Krátkoperiodické geofyzikální excitace a jejich vliv na nutaci

HTML
DOWNLOAD

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Krátkoperiodické geofyzikální excitace a jejich vliv na nutaci"

Jiří Dušek
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 1 Krátkoperiodické geofyzikální excitace a jejich vliv na nutaci Obsah: Úvod; Jan Vondrák, Astronomický ústav AV ČR, Praha Rezonance kolem FCN, geofyzikální excitace; Širokopásmové Liouvillovy rovnice, numerická integrace; Porovnání s pozorováním VLBI.

2 2 Úvod: V krátkoperiodické oblasti (skorojednodenní) v terestrické soustavě jsou jen velice slabé geofyzikální excitace; Díky existenci zploštělého tekutého a tuhého vnitřního jádra však dochází v této oblasti spektra k silným rezonancím: Ú nezanedbatelný vliv na pohyb osy rotace v prostoru - nutaci. Nejsilnější rezonance v této oblasti - volná nutace jádra (FCN) - retrográdní perioda: Ú Ú v terestrické soustavě cca 23h 53min stř. slun. času, v nebeské soustavě cca 43 dní.

3 Volná nutace jádra: osa rotace jádra osa momentu hybnosti Země osa rotace pláště 3 tekuté jádro viskózně-elastický plášť 1. Všechny tři osy leží v jedné rovině; 2. Tato rovina pomalu rotuje (po směru hodinových ručiček) v prostoru; 3. Osa momentu hybnosti Země (při absenci vnějších sil) je v prostoru stabilní;

4 4 Perioda retrográdní FCN (v prostoru) je nepřímo úměrné dynamickému zploštění jádra; Kdyby bylo jádro v hydrostatické rovnováze, perioda by byla.46 dní - model IAU198 (Wahr 198); Pozorování VLBI před r. 2 ukázala, že zploštění je o cca 4% větší perioda.43 dní - model IAU2 (Mathews et al. 22); Naše nedávné studie dávají: Ú z kombinace pozorování VLBI/GPS (Vondrák et al. 25) 43.55±.11 dne, Ú Z pozorování VLBI (Vondrák & Ron 26) 43.32±.7 dne.

5 Rezonance (Mathews-Herring-Buffetova přenosová funkce): poměr amplitudy netuhého/tuhého modelu Země: er σ T( σ) = N 1+ ( 1+ σ) Q + er + 1 j= 1 Q σ kde e R je dynamické zploštění tuhé Země, F je frekvencenutace (v ITRF), N, Q jsou konstanty a s j jsou rezonanční frekvence: 4 j s j 5 1. Chandlerův pohyb - CW (P ter. = 435 d); 2. Retrográdní Free Core Nutation - RFCN (P cel. = 43 d); 3. Prográdní Free Core Nutation - PFCN (P cel. = 12 d); 4. Pohyb vnitřního jádra - ICW (P ter. = 24 d).

6 Přenosová funkce MHB2 - reálná část Nejbližší k rezonanci člen nutace: d d d retrográdní prográdní (v nebeském rámci) RFCN frekvence v terrestrickém rámci [c/hvězd. den]

7 Použitá data: 7 Nutace: Ú Kombinované řešení IVS ( , v nerovnoměrných intervalech 1-7 dní): Ú ivs5q4x.eops - odchylky nebeského pólu *X, *Y (od modelu IAU2A); Geofyzikální excitace: Ú Funkce momentu hybnosti atmosféry Ú AAM z nové analýzy NCEP/NCAR ( , v 6-hodinových intervalech); Ú Funkce modelu hybnosti oceánu Ú OAM odvozené Rui Pontem ( , v 6-hodinových intervalech).

8 Přenos excitace na pohyb pólu: Brzezinského širokopásmový přenos geofyzikálních excitací na pohyb pólu (poměr amplitud) ve frekvenční doméně: σ σ CW + σ CW σ σ σ FCN CW excitace je násobena faktorem 2-12 pro periody dní; K vybuzení amplitudy.1mas je zapotřebí excitace o amplitudě pouhých 1-5 :as! reálná složka 8

9 Odchylky nebeského pólu pozorované IVS: Rozdíl mezi pozorováním IVS a modelem IAU2A Vyčištění dat

10 Atmosférické excitace: 1 Jsou dány v terestrické soustavě, musejí se transformovat do nebeské soustavy; Máme zájem pouze o pohyby v oblasti poblíž FCN, proto jsme dále transformované excitace přepočítali: Ú Ú Vyhladili jsme krátkoperiodický signál (P<6 dní), abychom vyloučili excitace poblíž Chandlerova pohybu; Odhadli a odstranili jsme sinusoidální signál s půlroční a roční periodou, abychom vyloučili vynucenou nutaci (ta už je zahrnuta v modelu IAU2).

11 2 Atmosférické excitace v nebeské soustavě periody<6 dní, roční a půlroční člen odstraněny, v mas 8 11 P NIB - modře, IB - červeně P MJD

12 12 Spektrum AAM (NCEP/NCAR reanalysis) tlakových členů po konvoluci s Brzezinského přenosovou funkcí IB NIB Signál AAM je dostatečný k excitaci pozorované amplitudy, dokonce i s korekcí IB Ale co fáze? Spektrální analýza odpověď nedává!.5 RFCN frekvence v terrestrickém rámci [c/den]

13 13 Numerická integrace širokopásmových Liouvillových rovnic: (Podle Brzezinského, v nebeském rámci, komplexní formě, ponechány pouze matter terms ) P&& i( σ + σ ) P& σ σ P = σ a ( σ χ i& χ ) C f C f C P C P P kde P je pohyb v nebeské soustavě; FN C, FN f jsou Chandlerova a FCN frekvence v nebeském rámci; F C je Chandlerova frekvence v terestrickém rámci; PN P je excitace (matter term) v nebeském rámci; a p = 9.2 1!2 je numerická konstanta.

14 14 Řešení širokopásmových Liouvillových rovnic dává dva volné pohyby: Ú Ú Prográdní Chandlerův pohyb s frekvencí v nebeské soustavě: FN C =6.32rad/den; Retrográdní Free Core Nutation s frekvencí v nebeské soustavě: FN f =!.14611rad/den.

15 15 Numerická integrace metodou Runge-Kutta čtvrtého řádu, se substitucemi: y1 = P, y2 = P& iσ C P, vedoucí k y& 1 = iσ C y1 + y2 y& = iσ y + σ a ( σ χ i& χ ) 2 f 2 C P C P P Počáteční hodnoty: y () = P, y () = i( σ f σc ) P zajistí, že řešení neobsahuje volný (Chandlerův) denní pohyb! 1 2

16 Pozorované a integrované odchylky nebeského pólu s AAM (NIB) [mas] dx pozorované (Y1) integrované (Y1) dy MJD

17 17 1. Pozorované a integrované odchylky nebeského pólu s AAM (IB) [mas] 3. dx pozorované (Y1) integrované (Y1) dy MJD

18 Pozorované a integrované odchylky nebeského pólu s AAM(NIB) + OAM [mas] dx pozorované (Y1) integrované (Y1) dy MJD

19 Pozorované a integrované odchylky nebeského pólu s AAM(IB) + OAM [mas] dx pozorované (Y1) integrované (Y1) dy MJD

20 Závěry: 2 Pozorované odchylky nebeského pólu v oblasti okolo FCN obsahují nejenom volnou nutaci jádra, ale také vynucené pohyby, způsobené excitací externími částmi Země (oceány, atmosférou); Terestrická perioda této excitace musí být blízká -23h 53min, její amplituda cca 1-5 :as (tj. blízká úrovni šumu v datech) je postačující k vybuzení pozorovaných pohybů; Atmosférický tlakový člen s IB korekcí této podmínce vyhovuje, numerická integrace dává správné amplitudy, ale fáze začíná být nekonsistentní s pozorováním po cca 15 letech; Zdá se, že vliv oceánů vylepšuje souhlas s pozorováním.

Podobné dokumenty

Jak ovlivňují geofyzikální procesy orientaci Země v prostoru

Jak ovlivňují geofyzikální procesy orientaci Země v prostoru Obsah: Jan Vondrák, Česká astronomická společnost a Astronomický ústav AV ČR P Parametry orientace Země; P Stručná teorie rotace Země; P Geofyzikální