1.1 Впервые обнаружено, что над Якутией изменение температуры атмосферы на высоте 87 км (мезопауза), где находится излучающий слой гидроксила (ОН), отстает от изменения излучения в 23 цикле солнечной активности на 2 года и коррелирует с изменением геомагнитной активности (Рисунок 1). Зимой температура в слое гидроксила выше примерно на 10 К в годы максимума геомагнитной активности, чем в годы минимума (Рисунок 2).
1.1.1 Исследованы стандартные отклонения σ средненочных температур в области мезопаузы (87 км) по измерениям на станции Маймага (63.04° N, 129.51° E) и Тикси (71.58° N, 128.77° E). Были изучены данные за сезоны с 2013 по 2017 гг. со станции Маймага и данные за сезоны с 2015 по 2017 гг. со станции Тикси. В сезоне наблюдений 2014-2015 гравитационная компонента стандартных отклонений температуры σgw имеет более низкие значения в зимний период, чем в остальные сезоны наблюдений. Кроме того в этот сезон средненочные температуры зимней мезопаузы наоборот превышают аналогичные значения в другие сезоны. Величины средненочных температур, гравитационных и приливных компонент практически совпадают для имеющихся двух сезонов параллельных наблюдений на станции Тикси и Маймага.
1.2 Выполнены работы по программе спутниковых наблюдений: оперативный мониторинг паводковой и ледовой обстановки на крупных реках Восточной Сибири и трассе Севморпути, оперативный лесопожарный мониторинг и мониторинг облачного покрова. Построены разномасштабные пространственно-временные распределения облачного покрова, аэрозольной оптической толщины, индекса NDVI и очагов лесных пожаров. Обновлены цифровые архивы данных ДЗЗ.
1.2.1 Реализована методика выделения гарей лесных пожаров по межсезонным изменениям вегетационного индекса NDVI. Осуществлен подбор оптимальных пороговых значений алгоритма для климатогеографических условий лесного пирогенеза в Якутии. С помощью предложенного подхода и данных NDVI/AVHRR построены ежегодные карты гарей лесных пожаров на территории Якутии в период с 1985 по 2015 гг. Показано хорошее согласие полученного набора данных с опорными данными MODIS (2001-2015 гг.), коэффициент корреляции составил 0.97. Произведён расчёт выбросов в атмосферу CO2 и аэрозольных частиц РМ10 (Рисунок 3), который показал, что в наиболее пожароопасные сезоны (1986, 1996, 2002, 2012-2014 гг.) в атмосферу в среднем было инжектировано ~ 50-70 Тг CO2 и ~ 0,3-0,5 Тг аэрозольных частиц PM10.
1.2.2 По данным спутников NOAA (1982-2015 гг.) показано, что на территории Восточной Сибири и Дальнего востока преобладает положительная динамика вегетационного индекса NDVI со средним ростом тренда NDVI около 4% (Рисунок 4а). Обширная область с наиболее высоким приростом тренда NDVI (10 – 15%) наблюдается на севере Якутии, существенный вклад в который вносит рост майских значений NDVI.
Оценка связи роста NDVI с метеопараметрами на тестовом участке показала высокую корреляцию (R=0,8) вариаций майских значений NDVI с приземной температурой воздуха (Рисунок 4б). Анализ вариаций майских значений NDVI за 1982-2015 гг. показал, что в течение 2004-2015 гг. наблюдается тренд устойчивого роста NDVI (~27%), согласующийся с ростом температуры воздуха (~30C). Корреляция вариаций NDVI с уровнем осадков не наблюдается, что может быть обусловлено низким их уровнем для исследуемого региона.
1.2.3 Проведен анализ вариаций малых газовых компонент (СН4, СО2) на основе данных, полученных на станциях Алерт (1988-2016 гг.), Бэрроу (СН4: 1986-2016 гг.; СО2: 1973-2016 гг.), Тикси (2012-2016 гг.) и проведено сопоставление с данными спутника AIRS/AQUA (СН4: 2002-2016 гг.; СО2: 2002-2012 гг.). Спутниковые данные приведены в виде среднемесячных значений для трех высотных уровней (для СН4 – 300, 200, 100 hPa), усредненных на ограниченной северным полярным кругом площади.
На Рисунке 5а показаны вариации среднемесячных значений метана на трех арктических станциях и данные спутниковых измерений. На всех станциях отчетливо наблюдается сезонный ход и отмечается устойчивый рост концентрации метана примерно на 6-7%, аналогичный рост метана прослеживается и по данным ДЗЗ (AIRS). С 1998 по 2006 гг. темпы роста концентрации метана снижаются, наблюдается период относительной стабилизации. Рост концентрации углекислого газа (Рисунок 5б) составил 22-24% и имел монотонный характер. Аналогичный рост концентрации СН4 и СО2 наблюдается и в данных ДЗЗ.
Рисунок 5 – Изменения CH4 и СО2 по наземным и спутниковым данным
На станциях Тикси и Бэрроу в период июнь-сентябрь отмечена суточная вариация (Рисунок 6) с максимумом в дневное время суток. На станции Алерт подобной вариации не наблюдается. Среднесуточные значения концентрации СН4 в этот период на ст. Алерт заметно ниже, чем на ст. Бэрроу и Тикси, значения СН4 на последней ниже, чем на ст. Бэрроу.
1.3 Выполнен анализ динамики SAR дуги, протонного сияния и геомагнитных пульсаций Pc1 в вечернем секторе MLT на меридиане Якутска по данным CCD камеры всего неба (ASI) и индукционного магнетометра во время интенсивной суббури 31 декабря 2015.
Пульсации Pc1 начинаются во время формирования протонной дуги от западного горизонта к востоку в окрестности зенита станции наблюдений. Показано, что динамика протонного сияния обусловлена движением области генерации ЭМИЦ волн в восточном направлении вдоль плазмопаузы, которая отображается SAR дугой в этом событии (см. Рисунок 7).
— Индукционный магнитометр регистрирует резкое возникновение геомагнитных пульсаций Pc1 ниже гиро частоты ионов кислорода одновременно с появлением конца дуги в эмиссии H-beta на меридиане наблюдений.
— Уярчение SAR дуги на меридиане станции происходит в это же время. Пульсации Pc1 и динамичная дуга в эмиссии H-beta регистрируются в течении ~30 минут.
1.4.1 Сравнительный анализ среднегодовых и среднемесячных значений интегрального влагосодержания атмосферы (W) между данными сети AERONET и ре-анализа ERA-Interim над Евразийским материком показал, что наблюдается разница средних значений, но в тоже время высокая корреляционная связь (R>0,8), указывающая на пространственно-временную согласованность (рисунок 8).
1.4.2 За период 1979-2015 гг. проведен корреляционный анализ между интегральным влагосодержанием атмосферы (W) и элементами общей циркуляции атмосферы (ОЦА), а также квазидвухлетними колебаниями (КДК) зонального ветра в экваториальной стратосфере. Результат корреляционного анализа W с элементами ОЦА (Североатлантическое (САК), Арктическое (АК), Северо-Тихоокеанское (СТК) и Эль-Ниньо – южное колебание (ЭНЮК)) и КДК зонального ветра в экваториальной стратосфере указывает на преобладание меридиональной циркуляции атмосферы над Евразийским материком в конце XX – начале XI века. Значимая корреляционная связь (R) свыше критических значений rкрит.=0,45 с уровнем значимости P=99% (рисунок 9) наблюдается между W с КДК (полож. знач. индекса), АК (отр. знач. индекса) и ЭНЮК (отр. знач. индекса).
за период 1979-2015 гг
1.5 Проанализированы события внезапных зимних стратосферных потеплений (ВСП) по температурным данным, полученным Рэлеевским лидаром в Якутске с 1 ноября 2004 по 3 февраля 2017 год. В среднем над пунктом наблюдений (61.66N, 129.37S) зарегистрированы от 1 до 3 событий ВСП ежегодно, с середины декабря по март месяцы. Анализ зависимости ВСП от фаз КДК и индекса Nino 3.4 SST показал, что в большинстве случаев ВСП происходят около точек локального минимума или максимума этих явлений (Рисунок 10).
В 2018 году были продолжены инструментальные наблюдения для накопления данных на оптической станции Маймага: субаврорального свечения и сияний монохроматичными камерами всего неба, сканирующих, зенитных фотометрах; температурного режима высокоширотной мезопаузы на меридиональной цепочке инфракрасных спектрографов, распложенных в Тикси, Маймаге и Нерюнгри; температурного режима нижней термосферы на интерферометре Фабри-Перо; температурного режима и аэрозольной стратификации на стратосферном лидаре СЛ-1, и микрофизических и оптических характеристик атмосферного аэрозоля при помощи солнечных фотометров AERONET и SP-9 в разнесенных пунктах (город-фон). Также производилось прием спутниковых данных со спутников серии NOAA для мониторинга облачного покрова, лесных пожаров и паводковой обстановки.