극성 운동

Polar motion
단위의 시간 함수(0.1 아크초 3 3 m)[1]로서의 극성 운동.

지구의 극성 운동[2]: 1 지각에 대한 지구의 자전축의 운동이다.이 값은 고체 어스가 고정된 기준 프레임(일명 지구 중심, 접지 고정 또는 ECEF 기준 프레임)에 대해 측정됩니다.이 변화는 지구 표면에서 몇 미터 떨어져 있다.

분석.

극 운동은 1900년 동안 극의 평균 위치인 전통적으로 정의된 기준 축인 CIO(Conventional International Origin)에 대해 정의된다.그것은 세 가지 주요 요소로 구성되어 있습니다: 약 435일의 주기로 챈들러 워블이라고 불리는 자유 진동, 연간 진동, 그리고 최근 [4][5]: 1 극서쪽이 덜한 [3]서경 80도 방향의 불규칙한 드리프트입니다.

원인들

1900년 이후 약 20m의 느린 표류는 부분적으로 지구의 핵과 맨틀의 움직임과 부분적으로 그린란드 빙상이 녹으면서 물의 질량이 재분배되고, 그리고 이전에는 빙상이나 [2]: 2 빙하로 인해 부담이 되었던 땅의 느린 상승에 기인한다.그 표류는 대략 서경 80도를 따라 간다.약 2000년 이후, 극지방은 거의 중앙 자오선을 따라 덜 극단적인 표류를 발견했다.이 덜 극적으로 서쪽으로의 이동은 해양과 [5]: 2 대륙 사이의 세계적인 규모의 대량 운송에 기인한다.

대지진은 지구 고체 질량의 체적 분포를 변화시킴으로써 갑작스런 극성 운동을 일으킨다.이러한 변화는 극성 [6]운동의 장기 코어/망틀 및 등정성 반발 요소에 비해 크기가 매우 작습니다.

원칙

외부 토크가 없는 경우 회전계의 각운동량 M의 벡터는 일정하게 유지되며 공간 내 고정점을 향한다.만약 지구가 완벽하게 대칭적이고 단단하다면, M은 그 대칭축과 일직선이 될 것이고, 이것은 지구의 자전축이 될 것이다.지구의 경우, 그것은 자전축과 거의 동일하며, 행성 표면의 질량 변화로 인한 불일치입니다.시스템의 그림 F의 벡터(또는 최대 주축, 관성 모멘트의 가장 큰 값을 산출하는 축)가 M을 중심으로 흔들립니다.이 운동은 오일러의 자유 자석 운동이라고 불립니다.양호한 근사치에 대한 타원형 구면인 강체 지구의 경우, 그림 축 F는 지리적 북극과 남극에 의해 정의된 기하학적 축이며 극성 관성 모멘트의 축과 동일할 것이다.자유자재의 오일러 주기는 다음과 같다.

(1) τE = 1/develE = A/(C - A) 항성일 30 307 항성일 0 0.84 항성년

θE = 1.19는 정규화된 오일러 주파수(상호년 단위), C = 8.0437 × 102 kg m는 지구의 극성 관성 모멘트, A는 지구의 평균 적도 모멘트, C - A = 2.6135 × 102 [2][7]kg m이다.

지구 F의 그림 축과 각운동량 M 사이의 관측된 각도는 수백 밀리초(mas)이다.이 회전은 지구 표면에서 수 미터에 이르는 지리적 극의 선형 변위로 해석될 수 있다: 100 ms는 라디안으로 변환되고 지구의 반지름(6,356,752.3 m)을 곱할 때 3.082 m의 원호 길이를 아우를 수 있다.새로운 신체 고정 좌표계의 1차 축으로 기하학적 축을 사용하면 지구의 기하학적 축을 중심으로 회전 축의 겉보기 운동을 설명하는 자이로스코프의 오일러 방정식에 도달한다.이것은 소위 극성 [8]운동입니다.

관찰 결과, 그림 축은 대기 및/또는 해양 역학을 통한 표면 질량 변위에 의해 강제된 연간 흔들림을 나타내며, 자유 자외선은 오일러 기간보다 훨씬 크고 항성일 수는 435일에서 445일이다.이 관찰된 자유 자외선은 챈들러 워블이라고 불립니다.게다가 극성운동은 수십 [9]년 정도의 짧은 주기로 존재합니다.마지막으로, 대륙 이동에 의한 지구 내부 질량 재분배 및/또는 [8]관성 모멘트의 변화를 일으키는 맨틀과 코어 내부의 느린 움직임 때문에 서쪽으로 약 0.10m의 영구 극편차가 관찰되었다.

연간 변동은 1885년 카를 프리드리히 쾨스트너에 의해 발견되었으며, 반면 S.C.는 별의 위도 변화를 정확하게 측정하였다. 챈들러[8]1891년에 무료 영양을 발견했다.두 주기가 모두 중첩되어 약 5~8년의 주기로 비트 주파수가 발생합니다(그림 1 참조).

이 극성 운동은 주로 달과 태양의 중력 때문에 지오이드에 있는 토크로 인해 발생하는 서로 다른 주기의 별들에 대한 지구의 자전축 방향의 변화와 혼동되어서는 안 된다.그것들은 또한 가장 느린 것을 제외하고, 분점의 세차 운동이라고 불립니다.

관찰.

극지동은 초장기선 간섭계,[10] 레이저 측거, 위성 레이저 [11]측거와 같은 우주 측지법에 의해 일상적으로 관찰된다.연간 구성요소는 진폭이 일정하며 주파수는 1~2% 이하입니다.그러나 챈들러 흔들림의 진폭은 3배, 주파수는 7%까지 다양합니다.지난 100년간 최대 진폭이 230ms를 넘지 않았다.

챈들러 워블은 보통 공명 현상으로 간주되는데, 이는 소스에 의해 흥분된 100년 단위의 시간 상수 θ와D 함께 사라집니다.이것은 지구의 [12]탄성 반응에 대한 척도이다.그것은 또한 오일러 기간으로부터의 챈들러 기간의 편차에 대한 설명이기도 하다.그러나 100년 이상 지속적으로 관측된 챈들러 흔들림은 사라지기보다는 진폭에 변화가 있으며 몇 [13]년 내에 때때로 빠른 주파수 변화를 보여줍니다.진폭과 주파수 사이의 이러한 상호 거동은 경험식으로 [14]설명되었습니다.

(2) m = 3.7/(표준 - 0.816) (0.83 < 0.9의 경우)

m의 관측 진폭(mas 단위)과 δ 챈들러 워블의 주파수(반실년 단위)를 사용한다.챈들러 워블을 발생시키기 위해서는 반복적인 들뜸이 필요합니다.지진 활동, 지하수 이동, 눈 하중 또는 대기 간 역학이 이러한 반복력으로 제시되었다.[11][15]대기의 들뜸이 가장 유력한 [16][17]후보인 것 같습니다.다른 사람들은 대기와 해양 과정의 조합을 제안하며, 주요 들뜸 메커니즘은 해양-바닥 압력 [18]변동이다.

현재 및 과거 극성 운동 데이터는 국제 지구 자전기준 시스템 서비스의 지구 방향 [19]파라미터에서 사용할 수 있습니다.이 데이터를 사용할 때 관례상 p는 0° 경도를 따라 양의 p이고y p는 90°E [20]경도를 따라 양의 p로 정의해야x 한다.

이론.

연간 성분

그림 2극운동의 연간 구성요소의 회전 벡토름(Rotation vectorm)을 연도의 함수로 한다.숫자와 체크 마크는 각 역월의 시작을 나타냅니다.대시 점선은 장축 방향입니다.단축 방향의 선은 여진함수의 위치 대 연시이다.(100 mas(밀리초) = 극지방에서 지표면 3.082 m)

현재 극성 운동의 연간 구성요소는 주로 대기 [21]역학에 의해 흥분되는 강제 운동이라는 일반적인 합의가 있다.극성 운동을 자극하는 두 가지 외부 힘이 있습니다: 대기 바람과 압력 하중입니다.주요 구성 요소는 [17]압력 강제이며, 이는 형태의 정재파입니다.

(3) p = PΩ(01
−3
소) cos[2csA(t - t0)] cos(소0 - 소)

p 압력 진폭의 경우0, 지상의 대기압 위도 분포를 나타내는1
−3
δ a Hough 함수, δ 지리학적 공역, t 년의 시간, t 시간0 지연, δA = 1 태양년의 정규화 주파수, δ 경도 및 δ0 최대 압력의 경도.
첫 번째 근사치의 Hough 함수는 sin cos cos θ에 비례합니다.이러한 정재파는 계절적으로 변화하는 지구 표면 압력의 공간 차이를 나타낸다.북반구에는 북대서양 상공에서 고기압이, 여름에는 시베리아 상공에서 50°의 온도차가 있어 지구 표면의 질량 분포가 불균형하다.연간 성분의 벡터 m 위치는 타원을 나타낸다(그림 2).타원의 장축과 단축 사이의 계산된 비율은 다음과 같습니다.

(4) m1/m2 = 106C m

여기서 θ는C 챈들러 공명 주파수입니다.결과는 [2][22]관찰 결과와 잘 일치한다.

그림 2에서 eq.(4)와 함께 δC = 0.83을 구하면 다음과 같은 챈들러 공명 기간에 해당한다.

(5C) = = 441일 = 1.20년 반실년

p0 = 2.2hPa, θ0 = 최대 압력의 위도 -170°, t0 = -0.07년 = -25일.

연간 흔들림을 발생시키는 데 필요한 최대 지압 값을 약간 증가시킬 수 있는 바다의 영향을 추정하는 것은 어렵다.이 해양 효과는 5~10%[23] 정도로 추정되고 있다.

챈들러 흔들림

챈들러 흔들림의 원인이 되는 지구의 내부 매개변수가 이렇게 짧은 시간 간격에 따라 달라지는 것은 있을 것 같지 않습니다.또한 연간 성분의 관측된 안정성은 가변 챈들러 공진 주파수에 대한 가설에 반대한다.관측된 주파수-진폭 거동에 대한 한 가지 가능한 설명은 강제적이지만 매년 변화하는 대기 역학에 의해 서서히 변화하는 준주기 들뜸이다.실제로, 결합된 해양-대기 일반 순환 [24]모델에서 준 14개월의 기간이 발견되었고, 지역 해수면 온도에서 지역 14개월의 신호가 [25]관찰되었다.

이러한 동작을 이론적으로 설명하기 위해, eq(3)와 같이 압력 부하를 갖는 오일러 방정식으로 시작하지만, 지금은 천천히 변화하는 주파수 θ로 주파수 θ를 복잡한 주파수 θ + D 대체한다. 여기서 θ는D 지구 내부의 탄성 반응에 의한 산란을 시뮬레이션한다.그림 2와 같이 역행 원편파와 순행 원편파의 합이 된다.주파수 θ < 0.9에 대해서는 역행파를 무시할 수 있으며 극운동의 벡터가 시계 반대 방향으로 원을 따라 이동하는 원형 전파 순행파가 남아 있다.m의 크기[17]다음과 같습니다.

(6)m)14.5p0 νC[(ν − νC x2+νD2].mw-parser-output .frac{white-space:nowrap}.mw-parser-output.frac.num,.mw-parser-output.frac .den{:80%;line-height:0;vertical-align:슈퍼 font-size}.mw-parser-output.frac .den{vertical-align:서브}.mw-parser-output .sr-only{.국경:0;클립:rect(0,0,0,0), 높이:1px, 마진:-1px, 오버 플로: 숨어 있었다. 패딩:0;위치:절대, 너비:1px}1⁄2(를ν<>0.9)

그것은 옆면에서 다음과 같이 근사할 수 있는 공명 곡선이다.

(7) m 14 14.5 p0C / / ν - νCD2 ( ( for ( νC - )2 ))

ν = becomes에서C m의 최대 진폭은 다음과 같습니다.

(8) mmax = 14.5 p0 µCD

경험식 eq.(2)의 유효성 범위에서는 eq.(7)와 합치한다.eqs.(2)와 (7)에서 p~0.2hPa라는 숫자0 구한다.관측된 최대값 m은 m 230 230 mas를 산출한다max.eq.(8)와 함께 얻을 수 있다.

(9) τD = 1/1500D years100년

실제로 최대 압력 진폭의 수는 매우 작습니다.이는 챈들러 공명 주파수 환경에서 챈들러의 공명 증폭을 명확하게 나타냅니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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