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

Geomagnetic North Pole

Dasan Station (& KHO)78° 55' N, 11° 56' E

King Sejong Station (KSS)62° 13' S, 58° 47' W

Jang Bogo Station (JBS)74º 37' S, 164º 13' E Kiruna (Esrange)

67° 51' N, 20° 13' E

Geomagnetic South Pole

Observations in the Arctic

Dasan Station78° 55' N, 11° 56' E

Esrange67° 51' N, 20° 13' E

GPS

FTS

FPI

FTS

GPS

FPI

ASC

EISCAT

(KHO, Longyearbyen)

Observations in the Arctic

Dasan Station78° 55' N, 11° 56' E

Kiruna67° 51' N, 20° 13' E

GPS

FTS

FPI

FTS

GPS

FPI

ASC

EISCAT

(KHO, Longyearbyen)

• Airglow emission from OH Meinel band

• Mesopause temperature at ~87 km

• Since 2003 for Dasan & 2002 for Esrange

FTS(Fourier Transform Spectrometer)

Observations in the Arctic

Dasan Station78° 55' N, 11° 56' E

Kiruna67° 51' N, 20° 13' E

GPS

FTS

FPI

FTS

GPS

FPI

ASC

EISCAT

(KHO, Longyearbyen)

• Filters : 630.0 nm (OI), 732.0 nm (O+)

• Simultaneous observations of neutral wind & ion drift in the thermosphere

• Since 2015.10 for Dasan & 2016.10 for Esrange

FPI

Observations in the Arctic

Dasan Station78° 55' N, 11° 56' E

Kiruna67° 51' N, 20° 13' E

GPS

FTS

FPI

FTS

GPS

FPI

ASC

EISCAT

(KHO, Longyearbyen)

• TEC, Signal amplitude & Phase scintillation index (1Hz & 100Hz)

• Continuous monitoring of ionospheric irregularity

• Since 2015.10 for Dasan, 2014.09 for Kiruna, 2015.02 for KSS, 2015.12 for JBS

GPSTEC scintillation monitor

Observations in the Arctic

Dasan Station78° 55' N, 11° 56' E

Kiruna67° 51' N, 20° 13' E

GPS

FTS

FPI

FTS

GPS

FPI

ASC

EISCAT

(KHO, Longyearbyen)

• Filter : H alpha (656.3 nm)

• Observation of proton aurora near MLT noon

• Since 2016.12

ASC for proton aurora

Observations in Antarctica

King Sejong Station (KSS)62° 13' S, 58° 47' W

Jang Bogo Station (JBS)74º 37' S, 164º 13' E

GPS

NM

FPI

VIPIR

- 12 -

차년도에는 프로토 타입의 현장시험 결과를 바탕으로 센서의 주파수 특성 노이즈 레2 ,

벨 식별 등 자기 센서의 특성을 파악하고 두 축의 최종 모델을 개발하여 년 2016

월 장보고 기지에 설치할 예정이다 그림 참조11-12 ( 8 ).

그림 8 장보고 기지에 설치 예정인 서치코일 자기센서 및 전자부 :

MM(Search coil& Flux gate)

SATI

MR

ASC

GPS

- 12 -

차년도에는 프로토 타입의 현장시험 결과를 바탕으로 센서의 주파수 특성 노이즈 레2 ,

벨 식별 등 자기 센서의 특성을 파악하고 두 축의 최종 모델을 개발하여 년 2016

월 장보고 기지에 설치할 예정이다 그림 참조11-12 ( 8 ).

그림 8 장보고 기지에 설치 예정인 서치코일 자기센서 및 전자부 :

FPI

MM(Search coil)

ASCASC

ASC

Observations in Antarctica - KSS

King Sejong Station (KSS)62° 13' S, 58° 47' W

Jang Bogo Station (JBS)74º 37' S, 164º 13' E

GPS

NM

FPI

VIPIR

- 12 -

차년도에는 프로토 타입의 현장시험 결과를 바탕으로 센서의 주파수 특성 노이즈 레2 ,

벨 식별 등 자기 센서의 특성을 파악하고 두 축의 최종 모델을 개발하여 년 2016

월 장보고 기지에 설치할 예정이다 그림 참조11-12 ( 8 ).

그림 8 장보고 기지에 설치 예정인 서치코일 자기센서 및 전자부 :

MM(Search coil& Flux gate)

ASC

GPS

- 12 -

차년도에는 프로토 타입의 현장시험 결과를 바탕으로 센서의 주파수 특성 노이즈 레2 ,

벨 식별 등 자기 센서의 특성을 파악하고 두 축의 최종 모델을 개발하여 년 2016

월 장보고 기지에 설치할 예정이다 그림 참조11-12 ( 8 ).

그림 8 장보고 기지에 설치 예정인 서치코일 자기센서 및 전자부 :

FPI

MM(Search coil)

SATI

MR

ASCASC

ASC

• OH(~87km) & O2(~94km) rotational T.

• Period : 2002.3 ~ 2016.8 (during winter)

• Wind (80~100km altitude) & T. at 91km

• Since 2007.02 ~

: Power upgrade in 2012.02 (8kW=>12kW)

SATI(Spectral Airglow Temperature Imager)

Meteor Radar

Observations in Antarctica - KSS

King Sejong Station (KSS)62° 13' S, 58° 47' W

Jang Bogo Station (JBS)74º 37' S, 164º 13' E

GPS

NM

FPI

VIPIR

- 12 -

차년도에는 프로토 타입의 현장시험 결과를 바탕으로 센서의 주파수 특성 노이즈 레2 ,

벨 식별 등 자기 센서의 특성을 파악하고 두 축의 최종 모델을 개발하여 년 2016

월 장보고 기지에 설치할 예정이다 그림 참조11-12 ( 8 ).

그림 8 장보고 기지에 설치 예정인 서치코일 자기센서 및 전자부 :

MM(Search coil& Flux gate)

SATI

MR

ASC

GPS

- 12 -

차년도에는 프로토 타입의 현장시험 결과를 바탕으로 센서의 주파수 특성 노이즈 레2 ,

벨 식별 등 자기 센서의 특성을 파악하고 두 축의 최종 모델을 개발하여 년 2016

월 장보고 기지에 설치할 예정이다 그림 참조11-12 ( 8 ).

그림 8 장보고 기지에 설치 예정인 서치코일 자기센서 및 전자부 :

FPI

MM(Search coil)

ASCASC

ASC

• Filters : OI (557.7 & 630.0nm), OH Meinel

• Since 2008.3 ~ (during winter)

• Presentation by Hosik Kam

• Wind & Temperature near 87, 97 & 250 km

• Moved from Palmer Station to KSS in Feb. 2017.

• Presentation by Geonhwa Jee

ASC

FPI

Observations in Antarctica - JBS

King Sejong Station (KSS)62° 13' S, 58° 47' W

Jang Bogo Station (JBS)74º 37' S, 164º 13' E

GPS

NM

FPI

VIPIR

- 12 -

차년도에는 프로토 타입의 현장시험 결과를 바탕으로 센서의 주파수 특성 노이즈 레2 ,

벨 식별 등 자기 센서의 특성을 파악하고 두 축의 최종 모델을 개발하여 년 2016

월 장보고 기지에 설치할 예정이다 그림 참조11-12 ( 8 ).

그림 8 장보고 기지에 설치 예정인 서치코일 자기센서 및 전자부 :

MM(Search coil& Flux gate)

SATI

MR

ASC

GPS

- 12 -

차년도에는 프로토 타입의 현장시험 결과를 바탕으로 센서의 주파수 특성 노이즈 레2 ,

벨 식별 등 자기 센서의 특성을 파악하고 두 축의 최종 모델을 개발하여 년 2016

월 장보고 기지에 설치할 예정이다 그림 참조11-12 ( 8 ).

그림 8 장보고 기지에 설치 예정인 서치코일 자기센서 및 전자부 :

FPI

MM(Search coil)

• ASC for airglow emission (by KASI)

- Filters : OI 557.7 & 630.0 nm

- Installed in 2016.12

• ASC for proton aurora

- Identical with that in KHO (656.3nm)

- Installed in 2016.12

• ASC for electron aurora

- Continuous observation of the aurora during nighttime

- Installed in 2017.12

Three ASCs

Observations in Antarctica - JBS

Observations in Antarctica - JBS

Observations in Antarctica - JBS

Observations in Antarctica - JBS

Observations in Antarctica - JBS

King Sejong Station (KSS)62° 13' S, 58° 47' W

Jang Bogo Station (JBS)74º 37' S, 164º 13' E

GPS

FPI

VIPIR

SATI

MR

ASC

GPS

- 12 -

차년도에는 프로토 타입의 현장시험 결과를 바탕으로 센서의 주파수 특성 노이즈 레2 ,

벨 식별 등 자기 센서의 특성을 파악하고 두 축의 최종 모델을 개발하여 년 2016

월 장보고 기지에 설치할 예정이다 그림 참조11-12 ( 8 ).

그림 8 장보고 기지에 설치 예정인 서치코일 자기센서 및 전자부 :

FPI

MM(Search coil)

ASCASC

ASC• Continuous monitoring of geomagnetic field variation for two horizontal components

• Since 2016.12 ~

• Continuous measurement of incoming cosmic rays

• Complete installation in 2018.02

Magnetometer

Neutron Monitor

- 12 -

차년도에는 프로토 타입의 현장시험 결과를 바탕으로 센서의 주파수 특성 노이즈 레2 ,

벨 식별 등 자기 센서의 특성을 파악하고 두 축의 최종 모델을 개발하여 년 2016

월 장보고 기지에 설치할 예정이다 그림 참조11-12 ( 8 ).

그림 8 장보고 기지에 설치 예정인 서치코일 자기센서 및 전자부 :

MM(Search coil& Flux gate)

NM

Fabry-Perot Interferometer (FPI)

Geomagnetic North Pole

Dasan Station78° 55' N, 11° 56' E

King Sejong Station (KSS)62° 13' S, 58° 47' W

Jang Bogo Station (JBS)74º 37' S, 164º 13' E Kiruna

67° 51' N, 20° 13' E

Geomagnetic South Pole

JBS

KSS

• JBS-FPI - operated since 2014.02

• Meaure OH and O airglow emissions (87, 97, 250 km)

• Produce neutral winds and temperatures in the polar cap region

Zonal

-500

-250

0

250

500

Win

d ve

loci

ty (m

s-1)

Meridional

-500

-250

0

250

500

Win

d at

250

km

-100

-50

0

50

100

Win

d ve

loci

ty (m

s-1)

-100

-50

0

50

100

Win

d at

97

km

-100

-50

0

50

100

Win

d ve

loci

ty (m

s-1)

0 6 12 18 24Local time (hr)

-100

-50

0

50

100

Win

d at

87

km

0 6 12 18 24Local time (hr)

20142015

20142015

Fabry-Perot Interferometer (FPI)

Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct2014

0

300

600

900

1200

1500

Tem

pera

ture

(K)

T250kmT87kmTMLS87km

100

300

500

Tem

pera

ture

(K)

025

50

75100

Kp

(a)

Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct2015

0

300

600

900

1200

1500

Tem

pera

ture

(K)

T250kmT87kmTMLS87km

100

300

500

Tem

pera

ture

(K)

025

50

75100

Kp

(b)

2014 2015

Lee et al., 2017, Polar thermosphere winds and temperature observed by Fabry-Perot Interferometer at Jang Bogo Station, Antarctica. JGR-Space Physics

Wind Temperature

Vertical Incidence Pulsed Ionospheric Radar (VIPIR)

Geomagnetic North Pole

Dasan Station78° 55' N, 11° 56' E

King Sejong Station (KSS)62° 13' S, 58° 47' W

Jang Bogo Station (JBS)74º 37' S, 164º 13' E Kiruna

67° 51' N, 20° 13' E

Geomagnetic South Pole

• Installed in 2015.02 in collaboration with Univ. of Colorado

• Provids electron density profile, ion drift, and ionospheric tilt

• Normal operation from last year (2017) after two-year test observation

Vertical Incidence Pulsed Ionospheric Radar (VIPIR)

SWO

Transmitter

Receiver

~200m

~100m

VIPIR - Plasma density

MLT noon

MLT noon MLT noon

MLT noon

VIPIR - Tilts: horizontal density gradientResults from NeXtYZ. 2017. 01. 17 ~ 2017. 01. 31

0 6 12 18 24UT [Hours]

100

200

300

400

Alti

tude

[km

]

1

2

3

4

5

6

7

Plas

ma

Freq

uenc

y [M

Hz]

0 6 12 18 24UT [Hours]

100

200

300

400

Alti

tude

[km

]

-30

-20

-10

0

10

20

30

E-W

tilt

[deg

ree]

0 6 12 18 24UT [Hours]

100

200

300

400

Alti

tude

[km

]

-30

-20

-10

0

10

20

30

N-S

tilt

[deg

ree]

Results from NeXtYZ. 2017. 04. 01 ~ 2017. 04. 23

0 6 12 18 24UT [Hours]

100

200

300

400

Alti

tude

[km

]

1

2

3

4

5

6

7

Plas

ma

Freq

uenc

y [M

Hz]

0 6 12 18 24UT [Hours]

100

200

300

400

Alti

tude

[km

]

-30

-20

-10

0

10

20

30

E-W

tilt

[deg

ree]

0 6 12 18 24UT [Hours]

100

200

300

400A

ltitu

de [k

m]

-30

-20

-10

0

10

20

30

N-S

tilt

[deg

ree]

Korean 3rd Antarctic Inland Station

King Sejong Station (KSS)62° 13' S, 58° 47' W

Jang Bogo Station (JBS)74º 37' S, 164º 13' E

Inland station

Thank you for your attention!