Modellierung von Erdrottionsschwnkungen mittels tmosphärischer Drehmomente Michel SCINDEEGGER, Johnnes BÖM, rld SCU, Dvid SASTEIN Geodätische Woche 01 nnover, 9. 11. Oktober Session?: Erdrottion und Geodynmik
Drehimpuls- vs. Drehmomentnstz Geophysiklische Anregung, Modellierungsnsätze: Erde inkl. Fluide ist kräftefrei Drehimpuls konserviert Fluide bewirken externe Drehmomente Atmosphäre Ozen sys const. Feste Erde Δ in Fluiden bewirkt entgegengesetztes Δ der festen Erde Drehimpulsustusch n Grenzflächen
Drehimpuls- vs. Drehmomentnstz Drehimpulsnstz: Einfcher Formlismus, beruhend uf Stndrdfeldern numerischer Wettermodelle Dreidimensionles Integrl ist uszuwerten Drehmomentnstz: Benötigt nur Oberflächendten Möglichkeit der physiklischen Interprettion Flussdten und Mterilprmeter nur schlecht durch Beobchtungen gestützt 3
Drehimpuls- vs. Drehmomentnstz Anlytische Äquivlenz m Beispiel der Atmosphäre: Drehimpuls der festen Erde im Inertilsystem Totles Drehmoment der Atmosphäre uf feste Erde d dt s s Dynmik nderer Fluide vernchlässigt! Drehimpulserhltung führt uf zeitliche Ableitung von AAM tmospheric ngulr momentum: d dt s d dt s s 4
Drehmomentkomponenten Kopplungsmechnismen im Fll der Atmosphäre: 1. Druckunterschiede n topogrfischen Unregelmäßigkeiten: Pressure Torque. Anziehung der uftmssen durch unregelmäßig verteilte Mssen in der festen Erde: Grvittionl Torque 3. Reibungseffekte im Zusmmenhng mit bodennhen Winden: Friction Torque p f g Pressure Grvittion Friction 5
Drehmomentkomponenten Pressure Torque, Aufteilung der äqutorilen Komponente:. Ellipsoidischer Druckeffekt uf Äqutorwulst b. okle Druckeffekte n Gebirgen: Mountin Torque Berechnung über Grdient der Topogrfie h: p S cos cos d h ps sin cos dλ sin sin sin d h cos sin dd dθ 0 mittlerer Erdrdius 6
Drehmomentkomponenten Grvittionl Torque, Aufteilung der äqutorilen Komponente:. Ellipsoidischer Effekt Abplttung der Niveuflächen b. okler Effekt vernchlässigbr Mit ellipsoidischem Druckdrehmoment ufsummiert zum: Ellipsoidl Torque e p ell g ell Proportionl zum AAM Druckterm : e 1 0 p p nominelle Winkelgeschwindigkeit p 7
Drehmomentkomponenten Friction Torque: f, f f 3 f sin f cos cos f cos f cos sin sindd f sin zonle und meriodionle Windschubspnnungen Mountin, Ellispoidl, Friction Torques us MERRA* Dten *Modern Er- Retrospective Anlysis for Reserch nd Applictions, 009 011, Δt = 3 hours Mgnitude, equtoril S1 S Mgnitude, xil 8
9 AAM Bilnz Budgetgleichung für tmosphärischen Drehimpuls im Inertilsystem: 3 3 1 1 1 s s s 3 3 1 1 1 1 s w e s w e s p e 1 p e 1 System ohne Ellipsoidl Torque ~95% des Gesmtsignls Äqutorile Komponenten des AAM Windterms
AAM Bilnz Numerische Verifiktion: Korreltions- und Proportionlitätsfktor us Vergleich Drehmoment AAM Ableitung für jedes Frequenzbnd Incl. Ellipsoidl Torque Excl. Ellipsoidl Torque Bilnz b T~ [d] geschlossen Verschlechterung ohne ell. Effekt 10
AAM Bilnz Numerische Verifiktion: Phsorplots für S 1 / S progrd, äqutoril Budget ~geschlossen Friction T. + Mountin T. + Ellipsoidl T. = AAM Zeitbleitung? Friction T. + Mountin T. = AAM Zeitbleitung ohne ell. Effekt? 11
AAM Bilnz Numerische Verifiktion: Phsorplots für S 1 und S xil Anormler AAM Term Friction T. + Mountin T. = AAM Zeitbleitung? Conclusio: einzelne Komponenten mit guter Übereinstimmung, Atmosphärenmodelle mit lufender Verbesserung 1
Drehmomentnstz Zusmmenhng mit Erdrottionsschwnkungen: [de Viron, 005] Äqutorile Komponente: mˆ m 1 i m : Winkelcosini der Rottionschse Effekt der Erddeformtion, Auflst us Druckterm Totles Drehmoment: Fluide feste Erde Axile Komponente: Drehimpulsnstz liefert bessere Übereinstimmung mit ERP 13
Drehmomentnstz Zusmmenfssung: Drehmomente mountin, friction, ellipsoidl torques zur Interprettion tmosphärischer Effekte uf Erdrottion Äquivlenz der beiden Ansätze uf lngen Perioden gut erfüllt, im täglichen Bereich nur punktuell Formlismus uch uf ein 3-Komponenten-System feste Erde Atmosphäre - Ozen erweiterbr oklisierung der physiklischen Interktion Atmosphäre feste Erde Beispiel 14
Drehmomentnstz Mountin Torque, xile Komponente für S : Gebirgsketten bewirken positives Mountin Torque für 0 UTC 15
The End Dnke für die Aufmerksmkeit! e-mil: michel.schindelegger@tuwien.c.t GGOS Atmosphere P090 is funded by the Austrin Science Fund FWF