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- 讓智能手機(jī)變身地震傳感器
- 來(lái)源：德國(guó)亥姆霍茲地球科學(xué)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(gè)地震觀測(cè)站及 8151 部市民智能手機(jī)參與 “地震網(wǎng)絡(luò)”（EQN）公民科學(xué)項(xiàng)目。EQN 智能手機(jī)網(wǎng)絡(luò)密度高，覆蓋了紅色警戒區(qū)內(nèi)未安裝觀測(cè)站的區(qū)域，能夠以更高的空間分辨率捕捉整個(gè)紅色警戒區(qū)內(nèi)地面震動(dòng)的變化情況。來(lái)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(duì)人員與財(cái)產(chǎn)的影響，不僅取決于地震的震級(jí)、震源深度等固有特征，還與當(dāng)?shù)氐耐寥罈l件相關(guān) —— 土壤條件會(huì)引發(fā)所謂的 “場(chǎng)地效應(yīng)”。在城市環(huán)境中，以高空間分辨率繪制場(chǎng)地效應(yīng)分布圖，對(duì)于了解后續(xù)地震發(fā)生時(shí)哪些區(qū)域和建筑面臨更高風(fēng)險(xiǎn)、承受更大壓力至關(guān)重要。
意大利貝加莫大學(xué)的弗朗西斯科菲納齊（Francesco Finazzi）教授、德國(guó)亥姆霍茲地球科學(xué)研究中心（GFZ）的法布里斯科頓（Fabrice Cotton）教授以及法國(guó)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(xiàng)研究，在該領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展。該研究發(fā)表于《自然通訊》期刊，證實(shí)市民的智能手機(jī)可用于繪制高細(xì)節(jié)度的場(chǎng)地放大效應(yīng)圖。智能手機(jī)內(nèi)置的加速度傳感器（與支持互動(dòng)游戲的傳感器為同一類型）能夠探測(cè)地震震動(dòng)。
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(jī)的測(cè)量數(shù)據(jù)與統(tǒng)計(jì)模型相結(jié)合，成功繪制出當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)震動(dòng)的放大情況分布圖，其細(xì)節(jié)豐富度遠(yuǎn)超僅依靠地震觀測(cè)站所能獲取的信息。這些數(shù)據(jù)為地震災(zāi)害評(píng)估提供了關(guān)鍵依據(jù)，并對(duì)地震應(yīng)急響應(yīng)工作具有支撐作用。
基于 “地震網(wǎng)絡(luò)”（EQN）公民科學(xué)項(xiàng)目的新方法
這種創(chuàng)新方法以 “地震網(wǎng)絡(luò)”（EQN）公民科學(xué)項(xiàng)目為基礎(chǔ)，該項(xiàng)目由菲納齊于 2013 年發(fā)起。截至目前，EQN 已吸引超過(guò) 2000 萬(wàn)市民參與，是全球范圍內(nèi)利用智能手機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)地震監(jiān)測(cè)與預(yù)警的持續(xù)努力之一。地震發(fā)生時(shí)，參與項(xiàng)目的手機(jī)會(huì)探測(cè)到震動(dòng)并向中央服務(wù)器發(fā)送信號(hào)，服務(wù)器可在數(shù)秒內(nèi)向周邊區(qū)域用戶發(fā)布預(yù)警，為用戶爭(zhēng)取寶貴的避險(xiǎn)時(shí)間（有時(shí)可達(dá)半分鐘以上），幫助他們?cè)趶?qiáng)震動(dòng)來(lái)臨前做好防護(hù)。
盡管智能手機(jī)已被證實(shí)可用于地震監(jiān)測(cè)，但能否借助其繪制地面震動(dòng)分布圖仍是一個(gè)待解問(wèn)題。事實(shí)上，智能手機(jī)加速度傳感器的運(yùn)動(dòng)測(cè)量方式與專業(yè)地震儀器不同 —— 其讀數(shù)會(huì)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(jī)數(shù)據(jù)與觀測(cè)站記錄之間的關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)，研究團(tuán)隊(duì)采用了空間統(tǒng)計(jì)模型。該方法能夠抵消設(shè)備本身及建筑特異性帶來(lái)的影響，從而呈現(xiàn)出底層的震動(dòng)放大模式。雖然單部智能手機(jī)的記錄存在噪聲干擾，但將數(shù)千部手機(jī)的測(cè)量數(shù)據(jù)匯總，并與傳統(tǒng)地震學(xué)數(shù)據(jù)融合后，可生成可靠的高分辨率震動(dòng)放大效應(yīng)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(dòng)放大效應(yīng)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(wàn)居民，同時(shí)屬于高風(fēng)險(xiǎn)火山與地震帶，成為測(cè)試這種新方法的理想場(chǎng)所。2024 年 4 月至 6 月期間，該區(qū)域地震活動(dòng)加劇，給當(dāng)?shù)鼐用窈凸芾碚邘?lái)了壓力。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(guò) EQN 積極貢獻(xiàn)數(shù)據(jù)，而該區(qū)域內(nèi)的傳統(tǒng)地震觀測(cè)站僅有 29 個(gè)。通過(guò)對(duì)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(dòng)放大效應(yīng)圖。
該研究的第一作者菲納齊解釋道：“EQN 智能手機(jī)網(wǎng)絡(luò)密度高，覆蓋了紅色警戒區(qū)內(nèi)未安裝觀測(cè)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(gè)紅色警戒區(qū)內(nèi)地面震動(dòng)的變化情況�！�
繪制出的震動(dòng)放大效應(yīng)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(yīng)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(shí)際相當(dāng)于震動(dòng)衰減），而西南部的放大系數(shù)則介于 2 至 3 之間（實(shí)際相當(dāng)于震動(dòng)放大）。
對(duì)應(yīng)急響應(yīng)團(tuán)隊(duì)至關(guān)重要
若再次發(fā)生地震，基于歷史智能手機(jī)數(shù)據(jù)生成的震動(dòng)放大效應(yīng)圖，可與震后特定事件的智能手機(jī)加速度測(cè)量數(shù)據(jù)相結(jié)合，生成該次地震的高分辨率 “震動(dòng)圖”（ShakeMap）—— 這類地圖能直觀展示不同區(qū)域的震動(dòng)強(qiáng)度。震動(dòng)圖已成為評(píng)估近期地震影響、模擬未來(lái)地震情景的核心工具，對(duì)于指導(dǎo)救援團(tuán)隊(duì)行動(dòng)、評(píng)估災(zāi)害損失及統(tǒng)籌應(yīng)急響應(yīng)工作至關(guān)重要。
該研究的合著者、GFZ 地球科學(xué)研究中心 “2.6 地震災(zāi)害與風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)力學(xué)” 部門負(fù)責(zé)人科頓教授總結(jié)道：“全球城市人口持續(xù)增長(zhǎng)，對(duì)高分辨率震動(dòng)圖的需求日益迫切。本研究表明，將市民智能手機(jī)的加速度傳感器數(shù)據(jù)與地震觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)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(duì)特定場(chǎng)地的高分辨率震動(dòng)圖。這有助于更好地描述建筑環(huán)境中的地面運(yùn)動(dòng)特征 —— 而地震風(fēng)險(xiǎn)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(jī)揭示城市區(qū)域地震震動(dòng)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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