ENSO i jego wpływ na zmiany rotacji Ziemi oraz topografii oceanu
ENSO i jego wpływ na zmiany rotacji Ziemi oraz topografii oceanu
ENSO i jego wpływ na zmiany rotacji Ziemi oraz topografii oceanu
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
<strong>ENSO</strong> i <strong>jego</strong> <strong>wpływ</strong> <strong>na</strong> <strong>zmiany</strong><br />
<strong>rotacji</strong> <strong>Ziemi</strong> <strong>oraz</strong> <strong>topografii</strong><br />
<strong>oceanu</strong><br />
Kosek Wiesław<br />
Centrum Badań Kosmicznych, PAN<br />
Środowiskowe Semi<strong>na</strong>rium Fizyki Atmosfery, Wydział Fizyki UW<br />
20 marzec 2009
Definicja:<br />
El Niño (hiszp. –mały chłopiec lub<br />
dzieciątko Jezus) jest zaburzeniem w<br />
systemie atmosferyczno oceanicznym lub<br />
czasową zmianą w klimacie<br />
okołorównikowego Pacyfiku.
Zjawisku El Niño o zawsze<br />
towarzyszą klęski<br />
żywiołowe:<br />
owe:<br />
• Powodzie w Peru i Ekwadorze<br />
spowodowane obfitymi opadami deszczu<br />
we wschodnich rejo<strong>na</strong>ch Pacyfiku,<br />
• Susze w Indonezji i Australii połączone z<br />
rozległymi pożarami lasów.
Ekonomiczne straty spowodowane przez El Niño<br />
El Niño<br />
1997/98<br />
20-25 mld $
Indices of El Niño o and Southern Oscillation<br />
• Sea surface temperature difference (Nino1+2, Nino 3, Nino 4 and Nino 3.4).<br />
• Southern Oscillation index has been calculated based on the differences in air<br />
pressure between Tahiti and Darwin, Australia.<br />
•Nino1+2: 0°-10°S, 80°W-90°W<br />
•Nino3: 5°S-5°N, 90°W-150°W<br />
•Nino3.4: 5°S-5°N, 120°W-170°W<br />
•Nino4: 5°S-5°N, 160°E-150°W
Nino 3.4, SOI
1567-68<br />
1578<br />
1624<br />
1652<br />
1661<br />
1687-88<br />
1701<br />
1720<br />
1728<br />
1791<br />
1803-04<br />
1828<br />
1844-45<br />
1871<br />
1877-78<br />
1884<br />
1891<br />
1925-26<br />
3 month running mean of SST anomalies in the Niño 3.4<br />
region (5N-5S, 120-170W)<br />
Nino 1+2<br />
1951-52<br />
1953-54<br />
1957-59<br />
1963<br />
1965-66<br />
1969-70<br />
1972-73<br />
1976-77<br />
1979<br />
1982-83<br />
1987-88<br />
1991-92<br />
1993<br />
1994<br />
1997-98<br />
2002-03<br />
2004-05<br />
2006-07
Widma amplitudowe wyz<strong>na</strong>czone metodą FTBPF<br />
o<br />
C<br />
0.5<br />
Nino1+2 Nino3 Nino4 Nino3.4<br />
0.4<br />
0.3<br />
0.2<br />
0.1<br />
0.0<br />
hP<br />
0.7<br />
0.6<br />
0.5<br />
0.4<br />
0.3<br />
0.2<br />
0.1<br />
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12<br />
period (years)<br />
SOI<br />
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12<br />
period (years)
Czasowo-częstotliwościowe widma amplitudowe<br />
wyz<strong>na</strong>czone metodą FTBPF<br />
period (years)<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
6<br />
Nino1+2<br />
1960 1964 1968 1972 1976 1980 1984 1988 1992<br />
SOI<br />
o<br />
C<br />
0.6<br />
0.5<br />
0.4<br />
0.3<br />
0.2<br />
0.1<br />
hP<br />
0.8<br />
5<br />
0.6<br />
4<br />
3<br />
2<br />
0.4<br />
0.2<br />
1<br />
1960 1964 1968 1972 1976 1980 1984 1988 1992<br />
years
Historia obserwacji El Niño<br />
• pomiar temperatury powierzchniowej <strong>oceanu</strong> ze statków<br />
pasażerskich i handlowych (po<strong>na</strong>d 100 lat),<br />
• regularne pomiary temperatury powierzchniowej <strong>oceanu</strong><br />
u wybrzeży Peru,<br />
• pomiary ciśnienia i opadów <strong>na</strong> stacjach<br />
meteorologicznych Pacyfiku (stacja Darwin po<strong>na</strong>d 150<br />
lat obserwacji),<br />
• notatki osadników hiszpańskich sięgające XV wieku,<br />
• dane dotyczące połowów od 1726 roku,<br />
• badania raf koralowych,<br />
• badania grubości słojów drzew.
High and low index<br />
Prof. Gilbert Walker<br />
• Wzrostowi ciśnienia zachodniego Pacyfiku towarzyszy spadek<br />
ciśnienia u wybrzeży wschodnich.<br />
• High index – ciśnienie wyższe <strong>na</strong> zachodnim wybrzeżu Pacyfiku,<br />
• Low Index – wyrów<strong>na</strong>nie ciśnień po obu stro<strong>na</strong>ch Pacyfiku.<br />
(słabnięcie a <strong>na</strong>wet ustanie wiatrów wschodnich).
• Warunkom “low index” zawsze towarzyszyły obfite<br />
opady deszczu <strong>na</strong> wyspach centralnej części Pacyfiku.
Prof. Jacob Bjerkne<br />
nes<br />
Ciepłe prądy oceaniczne<br />
El Niño, a także huśtawka<br />
ciśnień zwa<strong>na</strong> Oscylacją<br />
Południową są częścią<br />
jednego zjawiska, które<br />
<strong>na</strong>zwał <strong>ENSO</strong> (El Niño –<br />
Southern Oscillation).
Siała Coriolisa<br />
• Siła Coriolisa powoduje, że <strong>na</strong> północnej i południowej półkuli<br />
przeważają wiatry zachodnie,<br />
• Dla zachowania momentu pędu układu <strong>Ziemi</strong>a+atmosfera <strong>Ziemi</strong>a<br />
zwalnia swoją prędkość obrotową co powoduje powstawanie<br />
pozornego ruchu atmosfery w kierunku zachodnim w obszarach<br />
okołorównikowych.
Warunki normalne<br />
• Wiatry wschodnie spychają powierzchniowe wody do<br />
zachodniej części Pacyfiku,<br />
• We wschodniej części chłodniejsze wody z głębszych<br />
warstw wypływają <strong>na</strong> powierzchnię próbując zastąpić<br />
odpływającą wodę przesuwaną wiatrem <strong>na</strong> zachód.
Warunki normalne - upwelling<br />
• Upwelling – podpływanie zimnych wód we wschodniej części<br />
Pacyfiku co widoczne jest <strong>na</strong> zdjęciach satelitarnych wyko<strong>na</strong>nych<br />
w podczerwieni.
Warunki normalne - termokli<strong>na</strong><br />
• Wiatry wschodnie i upwelling zmieniają profil temperaturowy<br />
wód Pacyfiku.<br />
• Termokli<strong>na</strong> jest <strong>na</strong> mniejszej głębokości we wschodniej części<br />
Pacyfiku (ok. 50 m) niż w części zachodniej (ok. 200 m).
Warunki normalne - fitoplankton<br />
• Zim<strong>na</strong> woda jest bogata w substancje organiczne, ze względu <strong>na</strong><br />
większą zawartość tlenu. W obecności światła słonecznego<br />
fitoplankton wykorzystuje substancje organiczne do produkcji<br />
zielonkawej substancji zwanej chlorofilem.
La Niña 1998-99<br />
• W czasie normalnych warunków atmosferycznych może wystąpić zjawisko<br />
La Niña, które charakteryzuje się niższą niż zwykle temperaturą<br />
powierzchniową okołorównikowego Pacyfiku.
Początek El Niño o (ustawanie wiatrów w wschodnich)<br />
• W czasie warunków normalnych wschodnia i central<strong>na</strong> część<br />
Pacyfiku pozostaje bezdeszczowa.<br />
• W momencie rozpoczy<strong>na</strong>nia się El Niño wschodnie wiatry ustają,<br />
woda spycha<strong>na</strong> wcześniej tymi wiatrami powraca <strong>na</strong> wschód, we<br />
wschodniej części Pacyfiku mniejsze ilości chłodnej wody wypływają<br />
<strong>na</strong> powierzchnię.
Warunki El Niño<br />
• Powietrze <strong>na</strong>d oceanem ogrzewa się i tworzą się chmury przynoszące<br />
opady deszczów, a strefa tych opadów i ciepła przemieszcza się z<br />
zachodniej do wschodniej części Pacyfiku,<br />
• Ogrzane powietrze ma mniejszą gęstość co powoduje spadek <strong>jego</strong><br />
ciśnienia, niższe ciśnienie <strong>na</strong> wschodzie Pacyfiku powoduje dalsze<br />
osłabienie wiatrów wschodnich. To sprzężenie zwrotne sprawia, że El<br />
Niño <strong>na</strong>rasta.
Warunki El Niño - termokli<strong>na</strong><br />
• Napływ ciepłych wód powierzchniowych z zachodniej do<br />
wschodniej części Pacyfiku powoduje wyrów<strong>na</strong>nie głębokości<br />
termokliny <strong>na</strong> całym Pacyfiku.
Warunki El Niño - upwelling<br />
• Podniesienie temperatury powierzchniowej <strong>oceanu</strong> w<br />
centralnej i wschodniej części Pacyfiku może być<br />
obserwowane <strong>na</strong> zdjęciach satelitarnych wyko<strong>na</strong>nych w<br />
podczerwieni.
SST: maximum El Niño w latach 1982/83 i 1997/98
Globalne skutki El Nino
Tropical Atmosphere Ocean Project
Tropical Atmosphere Ocean Project – pomiary:<br />
• prędkości wiatru,<br />
• temperatury wody i powietrza,<br />
• względnej wilgotności,<br />
• opadów deszczu,<br />
• promieniowania słonecznego (+ podczerwień),<br />
• ciśnienia barometrycznego,<br />
• zasolenia wody,<br />
• prędkości prądów morskich.<br />
• uśrednione co godzi<strong>na</strong> i co dzień dane wysyłane są<br />
do NOAA w czasie prawie rzeczywistym
Zmiany poziomu <strong>oceanu</strong> powodowane przez El Niño<br />
• Wzrost temperatury powierzchniowej <strong>oceanu</strong> powoduje<br />
spadek <strong>jego</strong> gęstości,<br />
• Zmniejszenie gęstości <strong>oceanu</strong> powoduje zwiększenie <strong>jego</strong><br />
objętości dlatego wzrasta poziom <strong>oceanu</strong>,<br />
• Wzrost poziomu <strong>oceanu</strong> może zostać zaobserwowane za<br />
pomocą pomiarów mareograficznych lub altimetrii<br />
satelitarnej.
GLOSS – GLOBAL SEA LEVEL OBSERVING SYSTEM<br />
• Spośród po<strong>na</strong>d 1700 wszystkich stacji mareograficznych ok. 290 tych stacji tworzy<br />
Global Core Network (GCN). Stacje rozmieszczone są prawie równomiernie w celu<br />
mierzenia względnych zmian poziomu <strong>oceanu</strong>.<br />
• Niektóre z tych stacji wyposażone są w odbiorniki GPS w celu monitorowania<br />
pionowych ruchów skorupy ziemskiej.<br />
• Dane GLOSS dostępne są 1) University of Hawaii Sea Level Center, 2) Permanent<br />
Service for Mean Sea Level 3) British Oceanographic Data Centre
ALTIMETRIA SATELITARNA<br />
Altimetria satelitar<strong>na</strong> jest technika radarową, w której krótkie impulsy fal radarowych<br />
emitowanych wzdłuż linii pionu odbijają się od powierzchni <strong>oceanu</strong> i odbierane są<br />
przez antenę odbiorczą z<strong>na</strong>jdującą się <strong>na</strong> pokładzie satelity altimetrycznego.<br />
Hdyn = Hcomp - (Haltim + corr) – (Hgeoid + err)<br />
A<strong>na</strong>liza pomiarów w pozwala <strong>na</strong><br />
wyz<strong>na</strong>czenie odległości od satelity do<br />
chwilowej powierzchni <strong>oceanu</strong>. Pomiar<br />
wysokości<br />
altimetrycznej wraz z<br />
precyzyjnie wyz<strong>na</strong>czoną orbitą<br />
dostarczają wysokości <strong>oceanu</strong> w<br />
geocentrycznym układzie<br />
współrz<br />
rzędnych odniesienia co pozwala<br />
<strong>na</strong> badanie globalnych i regio<strong>na</strong>lnych<br />
cyrkulacji <strong>oceanu</strong>, a także e wyz<strong>na</strong>czenie<br />
geoidy <strong>na</strong> obszarach <strong>oceanu</strong>. Geoida nie<br />
pokrywa się z chwilową powierzchnią<br />
<strong>oceanu</strong> a różnica r<br />
ta <strong>na</strong>zywa<strong>na</strong> jest<br />
dy<strong>na</strong>miczną wysokości<br />
cią <strong>oceanu</strong> lub<br />
topografią <strong>oceanu</strong>:
Zastosowania altimetrii satelitarnej:<br />
• <strong>zmiany</strong> poziomu oceanów, mórz, rzek i jezior,<br />
• El Niño, La Niña,<br />
• prądy morskie i cyrkulacja <strong>oceanu</strong>,<br />
• pływy,<br />
• model geoidy,<br />
• wiatry,<br />
• modele meteorologiczne,<br />
• topografia pokrywy lodowej <strong>oraz</strong> jej <strong>zmiany</strong>.
Altimetric Satellites<br />
• Skylab (May 1973 – Feb 1974) h=435km i=50<br />
• GEOS 3 (Apr 1975 – Dec 1978) h=845 km, i=115<br />
• Seasat A (Jun 1978 – Oct 1978) h=800 km, i=108<br />
• Geosat (Mar 1985 – Sep 1989) h=785km, i=108<br />
• ERS-1 (Jul 1991- Mar 2008) h=785 km, i=98<br />
• TOPEX/Poseidon (Aug 1992 – Jan 2006) h=1336 km, i=66<br />
• ERS-2 (Apr 1995 - present) h=781 km, i=98<br />
• GFO-1 (Sep 1996 – Sep 2006) h=800km, i=108<br />
• Jason 1 (Dec 2001 - present) h=1337km, i=66<br />
• Envisat (Mar 2002 - present) h=800km, i=98<br />
• Cryosat 1 (destroyed on launch Oct 8 2005)<br />
• Jason 2 (Jun 2008 – present)<br />
• Cryosat 2 (Nov 2009 -<br />
• ALTIKA (2010 –<br />
• Sentimel 3 (after 2012 -
• Błąd wyz<strong>na</strong>czenia orbity w kierunku radialnym dla różnych satelitów<br />
altimetrycznych od 1992.
TOPEX/Poseidon<br />
Poseidon<br />
(TOPografic EXperiment/Poseidon)<br />
altimeters 5.3 & 13.6 GHz,<br />
Launched – 10 August 1992,<br />
h=1336 km, i=66 o , mas=2500kg, footprint=2.2km,<br />
JGM3 – gravity field model,<br />
CSR4.0 – ocean tide model.<br />
Orbit determi<strong>na</strong>tion:<br />
SLR<br />
DORIS<br />
GPS<br />
(TDRSS) - Tracking and Data<br />
Relay Satellite System
Jason 1<br />
• Start – 7 grudzień 2001 (Boeing Delta II 7920),<br />
• H=1337km, <strong>na</strong> tej samej orbicie co Topex/Poseidon 370km<br />
przed nim,<br />
• Masa=500kg, footprint=2.2km
Siatka przelotów w T/P lub Jason-1<br />
orbital period=112.47min., 1 cycle=9.9156 dni = 254 orbital periods
Poprawki do pomiaru altimetrycznego:<br />
• ze względu <strong>na</strong> pływ oceaniczny,<br />
• odwrotnego barometru,<br />
• ze względu <strong>na</strong> pływ biegu<strong>na</strong> ziemskiego,<br />
• ze względu <strong>na</strong> lokalne <strong>na</strong>chylenie geoidy,<br />
• troposferycz<strong>na</strong>,<br />
• jonosferycz<strong>na</strong>,<br />
• ze względu <strong>na</strong> pływ skorupy ziemskiej.
Globalny wzrost poziomu <strong>oceanu</strong>
ERS-2
DANE: TOPEX/Poseidon<br />
Poseidon i JASON 1<br />
Sea Level Anomalies (SLA) 1 o × 1 o ϕ , λ <br />
- T/P: (10.01.1993 - 01.08.2002)<br />
- Jason 1: (04.02.2002 - 14.07.2003)
Fourier Transform Band Pass Filter (FTBPF)<br />
u<br />
ϕ<br />
[ FT ( x ( t)<br />
) ⋅ A(<br />
P,<br />
)]<br />
−1<br />
, λ<br />
( t,<br />
T ) = FT<br />
ϕ , λ<br />
T<br />
A(<br />
P,<br />
T )<br />
=<br />
⎧<br />
⎪<br />
⎛<br />
1−<br />
⎜<br />
⎪ ⎝<br />
⎨<br />
⎪<br />
⎪<br />
⎪⎩<br />
∆t<br />
/<br />
P − ∆t<br />
λ<br />
0<br />
/ T<br />
2<br />
⎞<br />
⎟<br />
⎠<br />
dla<br />
dla<br />
|<br />
|<br />
∆t<br />
∆t<br />
/<br />
/<br />
P<br />
P<br />
− ∆t<br />
− ∆t<br />
/ T<br />
/ T<br />
⎫<br />
| < λ⎪<br />
⎪<br />
⎬<br />
| ≥ λ⎪<br />
⎪<br />
⎪⎭<br />
S<br />
FTBPF spectrum of a grid 1 o × 1 o<br />
1<br />
N − m<br />
∑ φ , λ<br />
( T ) = | uφ<br />
, λ<br />
N − 2m<br />
k = m+<br />
1<br />
( t,<br />
T )<br />
φ, λ - latidute and longitude of a grid<br />
2S ( T)<br />
λ<br />
φ,<br />
- Amplitude spectrum<br />
2<br />
|
1<br />
N<br />
∑ 2Sφ<br />
, λ<br />
ocean<br />
cm<br />
1.4<br />
1.2<br />
1.0<br />
0.8<br />
0.6<br />
0.4<br />
Mean FTBPF amplitude spectrum for entire ocean,<br />
( T )<br />
northern and southern hemispheres.<br />
30 60 90 120 150 180 210 240<br />
period (days)<br />
N<br />
S
Widma amplitudowe FTBPF danych SLA (T= 365, 182, 120, 90, 62, 30 dni)<br />
latitude<br />
50<br />
30<br />
10<br />
-10<br />
-30<br />
-50<br />
50<br />
30<br />
10<br />
-10<br />
-30<br />
-50<br />
365 days<br />
0 50 100 150 200 250 300 350<br />
182 days<br />
0 50 100 150 200 250 300 350<br />
120 days<br />
50<br />
30<br />
10<br />
-10<br />
-30<br />
-50<br />
0 50 100 150 200 250 300 350<br />
longitude<br />
cm<br />
16<br />
14<br />
12<br />
10<br />
8<br />
6<br />
4<br />
2<br />
0<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
0<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
0<br />
50<br />
30<br />
10<br />
-10<br />
-30<br />
-50<br />
90 days<br />
0 50 100 150 200 250 300 350<br />
62 days<br />
50<br />
30<br />
10<br />
-10<br />
-30<br />
-50<br />
0 50 100 150 200 250 300 350<br />
30 days<br />
50<br />
30<br />
10<br />
-10<br />
-30<br />
-50<br />
0 50 100 150 200 250 300 350<br />
latitude<br />
cm<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
0<br />
16<br />
14<br />
12<br />
10<br />
8<br />
6<br />
4<br />
2<br />
0<br />
2<br />
1<br />
0
Widma amplitudowe FTBPF danych SLA (T= 182.6211 dni)
Widma amplitudowe FTBPF danych SLA (T= 30 dni)
)<br />
2<br />
2<br />
)exp(<br />
,<br />
(<br />
)<br />
,<br />
(<br />
2<br />
2<br />
2<br />
1<br />
1<br />
1<br />
2<br />
1<br />
0<br />
1<br />
0<br />
1<br />
2<br />
1<br />
2<br />
2<br />
1<br />
1 N<br />
n<br />
k<br />
i<br />
N<br />
n<br />
k<br />
i<br />
k<br />
k<br />
f<br />
n<br />
n<br />
F<br />
N<br />
n<br />
N<br />
n<br />
π<br />
π<br />
−<br />
−<br />
= ∑∑<br />
− =<br />
−<br />
=<br />
)<br />
2<br />
)exp(2<br />
,<br />
(<br />
1<br />
)<br />
,<br />
(<br />
2<br />
2<br />
2<br />
1<br />
1<br />
1<br />
2<br />
1<br />
0<br />
1<br />
0<br />
1<br />
2<br />
1<br />
2<br />
1<br />
2<br />
2<br />
1<br />
1 N<br />
n<br />
k<br />
i<br />
N<br />
n<br />
k<br />
i<br />
n<br />
n<br />
F<br />
N<br />
N<br />
k<br />
k<br />
f<br />
N<br />
n<br />
N<br />
n<br />
π<br />
π +<br />
= ∑∑<br />
− =<br />
−<br />
=<br />
)]<br />
,<br />
(<br />
)<br />
,<br />
(<br />
[<br />
)<br />
,<br />
( 2<br />
1<br />
1<br />
2<br />
1<br />
'<br />
v<br />
u<br />
A<br />
n<br />
n<br />
F<br />
FFT<br />
k<br />
k<br />
f<br />
−<br />
=<br />
⎩<br />
⎨<br />
⎧<br />
∆<br />
≤<br />
∆<br />
≤<br />
∆<br />
−<br />
∆<br />
−<br />
=<br />
otherwise<br />
v<br />
v<br />
u<br />
u<br />
for<br />
v<br />
v<br />
u<br />
u<br />
v<br />
u<br />
A<br />
0<br />
|<br />
,|<br />
|<br />
|<br />
)<br />
)(1<br />
(1<br />
)<br />
,<br />
(<br />
2<br />
2<br />
2<br />
2<br />
1<br />
0,1,...,<br />
1,<br />
0,1,...<br />
),<br />
,<br />
(<br />
Fourier Transform of<br />
disctrete<br />
2D 2<br />
2<br />
1<br />
1<br />
2<br />
1 −<br />
=<br />
−<br />
= N<br />
k<br />
N<br />
k<br />
k<br />
k<br />
f
0. 00 50. 00 100.00 150.00 200. 00 250.00 300. 00 350. 00<br />
0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00 350.00<br />
0 50 100 150 200 250 300 350<br />
0.0 0 50.00 100.00 150 .0 0 20 0. 00 250. 00 3 00.0 0 350 .00<br />
0.00 50.00 10 0.00 1 50.00 200.00 250 .0 0 30 0. 00 350. 00<br />
0.00 50. 00 10 0.00 1 50. 00 200 .0 0 25 0. 00 300. 00 350.0 0<br />
latitude<br />
SLA (1996-Jul-2 and 1997-Nov-10) of TOPEX/Poseidon<br />
and their 2D FT HPF results with cutoff wave numbers of 0.05, 0.1 and 0.2<br />
50<br />
0<br />
-50<br />
50<br />
0<br />
-50<br />
50<br />
0<br />
-50<br />
cm<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
-10<br />
-20<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
-10<br />
-20<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
-10<br />
-20<br />
0.05<br />
0.1<br />
latitude<br />
50<br />
0<br />
-50<br />
50<br />
0<br />
-50<br />
50<br />
0<br />
-50<br />
cm<br />
40<br />
20<br />
0<br />
-20<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0.05<br />
0<br />
-10<br />
-20<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0 0.1<br />
-10<br />
-20<br />
-30<br />
50<br />
0<br />
-50<br />
0 50 100 150 200 250 300 350<br />
longitude<br />
20<br />
10<br />
0<br />
-10<br />
-20<br />
0.2<br />
50<br />
0<br />
-50<br />
0 50 100 150 200 250 300 350<br />
longitude<br />
20<br />
10<br />
0 0.2<br />
-10<br />
-20<br />
-30
TOPEX/Poseidon SLA data filtered by the 2D FFT high pass filter<br />
with the cutoff wave number of 0.1
SST prediction (Niedzielski and Kosek 2008)
Wpływ<br />
El Niño <strong>na</strong> <strong>zmiany</strong> <strong>rotacji</strong> <strong>Ziemi</strong><br />
W okresie El Niño <strong>na</strong>stępuje zahamowanie prędkości wiatrów<br />
wschodnich. W układzie zamkniętym jakim jest <strong>Ziemi</strong>a z atmosfera<br />
całkowity moment pędu jest stały. Ustawanie wiatrów wschodnich<br />
powoduje spowolnienie prędkości obrotowej <strong>Ziemi</strong> gdyż <strong>Ziemi</strong>a<br />
kręci się w kierunku wschodnim. Spowolnienie prędkości obrotowej<br />
<strong>Ziemi</strong> powoduje wzrost długości doby.<br />
Stephanic (1982) zaobserwował po raz pierwszy korelację pomiędzy<br />
SOI a wieloletnimi zmia<strong>na</strong>mi w <strong>rotacji</strong> <strong>Ziemi</strong>.
Gambis, 1992, Wavelet transform a<strong>na</strong>lysis of the length of day and the El Nino/Southern Oscillation<br />
variations at intraseaso<strong>na</strong>l and interannual time scales, Ann. Geophysicae 10, 429-437.
Dickey et al. 1994, Angular momentum exchange among the solid Earth, atmosphere, and oceans: A case<br />
study of the 1982-1983 El Nino event, JGR Vol. 99, No B12, 23921-23937.
Dickey et al. 1994, cont.
Gross et al. 2001, Modulation of Seaso<strong>na</strong>l Cycle in Length-of<br />
of-Day and Atmospheric angular Momentum,<br />
IAG Symposium 125
Gross et al. 2001, cont.
Czasowo częstotliwo<br />
stotliwościowa koherencja:<br />
period (days)<br />
1000<br />
800<br />
600<br />
400<br />
200<br />
Morlet coherence: LODR, AAM chi3<br />
0.9<br />
0.8<br />
0.7<br />
0.6<br />
0.5<br />
0.4<br />
0.3<br />
0.2<br />
0.1<br />
1966 1970 1974 1978 1982 1986 1990 1994 1998 2002<br />
years
Czasowo częstotliwo<br />
stotliwościowa koherencja:<br />
period (days)<br />
1000<br />
800<br />
600<br />
400<br />
200<br />
Morlet coherence: AAM chi3, SOI<br />
1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000<br />
years<br />
0.9<br />
0.8<br />
0.7<br />
0.6<br />
0.5<br />
0.4<br />
0.3<br />
0.2<br />
0.1
Czasowo częstotliwo<br />
stotliwościowa koherencja:<br />
period (days)<br />
1000<br />
800<br />
600<br />
400<br />
200<br />
Morlet Wavelet coherence LODR, SOI<br />
0.9<br />
0.8<br />
0.7<br />
0.6<br />
0.5<br />
0.4<br />
0.3<br />
0.2<br />
0.1<br />
1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005<br />
years
Y<br />
ˆ<br />
t+ 1<br />
= AY<br />
1 t<br />
+ ... + ApYt<br />
− p+<br />
1<br />
⎧ε<br />
( ∆ − ∆R)<br />
t ⎫<br />
Y t<br />
= ⎨ ⎬ t = 1,2,..,<br />
n<br />
⎩ εAAMχ3t<br />
⎭<br />
Aˆ r<br />
, r = 1,2,...,<br />
p<br />
p<br />
Multidimensio<strong>na</strong>l prediction<br />
- autoregressive order:<br />
ˆ<br />
- Estimates of Autoregression matrices,<br />
log det[( n − 3p<br />
−1)<br />
Cˆ]<br />
2 p + 1<br />
SBC( p)<br />
= − (1 − )log( n − p)<br />
=<br />
2<br />
n − p<br />
min<br />
Ĉ<br />
- Estimate of residual covariance matrix.
UT1R-TAI<br />
UT1-TAI<br />
UT1-UTC<br />
∆-∆R<br />
∆-∆R<br />
LS<br />
model<br />
ε(∆-∆R)<br />
residuals<br />
&<br />
εAAMχ3<br />
residuals<br />
AAMχ3<br />
AAMχ3<br />
LS model<br />
LS<br />
AR<br />
MAR<br />
AR<br />
Prediction<br />
of ∆-∆R<br />
∆-∆R LS<br />
extrapolation<br />
Univariate prediction<br />
of ε(∆-∆R) or εAAMχ3<br />
residuals<br />
OR<br />
Multivariate prediction of<br />
ε(∆-∆R) and εAAMχ3<br />
residuals<br />
Prediction of<br />
UT1R-TAI<br />
Prediction of<br />
UT1-TAI<br />
Prediction of<br />
UT1-UTC
Comparison of LS, LS+AR and LS+MAR prediction errors of UT1-UTC UTC and ∆ data<br />
(Niedzielski i Kosek 2008)<br />
days in the future<br />
300<br />
200<br />
100<br />
300<br />
200<br />
100<br />
300<br />
200<br />
100<br />
LS<br />
LS+AR<br />
LS+MAR<br />
UT1-UTC<br />
ms<br />
180<br />
160<br />
140<br />
120<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
ms/day<br />
0.30<br />
0.20<br />
0.10<br />
1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006<br />
YEARS<br />
LS<br />
LS+AR<br />
LS+MAR<br />
ms<br />
UT1-UTC<br />
60<br />
40<br />
20<br />
LS<br />
LS+AR<br />
LS+MAR<br />
0.00<br />
0 50 100 150 200 250 300 350<br />
days in the future<br />
0<br />
0 50 100 150 200 250 300 350<br />
days in the future
SST: 24 Dec. 2008 – 11 Mar. 2009
ETA: 24 Dec. 2008 – 22 Feb. . 2009