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北磁极快速偏移手机将受影响


2019-2-18 9:16:22

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

  北磁极的快速移动科学家不得不紧急更新世界地模型(World Magnetic Model,WMM),近日,新模型已经更新完成。事实上,这一模型本该到2019年底才更新。

  所谓世界地模型,是描述地球主及其长期变化的全球地模型。它由美国国家地球物理数据中心(NC)和英国地质调查局(BGS)联合研制,主要为美国、英国、北大西洋公约组织以及国际海道测量组织提供及定向服务,同时在民用定位系统和航向姿态测量系统中也有着广泛应用。

  “按照场源的不同,地球包括主、地壳场、外部变化及其在地球内部产生的场。各种场源对地球的贡献也有所不同,其中主占总的95%以上,地壳场约占4%,外源场及其只占总的1%。世界地模型的描述对象就是主。”中国地震局地球物理研究所副研究员赵旭东告诉科技日报记者。

  为了描述地的时空变化,自上世纪60年代起,世界各地的科学家和组织陆续发布了自己的地模型。

  国际上通用的地模型是国际参考地(IGRF),由国际地磁与高空物理联合会(IAGA)成立专门工作组组织编制,从1969年推出的第一代国际参考地到现在,已经推出了十二代国际参考地。“国际地磁与高空物理联合会在每届新模型发布之前会征集各地区、组织和研究者各自的模型,然后按一定权重集成发布。而世界地模型只是国际参考地的候选模型之一。”中国地震局地球物理研究所副研究员焦立果表示。

  据了解,第一代世界地模型从1990年开始发布,每5年更新一次,最新版本的世界地磁模型,是在2014年12月发布的2015版(WMM2015)。原本科学家们预计,这个版本的模型使用到2020年是没有问题的。

  然而,这却是一个“命途多舛”的版本。2015版模型投入使用一年之后,位于南美洲下面的地就出现了一次地磁脉冲,让地产生了科学家始料未及的变化,也让本来打算使用5年的模型,在一年后就误差陡增。与此同时,这两年的地磁北极加速移动,更是让2015版模型的准确度大幅下降。2018年9月,科学家们发布了第二版的2015版模型(WMM2015v2)。

  事实上,地磁极与地理极接近但不重合,梦见杀人不见血这导致磁力线同子午线之间存在着一定的夹角,被称为“磁偏角”。古人很早就意识到了磁偏角的存在,比如宋代的沈括在《梦溪笔谈》中就曾提到。

  根据地模型,可以事先计算好任意空间的磁偏角;然后根据实测磁偏角,即可进行地磁定位及。结合地其余分量,可以得到更为准确的定位信息。“地磁图对非常重要,是现代的基础。GPS系统只能提供信息,无法确定方向,方向是由(即地磁图)来确定的。因此地磁图不及时更新的话,会影响到所有的系统,特别是在极区北极圈以内。”焦立果说道。

  他表示,相比国际参考地,世界地模型的空间分辨率略低,但是部分中国学者对两个模型对比分析后发现,世界地模型在我国拥有更高的精度。人们在时通常采用世界地模型。

  赵旭东表示,精密地磁主要应用的是地壳信息,地壳最大的特点是空间结构极其复杂,而在时间上却非常稳定。获得地壳信息就需要剥离掉其他场源的地信息,而占总95%以上的地球主信息就是首先要剥离掉的部分。因此,地球主信息的准确性对于地壳信息的获得至关重要。

  在焦立果看来,准确的地磁取决于准确的地磁模型,以及对地磁变化的准确预测和及时校正。如果科学家无法及时更新一个对于系统来说非常重要的地球模型,全世界的所有手机都会面临不准确的风险。

  此外,除了船只定向、手机定向和以外,地模型在矿产资源勘探、地震火山监测预警、水下目标探测、卫星设计和运行、电网运行以及军事国防等领域都有重要应用。比如,在石油工业的定向钻井中,就会用到地磁偏角找正北方向,能够有效避免其他定向设备在钻井过程中因为高温高压而出现偏差,提高了钻井定向的准确度。

  实际上,地包括地磁极和磁力线等一直处于非线年,英国探险家詹姆斯·克拉克·罗斯就注意到地磁极在北极圈内难以预测的运动。1904年,北磁极(地磁南极)开始以每年大约15千米的速度向东北方向移动,但在1990年代,极移速度突然加快,由之前的每年约15千米增加到每年55千米。自1900年开始,北磁极从北纬70°的,一直向北移动;现在,磁极已经越来越靠近地理北极。

  焦立果表示,关于近来的快速极移,学术界现在有两种观点:一是来自地核深部的快速磁流体波;另一种是来自下方地核内的液态铁水的高速射流。后一种思认为,在和西伯利亚地区分别存在一个集中的磁斑区,两个磁斑区的竞争导致了磁极的移动。下方的高速射流导致该区域减弱,在磁极竞争中输给了西伯利亚,从而导致磁极向西伯利亚方向移动。

  赵旭东也持有类似的观点,他表示,目前普遍认为地球主产生于地球内部的地核磁流体发电机过程。由于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系统中发生对流,从而产生了自激发电机过程。北磁极的快速运动可能与地下的液态铁高速射流有关。

  在赵旭东看来,地球主模型的更新周期是基于地球主的长期变化特征,以及观测技术、观测资料的处理周期而定的。“随着观测技术的发展,观测资料处理技术以及数据计算速度的提高,科学工作者对地认知程度的加深,以及空间天气预报和人类生活的需要,我认为地球主模型的更新周期将会缩短。”赵旭东说。

  焦立果也表示,经过此次“波折”,随着人们对定向和等应用中时变性需求的日益提高,相信地磁学家们会做出相应的调整,包括可能缩短模型发布周期,以及在地磁突发事件后及时发布最新模型等等。

  

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