L'expérience NEIGE (NEtlander Ionosphere and Geodesy Experiment) permettra d'obtenir des informations sur la structure interne de la planète Mars ainsi que sur son atmosphère grâce à l'observation de ses paramètres de rotation (précession, nutation, longueur du jour, mouvement du pôle). Pour quantifier la précision sur ces paramètres grâce à NEIGE, une formulation analytique de l'observable Doppler entre les landers et un orbiteur a été développée, basée sur une orbite Keplerienne précessante sous l'effet de l'aplatissement de la planète et sur un développement au premier ordre en série de Taylor par rapport aux petits paramètres caractérisant les variations de l'orientation de Mars. Cette formulation permet de comprendre simplement le jeu relatif des différents paramètres et permet également de modéliser leurs corrélations. Dans les conditions nominales de l'expérience, les paramètres liés au mouvement du pôle et aux variations saisonnières de l'angle de rotation sont retrouvés avec une précision meilleure que 3 milli-secondes d'arcs. L'incertitude sur le taux de précession ainsi que sur les paramètres liés à l'exitence d'un possible noyau liquide visible dans l'observable Doppler grâce à une amplification (résonance) des nutations, a également été étudiée. Nous montrons qu'à partir des mesures NEIGE, il sera possible de déduire des informations sur la structure interne de Mars, comme l'état liquide ou solide du noyau, son moment d'inertie et son aplatissement. D'autres paramètres ont été pris en compte dans notre étude, notamment les positions des landers, les éléments orbitaux du satellite et les amplitudes des variations du terme d'aplatissement. La modélisation utilisée permet de tester différentes configurations de mission comme le changement d'orbites, de position et nombre de landers ou l'influence du bruit de mesures, afin d'identifier les conditions minimisant les incertitudes sur les paramètres de rotation. Les incertitudes obtenues grâce aux simulations numériques réalisées avec un logiciel d'orbitographie développé par le CNES et celles obtenues par la méthode analytique sont cohérentes. En comparant ces résultats avec ceux des observables Range et Doppler lander-Terre (représentant les mesures réalisées pendant les missions Viking et Pathfinder), on remarque que l'observable Dopple lander-orbiteur est plus efficace pour détecter de petits mouvements en surface grâce à l'effet amplificateur du Doppler quand la distance entre l'observateur et le lander est petite.

Die gestiegene Messgenauigkeit der Erdrotationsparameter ermöglicht inzwischen eine Berücksichtigung von Sekundäreffekten, wie Einflüssen hydrologischer Massenvariationen. Variationen der Erdrotation durch hydrologische Massenvariationen sind bisher weniger gut als atmosphärische und ozeanische Beiträge erforscht. Zur Interpretation, Analyse und Zuordnung von Signalen in den Erdrotationsparamtern wurden mit einem Landoberflächenschema und einem lateralen Abflussmodell langjährige hydrologische Simulationen unter Antrieb aus verschiedenen globalen Atmosphärenmodellen durchgeführt. Diese Simulationen erlaubten die Durchführung von Sensitivitätsstudien über die Abhängigkeit simulierter hydrologischer Beiträge zur Erdrotation von den atmosphärischen Antrieben und der Modellphysik. Alle relevanten hydrologischen Größen wurden auf Plausibilität mit Beobachtungsdaten oder anderen Simulationsergebnissen validiert. Neben dem Beitrag der vertikalen Wasserbilanz wurde auch der Beitrag des lateralen Wassertransportes auf die Erdrotation explizit untersucht. Erstmalig konnte der hydrologische Bewegungsterm quantifiziert werden. Die simulierten hydrologischen Drehimpulsfunktionen wurden schließlich im Kontext des globalen Wasserkreislaufes den beobachteten Erdrotationsparametern gegenübergestellt. Es ergab sich eine besonders gute Übereinstimmung für die hydrologische [chi2]-Komponente mit Residuen aus Beobachtungen und simulierten atmosphärischen und ozeanischen Variationen der Erdrotation. / The increasing accuracy of observation of the Earth's rotation allows the consideration of so called secondary effects like the influence of hydrological mass redistributions. Variations of the Earth's rotation due to hydrological influences are yet less investigated than atmospheric and oceanic contributions. In order to analyse, interprete and associate signals in the parameters of the Earth's rotation, longtime hydrologic simulations were performed by forcing a land-surface scheme and a lateral discharge model with data of various global atmospheric models. By these simulations, the dependency of simulated hydrologic contributions to the variations of the Earth's rotation on atmospheric forcing and on the model physics was studied. All relevant hydrologic quantities were validated against observed or modelled values to evaluate their plausibility. In addition to the contribution of the vertical water balance to the variations of the Earth's rotation also the contribution of lateral water transport was explicitely investigated. For the first time the hydrologic motion term was quantified. Eventually, the simulated hydrological angular momentum functions were compared in the context of the global water cycle against observed parameters of the Earth's rotation. The hydrological component of [chi2] did show a very good agreement with residuals of observations and simulated atmospheric and oceanic variations of the Earth's rotation.

The goal of this research was to investigate further the role of air redistribution and continental water storage changes in the excitation of both the annual and Chandler wobbles for the period 1900-85. The annual and Chandler excitations from air redistribution have been studied by Wilson and Haubrich (1976), Wahr (1982), and Hinnov and Wilson (1985). Annual excitation from water storage was estimated by Van Hylckama (1970), Hinnov and Wilson (1985), and Chao and O'Connor (1988). Chandler wobble excitation from water storage changes has been addressed only by Hinnov and Wilson (1985). This study was undertaken as a refinement to their encouraging but preliminary results. / text

Die gestiegene Messgenauigkeit der Erdrotationsparameter ermöglicht inzwischen eine Berücksichtigung von Sekundäreffekten, wie Einflüssen hydrologischer Massenvariationen. Variationen der Erdrotation durch hydrologische Massenvariationen sind bisher weniger gut als atmosphärische und ozeanische Beiträge erforscht. Zur Interpretation, Analyse und Zuordnung von Signalen in den Erdrotationsparamtern wurden mit einem Landoberflächenschema und einem lateralen Abflussmodell langjährige hydrologische Simulationen unter Antrieb aus verschiedenen globalen Atmosphärenmodellen durchgeführt. Diese Simulationen erlaubten die Durchführung von Sensitivitätsstudien über die Abhängigkeit simulierter hydrologischer Beiträge zur Erdrotation von den atmosphärischen Antrieben und der Modellphysik. Alle relevanten hydrologischen Größen wurden auf Plausibilität mit Beobachtungsdaten oder anderen Simulationsergebnissen validiert. Neben dem Beitrag der vertikalen Wasserbilanz wurde auch der Beitrag des lateralen Wassertransportes auf die Erdrotation explizit untersucht. Erstmalig konnte der hydrologische Bewegungsterm quantifiziert werden. Die simulierten hydrologischen Drehimpulsfunktionen wurden schließlich im Kontext des globalen Wasserkreislaufes den beobachteten Erdrotationsparametern gegenübergestellt. Es ergab sich eine besonders gute Übereinstimmung für die hydrologische [chi2]-Komponente mit Residuen aus Beobachtungen und simulierten atmosphärischen und ozeanischen Variationen der Erdrotation. / The increasing accuracy of observation of the Earth's rotation allows the consideration of so called secondary effects like the influence of hydrological mass redistributions. Variations of the Earth's rotation due to hydrological influences are yet less investigated than atmospheric and oceanic contributions. In order to analyse, interprete and associate signals in the parameters of the Earth's rotation, longtime hydrologic simulations were performed by forcing a land-surface scheme and a lateral discharge model with data of various global atmospheric models. By these simulations, the dependency of simulated hydrologic contributions to the variations of the Earth's rotation on atmospheric forcing and on the model physics was studied. All relevant hydrologic quantities were validated against observed or modelled values to evaluate their plausibility. In addition to the contribution of the vertical water balance to the variations of the Earth's rotation also the contribution of lateral water transport was explicitely investigated. For the first time the hydrologic motion term was quantified. Eventually, the simulated hydrological angular momentum functions were compared in the context of the global water cycle against observed parameters of the Earth's rotation. The hydrological component of [chi2] did show a very good agreement with residuals of observations and simulated atmospheric and oceanic variations of the Earth's rotation.

In der nichtlinearen Datenreihenanalyse hat sich seit etwa 10 Jahren eine Monte-Carlo-Testmethode etabliert, die Theiler-surrogatmethode, mit Hilfe derer entschieden werden kann, ob eine Datenreihe nichtlinearen Ursprungs sei. Diese Methode wird kritisiert, modifiziert und verallgemeinert. Das, was Theiler untersuchen will braucht andere Surrogatmethoden, die hier konstruiert werden. Und das, was Theiler untersucht braucht gar keine Monte-Carlo-Methoden. Mit Hilfe des in der Arbeit eingeführten Begriffs des Phasensignals werden Testmöglichkeiten dargelegt und Beziehungen zwischen den nichtlinearen Eigenschaften der Zeitreihe und deren Phasenspektrum erforscht. Das Phasensignal wird aus dem Phasenspektrum der Zeitreihe hergeleitet und registriert außerordentliche Geschehnisse im Zeitbereich sowie Phasenkopplungen im Frequenzbereich. <br /> <br /> Die gewonnenen Erkenntnisse werden auf das Problem der Polbewegung angewendet. Die Hypothese einer nichtlinearen Beziehung zwischen der atmosphärischen Erregung und der Polbewegung wird untersucht. Eine nichtlineare Behandlung wird nicht für nötig gehalten. / In the nonlinear data analysis there is a popular Monte Carlo Test method due to Theiler (it was established about 10 years ago), the Theiler surrogate method, which tests whether a time series is of a linear origin. This method is being criticized, modified and generalized in this thesis. What Theiler wants to test, needs other surrogate methods, which are constructed here. And what Theiler really tests, does not need Monte Carlo methods. With the help of the concept of the phase signal, that is introduced here, other test options are possible. The phase signal helps also in investigating the relations between the nonlinear characteristics of the time series and their phase spectrum. The phase signal is derived from the phase spectrum of the time series and registers extraordinary events in the time domain as well as phase couplings in the frequency domain. <br /> <br /> These theoretical approches are applied to the problem of polar motion. The hypothesis of a nonlinear relationship between the atmospheric excitation and the pole movement is examined. A nonlinear treatment is not considered necessary.

L’objectif principal de ce travail est d’améliorer notre compréhension de la rhéologie terrestre et du mouvement de Chandler qui en dépend. Nous calculons le facteur gravimétrique complexe à la période de Chandler par une analyse conjointe de séries temporelles gravimétriques et du mouvement du pôle. Nous montrons l’importance et les limites des corrections gravimétriques dans les analyses locales et l’intérêt d’une combinaison des données de différentes stations. Suivant une approche plus théorique, nous menons une étude analytique puis numérique afin de déterminer les solutions du problème des petites déformations d’une Terre homogène anélastique en rotation. L’influence de l’anélasticité sur la période et le facteur de qualité de Chandler est étudiée, et nous montrons que ce dernier est plus sensible que la période aux paramètres rhéologiques, notamment à la viscosité de Kelvin. Enfin, nous étudions, en domaine de Laplace, l’influence de la fréquence de forçage par une surcharge. / The main goal of this work is to improve our understanding of the Earth’s rheology and of the Chandler wobble which depends on it. We compute the complex gravimetric factor at the Chandler frequency by a joint analysis of gravimetric and polar motion time series. We show the importance and the limits of gravimetric corrections for local analyses and the effectiveness of the combination of data from different stations. Using a more theoretical approach, we carry out an analytical and numerical study to determine the solutions of the small deformations of an anelastic homogeneous rotating Earth model. The influence of anelasticity on the Chandler wobble period and quality factoris studied and we show that the latter is more sensitive than the period to the rheological parameters, especially to the Kelvin’s viscosity. Finally, we study in Laplace domain the influence of the forcing frequency for the loading problem.