W. Kosek 1, W. Popiński 2, A. Rzeszótko 1 1. Centrum Badań Kosmicznych, PAN, Warszawa 2. Główny Urząd Statystyczny, Warszawa

Transkrypt

1 Wpływ szerokopasmowych oscylacji współrzędnych bieguna ziemskiego pobudzanych atmosferyczną, oceaniczną i hydrologiczną funkcją pobudzenia na błąd prognozy tych współrzędnych W. Kosek 1, W. Popiński 2, A. Rzeszótko 1 1 Centrum Badań Kosmicznych, PAN, Warszawa 2 Główny Urząd Statystyczny, Warszawa Seminar Studies of the Earth Crust Deformation in Central Europe Warsaw, 29-3 September 8

2 NASA Deep Space Network W celu uzyskania informacji o pozycji obiektu znajdującego się poza rotującą Ziemią w czasie rzeczywistym należy nawiązać współrzędne stacji obserwacyjnej określone w układzie ziemskim do współrzędnych tego obiektu określonych w układzie niebieskim. Nawiązanie układów w czasie rzeczywistym jest możliwe dzięki prognozom parametrów orientacji Ziemi EOP (x, y, UT1-UTC, dx, dy). Prognozy EOP służą do precyzyjnego pozycjonowania radioteleskopów NASA Deep Space Network (DSN): [ 1) Goldstone, 2) koło Madrytu, 3) koło Canberry ], które utrzymują stałą łączność z odległymi sondami kosmicznym (Cassini, Opportunity, Spirit, Phoenix, Mars Global Serveyor, Mars Reconnaissance Orbiter, Rosetta, Stardust, Voyager-1, Voyager-2), a także z wybranymi misjami okołoziemskimi. Ponadto prowadzą obserwacje radioastronomiczne oraz radarowe pomiary odległości do obiektów w Układzie Słonecznym.

3 IERS Rapid Service/Prediction Centre Wyznaczaniem prognoz EOP zajmuje się IERS RS/PC (Rapid Service/Prediction Centre) w US Naval Observatory w Waszyngtonie. -czas UT1-UTC prognozowany jest z wykorzystaniem prognozy składowej osiowej momentu pędu atmosfery (Johnson i in., 5) otrzymywanej w procesie dynamicznego wyznaczenia modelu cyrkulacji atmosfery oraz prognozy pogody. -współrzędne x, y bieguna prognozowane są kombinacją metody najmniejszych kwadratów i autoregresji (Kosek i in., 4). - obecna dokładność modelu precesji-nutacji IAU jest bardzo wysoka dlatego residua precesji-nutacji dx, dy pokazują jedynie niedeterministyczny sygnał z okresem ok. 43 dni i o amplitudzie rzędu.3 mas pochodzący od rotacji ciekłego jądra Ziemi.

4 Prognozowanie EOP aktywność międzynarodowa Earth Orientation Parameters Prediction Comparison Campaign (EOPPCC) - ( ) (H. Schuh (Chair), W. Kosek, M. Kalarus) IERS Working Group on Predictions (4. 6 EGU) [W. Wooden (Chair), T. Van Dam (input data), W. Kosek (algorithms)]

5 DATA x, y pole coordinates data from the IERS: EOPC4_IAU.62-now ( ), t = 1 day, Equatorial components of atmospheric angular momentum from NCEP/NCAR, aam.ncep.reanalysis.* ( ) t =.25 day, ftp://ftp.aer.com/pub/anon_collaborations/sba/, Equatorial components of ocean angular momentum (mass + motion): 1) c171.oam (gross3.oam) (Jan Mar. 2) t = 1 day, 2) ECCO_kf49f.oam (Mar. 2 - Mar. 6), t = 1 day, Equatorial components of effective angular momentum function of the hydrology obtained by numerical integration of water storage data from NCEP: water_ncep_1979.dat, water_ncep_198.dat,, water_ncep_4.dat, t = 1 day, ftp://ftp.csr.utexas.edu/pub/ggfc/water/ncep.

6 x, y pole coordinates model data computed from fluid excitation functions p( t) = x ( t) i y ( t) p χ ( t) = χ ( t) + iχ ( t) 1 2 σ 2π = 1+ ch T ch 2 p i Q Differential equation of polar motion: i σ ch - pole coordinates, p& ( t) + p( t) = χ( t) - equatorial excitation functions corresponding to AAM, OAM and HAM, - complex-valued Chandler frequency, where T ch = 433 days and Q = 17 Approximate solution of this equation in discrete time moments can be obtained using the trapezoidal rule of numerical integration: σ t p( t + t) = p( t) exp iσ t i ch χ( t + t) + χ( t) exp iσ t ch 2 ch

7 The MWT spectro-temporal coherence between IERS x, y pole coordinates data and x, y pole coordinates model data computed from AAM, OAM and HAM excitation functions period (days) x - iy YEARS IERS, AAM IERS, OAM IERS, HAM

8 The MWT spectro-temporal coherence between IERS x, y pole coordinates data and x, y pole coordinates model data computed from AAM, AAM+OAM and AAM+OAM+HAM excitation functions period (days) x - iy YEARS IERS, AAM IERS, AAM+OAM IERS, AAM+OAM+HAM

9 Prediction of x, y pole coordinates data by the LS+AR method x, y x, y LS model (Chandler circle + annual and semiannual ellipses + linear trend) x, y LS residuals LS extrapolation AR prediction x, y LS extrapolation Prediction of x, y LS residuals Prediction of x, y

10 LS+AR prediction errors of IERS x, y pole coordinates data and of x, y pole coordinates model data computed from AAM, OAM and HAM excitation functions x (IERS) x (AAM) x (OAM) x (HAM) YEARS y (IERS) y (AAM) y (OAM) y (HAM) YEARS

11 The mean prediction errors of the IERS x, y data, and the model x, y data computed from AAM, OAM and HAM as well as from AAM+OAM and AAM+OAM+HAM excitation functions.3 x IERS OAM.3 y.2.2 AAM.1 HAM x IERS AAM+OAM y AAM+OAM+HAM

12 The DWT frequency components of x pole coordinate data.4 j= j= j= j= j= j= j= j= j= j= j= j= MJD longer period Chandler + Annual Semiannual shorter period

13 The mean LS+AR prediction errors of IERS x, y pole coordinates data (black), and of x, y pole coordinates model data computed by summing the chosen DWTBPF components.4.3 x IERS Ch + An + Sa.4 Ch + An + shorter period Ch + An + longer period Ch + An.3 y

14 The mean LS+AR prediction errors of IERS x, y pole coordinates data (black), and of x, y pole coordinates model data computed from AAM+OAM (red) excitation functions as well as by summing the DWTBPF components corresponding to Chandler, annual and shorter period oscillations (green).3 x IERS AAM+OAM.3 y Ch + An + shorter period

15 Wnioski Wpływ atmosferycznej lub oceanicznej funkcji pobudzenia na średni błąd prognozy współrzędnych bieguna ziemskiego od 1 do około 1 dni w przyszłości jest podobny i stanowi około 6% całkowitego średniego błędu prognozy współrzędnych bieguna ziemskiego. Wpływ oceanicznej funkcji pobudzenia na średni błąd prognozy współrzędnych bieguna ziemskiego powyżej 1 dni w przyszłości jest większy niż wpływ atmosferycznej funkcji pobudzenia. Łączny wpływ atmosferycznej i oceanicznej funkcji pobudzenia na średni błąd prognozy współrzędnych bieguna ziemskiego jest tego samego rzędu co wpływ szerokopasmowych oscylacji Chandlera i rocznej oraz krótkookresowych. Wpływ ten wyjaśnia w około 8 9% całkowity średni błąd prognozy współrzędnych bieguna ziemskiego. Duże błędy prognozy współrzędnych x, y bieguna ziemskiego w latach spowodowane są wpływem oceanicznej funkcji pobudzenia, natomiast duże błędy prognozy x, y w latach 6-7 spowodowane są w większości wpływem atmosferycznej funkcji pobudzenia. Wpływ hydrologicznej funkcji pobudzenia na średni błąd prognozy współrzędnych bieguna ziemskiego jest zaniedbywany.