Cotton）教授以及法國歐洲 - 地中海地震中心的雷米博蘇（Rémy Bossu）博士合作開展的一項研究，在該領(lǐng)域取得了突破性進展。該研究發(fā)表于《自然通訊》期刊，證實市民的智能手機可用于繪制高細節(jié)度的場地放大效應圖。智能手機內(nèi)置的加速度傳感器（與支持互動游戲的傳感器為同一類型）能夠探測地震震動。
研究人員將意大利弗萊格雷火山口區(qū)域數(shù)千部智能手機的測量數(shù)據(jù)與統(tǒng)計模型相結(jié)合，成功繪制出當?shù)氐刭|(zhì)結(jié)構(gòu)對震動的放大情況分布圖，其細節(jié)豐富度遠超僅依靠地震觀測站所能獲取的信息。這些數(shù)據(jù)為地震災害評估提供了關(guān)鍵依據(jù)，并對地震應急響應工作具有支撐作用。
基于 “地震網(wǎng)絡”（EQN）公民科學項目的新方法
這種創(chuàng)新方法以 “地震網(wǎng)絡”（EQN）公民科學項目為基礎(chǔ)，該項目由菲納齊于 2013 年發(fā)起。截至目前，EQN 已吸引超過 2000 萬市民參與，是全球范圍內(nèi)利用智能手機進行實時地震監(jiān)測與預警的持續(xù)努力之一。地震發(fā)生時，參與項目的手機會探測到震動并向中央服務器發(fā)送信號，服務器可在數(shù)秒內(nèi)向周邊區(qū)域用戶發(fā)布預警，為用戶爭取寶貴的避險時間（有時可達半分鐘以上），幫助他們在強震動來臨前做好防護。
盡管智能手機已被證實可用于地震監(jiān)測，但能否借助其繪制地面震動分布圖仍是一個待解問題。事實上，智能手機加速度傳感器的運動測量方式與專業(yè)地震儀器不同 —— 其讀數(shù)會受到建筑特征、設(shè)備位置及擺放方式的影響。
為充分利用智能手機數(shù)據(jù)與觀測站記錄之間的關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)，研究團隊采用了空間統(tǒng)計模型。該方法能夠抵消設(shè)備本身及建筑特異性帶來的影響，從而呈現(xiàn)出底層的震動放大模式。雖然單部智能手機的記錄存在噪聲干擾，但將數(shù)千部手機的測量數(shù)據(jù)匯總，并與傳統(tǒng)地震學數(shù)據(jù)融合后，可生成可靠的高分辨率震動放大效應圖。
意大利弗萊格雷火山口紅色警戒區(qū)首幅高分辨率震動放大效應圖
意大利那不勒斯附近的弗萊格雷火山口區(qū)域居住著約 50 萬居民，同時屬于高風險火山與地震帶，成為測試這種新方法的理想場所。2024 年 4 月至 6 月期間，該區(qū)域地震活動加劇，給當?shù)鼐用窈凸芾碚邘砹藟毫�。在面積 130 平方公里的 “紅色警戒區(qū)” 內(nèi)，有 7000 至 9000 名居民通過 EQN 積極貢獻數(shù)據(jù)，而該區(qū)域內(nèi)的傳統(tǒng)地震觀測站僅有 29 個。通過對這些數(shù)據(jù)的分析，研究人員繪制出了紅色警戒區(qū)的首幅高分辨率震動放大效應圖。
該研究的第一作者菲納齊解釋道：“EQN 智能手機網(wǎng)絡密度高，覆蓋了紅色警戒區(qū)內(nèi)未安裝觀測站的區(qū)域，這使得我們能夠以更高的空間分辨率捕捉整個紅色警戒區(qū)內(nèi)地面震動的變化情況�！�
繪制出的震動放大效應圖顯示，在僅 10 公里的距離范圍內(nèi)，表層地質(zhì)結(jié)構(gòu)引發(fā)的地震波放大效應存在顯著差異：警戒區(qū)東部的放大系數(shù)介于 0.25 至 0.5 之間（實際相當于震動衰減），而西南部的放大系數(shù)則介于 2 至 3 之間（實際相當于震動放大）。
對應急響應團隊至關(guān)重要
若再次發(fā)生地震，基于歷史智能手機數(shù)據(jù)生成的震動放大效應圖，可與震后特定事件的智能手機加速度測量數(shù)據(jù)相結(jié)合，生成該次地震的高分辨率 “震動圖”（ShakeMap）—— 這類地圖能直觀展示不同區(qū)域的震動強度。震動圖已成為評估近期地震影響、模擬未來地震情景的核心工具，對于指導救援團隊行動、評估災害損失及統(tǒng)籌應急響應工作至關(guān)重要。
該研究的合著者、GFZ 地球科學研究中心 “2.6 地震災害與風險動力學” 部門負責人科頓教授總結(jié)道：“全球城市人口持續(xù)增長，對高分辨率震動圖的需求日益迫切。本研究表明，將市民智能手機的加速度傳感器數(shù)據(jù)與地震觀測網(wǎng)絡數(shù)據(jù)相結(jié)合，能夠在人口密集的城市區(qū)域生成針對特定場地的高分辨率震動圖。這有助于更好地描述建筑環(huán)境中的地面運動特征 —— 而地震風險恰恰集中在這些區(qū)域�！�
更多信息：弗朗西斯科菲納齊等人，《市民智能手機揭示城市區(qū)域地震震動規(guī)律》，《自然通訊》（2025）。DOI：10.1038/s41467-025-64543-3
期刊信息：《自然通訊》（Nature Communications）
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