国立先进产业技术综合研究所【会长：石村和彦】（以下简称“AIST”）活断层与火山研究部【研究主任：伊藤润一】地震灾害预测研究组研究员二宫圭和九州大学【校长石桥达朗】地球资源系统工学系教授辻武、池田龙典助理教授透露了根据东京都市区安装的地震仪数据，由于新型冠状病毒的传播，社会活动减少。
地震仪记录地震运动以外的各种振动。这项研究表明，在冠状病毒大流行期间，人类活动引起的振动减少了。在第一次紧急状态期间，人为振动的强度处于最低水平。此后，周日振动的恢复速度比工作日慢。这被认为是因为，虽然经济活动已经恢复，但许多人继续自行决定避免休闲活动。从地震仪数据中可以看出，新型冠状病毒感染的传播导致经济和休闲活动的减少。这表明地震仪数据可以应用于监测人类活动。
此研究成果发表在英国开放获取电子学术期刊《科学报告''。
图1 东京新冠病毒感染人数（上图）以及去除季节性波动后人类活动引起的振动强度变化（下图）
PSD是功率谱密度，表示振动的强度
除了与地震相关的大震动之外，地震仪还记录了许多类型的振动。一般来说，风和海浪会引起缓慢的振动，每秒不到一次 (1 Hz)，而与人类活动相关的振动的特点是每秒振动次数较多。与人类活动相关的振动源有多种，例如火车和汽车产生的交通振动，以及工厂和机械产生的振动，由于这些振动是同时观察到的，因此很难检测和隔离特定的振动源。在观测地震时，这些振动被视为噪声，但近年来，已经进行了将这些人工振动用作信号的研究。了解人类活动引起的振动细节将有助于提高地震运动检测的准确性，并利用地震仪数据创建新的传感技术。
由于新型冠状病毒的爆发，世界各国实施了严格的行动限制，据报道振动水平因此下降。与人类活动相关的振动变小的情况极为罕见。利用这种社会环境，我们可以从地震仪的观测数据中获得阐明人类活动引起的振动实际状态的线索。
AIST 的研究员 Masaru Yabe 报告称，在首次宣布紧急状态后，人类活动引起的振动有所减少（Yabe 等人，2020 年）1）。然而，许多报告冠状病毒大流行期间振动变化的论文都是基于有限数量的观察点的数据。此外，人类活动引起的振动会根据一周中的一天、一天中的时间、季节和地点而变化。这阻碍了对与人类活动相关的振动细节的研究。
在本研究中，我们将使用大都市区地震观测网络（MeSO-net；国家地球科学与防灾研究所，2021 年）2) 获得的大约四年的数据，通过消除一周中的某一天、一天中的时间和季节性波动的影响，研究了新型冠状病毒爆发后的变化。
这项研究得到了 JSPS 科学研究补助金 JP19K23544、JP20K04133 和 JP20H01997 的支持。
1Yabe, S、Imanishi, K 和 Nishida, K，COVID-19 导致的两步地震降噪导致日本东京大都市的社会活动减少。地球行星太空，72, 167 (2020)。
2NIED MeSO-net，国家地球科学与抗灾研究院（2021 年），https://doiorg/1017598/NIED0023。
图 2 显示了本研究中使用的 101 个地震仪和池袋观测点 (EIKBM) 的安装位置。
图2 本研究采用的城域地震观测网观测点布置
计算每个观察点的功率谱密度 (PSD)，它代表振动的强度。作为示例，显示了来自 EIKBM 的数据（图 3）。 2020年之后，蓝色比以前更加明显。这表明由于冠状病毒的爆发，PSD 有所下降。还可以看出，PSD 根据星期几而变强或变弱，并且 PSD 在每年 1 月左右变得更大。这些波动全年都可以观察到，为了详细研究冠状病毒大流行期间PSD的变化，有必要提前消除星期几和季节波动的影响。
图3 在观测点EIKBM观测到的振动强度随时间的变化
每个日期的 PSD 是日平均值
首先，在每个观测点，我们仅使用新型冠状病毒爆发之前（2017 年 4 月至 2019 年 3 月）的数据，按一周中的每一天和一天中的不同时间计算 PSD 的季节性波动。排除PSD不规则、季节波动不明确的观测点。接下来，我们通过从新型冠状病毒爆发以来的 PSD 中减去按星期和按时间划分的季节性波动，研究了人类活动引起的振动变化。在本研究中，我们使用所有观察点的中值来阐明总体趋势（图1）。
图 1 显示，在 2020 年 4 月宣布的第一次紧急状态期间（橙色时期），PSD 下降幅度最大。平日PSD（图1：蓝线）随着紧急状态的解除而开始恢复，但周日PSD（图1：红线）暂时保持在低位。 10 月份左右，当 Go To Travel 活动开始时，PSD 在工作日和周日都恢复到正常水平。然而，随着第三波的到来，周日的PSD有所下降（图1：浅蓝色时期的红线）。当宣布第二次紧急状态，要求人们避免夜间活动时，工作日白天的 PSD 并没有下降（图 1：浅红色期间的蓝线）。此外，在第二次宣告结束前，PSD在工作日和周日都开始增加（图1：浅红色时期）。
人类活动引起的振动强度与国内生产总值 (GDP) 关联的示例（Hong 等人，2020）3）以及使用振动强度作为指标来确定冠状病毒大流行期间人口密度的示例（Dias 等人，20204) 已报告。本研究获得的结果与经济活动和人们的自我约束等社会活动可以解释如下。第一次紧急状态解除后，工作日白天的经济活动立即恢复。相比之下，周日白天的休闲活动恢复缓慢，被认为是因为即使在紧急状态解除后，许多人仍继续克制运动。 “Go To Travel”活动期间周日PSD的下降表明，许多人关注感染人数等信息，并自行决定避免休闲活动。另一方面，即使在第二次紧急状态下，随着新增感染人数的减少，PSD 也开始增加。这被认为是社会意识转变的结果。
3Hong, T-K、Lee, J、Lee, G、Lee, J 和 Park, S 环境地震噪声与经济增长之间的相关性。地震。资源。莱特。 91、2343-2354（2020）；https://doiorg/101785/0220190369。
4Dias, F L、Assumpção, M、Peixoto, P S、Bianchi, M B、Collaço, B 和 Calhau, J 使用地震噪声水平监测社会隔离：巴西里约热内卢的示例。地球物理学。资源。莱特。 47、e2020GL088748(2020),https://doiorg/101029/2020GL088748。
在这项研究中，我们使用广域地震观测网络来观测整个大都市区的振动强度波动。人类活动引起的振动在局部区域传播，因此可以通过在狭窄区域进行密集观察来识别振动源。我们将推进人工振动在监测和物理勘探中的应用，例如使用振动信息的犯罪预防系统和交通调查。