A review of radar and satellite beacon observations of atmospheric gravity waves at Syowa Station

Abstract

The observations of atmospheric gravity waves in the upper mesosphere and the thermosphere that have been carried out at Syowa Station, Antarctica, are reviewed by means of a meteor radar and satellite beacon wave reception. Occurrence probability and altitude distribution of meteor echoes and mean wind profiles in the upper mesosphere are presented to show that the present results are nearly consistent with those in the opposite hemisphere. Gravity waves detected with the meteor radar are well manifested in the sodium abundance (column density) and density perturbations simultaneously measured with a sodium lidar. An evidence is presented that during an auroral substorm, strong winds appeared in accord with a gradual decrease in the sodium abundance. About 400 Medium Scale Traveling Ionospheric Disturbances (MSTIDs) in the F region were detected with NNSS (Navy Navigation Satellite System) satellite beacon waves. Statistical analysis indicates that MSTIDs appear quite often during geomagnetically quiet and moderately disturbed conditions and that most of them propagate from south toward the equator. These findings together with the diurnal and seasonal variations of the MSTID occurrences are fairly consistent with previous midlatitude results. In the future, continuous long term observations at Syowa Station are needed to understand the gravity wave characteristics and the effects of gravity waves upon the global circulation, energy budget in the atmosphere, and thermosphere middle atmosphere coupling.

流星レーダおよび衛星ビーコン観測を用いて、南極昭和基地で行われた上層中間圏および熱圏における大気重力波観測について概観した。上層中間圏における流星エコーの発生確率と高度分布および太陽風平均プロフィルを提示し、本研究の結果が北半球における結果とほぼ一致していることを示した。流星レーダによって検出された重力波はナトリウムライダを用いて同時に観測したナトリウムの量(柱密度)と密度変動に良く反映されている。オーロラサブストームの間、ナトリウム量の漸次的な減少に対応して強い風が発生したことを示す証拠を得た。およそ400件の中規模の飛行電離圏攪乱(MSTID)をF領域においてNNSS(海軍航行衛星システム)ビーコン電波によって検出した。統計的解析によれば、MSTIDは地磁気的に静穏およびやや攪乱した条件下でしばしば出現することを示しており、それらの大部分は南から赤道方向に向かって伝搬する。これらの結果は、MSTID出現の日周および季節変動とともに、これまでの中緯度の観測結果とある程度一致している。将来は、重力波の特性を理解し、全地球的大気循環、エネルギー収支、および熱圏と中層大気の相互作用への重力波の影響を理解するために、昭和基地における連続的かつ長期的な観測が必要である。