地球出了點怪事。因地核內(nei) 液態鐵的運動，地球北磁極由加拿大不斷向西伯利亞(ya) 偏移，最近它越過了國際日期變更線。

　　北磁極的快速移動迫使科學家不得不緊急更新世界地磁場模型（World Magnetic Model，WMM)，近日，新模型已經更新完成。事實上，這一模型本該到2019年底才更新。

　　世界地磁場模型並非國際主流

　　所謂世界地磁場模型，是描述地球主磁場及其長期變化的全球地磁場模型。它由美國國家地球物理數據中心（NGDC）和英國地質調查局（BGS）聯合研製，主要為(wei) 美國國防部、英國國防部、北大西洋公約組織以及國際海道測量組織提供導航及定向服務，同時在民用導航定位係統和航向姿態測量係統中也有著廣泛應用。

　　“按照場源的不同，地球磁場包括主磁場、地殼場、外部變化磁場及其在地球內(nei) 部產(chan) 生的感應場。各種場源對地球磁場的貢獻也有所不同，其中主磁場占總磁場的95%以上，地殼場約占4%，外源場及其感應磁場隻占總磁場的1%。世界地磁場模型的描述對象就是主磁場。”中國地震局地球物理研究所副研究員趙旭東(dong) 告訴科技日報記者。

　　為(wei) 了描述地磁場的時空變化，自上世紀60年代起，世界各地的科學家和組織陸續發布了自己的地磁場模型。

　　國際上通用的地磁場模型是國際參考地磁場（IGRF），由國際地磁與(yu) 高空物理聯合會(hui) （IAGA）成立專(zhuan) 門工作組組織編製，從(cong) 1969年推出的第一代國際參考地磁場到現在，已經推出了十二代國際參考地磁場。“國際地磁與(yu) 高空物理聯合會(hui) 在每屆新模型發布之前會(hui) 征集各地區、組織和研究者各自的模型，然後按一定權重集成發布。而世界地磁場模型隻是國際參考地磁場的候選模型之一。”中國地震局地球物理研究所副研究員焦立果表示。

　　據了解，第一代世界地磁場模型從(cong) 1990年開始發布，每5年更新一次，最新版本的世界地磁模型，是在2014年12月發布的2015版（WMM2015）。原本科學家們(men) 預計，這個(ge) 版本的模型使用到2020年是沒有問題的。

　　然而，這卻是一個(ge) “命途多舛”的版本。2015版模型投入使用一年之後，位於(yu) 南美洲下麵的地磁場就出現了一次地磁脈衝(chong) ，讓地磁場產(chan) 生了科學家始料未及的變化，也讓本來打算使用5年的模型，在一年後就誤差陡增。與(yu) 此同時，這兩(liang) 年的地磁北極加速移動，更是讓2015版模型的準確度大幅下降。2018年9月，科學家們(men) 發布了第二版的2015版模型（WMM2015v2）。

　　及時更新對所有導航係統至關(guan) 重要

　　事實上，地磁極與(yu) 地理極接近但不重合，這導致磁力線同子午線之間存在著一定的夾角，被稱為(wei) “磁偏角”。古人很早就意識到了磁偏角的存在，比如宋代的沈括在《夢溪筆談》中就曾提到。

　　根據地磁場模型，可以事先計算好任意空間位置的磁偏角；然後根據實測磁偏角，即可進行地磁定位及導航。結合地磁場其餘(yu) 分量，可以得到更為(wei) 準確的定位信息。“地磁圖對導航非常重要，是現代導航的基礎。GPS係統隻能提供位置信息，無法確定方向，方向是由磁場（即地磁圖）來確定的。因此地磁圖不及時更新的話，會(hui) 影響到所有的導航係統，特別是在極區北極圈以內(nei) 。”焦立果說道。

　　他表示，相比國際參考地磁場，世界地磁場模型的空間分辨率略低，但是部分中國學者對兩(liang) 個(ge) 模型對比分析後發現，世界地磁場模型在我國擁有更高的精度。人們(men) 在導航時通常采用世界地磁場模型。

　　趙旭東(dong) 表示，精密地磁導航主要應用的是地殼磁場信息，地殼磁場最大的特點是空間結構極其複雜，而在時間上卻非常穩定。獲得地殼磁場信息就需要剝離掉其他場源的地磁場信息，而占總磁場95%以上的地球主磁場信息就是首先要剝離掉的部分。因此，地球主磁場信息的準確性對於(yu) 地殼磁場信息的獲得至關(guan) 重要。

　　在焦立果看來，準確的地磁導航取決(jue) 於(yu) 準確的地磁模型，以及對地磁變化的準確預測和及時校正。如果科學家無法及時更新一個(ge) 對於(yu) 導航係統來說非常重要的地球磁場模型，全世界的所有手機導航都會(hui) 麵臨(lin) 不準確的風險。

　　此外，除了船隻定向、手機定向和導航以外，地磁場模型在礦產(chan) 資源勘探、地震火山監測預警、水下目標探測、衛星設計和運行、電網運行以及軍(jun) 事國防等領域都有重要應用。比如，在石油工業(ye) 的定向鑽井中，就會(hui) 用到地磁偏角找正北方向，能夠有效避免其他定向設備在鑽井過程中因為(wei) 高溫高壓而出現偏差，提高了鑽井定向的準確度。

　　修正周期可能會(hui) 越來越短

　　實際上，地磁場包括地磁極和磁力線等一直處於(yu) 非線性運動變化之中。早在1831年，英國探險家詹姆斯·克拉克·羅斯就注意到地磁極在加拿大北極圈內(nei) 難以預測的運動。1904年，北磁極（地磁南極）開始以每年大約15千米的速度向東(dong) 北方向移動，但在1990年代，極移速度突然加快，由之前的每年約15千米增加到每年55千米。自1900年開始，北磁極從(cong) 北緯70°的加拿大，一直向北移動；現在，磁極已經越來越靠近地理北極。

　　那麽(me) ，究竟為(wei) 什麽(me) 北磁極的移動速度會(hui) 越來越快呢？

　　焦立果表示，關(guan) 於(yu) 近來的快速極移，學術界現在有兩(liang) 種觀點：一是來自地核深部的快速磁流體(ti) 波；另一種是來自加拿大下方地核內(nei) 的液態鐵水的高速射流。後一種思路認為(wei) ，在加拿大和西伯利亞(ya) 地區分別存在一個(ge) 磁場集中的磁斑區，兩(liang) 個(ge) 磁斑區的競爭(zheng) 導致了磁極的移動。加拿大下方的高速射流導致該區域磁場減弱，在磁極競爭(zheng) 中輸給了西伯利亞(ya) ，從(cong) 而導致磁極向西伯利亞(ya) 方向移動。

　　趙旭東(dong) 也持有類似的觀點，他表示，目前普遍認為(wei) 地球主磁場產(chan) 生於(yu) 地球內(nei) 部的地核磁流體(ti) 發電機過程。由於(yu) 地核具有液態的外核和固態的內(nei) 核，在溫度和密度差異的條件下，外核流體(ti) 在地球自轉係統中發生對流，從(cong) 而產(chan) 生了自激發電機過程。北磁極的快速運動可能與(yu) 加拿大地下的液態鐵高速射流有關(guan) 。

　　那麽(me) ，隨著北磁極的快速移動，世界地磁場模型的修正周期會(hui) 不會(hui) 越來越短呢？

　　在趙旭東(dong) 看來，地球主磁場模型的更新周期是基於(yu) 地球主磁場的長期變化特征，以及觀測技術、觀測資料的處理周期而定的。“隨著觀測技術的發展，觀測資料處理技術以及數據計算速度的提高，科學工作者對地磁場認知程度的加深，以及空間天氣預報和人類生活的需要，我認為(wei) 地球主磁場模型的更新周期將會(hui) 縮短。”趙旭東(dong) 說。

　　焦立果也表示，經過此次“波折”，隨著人們(men) 對定向和導航等應用中時變性需求的日益提高，相信地磁學家們(men) 會(hui) 做出相應的調整，包括可能縮短模型發布周期，以及在地磁突發事件後及時發布最新模型等等。