1.1. По результатам комплексного анализа фотометрических и фотографических наблюдений формирования среднеширотных красных дуг (SAR дуги) на меридиане Якутска камерой всего неба «Keo-Centry» во время события инжекции ряда суббурь 2013-2015 гг.  нами  ранее было показано, что динамика диффузного сияния и SAR-дуги  отображает перекрытие горячей плазмы с внешней плазмосферой в результате западного электрического дрейфа из области инжекции суббури в вечернее время, а  во время суббури в утреннем секторе наблюдается ее дрейф к Земле и на восток, который подтверждается данными спутника Van Allen Probe A. Сопоставление наземных наблюдений  SAR- дуги с измерениями Te на спутниках DMSP F14 и F15 показывает, что  экваториальное движение красной дуги в этом событии наиболее вероятно обусловлено движением станции наблюдения относительно границы вечерней выпуклости плазмосферы.

В 2016 году были продолжены исследования сияний и среднеширотных красных дуг (SAR-дуг) с целью диагностики процессов магнитосферно-ионосферного взаимодействия в окрестности плазмопаузы и внутренней границы кольцевого тока во время суббурь и бурь. В рамках данной задачи были проведены наблюдения сияний и SAR-дуг фотометрами и CCD камерой всего неба в эмиссиях 630.0 и 557.7 нм [OI], 486.1 нм (H-Beta), 470.9 нм (N₂⁺) с целью получения новых эмпирических данных.

По итогам 2016 г. получен следующий важнейший результат: анализа данных наблюдений полярных сияний фотометрами и камерой всего неба “Keo-Sentry” на меридиане Якутска во время магнитной бури 17 марта 2015, показал, что наблюдаемая SAR дуга во время бури, отображает область перекрытия энергичных ионов O+ и H+ кольцевого тока с плазмопаузой в вечернем секторе MLT, измеренных  на спутнике Van Allen Probe B (RBSP-B) (Рисунок 1). При этом увеличение широты полярной границы и интенсивности SAR дуги с востока на запад происходит в области вечерней выпуклости плазмосферы, а эмиссии 557.7 нм наблюдается только экваториальная граница диффузного сияния.(Ievenko I.B. SAR arc observations in the events of energetic plasma overlapping with a plasmapause by the Van Allen Probe data during the storm and substorm. 11th International Conference and School “Problems of Geocosmos”. St. Petersburg, Petrodvorets, October 3-7, 2016. Book of Abstracts. p. 59.).

1.2. По измерениям вращательной температуры молекулы гидроксила ОН(6,2) на высоте ~ 87 км исследован отклик температуры высокоширотной мезопаузы на уровень солнечной активности за 23-й цикл. При этом обнаружено его запаздывание примерно на 25 месяцев, предполагается, что источником задержки является влияние геомагнитной активности на термодинамическое состояние верхней атмосферы.

Анализ изменения среднегодовых значений  температуры высокоширотной мезопаузы на высоте свечения гидроксила с 2000 по 2013 г., представленных в виде линейной мульти- регрессионной модели, после вычитания сезонной составляющей и, включающей зависимость от солнечной активности и тренд, показал, что температура на высоте излучения гидроксила модулируется солнечной активностью с коэффициентом 5 ± 1.9 К/ 100SFU, что согласуется с большинством выводов, полученных разными исследователями, при этом скорость охлаждения мезопаузы составила −4.8 ± 2 К/десятилетие.

В 2015 г. на Полярной геокосмофизической обсерватории «Тикси» ИКФИА СО РАН был установлен инфракрасный спектрограф на базе монохроматора «Shamrock» с регистратором «Andor iDus» с фотодиодной линейкой.

В 2016  г. в результате одновременных измерений температуры в области мезопаузы при помощи идентичных инфракрасных спектрометров Shamrock-Andor на станциях Тикси и Маймага, разнесенных по широте на 8,5 градусов в зимний сезон 2015-2016 гг.,  показано их хорошее согласие (Рисунки 2 и 3). Коэффициент корреляции между рядами среднесуточных температур достигает до 0,83. При этом максимальное совпадение вариаций температуры наблюдается с февраля по начало апреля. Обнаруженное отличие среднемесячных температур с октября по январь указывает на усиление нагрева мезопаузы на авроральных широтах за счет роста адиабатического сжатия верхней атмосферы с широтой. Выравнивание температур наблюдается в феврале, марте.

1.3. За отчетный период были проведены наблюдения на станции спутникового приема Сканэкс (Якутск, Покровский тракт, 5 км). В течение сезона наблюдений (апрель-октябрь) осуществлялся ежедневный мониторинг облачного покрова, пирогенных событий, крупномасштабных аэрозольных неоднородностей, паводковой и ледовой обстановки на реках и части акватории Севморпути. По результатам спутниковых наблюдений создавались карты пространственно-временного распределения облачности, очагов лесных пожаров, паводковой и ледовой обстановки, оперативно размещаемых на Интернет-ресурсе института несколько раз в день. Мониторинг паводковой и ледовой обстановки осуществлялся по данным радиометров AVHRR/NOAA и MODIS (ИСЗ Terra, Aqua). Данные спутниковой телеметрии раз в месяц заносились в цифровой архив, организованный в формате DVD-дисков, при этом текущий архив данных содержался на сетевых дисковых накопителях.

В ходе выполнения проекта получены следующие результаты:

1. По результатам спутниковых наблюдений показано, что катастрофические лесные пожары (даже на сравнительно небольшой территории) способны оказать существенное воздействие на нижнюю атмосферу в планетарном масштабе. Например, в годы с высокой лесопожарной активностью (2002, 2012-2014) выбросы (СО, СО₂, СН₄) от лесных пожаров на территории Якутии составляли ~ 1% от общемировых выбросов от всех типов природных пожаров: для сравнения – в годы с низкой пожарной активностью количество выбросов было в ~ 8 раз меньше и составляли ~ 0,2% от общемировых.
2. Дымовые шлейфы и аэрозольные частицы от очагов лесных пожаров в Якутии за несколько суток распространяются далеко на восток, достигая Корейского полуострова, Японии и Тихого океана и дальше. В некоторых случаях наблюдается перенос дымовых частиц до Американского континента. Наряду с доминирующим западным переносом иногда аэрозольные частицы переносятся воздушными массами в северном и северо-западном направлении вплоть до побережья Баренцева моря (Рисунок 3), причем аэрозольные показатели оказываются сопоставимы с аналогичными значениями вблизи очагов лесных пожаров.
3. Показано, что при определенной конфигурации ветровых и барических полей в результате выбросов от лесных пожаров возможно формирование устойчивых крупномасштабных атмосферных неоднородностей с высокими аэрозольными показателями, которые могут существовать в течение нескольких (5-7) дней после завершения пожара. Пространственные масштабы подобных неоднородностей могут составлять несколько миллионов квадратных километров.

• В условиях крупномасштабных лесных пожаров аэрозольный индекс (АИ) показывает большую чувствительность к пирогенной активности, чем аэрозольная оптическая толщина (АОТ). Это объясняется ограничениями методики восстановления АОТ в условиях сильной задымленности, когда критически высокие значения альбедо в оптических каналах не позволяют рассчитать АОТ.
• По данным наблюдений за 1998-2015 гг. показано, что на фазе завершения пожароопасного сезона (сентябрь) в центральной Якутии в вариациях лесных пожаров наблюдается эффект «выходного дня». Максимум числа обнаруженных на космоснимках «hotspot»’ов (активных очагов лесных пожаров) приходится на воскресенье, а минимум – на пятницу (Рисунок 4).

• По данным интенсивности космических лучей (2000-2013 гг.) были отобраны 23 события с Форбуш-понижением. Проведены сопоставления вариаций показателей атмосферы (% облачности, оптическая толщина облачности, давление и температура на верхней границе облачности, атмосферная оптическая толщина и др.) с вариациями потока КЛ на 16-суточном временном отрезке (7 суток до момента «Форбуш-минимума» и 9 суток после) относительно Форбуш-событий. Показано, что эффект от понижения потока КЛ в различных показателях атмосферы проявляется по-разному – как по амплитуде, так и по времени реакции. Однако относительно небольшая статистика событий требует корректного подхода в количественной оценке эффектов влияния КЛ на атмосферные параметры.
• Межгодовые вариации пирогенной активности на территории центральной части Восточной Сибири в период 2001-2016 гг. хорошо согласуются с ходом 11-летнего цикла солнечной активности (Рисунок 5), тогда как на остальной территории Сибири такая корреляция не наблюдается.

• Впервые для растительного покрова Восточной Сибири рассчитаны пороговые фенологические показатели вегетационного индекса NDVI (начало, конец и длительность вегетационного периода). Показано, что в условиях изменяющегося климата наблюдаются заметные смещения начала, конца и, соответственно, изменения длительности вегетационного сезона. Причем прирост длительности сезона вегетации на северных широтах почти в 2 раза превысил аналогичный прирост в центральной части Якутии. В целом увеличение длительности вегетационного периода вызвано смещением его начала на более ранние сроки. Построены карты трендов индекса NDVI на центральную и восточную части Сибири и построены карты корреляции с температурой воздуха и годовыми осадками. Карта трендов NDVI имеет неоднородный характер, но в целом, наблюдается общая тенденция роста индекса NDVI. Наибольшие значения корреляции NDVI и температуры приземного слоя воздуха (0,7-0,8) получены в северной части Якутии. Связь роста индекса вегетации с атмосферными осадками не обнаружена. Отсюда следует, что положительная динамика NDVI растительности мерзлотного региона Сибири обусловлена температурным фактором.
• Результаты исследования поведение метана по данным наземных наблюдений на обс. «Тикси» показывают сезонный ход с высокими значениями концентрации СН4 в зимние месяцы и пониженными в летние. В период «конец лета – начало осени» в спектре вариаций метана выявлены колебания с суточным периодом, которые могут быть обусловлены характером ветрового режима в это время года.

1.4. По данным экспериментальных наблюдений показано, что на территории центральной части Якутии за период июль-август 2004-2014 гг. наблюдается неоднозначная картина взаимосвязи аэрозольной оптической толщи и приземной температуры воздуха. Взаимосвязь проявляется по-разному в зависимости от поступления нисходящего потока солнечной радиации  и присутствия в атмосфере аэрозольных частиц, образовавшихся вследствие продуктов горения лесного массива. Показано, что очаги возгорания лесного массива, сопровождающиеся фотохимическим смогом, способны привести к аэрозольному помутнению атмосферы. Наряду с этим при наличии отрицательной фазе уходящей длинноволновой радиации, обеспечивающей повышение ночной температуры воздуха, в целом наблюдается ее понижение за счет существенного спада НПСР в дневное время.

По данным наземных наблюдений аэрозольной оптической толщи (АОТ) на солнечном фотометре марки CIMEL CE-318 за период 2004-2014 гг. проведены исследования состояния прозрачности атмосферы над центральной частью Якутии. Установлено, что ежегодно, дни со значениями АОТ относящихся к III классу прозрачности атмосферы («грязная» атмосфера) составляли в среднем 25-30% от общего числа дней измерения АОТ. В такие дни наблюдались очаги горения лесного массива, сопровождающиеся смогом (дымовым аэрозолем). За период 2004-2014 гг. проведен сравнительный анализ годового хода среднемесячных значений АОТ между данными наземного (CIMEL CE-318: уровень «2», на длине волны λ=500 нм) и спутникового (MODIS/Terra, Aqua: продукт MOD08_M3 и MYD08_M3 третьего уровня, коллекция 6, λ=550 нм) мониторинга над регионом северо-востока России (Якутия).

Показано (Рисунок 6), что вариации АОТ имеют подобный характер изменчивости за период апрель-октябрь 2004-2014 гг., а значения АОТ между данными, находятся в пределах максимальной погрешности измерения на солнечном фотометре, порядка ±0,02. Исключение (наибольшее расхождение между данными) наблюдается в мае и августе месяце, которое связано с отсутствием данных CIMEL CE-318 в мае 2006 г. и малого количества сеансов наблюдения в августе 2012 г. Отсутствие данных MODIS в ноябре-марте, связано с большей погрешностью определения АОТ над снежной поверхностью. За рассматриваемый период, по данным спектрорадиометра MODIS, построены пространственно-временные карты распределения АОТ с широтно-долготным разрешением 1^о.

1. В 2016 году были продолжены наблюдения на стратосферном лидаре СЛ-1, фотометрах CIMEL и СП-9. Проведен анализ результатов наблюдений коэффициента аэрозольного рассеяния R с января по март 2012 г., во время солнечных протонных событий (СПС)  по данным стратосферного лидара. Показано, что аэрозольное наполнение средней атмосферы по различному зависит от энергетического спектра солнечных протонов. В событии 23-26.01.2012 видно наполнение всей стратосферы от 50 км и ниже до уровня R=1,3 с максимумом на высоте порядка 35 км. СПС в это время не вызвало т.н. GLE (3% ФП, и слабая геомагнитная буря). В  другом случае 07.03.2012 наблюдалось 15% Ф.П. и сильная геомагнитная буря, Dst -120 nT). В это время аэрозоли наблюдались только в мезосфере (R=1,2-1,3), в стратосфере их не было.

По исследованиям флуктуации профиля температуры средней атмосферы по данным лидарного зондирования, связанных с внутренними гравитационными волнами, выделены две основные квазимонохроматические волнообразные (КВС) структуры с длинами волн 2-4 км и 5-7 км. Амплитуды этих КВС увеличиваются с повышением высоты из-за уменьшения плотности атмосферы. КВС с длиной волны 2-4 км наблюдаются во всех 200 сеансах зондирования, начиная с высот порядка 35 км, но бывают случаи, когда они наблюдаются на высотах 50 км. Причем основное изменение длины волны квазимонохроматических волнообразных структур происходит на высоте стратопаузы. По-видимому, это связано с изменением градиента температуры в стратопаузе, что в свою очередь влияет на прохождение КВС, т.е. на уровне стратопаузы образуется критический уровень, на котором в зависимости от направления среднего зонального ветра планетарные волны затухают с выделением энергии в виде тепла.

1.6. В 2016 году были продолжены инструментальные наблюдения субаврорального свечения и сияний на оптической станции Маймага для накопления эмпирических данных.

 2. Разработана новая конструкция S-Z-N-E фотометра для регистрации пульсирующих сияний. Детали фотометра изготовлены в мастерской Института. После сборки и отладки фотометр будет установлен на ст. «Маймага» для исследования пульсирующих сияний на субавроральных широтах.  

3. Создана новая  программа для автоматической регистрации сияний камерами Keo-Horizon.

4. Созданы и модернизированы программы для обработки данных CCD камер всего неба “Keo-Sentry” и “Keo-Horizon” .

5. В сентябре 2016 г. совместно с лабораторией магнитосферно-ионосферных исследований установлена CCD камера всего неба Keo-Horizon на станции ИКФИА в Жиганске для патрульной регистрации полярных сияний в автономном режиме (без наблюдателя).

6. Конструированы и изготовлены два новых инфракрасных спектрографа на базе российских спектрографов СП-50 и МДР-12. Регистраторами установлены современные iDus InGaAs фотодиодные детекторы DU490A-1.7 производства фирмы ANDOR. Приборы по светосиле и по спектральным характеристикам превосходят фирменные спектрографы Shamrock SR-303i. Спектрографы работают в автономном режиме.

7. Производилось дальнейшая модернизация программного обеспечения спектрографа Shamrock SR-303i с целью оценки ошибки измерения вращательной температуры. Вычислялись как случайные ошибки, вводимые шумом детектора, так и систематические, связанные с ошибкой определения максимумов спектра и ошибками определения фоновой составляющей. Была сделана адаптация программного обеспечения для обработки данных сети станций.

8. Изготовлен опытный образец интерферометра на основе стабилизируемого эталона Фабри-Перо, предназначенный для измерения доплеровской температуры и скорости нейтрального ветра на высотах термосферы ~95-300 км по излучению ночного неба или полярных сияний на длинах волн 557,7 и 630 нм. Для стабилизации параллелизма пластин ИФП будет использована ПЗС камера типа ST-9, которая периодически снимает через разделительное зеркало излучение стабилизированного гелий-неонового лазера ЛГН-303. В качестве основного регистратора излучения служит ПЗС камера ANDOR IKon-M 934 (1024×1024 пикселей). Разработан метод обработки полученных экспериментальных данных со снимков основного регистратора, суть которого заключается в кольцевом интегрировании интерференционной картины для увеличения отношения сигнал/шум и повышения чувствительности системы.  

9. В стадии отладки находятся две программы, написанные на языке Си. Первая программа предназначена для поддержания стабилизации параллелизма пластин при помощи съемки контуров, стабилизированного гелий-неонового лазера. Вторая программа выполняет обработку полученных снимков неба с основной камеры для измерения температуры и скорости нейтрального ветра на длинах волн 557,7 нм и 630 нм. Обработаны первые результаты экспериментальных данных за март 2016 года.

10. Разработан и изготовлен макет мультисекторной системы видеорегистрации активных экспериментов в космосе и эффектов запуска ракет. Система испытана во время первого пуска ракеты «Союз-2» с нового космодрома «Восточный» в точке падения остатков 2-й ступени в с. 2-й Кюлят Вилюйского улуса.