Radary SuperDARN : narzędzie do badania i monitorowania atmosfery Ziemi i przestrzeni wokółziemskiej

• Autorzy: Góral Grzegorz

Identyfikatory

DOI

10.32045/PG-2019-008

Warianty tytułu

EN

SuperDARN radars : a tool for testing and monitoring Earth’s atmosphere and near-earth space

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Radary SuperDARN powstały jako narzędzie do badań górnych warstw atmosfery i ich związków z magnetosferą i wiatrem słonecznym (Greenwald i in. 1995; Chisham i in. 2007; Lester 2008, 2013). Pracują w zakresie częstotliwości HF, pomiędzy 8 a 20 MHz. Ich zasada działania opiera się na wykorzystaniu rozpraszania Bragga na periodycznych strukturach przestrzennych o skalach odległości porównywalnych z długością fali sondującej. Radary te umożliwiają obserwacje formacji jonosferycznych zorientowanych wzdłuż linii pola geomagnetycznego. W artykule opisano podstawowe bloki funkcjonalne przykładowego radaru SuperDARN: tor nadawczy, odbiorczy oraz system antenowy. Omówiony został sposób modelowania wiązki sondującej. Jedną z kluczowych kwestii przy wyborze lokalizacji dla nowopowstającej stacji SuperDARN jest określenie jej potencjalnych możliwości obserwacyjnych. Można wykorzystać do tego oprogramowanie dokonujące śledzenia dróg propagacji impulsu emitowanego przez radar i określania punktów, w których wektor fali jest prostopadły do lokalnego pola magnetycznego Ziemi. Warunek taki pozwoli na uzyskanie rozproszenia wyemitowanej przez antenę radaru fali z powrotem, w kierunku nadawania. W artykule przedstawiono wyniki symulacji dla hipotetycznej stacji SuperDARN, zlokalizowanej w południowo-zachodniej Polsce. W obliczeniach użyto programu do ray tracingu, bazującego na algorytmie Jones i Stephenson (1975) oraz modelu jonosfery IRI-2012.

EN

SuperDARN radars were developed as a tool for testing the upper atmosphere regions and their coupling with the magnetosphere and solar wind (Greenwald et al. 1995; Chisham et al. 2007; Lester 2008, 2013). They work in the HF frequency range, between 8 and 20MHz. Their principle of operation is based on the use of Bragg scattering on periodic spatial structures with scales of distance comparable to the length of the sounding wave. These radars allow observation of ionospheric formations oriented along the geomagnetic field lines. The article describes basic functional SuperDARN radar blocks: transmitting path, receiving path, and the antenna system as well. The method of modeling the sounding beam is also presented. One of the key issues when choosing a location for a new SuperDARN station is to determine its potential for observation. You can use a special software to track the propagation paths of the pulse emitted by the radar and determining points in which the wave vector is perpendicular to the local geomagnetic field. Such a condition will allow to obtain the scatter of the wave emitted by the radar antenna back into the direc¬tion of transmission. The article presents simulation results for a hypothetical SuperDARN station, located in south-western Poland. The calculation were based on a ray tracing program based on the Jones and Stephenson algorithm (Jones, Stephenson 1975) and the IRI-2012 ionosphere model.

Słowa kluczowe

PL

International Reference Ionosphere; jonosfera; radar HF; rozpraszanie koherentne; ray tracing; SuperDARN

EN

coherent scattering; HF radar; International Reference Ionosphere; ionosphere; ray tracing; SuperDARN

• Wydawca: Polskie Towarzystwa Geofizyczne ; Komitet Geofizyki PAN
• Czasopismo: Przegląd Geofizyczny
• Rocznik: 2019
• Tom: Z. 3-4
• Strony: 253--265
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Góral Grzegorz

• PIT-Radwar SA, Warszawa, Polska

Bibliografia

• [1] Bilitza D., Altadill D., Zhang Y., Mertens C., Truhlik V., Richards P., McKinnell L.-A., Reinisch B., 2014, The International Reference Ionosphere 2012 – a model of international collaboration. Journal of Space Weather and Space Climate, 4, DOI: 10.1051/swsc/2014004.
• [2] Bristow W. A., Yee J.-H., Zhu X., Greenwald R. A., 1999, Simultaneous observations of the July 1996 two-day wave event using the Super Dual Auroral Radar Network and High-Resolution Doppler Imager, Journal of Geophysical Research, 104 (A6), 12715-12721, DOI: 10.1029/1999JA900030.
• [3] Chisham G., Lester M., Milan S. E., Freeman M. P., Bristow W. A., Grocott A., McWilliams K. A., Ruohoniemi J. M., Yeoman T. K., Dyson P. L., Greenwald R. A., Kikuchi T., Pinnock M., Rash J. P. S., Sato N., Sofko G. J., Villain J.-P., Walker A. D. M., 2007, A decade of the Super Dual Auroral Radar Network (SuperDARN): scientific achievements, new techniques and future directions, Surveys in Geophysics, 28 (1), 33-109, DOI: 10.1007/s10712-007-9017-8.
• [4] Clausen L. B. N., Baker J. B. H., Ruohoniemi J. M., Greenwald R. A., Thomas E. G., Shepherd S. G., Talaat E. R., Bristow W. A., Zheng Y., Coster A. J., Sazykin S., 2012, Large-scale observations of a subauroral polarization streams by midlatitude SuperDARN radars: Instantaneous longitudinal velocity variations, Journal of Geophysical Research, 117 (A5), DOI: 10.1029/2011JA017232.
• [5] Greenwald R. A., 2012, Steering SuperDARN radars – tutorial, dostępne online: http://vt.superdarn.org/tiki-download_file.php?fileId=1060 (09.08.2019).
• [6] Greenwald R. A., Baker K. B., Dudeney J. R., Pinnock M., Jones T. B., Thomas E. C., Villain J.-P., Cerisier J.-C., Senior C., Hanuise C., Hunsucker R. D., Sofko G., Koehler J., Nielsen E., Pellinen R., Walker A. D. M., Sato N., Yamagishi H., 1995, DARN/SuperDARN A global view of the dynamics of high-latitude convection, Space Science Reviews, 71 (1-4), 761-796, DOI: 10.1007/BF00751350.
• [7] Greenwald R. A., Oksavik K., Barnes R., Ruohoniemi J. M., Baker J., Talaat E. R., 2008, First radar measurements of ionospheric electric fields at sub-second temporal resolution, Geophysical Research Letters, 35 (3), DOI: 10.1029/2007GL032164.
• [8] Hosokawa K., Nishitani N., 2010, Plasma irregularities in the duskside subauroral ionosphere as observed with midlatitude SuperDARN radar in Hokkaido, Radio Science, 45 (4), DOI: 10.1029/2009RS004244.
• [9] Jones R. M., Stephenson J. J., 1975, A versatile three-dimensional ray tracing computer program for radio waves in the ionosphere, U.S. Department of Commerce, OT Report, 75-76, 185 s.
• [10] de Larquier S., Ruohoniemi J. M., Baker J. B. H., Ravindran Varrier N., Lester M., 2011, First observations of the midlatitude evening anomaly using Super Dual Auroral Radar Network (SuperDARN) radars, Journal of Geophysical Research, 116 (A10), DOI: 10.1029/2011JA016787.
• [11] Lester M., 2008, SuperDARN: An example of a network approach to geospace science in the twenty-first century, Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 70 (18), 2309-2323, DOI: 10.1016/j.jastp.2008.08.003.
• [12] Lester M., 2013, The Super Dual Auroral Radar Network (SuperDARN): An overview of its development and science, Advances in Polar Science, 24 (1), 1-11, DOI: 10.3724/SP.J.1085.2013.00001.
• [13] McWilliams K., Andre D., Greenwald R., Schiffler A., Sofko G., Yeoman T., 2003, SuperDARN pulse sequences – optimization and testing, SuperDARN Workshop, maj, Finlandia.
• [14] Nishitani N., Ogawa T., 2005, Model calculations of possible ionospheric backscatter echo area for a mid-latitude HF radar, Advances in Polar Upper Atmosphere Research, 19, 55-62.
• [15] Ogawa T., Hirasawa T., Ejiri M., Sato N., Yamagishi H., Fuji R., Igarashi K., 1990, HF radar experiment at Syowa Station for the study of high-latitude ionosphere-2: A capability (extended abstract), Proceedings of the NIPR Symposium on Upper Atmosphere Physics, 3, 91-95.
• [16] Ribeiro A. J., Ruohoniemi J. M., Baker J. B. H., Clausen L. B. N., Greenwald R. A., Lester M., 2012, A survey of plasma irregularities as seen by the midlatitude Blackstone SuperDARN radar, Journal of Geophysical Research, 117 (A2), DOI: 10.1029/2011JA017207.
• [17] Sterne K.T., 2010, Testing the re-designed SuperDARN HF radar and modeling of a twin terminated folded dipole array, MSc. Thesis, Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg, Virginia, dostępne online https://vtechworks.lib.vt.edu/bitstream/handle/10919/32239/Sterne_KT_T_2010.pdf?sequence=1&isAllowed=y (09.08.2019).
• [18] Thébault E., Finlay C. C., Beggan C. D., Alken P., Aubert J., Barrois O., Bertrand F., Bondar T., Boness A., Brocco L., Canet E., Chambodut A., Chulliat A., Coïsson P., Civet F., Du A., Fournier A., Fratter I., Gillet N., Hamilton B., Hamoudi M., Hulot G., Jager T., Korte M., Kuang W., Lalanne X., Langlais B., Léger J.-M., Lesur V., Lowes F. J., Macmillan S., Mandea M., Manoj C., Maus S., Olsen N., Petrov V., Ridley V., Rother M., Sabaka T. J., Saturnino D., Schachtschneider R., Sirol O., Tangborn A., Thomson A., Tøffner-Clausen L., Vigneron P., Wardinski I., Zvereva T., 2015, International Geomagnetic Reference Field: the 12th generation, Earth, Planets and Space, 67, DOI: 10.1186/s40623-015-0228-9.
• [19] Wu C.-C., Liou K., Lepping R. P., Hutting L., Plunkett S., Howard R. A., Socker D., 2016, The first super geomagnetic storm of solar cycle 24: “The St. Patrick’s day event (17 March 2015)”, Earth, Planets and Space, 68, DOI: 10.1186/s40623-016-0525-y.
• [20] Yukimatu A.S., Tsutsumi M., 2002, A new SuperDARN meteor wind measurement: Raw time series analysis method and its application to mesopause region dynamics, Geophysical Research Letters, 29 (20), DOI: 10.1029/2002GL015210.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).