Krótkoterminowa prognoza Parametrów Rotacji Ziemi

Abstract

Parametry Orientacji Ziemi to zbiór parametrów opisujących nieregularności w orientacji i ruchu obrotowym Ziemi. Parametry te składają się z: współrzędnych bieguna ziemskiego (PMx, PMy), różnicy czasów UT1-UTC (lub jej pochodnej - długość doby - LOD) oraz przesunięcia bieguna niebieskiego (dX, dY). Pierwsze trzy parametry (razem z LOD) tworzą zbiór Parametrów Rotacji Ziemi. Znajomość tych parametrów jest kluczowa dla transformacji między niebieskim (CRF) a ziemskim układem odniesienia (TRF) oraz wielu zastosowań geodezyjnych i astronomicznych. Złożoność pomiarów i przetwarzania danych uniemożliwia uzyskanie tych parametrów w czasie rzeczywistym. Rozwiązaniem problemu jest ich prognoza. Przeprowadzone badania związane były z prognozą Parametrów Rotacji Ziemi przy użyciu krigingu prostego i krigingu zwyczajnego, metod analizy szeregów czasowych (ARIMA, VAR) oraz dynamicznej dekompozycji modalnej (DMD) z różnymi danymi wejściowymi i schematami prognozy. Wykorzystane zastały także dane o efektywnych momentach pędu (EAM). Uzyskane wyniki potwierdzają tezę, że prognoza Parametrów Rotacji Ziemi zaproponowanymi metodami umożliwia uzyskanie dokładności wyższej lub porównywalnej do najdokładniejszych obecnie stosowanych metod. W dłuższej perspektywie niezbędny jest rozwój algorytmów oraz uwzględnianie dodatkowych informacji opisujących zjawiska fizyczne wpływające na ruch obrotowy Ziemi.

Earth Orientation Parameters are a set of parameters that describe the irregularities in the Earth’s orientation and rotation. These parameters consist of the Earth's pole coordinates (PMx, PMy), UT1-UTC (or its derivative - the length of day - LOD) and celestial pole offsets (dX, dY). The first three parameters (with LOD) constitute the set of Earth Rotation Parameters. Knowledge of these parameters is essential for transformations between the Celestial (CRF) and Terrestrial Reference Frame (TRF), as well as for various astronomical and geodetic applications. Complexity of measuring techniques and data processing involved in EOP determination makes it impossible to obtain them in real-time mode. The solution to the problem is their prediction. The research was related to the prediction of Earth Rotation Parameters using simple kriging and ordinary kriging, time series analysis methods (ARIMA, VAR) and Dynamic Mode Decomposition (DMD) with different input data and prediction schemes. Effective angular momentum (EAM) data were also used. The results obtained confirm the thesis that Earth Rotation Parameters prediction with proposed methods achieve an accuracy higher or comparable to the most accurate methods currently in use. In a broader perspective, constant algorithms development and incorporation of additional information on physical phenomena affecting Earth’s rotation are essential.