- 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）紅色警戒區內，有 29 個地震觀測站及 8151 部市民智能手機參與 “地震網絡”（EQN）公民科學項目。EQN 智能手機網絡密度高，覆蓋了紅色警戒區內未安裝觀測站的區域，能夠以更高的空間分辨率捕捉整個紅色警戒區內地面震動的變化情況。來源：CC BY-NC-ND 4.0 許可協議，菲納齊等人（2025）；https://doi.org/10.1038/s41467-025-64543-3
地震對人員與財產的影響，不僅取決于地震的震級、震源深度等固有特征，還與當地的土壤條件相關 —— 土壤條件會引發所謂的 “場地效應”。在城市環境中，以高空間分辨率繪制場地效應分布圖，對于了解后續地震發生時哪些區域和建筑面臨更高風險、承受更大壓力至關重要。
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，在該領域取得了突破性進展。該研究發表于《自然通訊》期刊，證實市民的智能手機可用于繪制高細節度的場地放大效應圖。智能手機內置的加速度傳感器（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域數千部智能手機的測量數據與統計模型相結合，成功繪制出當地地質結構對震動的放大情況分布圖，其細節豐富度遠超僅依靠地震觀測站所能獲取的信息。這些數據為地震災害評估提供了關鍵依據，并對地震應急響應工作具有支撐作用。
基于 “地震網絡”（EQN）公民科學項目的新方法
這種創新方法以 “地震網絡”（EQN）公民科學項目為基礎，該項目由菲納齊于 2013 年發起。截至目前，EQN 已吸引超過 2000 萬市民參與，是全球范圍內利用智能手機進行實時地震監測與預警的持續努力之一。地震發生時，參與項目的手機會探測到震動并向中央服務器發送信號，服務器可在數秒內向周邊區域用戶發布預警，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地震儀器不同 —— 其讀數會受到建筑特征、設備位置及擺放方式的影響。
為充分利用智能手機數據與觀測站記錄之間的關聯結構，研究團隊采用了空間統計模型。該方法能夠抵消設備本身及建筑特異性帶來的影響，從而呈現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，但將數千部手機的測量數據匯總，并與傳統地震學數據融合后，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，該區域地震活動加劇，給當地居民和管理者帶來了壓力。在面積 130 平方公里的 “紅色警戒區” 內，有 7000 至 9000 名居民通過 EQN 積極貢獻數據，而該區域內的傳統地震觀測站僅有 29 個。通過對這些數據的分析，研究人員繪制出了紅色警戒區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 智能手機網絡密度高，覆蓋了紅色警戒區內未安裝觀測站的區域，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內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，表層地質結構引發的地震波放大效應存在顯著差異：警戒區東部的放大系數介于 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重要
若再次發生地震，基于歷史智能手機數據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據相結合，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、評估災害損失及統籌應急響應工作至關重要。
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道：“全球城市人口持續增長，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據與地震觀測網絡數據相結合，能夠在人口密集的城市區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境中的地面運動特征 —— 而地震風險恰恰集中在這些區域。”
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域地震震動規律》，《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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