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南极Syowa中层-平流层-对流层（MST）/非相干散射雷达（PANSYradar）工程是一个由1045个八木天线组成的有源相控天线阵列。
夜空中距离地球表面60至600英里的一片混乱区域被称为电离层。在这里，太阳辐射的轰击会使大气分子的离子键断裂，进而导致自由电子和重离子留下来发生持续的碰撞。
此前，科学家在北半球利用非相干散射雷达测量了这种“碰撞舞蹈”——他们将电磁波发射入电离层，而大气中的电子会“非相干”地散射这些电磁波，由此研究者们就能够了解其中各种粒子的信息。
现在，研究者们在南极洲使用雷达首次完成了对南极地区电离层的测量。他们于2019年9月17日在《大气与海洋技术杂志》上发表了初步结果。
“非相干散射雷达是目前可用于研究电离层的最强大的工具，它的覆盖范围非常大，并且可以观测包括电子浓度、离子速度、离子和电子温度以及离子组成等在内的多种电离层参数。” 日本国立极地研究所助理教授Taishi Hashimoto说。尽管这种雷达功能强大，但因其尺寸和功率需求很大，比较少见。
研究人员使用南极Syowa中层-平流层-对流层（MST）/非相干散射（PANSY）雷达工程在2015年对南半球进行了首次非相干散射雷达观测。接着，他们在2017年首次进行了24小时连续观测。在分析观测结果时，Hashimoto团队曾预计南半球和北半球的测量值之间会存在明显的差异——因为地球的低层大气在半球之间具有很强的不对称性。
“显然，南半球的观测对于揭示大气和电离层的全球特征至关重要。” Hashimoto说。但这并不是简单地做一次测量。如果把雷达看作是一个跳过池塘表面的小石子，研究者们想要知道的是小石子在池塘表面跳跃并最终沉没的过程中如何造成了水的垂直位移，而非小石子在每一次跳跃时造成的同心波纹。这些波纹被称为场向不规则体，Hashimoto的团队使用了一种计算机程序来识别不同的信号，并抑制可能使数据模糊的不规则体。
“下一步，我们将对电离层散射和场向不规则体进行同时观测。” Hashimoto说，“我们也计划应用这一技术来获取驱动速度和离子温度等其他类型的等离子体参数，进而更好地理解极光。”
科界原创
编译：李华
审稿：三水
责编：雷鑫宇
期刊来源：《大气与海洋技术杂志》
期刊编号：0739-0572
原文链接：
https://phys.org/news/2019-11-earth-ionosphere-largest-atmospheric-radar.html
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