일 길이의 변동

Day length fluctuations

조석효과 지구역사의 장기간에 걸쳐 증가 하루의 길이(LOD)도 짧은 시간대의 변동성을 겪게 된다. 원자 시계위성 레이저 범위에 의한 정확한 시간 측정은 LOD가 여러 가지 다른 변화들의 영향을 받는다는 것을 밝혀냈다. 이러한 미묘한 변화는 몇 주부터 몇 년까지의 기간을 가진다. 그것들은 역동적인 대기와 지구 자체 사이의 상호작용에 기인한다. 국제 지구 회전참조 시스템 서비스는 변경사항을 모니터링한다.

소개

외부 토크가 없는 경우, 전체 시스템으로서 지구의 총 각도 운동량은 일정해야 한다. 내부 토크는 지구핵, 맨틀, 지각, 해양, 대기권, 극저층권의 상대적 움직임과 대량 재분배에 기인한다.각운동량을 일정하게 유지하기 위해서는 한 지역의 각운동량 변화는 반드시 다른 지역의 각운동량 변화에 의해 균형을 이루어야 한다.

지각 이동(대륙 표류 등)이나 극지방 캡 녹는 것은 느린 세속적인 사건이다. 코어와 맨틀 사이의 특성 결합 시간은 10년의 순서로 추정되었으며, 지구 회전률의 이른바 '십진변동'은 코어 내부의 변동으로 인해 맨틀에 전달되는 것으로 생각된다.[1] 하루의 길이(LOD)는 몇 년에서 몇 주까지 시간 척도에도 크게 달라지며(그림) 외부 토크의 영향을 제거한 후 LOD의 관측된 변동은 내부 토크의 작용에 따른 직접적인 결과물이다. 이러한 단기 변동은 고체 지구와 대기 사이의 상호작용에 의해 발생될 가능성이 매우 높다.

관측치

SI 기반 일과의 일 길이 편차

대기 각운동량(AAM)의 축성부재 변화는 (각운동량 보존 법칙에 따라) 지각과 맨틀의 각운동량 변화에 수반되어야 한다. 시스템 맨틀 크러스트의 관성 모멘트는 대기압 하중에 의해 약간만 영향을 받기 때문에, 이는 주로 고체 지구의 각 속도의 변화, LOD의 변화를 필요로 한다. LOD는 현재 단 몇 시간의 통합 시간에 걸쳐 높은 정확도로 측정될 수 있으며,[2] 대기의 일반적인 순환 모델은 모델 내 AAM의 변화에 대한 높은 정밀도를 결정할 수 있다.[3] AAM과 LOD의 비교를 보면 상호 연관성이 높다는 것을 알 수 있다. 특히 2월 3일에 최대화한 0.34밀리초의 연간 LOD 기간과 5월 8일에 최대화한 0.29밀리초의 반년 주기,[4] 0.1밀리초의 10일 변동도 인식한다. 엘니뇨 사건 및 준이벤트 진동을 반영하는 계절간 변동도 관찰되었다.[5] 이제 몇 주부터 몇 년까지의 시간 척도로 LOD의 대부분의 변화가 AAM의 변화에 의해 흥분된다는 일반적인 합의가 있다.[6]

각운동량 교환

대기와 지구의 기체 없는 부분 사이의 각운동량의 교환수단은 증발과 강수량이다. 물의 순환은 대양과 대기 사이에서 대량의 물을 이동시킨다. 물의 질량이 상승함에 따라 각운동량 보존으로 인해 회전 속도가 느려져야 한다. 마찬가지로 비가 올 때 각운동량을 보존하기 위해 회전율이 증가한다. 바다에서 대기로 또는 반대로의 수량의 순 지구적 전달은 LOD에 반영될 고체/액체 지구의 자전 속도의 변화를 의미한다.[citation needed]

관찰 증거는 AAM의 변경과 그에 상응하는 LOD 변경 사이에 약 10일 이상의 기간 동안 상당한 시간 지연이 없음을 보여준다. 이는 에크만 층의 스핀다운 시간인 약 7일의 시간 상수와의 표면 마찰로 인해 대기와 고체 지구 사이의 강한 결합을 의미한다. 이 스핀다운 시간은 대기 중 축방향 각운동량이 지구 표면으로 전달되기 위한 특성 시간이다.

지구와 대기 사이의 축방향 각운동량 전달에 가장 효과적인 지상의 영역 풍력 요소는 대기의 경직된 회전을 설명하는 구성 요소다.[7] 이 성분의 영역풍은 지면에 상대적인 적도에서 진폭 u를 가지고 있는데, 여기서 u > 0은 초회전을, u < 0은 고체 지구에 대해 역회전을 나타낸다. 다른 모든 풍속 용어는 단지 AAM을 위도로 재분배할 뿐이며, 이는 전 세계에 걸쳐 평균을 낼 때 소멸되는 효과다.

표면 마찰은 역행 회전 시 대기권이 지구로부터 각운동량을 '픽업'하거나 초회전 시 지구로 방출할 수 있도록 한다. 더 긴 시간 척도에 걸쳐 평균적으로 AAM을 고체 지구와 교환하지 않는다. 지구와 대기는 분리된다. 이는 강성 회전을 담당하는 지반 지역 풍력 구성요소가 평균 0이어야 함을 의미한다. 실제로 지상의 기후 평균 지역 바람의 관측된 경혈 구조는 극지방 근처(예전 바람)뿐만 아니라 저위도(통상 바람)의 동풍(동쪽)과 위도 약 ± 30o 위도를 넘는 중위도에서 서풍(서쪽에서)을 나타낸다.[8] 대기는 낮은 위도와 높은 위도에서 지구로부터 각운동량을 얻고, 같은 양을 중간 위도에서 지구로 전달한다.

강하게 회전하는 지역 풍력 구성요소의 단기 변동은 LOD의 해당 변화를 동반한다. 그 효과의 크기 순서를 추정하기 위해 전체 대기가 표면 마찰 없이 속도 u(m/s)로 강하게 회전하는 것을 고려할 수 있다. 그 다음 이 값은[citation needed] Δ³(밀리초) 일 길이의 해당 변경과 관련이 있다.

Δτ0.34 ms의 하루 길이 변경의 연간 구성요소 9 0.9 m/s의 초회전, Δτ 29 0.29 ms ~ 8 0.8 m/s의 반연속 구성요소에 해당한다.

참고 항목

참조

  1. ^ Hide, R. (1989). "Fluctuations in the Earth's Rotation and the Topography of the Core–Mantle Interface". Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 328 (1599): 351–363. Bibcode:1989RSPTA.328..351H. doi:10.1098/rsta.1989.0040. S2CID 119559370.
  2. ^ Robertson, Douglas (1991). "Geophysical applications of very-long-baseline interferometry". Reviews of Modern Physics. 63 (4): 899–918. Bibcode:1991RvMP...63..899R. doi:10.1103/RevModPhys.63.899.
  3. ^ Eubanks, T. M.; Steppe, J. A.; Dickey, J. O.; Callahan, P. S. (1985). "A Spectral Analysis of the Earth's Angular Momentum Budget". Journal of Geophysical Research. 90 (B7): 5385. Bibcode:1985JGR....90.5385E. doi:10.1029/JB090iB07p05385.
  4. ^ Rosen, Richard D. (1993). "The axial momentum balance of Earth and its fluid envelope". Surveys in Geophysics. 14 (1): 1–29. Bibcode:1993SGeo...14....1R. doi:10.1007/BF01044076. S2CID 128761917.
  5. ^ Carter, W.E.; D.S. Robinson (1986). "Studying the earth by very-long-baseline interferometry". Scientific American. 255 (5): 46–54. Bibcode:1986SciAm.255e..46C. doi:10.1038/scientificamerican1186-46.
  6. ^ Hide, R.; Dickey, J. O. (1991). "Earth's Variable Rotation". Science. 253 (5020): 629–637. Bibcode:1991Sci...253..629H. doi:10.1126/science.253.5020.629. PMID 17772366. S2CID 32661656.
  7. ^ Volland, H. (1996). "Atmosphere and Earth's rotation". Surveys in Geophysics. 17 (1): 101–144. Bibcode:1996SGeo...17..101V. doi:10.1007/BF01904476. S2CID 129884741.
  8. ^ Murgatroyd, R.J. . Coby G.A. (ed)의 성층권의 구조와 역학: The Global Circulation of theirus, Roy. Met. Soc, 1969, 159 페이지

추가 읽기