及时更新对所有导航系统至关重要

文章作者:管理一号 | 2019-02-14
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国际地磁场模型

来历:科技日报

地球出了点怪事。因地核内液态铁的运动,地球北磁极由加拿大不断向西伯利亚偏移,最近它越过了国际日期变更线。

北磁极的快速移动迫使科学家不得不紧迫更新国际地磁场模型(World Magnetic Model,WMM),近来,新模型现已更新完结。事实上,这一模型本该到2019年末才更新。

国际地磁场模型并非国际干流

所谓国际地磁场模型,是描绘地球主磁场及其长时刻改变的全球地磁场模型。它由美国国家地球物理数据中心(NGDC)和英国地质调查局(BGS)联合研发,首要为美国国防部、英国国防部、北大西洋公约安排以及国际海道丈量安排供给导航及定向效劳,一起在民用导航定位体系和航向姿势丈量体系中也有着广泛使用。

“依照场源的不同,地球磁场包含主磁场、地壳场、外部改变磁场及其在地球内部发作的感应场。各种场源对地球磁场的奉献也有所不同,其间主磁场占总磁场的95%以上,地壳场约占4%,外源场及其感应磁场只占总磁场的1%。国际地磁场模型的描绘方针就是主磁场。”我国地震局地球物理研究所副研究员赵旭东通知科技日报记者。

为了描绘地磁场的时空改变,自上世纪60年代起,国际各地的科学家和安排连续发布了自己的地磁场模型。

国际上通用的地磁场模型是国际参阅地磁场(IGRF),由国际地磁与高空物理联合会(IAGA)建立专门工作组安排编制,从1969年推出的第一代国际参阅地磁场到现在,现已推出了十二代国际参阅地磁场。“国际地磁与高空物理联合会在每届新模型发布之前会搜集各区域、安排和研究者各自的模型,然后按必定权重集成发布。而国际地磁场模型仅仅国际参阅地磁场的候选模型之一。”我国地震局地球物理研究所副研究员焦立果表明。

据了解,第一代国际地磁场模型从1990年开端发布,每5年更新一次,最新版别的国际地磁模型,是在2014年12月发布的2015版(WMM2015)。原本科学家们估计,这个版别的模型运用到2020年是没有问题的。

可是,这却是一个“生不逢辰”的版别。2015版模型投入运用一年之后,坐落南美洲下面的地磁场就呈现了一次地磁脉冲,让地磁场发作了科学家始料未及的改变,也让原本打算运用5年的模型,在一年后就差错猛增。与此一起,这两年的地磁北极加速移动,更是让2015版模型的精确度大幅下降。2018年9月,科学家们发布了第二版的2015版模型(WMM2015v2)。

及时更新对一切导航体系至关重要

事实上,地磁极与地舆极挨近但不重合,这导致磁力线同子午线之间存在着必定的夹角,被称为“磁偏角”。古人很早就认识到了磁偏角的存在,比方宋代的沈括在《梦溪笔谈》中就曾说到。

依据地磁场模型,可以事前计算好恣意空间方位的磁偏角;然后依据实测磁偏角,即可进行地磁定位及导航。结合地磁场其他重量,可以得到更为精确的定位信息。“地磁图对导航十分重要,是现代导航的根底。GPS体系只能供给方位信息,无法断定方向,方向是由磁场(即地磁图)来断定的。因而地磁图不及时更新的话,会影响到一切的导航体系,特别是在极区北极圈以内。”焦立果说道。

他表明,比较国际参阅地磁场,国际地磁场模型的空间分辨率略低,可是部分我国学者对两个模型比照剖析后发现,国际地磁场模型在我国具有更高的精度。人们在导航时一般选用国际地磁场模型。

赵旭东表明,精细地磁导航首要使用的是地壳磁场信息,地壳磁场最大的特点是空间结构极端杂乱,而在时刻上却十分安稳。取得地壳磁场信息就需求剥离掉其他场源的地磁场信息,而占总磁场95%以上的地球主磁场信息就是首先要剥离掉的部分。因而,地球主磁场信息的精确性关于地壳磁场信息的取得至关重要。

在焦立果看来,精确的地磁导航取决于精确的地磁模型,以及对地磁改变的精确猜测和及时校对。假如科学家无法及时更新一个关于导航体系来说十分重要的地球磁场模型,全国际的一切手机导航都会面对不精确的危险。

此外,除了船舶定向、手机定向和导航以外,地磁场模型在矿产资源勘探、地震火山监测预警、水下方针勘探、卫星规划和运转、电网运转以及军事国防等范畴都有重要使用。比方,在石油工业的定向钻井中,就会用到地磁偏角找正北方向,可以有用防止其他定向设备在钻井进程中因为高温高压而呈现误差,进步了钻井定向的精确度。

批改周期或许会越来越短

实际上,地磁场包含地磁极和磁力线等一向处于非线性运动改变之中。早在1831年,英国探险家詹姆斯·克拉克·罗斯就注意到地磁极在加拿大北极圈内难以猜测的运动。1904年,北磁极(地磁南极)开端以每年大约15千米的速度向东北方向移动,但在1990年代,极移速度俄然加速,由之前的每年约15千米增加到每年55千米。自1900年开端,北磁极从北纬70°的加拿大,一向向北移动;现在,磁极现已越来越接近地舆北极。

那么,终究为什么北磁极的移动速度会越来越快呢?

焦立果表明,关于近来的快速极移,学术界现在有两种观念:一是来自地核深部的快速磁流体波;另一种是来自加拿大下方地核内的液态铁水的高速射流。后一种思路以为,在加拿大和西伯利亚区域别离存在一个磁场会集的磁斑区,两个磁斑区的竞赛导致了磁极的移动。加拿大下方的高速射流导致该区域磁场削弱,在磁极竞赛中输给了西伯利亚,然后导致磁极向西伯利亚方向移动。

赵旭东也持有相似的观念,他表明,现在普遍以为地球主磁场发作于地球内部的地核磁流体发电机进程。因为地核具有液态的外核和固态的内核,在温度和密度差异的条件下,外核流体在地球自转体系中发作对流,然后发作了自激起电机进程。北磁极的快速运动或许与加拿大地下的液态铁高速射流有关。

那么,跟着北磁极的快速移动,国际地磁场模型的批改周期会不会越来越短呢?

在赵旭东看来,地球主磁场模型的更新周期是根据地球主磁场的长时刻改变特征,以及观测技能、观测材料的处理周期而定的。“跟着观测技能的开展,观测材料处理技能以及数据计算速度的进步,科学工作者对地磁场认知程度的加深,以及空间天气预报和人类日子的需求,我以为地球主磁场模型的更新周期将会缩短。”赵旭东说。

焦立果也表明,通过此次“曲折”,跟着人们对定向和导航等使用中时变性需求的日益进步,信任地磁学家们会做出相应的调整,包含或许缩短模型发布周期,以及在地磁突发事件后及时发布最新模型等等。

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