Войти
7>продолжительность дня, которая увеличивалась за долгий период истории Земли из-за приливных эффектов, также подвержена колебаниям в более коротком масштабе времени.измерения времени с помощью атомных часов и спутниковой лазерной локации показали, что продолжительность дня (LOD) подвержена ряду различных изменений. Эти тонкие вариации имеют периоды от нескольких недель до нескольких лет. Они объясняются взаимодействием между динамической атмосферой и самой Землей. Международная служба вращения Земли и систем отсчета отслеживает изменения.
In при отсутствии внешних моментов полный угловой момент Земли как целой системы должен быть постоянным. Внутренние моменты возникают из-за относительных движений и перераспределения масс ядра Земли, мантии, коры, океанов, атмосферы и криосферы. Чтобы поддерживать постоянным общий угловой момент, изменение углового момента в одной области обязательно должно уравновешиваться изменениями углового момента в других областях.
Движение земной коры (например, дрейф континентов ) или таяние полярной шапки - это медленные вековые явления. Характерное время связи между ядром и мантией оценивается примерно в десять лет, а так называемые «декадные колебания» скорости вращения Земли, как полагают, являются результатом флуктуаций внутри ядра, переносимых к мантии. Продолжительность дня (LOD) значительно варьируется даже для временных шкал от нескольких лет до недель (рисунок), а наблюдаемые колебания LOD - после устранения влияния внешних крутящих моментов - являются прямым следствием действия внутренних крутящих моментов.. Эти краткосрочные колебания, скорее всего, вызваны взаимодействием твердой Земли с атмосферой.
Отклонение длины дня от дня на основе СИ Любое изменение осевой составляющей атмосферного углового момента (AAM) должно сопровождаться соответствующим изменением момент количества движения земной коры и мантии (в силу закона сохранения момента количества движения). Поскольку на момент инерции системы мантия-кора лишь незначительно влияет нагрузка атмосферным давлением, это в основном требует изменения угловой скорости твердой Земли; то есть изменение LOD. В настоящее время LOD можно измерить с высокой точностью за время интегрирования, составляющее всего несколько часов, а модели общей циркуляции атмосферы позволяют с высокой точностью определять изменения в AAM в модели. Сравнение AAM и LOD показывает, что они сильно коррелированы. В частности, можно выделить годовой период LOD с амплитудой 0,34 миллисекунды с максимумом 3 февраля и полугодовой период с амплитудой 0,29 миллисекунды с максимумом 8 мая, а также 10-дневные колебания порядка 0,1 миллисекунды. Также наблюдались межсезонные колебания, отражающие явления Эль-Ниньо, и квазидвухлетние колебания. В настоящее время существует общее согласие с тем, что большинство изменений LOD на временных масштабах от недель до нескольких лет вызвано изменениями в AAM.
Одно из средств обмена угловым импульс между атмосферой и негазообразными частями Земли - это испарение и осадки. Огромные количества воды постоянно текут между океанами и атмосферой. По мере увеличения массы воды (пара) ее вращение должно замедляться из-за сохранения углового момента. Точно так же, когда он падает в виде дождя, скорость его вращения увеличивается, чтобы сохранить угловой момент. Любой чистый глобальный перенос водной массы из океанов в атмосферу или наоборот подразумевает изменение скорости вращения твердой / жидкой Земли, что будет отражено в LOD.
Наблюдательные данные показывают, что нет никаких существенных временная задержка между изменением AAM и соответствующим изменением LOD для периодов более 10 дней. Это подразумевает сильную связь между атмосферой и твердой Землей из-за поверхностного трения с постоянной времени около 7 дней, время замедления для слоя Экмана. Это время замедления является характерным временем для передачи осевого углового момента атмосферы к поверхности Земли и наоборот.
Зональная составляющая ветра на земле, которая наиболее эффективна для передачи осевого углового момента между Землей и атмосферой, является составляющей, описывающей жесткое вращение атмосферы. Зональный ветер этого компонента имеет амплитуду u на экваторе относительно земли, где u>0 указывает на сверхротацию, а u < 0 indicates retrograde rotation with respect to the solid Earth. All other wind terms merely redistribute the AAM with latitude, an effect that cancels out when averaged over the globe.
поверхностное трение позволяет атмосфере «улавливать» угловой момент от Земли в случае ретроградное вращение или выпуск на Землю в случае суперротации. При усреднении по более длительным временным шкалам обмена AAM с твердой Землей не происходит. Земля и атмосфера не связаны. Это означает, что зональная составляющая ветра на уровне земли, ответственная за жесткое вращение, в среднем должна быть равна нулю. Действительно, наблюдаемая меридиональная структура среднего климатического зонального ветра на земле показывает западные ветры (с запада) в средних широтах за пределами примерно ± 30 широты и восточные ветры (с востока) в низких широтах - пассаты - а также у полюсов (преобладающие ветры ). Атмосфера получает угловой момент от Земли на низких и высоких широтах и передает такое же количество на Землю на средних широтах.
Любое кратковременное колебание жестко вращающейся зональной компоненты ветра сопровождается соответствующим изменением LOD. Чтобы оценить порядок величины этого эффекта, можно считать, что вся атмосфера жестко вращается со скоростью u (в м / с) без поверхностного трения. Тогда это значение связано с соответствующим изменением продолжительности дня Δτ (в миллисекундах) как
Годовая составляющая изменения продолжительности дня Δτ ≈ 0,34 мс соответствует суперротации u ≈ 0,9 м / с, а полугодовая составляющая изменения длины дня Δτ ≈ 0,29 мс до u ≈ 0,8 м / с.
