Que nous dit la géophysique des transport de masse « superficiels » et « interne »?

Atmosphère

rebond post-glacière

séismesEaux douces

Graine

Manteau

Noyau

Océans

- Détermination partielle des redistributions de masse gophysique: celles de l’enveloppe fluide superficielle

- Redistributions internes non observables (indirectement par le champ magnétique)

Atmosphère20001980 1990 2010

Océans

Eaux douces

Aapparition des premières séries temporelles de moment cinétique complètes

Progrès accomplis dans la modélisation des couches fluides

Satellites altimétriques Topex-Poséïdon / Jason (niveau des océans)

Satellite GRACE(changement du champ de gravité)

- Multiplication mesures (satellite) - Capacité croissante du stockage de

données séries temporelles des moments cinétiques fluides de plus en plus précises

Intercomparaison des séries de Moments cinétiques atmosphériques

(Atmospheric Angular Momentum AAM)

• NCEP - Reanalysis

• ECMWF - ERA Interim

Intervalle commun 1989-2010En accès libre, « labellisées » IERS

Séries temporelles lissées

Termes équatoriaux: comparaison spectrale

Très bon accord spectral

Termes équatoriaux: variance d’Allan

Termes axiaux: comparaison spectrale

Très bon accord saisonnier Niveau comaparable pour les fluctuations rapides (< 100 jours).

Termes axiaux: variance d’Allan

Très bon accord sauf au-delà de 1000 jours (> 3 ans) pour le terme de masse

Intercomparaison des séries de moments cinétiques océanique

(Oceanic Angular Momentum, OAM)

• ECCO (données TOPEX assimilées)

• OMCT (forcés par ERA Interim)

Intervalle commun 1993-2010En accès libre, « labellisées » IERS

Séries temporelles lissées

Termes équatoriaux: comparaison spectrale

Bon accord saisonnier OMCT plus puissante que ECCO aux fréquences rapides (< 30 jours).

Termes équatoriaux: variance d’Allan

Termes axiaux: comparaison spectrale

Bon accord saisonnier pour le terme de courant seulement

OMCT plus puissante que ECCO aux fréquences rapides (< 100 jours).

Termes axiaux: variance d’Allan

18.6 ans

40’’

25800 ans

23°

13.6 jours

1’’

182 jours

1. Précession-nutation

10 m

10 m 5 août 2011

20 déc. 20111 oct. 2010

z

yx

x

y

<0,5’’3 cm 0.001’’ = 1 mas 2. Mouvement du pôle

3. Variations de UT1/durée du jour: semi-irrégulières

Diagnositic par les irrégularités de la rotation terrestre

Diagnositic par les irrégularités de la rotation terrestre

• Aux échelles de temps infra-décennalles, mouvement du pôle du à– AAM à 60% (pression / vent) – OAM à 30% (masse / courant)– HAM à 10 % (masse, surtout saisonnier)

• Aux échelles de temps infra-décennalles, durée du jour due à:– AAM à 95% (vent)– OAM à 5%– HAM à ? % (saisonnier)

• Excitation de la nutation libre du noyau par la composante équatoriale rétrograde diurne des AAM / OAM

Théorie reliant paramètres de rotation de la Terre et moment cinétique des couches fluides

Astrogéodésie spatiale: variations de la rotation

terrestre

Excitation «géophysique» / «astronomique»

Observations / modèles:

Météorologique

Océanographique

hydrologique …

Marées luni-solaires

Excitation « observée»

Théorème du moment cinétique • système {Terre non rigide + fluides}• linéarisé dans le repère terrestre +• modèle de Terre (rhéologie/structure

interne)

≡

Equations Différentielles LINEAIRES

Excitations observée et géophysique: composantes équatoriales

Excitation observée Fonction de moment cinétique

effective (excitation)

(moment cinétique a-dimensionné de la redistribution)

≤ 5 10-8 radians ~ 50 milli-arc-second (50 mas)

Incrément de moment d’inertie c+

Moment cinétique relatif h

𝑝+𝑖1~σ𝑐�̇�=𝜒

¿

=

digitalisation

Transfert p(s) / (s)

𝑝=𝑥𝑝+ 𝑖 𝑦𝑝𝑐=𝑐13+𝑖𝑐23 h=h1+𝑖 h2Dans le plan équatorial :

y- Atmos y- Atmos + Océans

Excitation équatoriale: principalement atmosphérique et océanique

x-Atmos x- Atmos + Océans

NCEP (A) - ECCO (O) - CPC (H) / ECMWF (A) - OMCT (O) LSDM (H)Analyse de variance d’Allan après désaisonnalisation:

composantes équatoriales

G : excitation « géodésique » (observée à partir du mouvement du pôle)AO : atmosphérique + océanique

Variations saisonnières : excitations équatoriales G(observée) / Atmos. + Océans (NCEP + ECCO / ECMWF + OMCT)

Amplitude et phase estimées sur fenêtre glisssante de 3 ans

La considération des modèles hydrologiques (CPC / LSDM) n’améliore pas la compréhension de l’excitation équatoriale observée

Excitations observées et géophysique: composantes axiales

Excitation observée: Variations de la durée du jour

Fonction de moment cinétique effective

(moment cinétique a-dimensionné de la redistribution)

≤ 5 10-8 radians ~ 50 milli-arc-second (50 mas)

Incrément de moment d’inertie c3

+Moment cinétique relatif h3

∆ 𝐿𝑂𝐷𝐿𝑂𝐷

=𝜒3

¿

=

Excitation axiale < 6 ans : effet prédominant des vents

http://hpiers.obspm.fr/eop-pc

NCEP (A) - ECCO (O) - CPC (H) / ECMWF (A) - OMCT (O) LSDM (H)Analyse de variance d’Allan après désaisonnalisation:

composantes axiales

G : excitation « géodésique » (observée à partir des variations de la durée du jour)AO : atmosphérique + océanique

Variations saisonnières : excitations axiales

annuel

Semi-annuel

Modèles de marées pour les variations de la rotation de la Terre

Récapitulatif : http://hpiers.obspm.fr/eop-pc/index.php?index=models&lang=en

• Mouvement du pôle :– 0.5/1 jour: Effets des marées océaniques~ 0,5 mas (modèle IERS Ray et al. 1994)– Effets de marées océaniques en 13.6 j, 27 j, annuel ~ 0.1 mas (modèle empirique de

Gross)

• Nutation: ~ 1 mas– Effets de marées océaniques rétrogrades diurnes calculés pour le modèle IAU 2000

d’après Chao et al. (1996) [Diurnal/semidiurnal polar motion excited by oceanic tidal angular momentum variations, JGR, 101, 20151-20163].

• Durée du jour & UT1 – 0.5/1 jour: effets des marées océaniques (modèle IERS Ray et al. 1994) : 0,1 ms– De 5 jours à 18,6 ans: effets de marées solides + océaniques (modèle IERS 2010) : 1

ms