The auroral observation has been started at Jang Bogo Station (JBS), Antarctica by using a visible All-sky camera (v-ASC) in 2018 to routinely monitor the aurora in association with the simultaneous observations of the ionosphere, thermosphere and magnetosphere at the station. In this article, the auroral observations are introduced with the analysis procedure to recognize the aurora from the v-ASC image data and to compute the auroral occurrences and the initial results on their spatial and temporal distributions are presented. The auroral occurrences are mostly confined to the northern horizon in the evening sector and extend to the zenith from the northwest to cover almost the entire sky disk over JBS at around 08 MLT (magnetic local time; 03 LT) and then retract to the northeast in the morning sector. At near the magnetic local noon, the occurrences are horizontally distributed in the northern sky disk, which shows the auroral occurrences in the cusp region. The results of the auroral occurrences indicate that JBS is located most of the time in the polar cap near the poleward boundary of the auroral oval in the nightside and approaches closer to the oval in the morning sector. At around 08 MLT (03 LT), JBS is located within the auroral oval and then moves away from it, finally being located in the cusp region at the magnetic local noon, which indicates that the location of JBS turns out to be ideal to investigate the variabilities of the poleward boundary of the auroral oval from long-term observations of the auroral occurrences. The future plan for the ground auroral observations near JBS is presented.
In this paper we present analysis of current density when the Cluster spacecraft pass the nightside auroral region at about $4-5R_E$ from the center of Earth. The analysis is made when the inter-spacecraft separation is within 200 km, which allows all four spacecraft to be situated inside the same current sheet. On 22 February 2002, two field-aligned current (FAC) events were observed in both the southern and the northern hemispheres. The FACs were calculated with magnetic field data obtained by the four spacecraft using the Curlometer method. The scales of the FACs along the spacecraft trajectory and the magnitudes were hundreds of kilometers and tens of $nA/m^2$, respectively, and both events were mapped to the auroral region in the ionosphere. We also examined reliability of the results with some parameters, and found that our results are adequately comparable with other studies. Nevertheless, some limitations that decrease the accuracy of current estimation exist.
The ionosphere plays an important role in the electrodynamics of space environment. In particular, the information on the ionospheric conductivity distribution is indispensable in understanding the electrodynamics of the magnetosphere and ionosphere coupling study. To meet such a requirement, several attempts have been made to estimate the conductivity distribution over the polar ionosphere. As one of such attempts we compare the ionospheric plasma convection patterns obtained from the Super Dual Auroral Radar Network (SuperDARN), from which the electric field distribution is estimated, and the simultaneously measured ground magnetic disturbance. Specifically, the electric field measured from the Goose Bay and Stokkseyri radars and magnetic disturbance data obtained from the west coast chain of Greenland are compared. In order to estimate ionospheric conductivity distribution with these information, the overhead infinite sheet current approximation is employed. As expected, the Hall conductance, height-integrated conductivity, shows a wide enhancement along the center of the auroral electrojet. However, Pedersen conductance shows negative values over a wide portion of the auroral oval region, a physically unacceptable situation. To alleviate this problem, the effect of the field-aligned current is taken into account. As a result, the region with negative Pedersen conductance disappears significantly, suggesting that the effect of the field-aligned current should be taken into account, when one wants to estimate ionospheric conductance based on ground magnetic disturbance and electric field measurements by radars.
In this study, we investigated the effect of space plasmas on the floating potential variation of a low-altitude, polar-orbiting satellite using the Langmuir Probe (LP) measurement onboard the STSAT-1 spacecraft. We focused on small potential drops, for which the estimation of plasma density and temperature from LP is available. The floating potential varied according to the variations of plasma density and temperature, similar to the previously reported observations. Most of the potential drops occurred around the nightside auroral region. However, unlike the previous studies where large potential drops were observed with the precipitation of auroral electrons, the potential drops occurred before or after the precipitation of auroral electrons. Statistical analysis shows that the potential drops have good correlation with the temperature increase of cold electrons, which suggests the small potential drops be mainly controlled by the cold ionospheric plasmas.
Jang Bogo Station (JBS), the second Korean Antarctic research station, was established in Terra Nova Bay, Antarctica ($74.62^{\circ}S$$164.22^{\circ}E$) in February 2014 in order to expand the Korea Polar Research Institute (KOPRI) research capabilities. One of the main research areas at JBS is space environmental research. The goal of the research is to better understand the general characteristics of the polar region ionosphere and thermosphere and their responses to solar wind and the magnetosphere. Ground-based observations at JBS for upper atmospheric wind and temperature measurements using the Fabry-Perot Interferometer (FPI) began in March 2014. Ionospheric radar (VIPIR) measurements have been collected since 2015 to monitor the state of the polar ionosphere for electron density height profiles, horizontal density gradients, and ion drifts. To investigate the magnetosphere and geomagnetic field variations, a search-coil magnetometer and vector magnetometer were installed in 2017 and 2018, respectively. Since JBS is positioned in an ideal location for auroral observations, we installed an auroral all-sky imager with a color sensor in January 2018 to study substorms as well as auroras. In addition to these observations, we are also operating a proton auroral imager, airglow imager, global positioning system total electron content (GPS TEC)/scintillation monitor, and neutron monitor in collaboration with other institutes. In this article, we briefly introduce the observational activities performed at JBS and the preliminary results of these observations.
Through the coupling between the near-earth space environment and the polar ionosphere via geomagnetic field lines, the variations occurred in the magnetosphere are transferred to the polar region. According to recent studies, however, the polar ionosphere reacts not only passively to such variations, but also plays active roles in modifying the near-earth space environment. So the study of the polar ionosphere in terms of geomagnetic disturbance becomes one of the major elements in space weather research. Although it is an indirect method, ground magnetic disturbance data can be used in estimating the ionospheric current distribution. By employing a realistic ionospheric conductivity model, it is further possible to obtain the distributions of electric potential, field-aligned current, Joule heating rate and energy injection rate associated with precipitating auroral particles and their energy spectra in a global scale with a high time resolution. Considering that the ground magnetic disturbances are recorded simultaneously over the entire polar region wherever magnetic station is located, we are able to separate temporal disturbances from spatial ones. On the other hand, satellite measurements are indispensible in the space weather research, since they provide us with in situ measurements. Unfortunately it is not easy to separate temporal variations from spatial ones specifically measured by a single satellite. To demonstrate the usefulness of ground magnetic disturbance data in space weather research, various ionospheric quantities are calculated through the KRM method, one of the magneto gram inversion methods. In particular, we attempt to show how these quantities depend on the ionospheric conductivity model employed.
Korea Polar Research Institute (KOPRI) and Korea Astronomy and Space Institute (KASI) have been participating in the European Incoherent Scatter (EISCAT) Scientific Association as an affiliate institution in order to observe the polar ionosphere since 2015. During the period of December 16-21, 2016 and January 3-9, 2018, the observations for the polar ionospheric parameters such as the electron density profiles, ion drift, and electron/ion temperature are carried out in the polar cap/cusp region by the EISCAT Svalbard radar (ESR). The purpose of the observations is to investigate the characteristic of the winter ionosphere in the dayside polar cap/cusp region. In this paper, we briefly report the results of the ESR observations for winter daytime ionosphere and also the simultaneous observations for the ionosphere-thermosphere system together with the balloon-borne instrument High-Altitude Interferometer WIND Experiment (HIWIND) performed by the High Altitude Observatory (HAO), National Center for Atmospheric Research (NCAR). We further introduce our research activities using long-term EISCAT observations for the occurrence of ion upflow and the climatology of the polar ionospheric density profiles in comparison with the mid-latitude ionosphere. Finally, our future research plans will briefly be introduced.
Ham, Young-Bae;Jee, Geonhwa;Lee, Changsup;Kwon, Hyuk-Jin;Kim, Jeong-Han;Zabotin, Nikolay;Bullett, Terence
Journal of Astronomy and Space Sciences
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v.37
no.2
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pp.143-156
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2020
Korea Polar Research Institute (KOPRI) installed an ionospheric sounding radar system called Vertical Incidence Pulsed Ionospheric Radar (VIPIR) at Jang Bogo Station (JBS) in 2015 in order to routinely monitor the state of the ionosphere in the auroral oval and polar cap regions. Since 2017, after two-year test operation, it has been continuously operated to produce various ionospheric parameters. In this article, we will introduce the characteristics of the JBS-VIPIR observations and possible applications of the data for the study on the polar ionosphere. The JBS-VIPIR utilizes a log periodic transmit antenna that transmits 0.5-25 MHz radio waves, and a receiving array of 8 dipole antennas. It is operated in the Dynasonde B-mode pulse scheme and utilizes the 3-D inversion program, called NeXtYZ, for the data acquisition and processing, instead of the conventional 1-D inversion procedure as used in the most of digisonde observations. The JBS-VIPIR outputs include the height profiles of the electron density, ionospheric tilts, and ion drifts with a 2-minute temporal resolution in the bottomside ionosphere. With these observations, possible research applications will be briefly described in combination with other observations for the aurora, the neutral atmosphere and the magnetosphere simultaneously conducted at JBS.
To better understand the physical processes that maintain the high-latitude lower thermospheric dynamics, we have identified relative contributions of the momentum forcing and the heating to the high-latitude lower thermospheric winds depending on the interplanetary magnetic field (IMF) and altitude. For this study, we performed a term analysis of the potential vorticity equation for the high-latitude neutral wind field in the lower thermosphere during the southern summertime for different IMF conditions, with the aid of the National Center for Atmospheric Research Thermosphere-Ionosphere Electrodynamics General Circulation Model (NCAR-TIEGCM). Difference potential vorticity forcing and heating terms, obtained by subtracting values with zero IMF from those with non-zero IMF, are influenced by the IMF conditions. The difference forcing is more significant for strong IMF $B_y$ condition than for strong IMF $B_z$ condition. For negative or positive $B_y$ conditions, the difference forcings in the polar cap are larger by a factor of about 2 than those in the auroral region. The difference heating is the most significant for negative IMF $B_z$ condition, and the difference heatings in the auroral region are larger by a factor of about 1.5 than those in the polar cap region. The magnitudes of the difference forcing and heating decrease rapidly with descending altitudes. It is confirmed that the contribution of the forcing to the high-latitude lower thermospheric dynamics is stronger than the contribution of the heating to it. Especially, it is obvious that the contribution of the forcing to the dynamics is much larger in the polar cap region than in the auroral region and at higher altitude than at lower altitude. It is evident that when $B_z$ is negative condition the contribution of the forcing is the lowest and the contribution of the heating is the highest among the different IMF conditions.
Challenging Minisatellite Payload (CHAMP) satellite magnetic data are used to investigate the latitudinal variation of the storm-time meso-scale field-aligned currents by defining a new metric called the FAC range. Three major geomagnetic storm events are considered. Alongside SymH, the possible contributions from solar wind dynamic pressure and interplanetary magnetic field (IMF) $B_Z$ are also investigated. The results show that the new metric predicts the latitudinal variation of FACs better than previous studies. As expected, the equatorward expansion and poleward retreat are observed during the storm main phase and recovery phase respectively. The equatorward shift is prominent on the northern duskside, at ${\sim}58^{\circ}$ coinciding with the minimum SymH and dayside at ${\sim}59^{\circ}$ compared to dawnside and nightside respectively. The latitudinal shift of FAC range is better correlated to IMF $B_Z$ in northern hemisphere dusk-dawn magnetic local time (MLT) sectors than in southern hemisphere. The FAC range latitudinal shifts responds better to dynamic pressure in the duskside northern hemisphere and dawnside southern hemisphere than in southern hemisphere dusk sector and northern hemisphere dawn sector respectively. FAC range exhibits a good correlation with dynamic pressure in the dayside (nightside) southern (northern) hemispheres depicting possible electrodynamic similarity at day-night MLT sectors in the opposite hemispheres.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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