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地球磁场是地球的重要组成部分，它保护着我们免受太阳风和宇宙射线的侵袭，并且对导航系统至关重要。然而，地球磁场并非静态不变，它会随着时间推移而缓慢变化。为了精确模拟地球磁场的动态变化，并为全球导航提供可靠的基础，科学家们不断开发和更新世界磁场模型（World Magnetic Model,WMM）。WMM每5年发布一个版本，上一个版本是2019年12月发布的WMM2020。近日，最新版本的世界磁场模型 WMM2025正式发布，它不仅提供了更精确的导航数据，还引入了高分辨率模型，标志着地球磁场建模和导航技术迈向了新的台阶。

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世界磁场模型（WMM）简介

世界磁场模型（WMM）是一种球面谐波模型，它描述了地球的主磁场及其缓慢的时间变化。WMM 模型是全球导航的关键，它能够确保依赖地球磁场的各种技术系统正常运行。这些系统包括：

• 航空导航：  飞机，包括军用和民用飞机，都依赖于 WMM 模型进行导航和定位。

• 航海导航：  船舶和潜艇使用 WMM 模型来确定方向和位置。

• 地面导航： GPS 单元和智能手机中的导航应用程序利用 WMM 模型来校正罗盘和提供准确的定位。

• 其他应用： WMM 模型也被广泛应用于地质勘探、地球物理研究等多个领域。

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WMM2025 的更新和改进

地球磁场的变化是不规则的，并且在长时间尺度上尤为明显。为了保证导航系统的精度，WMM 模型至少每五年更新一次，以捕捉地球磁场的最新变化。罗盘等导航仪器受到地球磁场的影响，因此，使用最新模型可以确保导航仪器提供正确的读数。WMM2025 版本在原有基础上进行了多项改进，主要亮点包括：

1. 更高精度的导航数据： WMM2025 提供了更精确的导航数据，确保各类导航系统能够更准确地确定位置和方向。

2. 首次发布高分辨率模型（WMMHR2025）： WMM2025 版本首次引入了世界磁场高分辨率模型（WMMHR2025），其空间分辨率在赤道地区从标准模型的 3300 公里提高到约 300 公里，这意味着用户可以获得更高的方向精度，尤其是在高频空间变化明显的区域。

3. 黑障区更新： WMM2025 还更新了黑障区的位置。这些区域位于南北极附近，由于地球磁场方向不规则，导航信号可能变得不可靠。 WMM2025 对黑障区进行了更新，以反映其位置的微小变化，从而提高这些区域导航的准确性。

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WMM 的应用场景和用户

WMM 是一个全球性的标准模型，被众多机构和组织广泛使用，包括：

• 政府机构：  美国和英国政府及其下属部门，如美国联邦航空管理局（FAA）和美国国防部，都使用 WMM 模型进行导航和地理信息管理。

• 国际组织：  北大西洋公约组织（NATO）、国际海道测量组织（IHO）和英国海道测量局等国际组织也依赖 WMM 模型。

• 消费电子产品公司：  智能手机和其他消费电子产品公司使用 WMM 模型，为用户提供准确的罗盘应用、地图和 GPS 服务。

WMM 的开发和维护

WMM 模型是由美国国家海洋和大气管理局（NOAA）国家环境信息中心（NCEI）和英国地质调查局（BGS）联合开发的。它也是美国国家地理空间情报局（NGA）和英国国防地理中心（DGC）的共同成果。其中：

• NCEI： NCEI 在 WMM 模型的开发、维护和分发中发挥着关键作用，并负责对地磁场数据进行存档和分析。

• BGS： BGS 与 NCEI 合作，共同开发和维护 WMM 模型，并负责向英国国防地理中心（DGC）分发模型。

NCEI 不仅负责开发和分发地磁场模型，还维护着地磁数据档案，以促进对地球磁性及其动态变化的理解。此外，NCEI 还提供工具和服务，以可视化、访问和利用 WMM 及其他地磁数据产品和模型。NCEI 与合作伙伴共同开展研究，以更好地了解地球磁场及其变化，并探索地球磁场对地球和技术领域的潜在影响。 此外，NCEI 还积极参与国际合作项目，如国际地磁和高空物理协会（IAGA），以确保 WMM 模型反映全球合作和理解地球磁场变化的努力。

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目前在位运行的磁场观测站点‍‍

获取 WMM2025 数据

世界磁场模型及其相关数据，包括 WMM2025 和 WMMHR2025，可以通过以下方式获取：

• 美国国家海洋和大气管理局 (NOAA) 国家环境信息中心 (NCEI)：  您可以在 NCEI 的官方网站上查找并下载 WMM2025 的模型文件、软件和文档。通常，NCEI 会提供多种格式的数据，方便不同用户使用。https://www.ncei.noaa.gov/products/world-magnetic-model

• 英国地质调查局 (BGS)： BGS 也会在其官方网站上提供 WMM 的相关资源，特别是对于英国用户。http://www.geomag.bgs.ac.uk/research/modelling/WorldMagneticModel.html

通常，WMM 数据以标准模型文件（如.cof 格式）的形式提供，同时也会提供软件和文档来帮助用户理解和使用这些数据。用户可以根据自己的需求选择合适的方式获取数据。

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使用 WMM2025 数据

WMM 数据的使用通常涉及以下几个步骤：

1. 数据解析：

• 模型文件格式： WMM 数据通常以.cof 文件格式提供，这是一个文本文件，其中包含一系列的系数，描述了地球磁场的球面谐波模型。

• 解析库：  为了读取和使用这些系数，您可能需要使用特定的编程库或工具，例如 geomag(用于 C/C++)、pygeomag(用于 Python) 或其他类似库。

2. 计算磁场值：

• 输入参数：  您需要提供地理位置（纬度、经度）和高度，以及时间（通常是年份），才能计算该点处的地球磁场。

• 计算方法： WMM 模型的计算涉及球面谐波函数的求和和计算。使用编程库可以简化这一复杂过程。

• 输出结果：  计算结果通常包括磁场强度（总强度）、倾角、偏角、水平强度、垂直强度等磁场要素。

3. 实际应用：

• 导航校正： WMM 数据可用于校正罗盘，提高导航精度。

• 地磁数据分析：  用于地磁学研究和地球物理勘探。

• 其他领域：  用于需要考虑地磁场的其他应用，如卫星定位、大气物理等。

示例代码（Python）：

以下是一个使用 pygeomag 库的 Python 代码示例，用于演示如何读取 WMM2025 数据并计算地球磁场值。用户需要先安装 pygeomag 库

202, 78);"> 
import pygeomag as geomag

202, 78);"> 
1# 指定 WMM 模型文件（您需要下载模型文件并替换为实际路径）
2model_path = 'WMM2025.COF'
3
4# 创建 WMM 模型对象
5wmm_model = geomag.load_model(model_path)
6
7# 设置计算位置和时间 (示例：北京，2024年)
8latitude = 39.91   # 纬度
9longitude = 116.39  # 经度
10altitude = 0       # 海拔高度 (km)
11year = 2024.0       # 年份
12
13# 计算磁场要素
14result = wmm_model.calc_field(latitude, longitude, altitude, year)
15
16# 打印结果
17print("纬度:", latitude)
18print("经度:", longitude)
19print("海拔高度:", altitude)
20print("年份:", year)
21print("磁场强度 (nT):", result.f)
22print("磁偏角 (度):", result.dec)
23print("磁倾角 (度):", result.inc)`

使用流程：

1. 下载WMM模型文件。

2. 选择合适的编程语言和WMM库 (例如,Python的pygeomag)。

3. 安装相关库。

4. 编写代码，读取模型文件。

5. 输入地理位置、高度和时间。

6. 调用库函数计算磁场要素。

7. 根据计算结果进行后续应用。

总结

世界磁场模型WMM2025的发布，标志着地球磁场建模和导航技术取得了重要进展。WMM2025不仅提供了更精确的导航数据，还首次引入了高分辨率模型，将进一步提高导航精度。对于依赖地球磁场的各类技术系统而言，WMM 模型是至关重要的基础设施，它确保着全球导航的准确可靠。通过NCEI、BGS 等机构的持续努力和国际合作，我们对地球磁场的理解将不断深入，未来也将会出现更加先进和精确的地球磁场模型。

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References:

•   https://www.ncei.noaa.gov/products/geomagnetic-data

• https://www.ncei.noaa.gov/news/tracking-changes-earth-magnetic-poles

• https://noaa.hub.arcgis.com/apps/3b9045c4d1aa408694d3759d1aa5ede4/explore

• https://www.ncei.noaa.gov/products/world-magnetic-model

• https://www.ncei.noaa.gov/access/metadata/landing-page/bin/iso?id=gov.noaa.ngdc:WMM2025

• https://www.ncei.noaa.gov/sites/g/files/anmtlf171/files/2023-12/WMM_Annual_Report_2023.pdf