Estimation of solid earth tidal parameters and FCN with VLBI

Abstract

Die Beobachtungen des geodätischen Weltraumverfahrens VLBI (Very Long Baseline Interferometry) werden durch verschiedene Prozesse beeinflusst, die a priori modelliert werden müssen. Weiterhin enthalten die VLBI-Beobachtungen Informationen über eine Vielzahl geodynamischer Parameter und ermöglichen so die Validierung der Modelle. Die Gravitationswirkung der Sonne und des Mondes auf die Erde verursacht eine Deformation der Erdoberfläche, die täglich bis zu mehreren Dezimetern in radialer Richtung betragen kann. Die Verschiebung der Erdoberfläche ist eine Funktion der sog. Love Zahlen (radiale Richtung) und der Shida Zahlen (horizontale Richtung). Bei den heutigen hohen Genauigkeitsanforderungen der VLBI müssen die Love und Shida Zahlen in komplexer Form angegeben werden, wobei der imaginäre Teil die Anelastizität des Erdmantels ausdrückt. Außerdem muss man die einzelnen Tiden innerhalb der verschiedenen Frequenzbänder unterscheiden. In der vorliegenden Arbeit werden die Love und Shida Zahlen der zwölf täglichen und fünf langperiodischen Tiden bei der Datenauswertung geschätzt und mit denen die theoretischen Modelle verglichen. Die Gezeitenparameter werden aus einer Gesamtlösung aller geeigneten VLBI-Daten aus den letzten 27 Jahre (1984.0 - 2011.0) gerechnet. In dieser Arbeit wird auch die Periode der Free Core Nutation (FCN) bestimmt, die sowohl in den frequenzabhängigen Deformationen der festen Erde wie auch im Nutationsmodell erscheint. Sie wird in einem konsistenten globalen Ausgleich der VLBI-Daten als gemeinsamer Parameter bestimmt. Der erhaltene Wert von -431.18 ± 0.10 Sterntagen unterscheidet sich gering von dem konventionellen Wert von -431.39 siderischen Tagen, der in den IERS-Konventionen 2010 angegeben wird. Des Weiteren wird ein empirisches Modell der FCN gerechnet, das eine variable Amplitude und Phase beinhaltet. Die Parameterbestimmung wird mit globalen Lösungen der VLBI-Daten durchgeführt und die gerechneten Amplituden und Phasen werden in jährlichen Schritten berechnet.<br />

Measurements of a space-geodetic technique VLBI (Very Long Baseline Interferometry) are influenced by a variety of processes which have to be modelled and put as a priori information into the analysis of the space-geodetic data. The increasing accuracy of the VLBI measurements allows access to these parameters and provides possibilities to validate them directly from the measured data. The gravitational attraction of the Moon and the Sun causes deformation of the Earth's surface which can reach several decimetres in radial direction during a day. The displacement is a function of the so-called Love and Shida numbers. Due to the present accuracy of the VLBI measurements the parameters have to be specified as complex numbers, where the imaginary parts describe the anelasticity of the Earth's mantle. Moreover, it is necessary to distinguish between the single tides within the various frequency bands. In this thesis, complex Love and Shida numbers of twelve diurnal and five long-period tides included in the solid Earth tidal displacement modelling are estimated directly from the 27 years of VLBI measurements (1984.0 - 2011.0). In this work, the period of the Free Core Nutation (FCN) is estimated which shows up in the frequency dependent solid Earth tidal displacement as well as in a nutation model describing the motion of the Earth's axis in space. The FCN period in both models is treated as a single parameter and it is estimated in a rigorous global adjustment of the VLBI data. The obtained value of -431.18 ± 0.10 sidereal days differs slightly from the conventional value -431.39 sidereal days given in IERS Conventions 2010.<br />An empirical FCN model based on variable amplitude and phase is determined, whose parameters are estimated in yearly steps directly within VLBI global solutions.