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melissa-paul
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Que nous dit la géophysique des transport de masse « superficiels » et « interne »?
Atmosphère
rebond post-glacière
séismesEaux douces
Graine
Manteau
Noyau
Océans
- Détermination partielle des redistributions de masse gophysique: celles de l’enveloppe fluide superficielle
- Redistributions internes non observables (indirectement par le champ magnétique)
Atmosphère20001980 1990 2010
Océans
Eaux douces
Aapparition des premières séries temporelles de moment cinétique complètes
Progrès accomplis dans la modélisation des couches fluides
Satellites altimétriques Topex-Poséïdon / Jason (niveau des océans)
Satellite GRACE(changement du champ de gravité)
- Multiplication mesures (satellite) - Capacité croissante du stockage de
données séries temporelles des moments cinétiques fluides de plus en plus précises
Intercomparaison des séries de Moments cinétiques atmosphériques
(Atmospheric Angular Momentum AAM)
• NCEP - Reanalysis
• ECMWF - ERA Interim
Intervalle commun 1989-2010En accès libre, « labellisées » IERS
Séries temporelles lissées
Termes équatoriaux: comparaison spectrale
Très bon accord spectral
Termes équatoriaux: variance d’Allan
Termes axiaux: comparaison spectrale
Très bon accord saisonnier Niveau comaparable pour les fluctuations rapides (< 100 jours).
Termes axiaux: variance d’Allan
Très bon accord sauf au-delà de 1000 jours (> 3 ans) pour le terme de masse
Intercomparaison des séries de moments cinétiques océanique
(Oceanic Angular Momentum, OAM)
• ECCO (données TOPEX assimilées)
• OMCT (forcés par ERA Interim)
Intervalle commun 1993-2010En accès libre, « labellisées » IERS
Séries temporelles lissées
Termes équatoriaux: comparaison spectrale
Bon accord saisonnier OMCT plus puissante que ECCO aux fréquences rapides (< 30 jours).
Termes équatoriaux: variance d’Allan
Termes axiaux: comparaison spectrale
Bon accord saisonnier pour le terme de courant seulement
OMCT plus puissante que ECCO aux fréquences rapides (< 100 jours).
Termes axiaux: variance d’Allan
18.6 ans
40’’
25800 ans
23°
13.6 jours
1’’
182 jours
1. Précession-nutation
10 m
10 m 5 août 2011
20 déc. 20111 oct. 2010
z
yx
x
y
<0,5’’3 cm 0.001’’ = 1 mas 2. Mouvement du pôle
3. Variations de UT1/durée du jour: semi-irrégulières
Diagnositic par les irrégularités de la rotation terrestre
Diagnositic par les irrégularités de la rotation terrestre
• Aux échelles de temps infra-décennalles, mouvement du pôle du à– AAM à 60% (pression / vent) – OAM à 30% (masse / courant)– HAM à 10 % (masse, surtout saisonnier)
• Aux échelles de temps infra-décennalles, durée du jour due à:– AAM à 95% (vent)– OAM à 5%– HAM à ? % (saisonnier)
• Excitation de la nutation libre du noyau par la composante équatoriale rétrograde diurne des AAM / OAM
Théorie reliant paramètres de rotation de la Terre et moment cinétique des couches fluides
Astrogéodésie spatiale: variations de la rotation
terrestre
Excitation «géophysique» / «astronomique»
Observations / modèles:
Météorologique
Océanographique
hydrologique …
Marées luni-solaires
Excitation « observée»
Théorème du moment cinétique • système {Terre non rigide + fluides}• linéarisé dans le repère terrestre +• modèle de Terre (rhéologie/structure
interne)
≡
Equations Différentielles LINEAIRES
Excitations observée et géophysique: composantes équatoriales
Excitation observée Fonction de moment cinétique
effective (excitation)
(moment cinétique a-dimensionné de la redistribution)
≤ 5 10-8 radians ~ 50 milli-arc-second (50 mas)
Incrément de moment d’inertie c+
Moment cinétique relatif h
𝑝+𝑖1~σ𝑐�̇�=𝜒
¿
=
digitalisation
Transfert p(s) / (s)
𝑝=𝑥𝑝+ 𝑖 𝑦𝑝𝑐=𝑐13+𝑖𝑐23 h=h1+𝑖 h2Dans le plan équatorial :
y- Atmos y- Atmos + Océans
Excitation équatoriale: principalement atmosphérique et océanique
x-Atmos x- Atmos + Océans
NCEP (A) - ECCO (O) - CPC (H) / ECMWF (A) - OMCT (O) LSDM (H)Analyse de variance d’Allan après désaisonnalisation:
composantes équatoriales
G : excitation « géodésique » (observée à partir du mouvement du pôle)AO : atmosphérique + océanique
Variations saisonnières : excitations équatoriales G(observée) / Atmos. + Océans (NCEP + ECCO / ECMWF + OMCT)
Amplitude et phase estimées sur fenêtre glisssante de 3 ans
La considération des modèles hydrologiques (CPC / LSDM) n’améliore pas la compréhension de l’excitation équatoriale observée
Excitations observées et géophysique: composantes axiales
Excitation observée: Variations de la durée du jour
Fonction de moment cinétique effective
(moment cinétique a-dimensionné de la redistribution)
≤ 5 10-8 radians ~ 50 milli-arc-second (50 mas)
Incrément de moment d’inertie c3
+Moment cinétique relatif h3
∆ 𝐿𝑂𝐷𝐿𝑂𝐷
=𝜒3
¿
=
Excitation axiale < 6 ans : effet prédominant des vents
http://hpiers.obspm.fr/eop-pc
NCEP (A) - ECCO (O) - CPC (H) / ECMWF (A) - OMCT (O) LSDM (H)Analyse de variance d’Allan après désaisonnalisation:
composantes axiales
G : excitation « géodésique » (observée à partir des variations de la durée du jour)AO : atmosphérique + océanique
Variations saisonnières : excitations axiales
annuel
Semi-annuel
Modèles de marées pour les variations de la rotation de la Terre
Récapitulatif : http://hpiers.obspm.fr/eop-pc/index.php?index=models&lang=en
• Mouvement du pôle :– 0.5/1 jour: Effets des marées océaniques~ 0,5 mas (modèle IERS Ray et al. 1994)– Effets de marées océaniques en 13.6 j, 27 j, annuel ~ 0.1 mas (modèle empirique de
Gross)
• Nutation: ~ 1 mas– Effets de marées océaniques rétrogrades diurnes calculés pour le modèle IAU 2000
d’après Chao et al. (1996) [Diurnal/semidiurnal polar motion excited by oceanic tidal angular momentum variations, JGR, 101, 20151-20163].
• Durée du jour & UT1 – 0.5/1 jour: effets des marées océaniques (modèle IERS Ray et al. 1994) : 0,1 ms– De 5 jours à 18,6 ans: effets de marées solides + océaniques (modèle IERS 2010) : 1
ms