Observations for the Polar Upper Atmosphere Research at Korea Polar Research Institute (KOPRI)
Jeong-Han Kim, Geonhwa Jee, Changsup Lee
Korea Polar Research Institute
4th International ANGWIN Workshop, 24-26 April, 2018, INPE, Brasil Observation sites in the Polar Region
King Sejong Station (KSS) 62° 13' S, 58° 47' W
Geomagnetic North Pole Geomagnetic Dasan Station (& KHO) South Pole 78° 55' N, 11° 56' E
Jang Bogo Station (JBS) Kiruna (Esrange) 74º 37' S, 164º 13' E 67° 51' N, 20° 13' E Observations in the Arctic
FTS FTS
GPS EISCAT GPS
FPI FPI Dasan Station 78° 55' N, 11° 56' E
Esrange 67° 51' N, 20° 13' E ASC
(KHO, Longyearbyen) Observations in the Arctic
FTS FTS FTS (Fourier Transform Spectrometer)
• Airglow emission from OH Meinel band GPS GPS EISCAT • Mesopause temperature at ~87 km • Since 2003 for Dasan & 2002 for Esrange FPI FPI Dasan Station 78° 55' N, 11° 56' E
Kiruna 67° 51' N, 20° 13' E ASC
(KHO, Longyearbyen) Observations in the Arctic
FPI FTS FTS • Filters : 630.0 nm (OI), 732.0 nm (O+) Simultaneous observations of neutral wind & GPS• GPS ion drift in the thermosphereEISCAT • Since 2015.10 for Dasan & 2016.10 for Esrange FPI FPI Dasan Station 78° 55' N, 11° 56' E
Kiruna 67° 51' N, 20° 13' E ASC
(KHO, Longyearbyen) Observations in the Arctic
GPSTEC scintillation monitor FTS FTS • TEC, Signal amplitude & Phase scintillation index (1Hz & 100Hz)
GPS Continuous monitoring of ionospheric irregularityGPS • EISCAT • Since 2015.10 for Dasan, 2014.09 for Kiruna, 2015.02 for KSS, 2015.12 for JBS FPI FPI Dasan Station 78° 55' N, 11° 56' E
Kiruna 67° 51' N, 20° 13' E ASC
(KHO, Longyearbyen) Observations in the Arctic
ASC for proton aurora FTS FTS
• Filter : H alpha (656.3 nm) GPS Observation of proton aurora near MLT noon GPS • EISCAT • Since 2016.12
FPI FPI Dasan Station 78° 55' N, 11° 56' E
Kiruna 67° 51' N, 20° 13' E ASC
(KHO, Longyearbyen) Observations in Antarctica
SATI ASC ASC NM ASC King Sejong Station (KSS) MR 62° 13' S, 58° 47' W
FPI VIPIR
2,차년도에는 프로토 타입의 현장시험 결과를 바탕으로 센서의 주파수 특성 노이즈 레 2,차년도에는 프로토 타입의 현장시험 결과를 바탕으로 센서의 주파수 특성 노이즈 레 벨 식별 등 자기 센서의 특성을 파악하고 두 축의 최종 모델을 개발하여 2016 년 벨 식별 등 자기 센서의 특성을 파악하고 두 축의 최종 모델을 개발하여 2016 년 11-12월 장보고 기지에 설치할 예정이다 ( 그림 8 참조 ). 11-12월 장보고 기지에 설치할 예정이다 ( 그림 8 참조 ). ASC GPS GPS Jang Bogo Station (JBS) 74º 37' S, 164º 13' E MM MM (Search coil) (Search coil & Flux gate) FPI
그림 8 : 장보고 기지에 설치 예정인 서치코일 자기센서 및 전자부 그림 8 : 장보고 기지에 설치 예정인 서치코일 자기센서 및 전자부
- 12 - - 12 - Observations in Antarctica - KSS
SATI ASC SATI ASC NM ASC(Spectral Airglow Temperature Imager)
King Sejong Station (KSS) OH(~87km) & O2(~94km) rotational T. 62° 13' S, 58° 47' W • • Period : 2002.3 ~ 2016.8 (during winter) FPI VIPIR
2,차년도에는 프로토 타입의 현장시험 결과를 바탕으로 센서의 주파수 특성 노이즈 레 Meteor2,차년도에는 프로토 Radar 타입의 현장시험 결과를 바탕으로 센서의 주파수 특성 노이즈 레 벨 식별 등 자기 센서의 특성을 파악하고 두 축의 최종 모델을 개발하여 2016 년 벨 식별 등 자기 센서의 특성을 파악하고 두 축의 최종 모델을 개발하여 2016 년 11-12월 장보고 기지에 설치할 예정이다MR ( 그림 8 참조 ). 11-12월 장보고 기지에 설치할 예정이다 ( 그림 8 참조 ). ASC • Wind (80~100km altitude) & T. at 91km GPS Since 2007.02 ~ • GPS Jang Bogo Station (JBS) :74º Power 37' S, 164º 13'upgrade E in 2012.02 (8kW=>12kW) MM MM (Search coil) (Search coil & Flux gate) FPI
그림 8 : 장보고 기지에 설치 예정인 서치코일 자기센서 및 전자부 그림 8 : 장보고 기지에 설치 예정인 서치코일 자기센서 및 전자부
- 12 - - 12 - Observations in Antarctica - KSS
SATI ASC ASCASC NM ASC King Sejong Station (KSS) Filters : OI (557.7 & 630.0nm), OH Meinel MR 62° 13' S, 58° 47' W • • Since 2008.3 ~ (during winter) FPI Presentation by Hosik Kam • VIPIR
2,차년도에는 프로토 타입의 현장시험 결과를 바탕으로 센서의 주파수 특성 노이즈 레 2,차년도에는 프로토 타입의 현장시험 결과를 바탕으로 센서의 주파수 특성 노이즈 레 벨 식별 등 자기 센서의 특성을 파악하고 두 축의 최종 모델을 개발하여 2016 년 벨 식별FPI 등 자기 센서의 특성을 파악하고 두 축의 최종 모델을 개발하여 2016 년 11-12월 장보고 기지에 설치할 예정이다 ( 그림 8 참조 ). 11-12월 장보고 기지에 설치할 예정이다 ( 그림 8 참조 ). ASC • Wind & Temperature near 87, 97 & 250 km GPS GPS Jang• BogoMoved Station from (JBS) Palmer Station to KSS in 74ºFeb. 37' S, 164º 2017. 13' E MM MM (Search coil) (Search coil • Presentation by Geonhwa Jee & Flux gate) FPI
그림 8 : 장보고 기지에 설치 예정인 서치코일 자기센서 및 전자부 그림 8 : 장보고 기지에 설치 예정인 서치코일 자기센서 및 전자부
- 12 - - 12 - Observations in Antarctica - JBS
SATI Three ASCs • ASC for airglow emission (by KASI) NM - FiltersKing : SejongOI 557.7 Station & 630.0(KSS) nm MR 62° 13' S, 58° 47' W - Installed in 2016.12 FPI • ASC for proton aurora VIPIR 2,차년도에는- 프로토Identical 타입의 현장시험 결과를 with 바탕으로 that 센서의 주파수 in 특성 KHO 노이즈 레 (656.3nm) 2,차년도에는 프로토 타입의 현장시험 결과를 바탕으로 센서의 주파수 특성 노이즈 레 벨 식별 등 자기 센서의 특성을 파악하고 두 축의 최종 모델을 개발하여 2016 년 벨 식별 등 자기 센서의 특성을 파악하고 두 축의 최종 모델을 개발하여 2016 년 11-12월 장보고 기지에 설치할 예정이다 ( 그림 8 참조 ). 11-12월 장보고 기지에 설치할 예정이다 ( 그림 8 참조 ). ASC- Installed in 2016.12 GPS GPS ASC for electron aurora Jang Bogo Station (JBS) • 74º 37' S, 164º 13' E - Continuous observationMM of the aurora MM (Search coil) (Search coil during nighttime & Flux gate) - InstalledFPI in 2017.12
그림 8 : 장보고 기지에 설치 예정인 서치코일 자기센서 및 전자부 그림 8 : 장보고 기지에 설치 예정인 서치코일 자기센서 및 전자부
- 12 - - 12 - Observations in Antarctica - JBS Observations in Antarctica - JBS Observations in Antarctica - JBS Observations in Antarctica - JBS 2,차년도에는 프로토 타입의 현장시험 결과를 바탕으로 센서의 주파수 특성 노이즈 레 벨 식별 등 자기 센서의 특성을 파악하고 두 축의 최종 모델을 개발하여 2016 년 11-12월 장보고 기지에 설치할 예정이다 ( 그림 8 참조 ).
Observations in Antarctica - JBS
SATI Magnetometer ASC ASC MM ASC • Continuous monitoring of (Search coil geomagneticKing Sejong Station field (KSS)variation for & Flux gate) MR 62° 13' S, 58° 47' W two horizontal components FPI Since 2016.12 ~ • VIPIR
2,차년도에는 프로토 타입의 현장시험 결과를 바탕으로 센서의 주파수 특성 노이즈 레 벨 식별 등 자기 센서의 특성을 파악하고 두 축의 최종 모델을 개발하여 2016 년 11-12월 장보고Neutron 기지에 설치할 예정이다 ( 그림 8 참조 ). Monitor그림 8 : 장보고 기지에 설치 예정인 서치코일 자기센서 및 전자부 •ASCContinuous measurement of GPSincoming cosmic rays GPS Jang Bogo Station (JBS) NM 74º 37' S, 164º 13' E • Complete installationMM in 2018.02 (Search coil)
FPI
그림 8 : 장보고 기지에 설치 예정인 서치코일 자기센서 및 전자부
- 12 -
- 12 - Fabry-Perot Interferometer (FPI) • JBS-FPI - operated since 2014.02
• Meaure OH and O King Sejong Station (KSS) airglow emissions (87, 97, 62° 13' S, 58° 47' W 250 km)
• ProduceGeomagneticKSS neutral winds and temperaturesNorth Pole in the Geomagnetic polar cap region Dasan Station South Pole 78° 55' N, 11° 56' E
Jang Bogo Station (JBS) Kiruna 74º 37' S, 164º 13' E 67° 51' N, 20° 13' E
JBS Fabry-Perot Interferometer (FPI) Wind Temperature
Zonal Meridional (a) (b) 500 500 100 100
) 2014 2014 75 75 -1 2015 2015
250 250 50 K p 50 K p 25 25 0 0 0 0 1500 1500
T250km T250km -250 -250 T87km T87km Wind at 250 km TMLS87km TMLS87km
Wind velocity (ms 1200 1200 -500 -500 100 100 )
-1 900 900 50 50
0 0 600 500 600 500 Temperature (K) Temperature (K) Temperature
-50 -50 Wind at 97 km
Wind velocity (ms 300 300 300 300 -100 -100 100 100 Temperature (K) Temperature (K) Temperature ) -1 0 100 0 100 50 50 Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct 2014 2015 0 0 2014 2015
-50 -50 Wind at 87 km Wind velocity (ms -100 -100 0 6 12 18 24 0 6 12 18 24 Local time (hr) Local time (hr) Lee et al., 2017, Polar thermosphere winds and temperature observed by Fabry- Perot Interferometer at Jang Bogo Station, Antarctica. JGR-Space Physics Vertical Incidence Pulsed Ionospheric Radar (VIPIR)
King Sejong Station (KSS) 62° 13' S, 58° 47' W
Geomagnetic North Pole Geomagnetic Dasan Station South Pole 78° 55' N, 11° 56' E
• Installed in 2015.02 in collaboration with Univ. of Colorado Jang Bogo Station (JBS) Provids electronKiruna density profile, ion drift, and74º 37' S,ionospheric 164º 13' E tilt • 67° 51' N, 20° 13' E • Normal operation from last year (2017) after two-year test observation Vertical Incidence Pulsed Ionospheric Radar (VIPIR)
SWO ~200m
~100m Receiver
Transmitter VIPIR - Plasma density
MLT noon MLT noon
MLT noon MLT noon VIPIR - Tilts: horizontal density gradient
Results from NeXtYZ. 2017. 01. 17 ~ 2017. 01. 31 Results from NeXtYZ. 2017. 04. 01 ~ 2017. 04. 23 7 7
400 400 6 6
5 5 300 300
4 4
Altitude [km] 200 Altitude [km] 200 3 3 Plasma Frequency [MHz] Plasma Frequency [MHz] 2 2 100 100
1 1 0 6 12 18 24 0 6 12 18 24 UT [Hours] UT [Hours]
30 30
400 400 20 20
10 10 300 300
0 0
Altitude [km] 200 Altitude [km] 200 E-W tilt [degree] -10 -10 E-W tilt [degree]
-20 -20 100 100
-30 -30 0 6 12 18 24 0 6 12 18 24 UT [Hours] UT [Hours]
30 30
400 400 20 20
10 10 300 300
0 0
Altitude [km] 200 Altitude [km] 200 N-S tilt [degree] -10 -10 N-S tilt [degree]
-20 -20 100 100
-30 -30 0 6 12 18 24 0 6 12 18 24 UT [Hours] UT [Hours] Korean 3rd Antarctic Inland Station
King Sejong Station (KSS) 62° 13' S, 58° 47' W
Inland station
Jang Bogo Station (JBS) 74º 37' S, 164º 13' E Thank you for your attention!