Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2026, № 7 · RADIO WAVE PROPAGATION

Comparison of astroclimatic conditions of possible ESMT locations in the Agul and Kulinsky districts of Dagestan

V.B. Khaikin1,2, A.Y. Shikhovtsev3, Y.O. Vodzyanovsky2,4, I.V. Shaldyrvan1, M.Y. Shikhovtsev3,5, A.A. Lezhenin3,6, V.S. Gradov6, G.A. Makoev1,2, P.M. Zemlyanukha7, P.M. Zemlyanukha7, A.V. Khudchenko4,8

1 Special Astrophysical Observatory of the RAS, Nizhny Arkhyz, Russia
2 Institute of Astronomy of the RAS, Moscow, Russia
3 Institute of Solar-Terrestrial Physics of the RAS, Irkutsk, Russia
4 Astro Space Center of the P.N. Lebedev Physical Institute of the RAS, Moscow, Russia
5 Limnological Institute of the Siberian Branch of the RAS, Irkutsk, Russia
6 Institute of Computational Mathematics and Mathematical Geophysics of the RAS, Novosibirsk, Russia
7 Institute of Applied Physics of the RAS, Nizhnii Novgorod, Russia
8 Kotelnikov IRE RAS, Moscow, Russia
Full text DOI: 10.30898/1684-1719.2026.7.14 UDC 520.16 EDN RTMAYI

Abstract

In recent years, Russia has been actively searching for and studying the astroclimate of potential sites for a large millimeter/submillimeter (MM/subMM) telescope, including as part of the Eurasian Submillimeter Telescopes (ESMT) project. To this end, suitable sites were identified and new astropoints were established in northern Eurasia between 2021 and 2023: Khulugaysha Peak (Eastern Sayan Mountains), Kurapdag Mountain in the Agulsky District of Dagestan, and the Tashanta APT in the Altai Republic. The astronomical site of the Large Alt-Azimuthal Telescope (BTA, Pastukhova Mountain) was selected as reference location for comparing atmospheric characteristics. The new astropoints are characterized by low values of precipitable water vapor and total cloud cover. Meteorological measurements indicate a high frequency of weak surface wind gusts in the villages of Tashanta and Khulugaysh, as well as regular gusts exceeding 30 m/s near Mount Kurapdag. As alternatives to Mount Kurapdag, we consider Mount Jufudag in the Agulsky District and the high-mountain Shunudag Plateau in the Kulinsky District of Dagestan. This paper compares the astroclimatic conditions of Mount Jufudag and the Shunudag Plateau with those of Mount Kurapdag, Mount Pastukhova and other astropoints. Maps of precipitated water vapor, total cloud cover, and wind gust speed for the North Caucasus were obtained using Era-5 reanalysis data, and their median estimates are provided, taking into account the terrain. The mesoscale WRF model was used to achieve greater map detail. The paper presents the first results of measurements of optical thickness and precipitated water vapor in the area of Mount Jufudag and the Shunudag plateau, obtained using a two-channel radiometric atmospheric transparency meter IPAR-2 in March-April 2025. The first results of measurements of meteorological parameters and astronomy seeing in the area of Mount Jufudag using an ultrasonic weather station and Polar-2 optical monitor are presented.

  • submillimeter telescope
  • astroclimate
  • precipitated water vapor
  • optical thickness
  • total cloudiness
  • wind regime
  • radiometric method
  • ERA-5 reanalysis
  • astronomy seeing
Аннотация (на русском)

Сравнение астроклиматических условий возможных мест размещения ESMT в Агульском и Кулинском районах Дагестана

В последние годы в Российской Федерации ведется активный поиск и изучение астроклимата возможных мест размещения крупного миллиметрового/субмиллиметрового (ММ/субММ) телескопа, в том числе, в приложении к проекту Евразийских Субмиллиметровых Телескопов (ESMT). С этой целью в 2021-2023 гг. были найдены подходящие места и организованы новые астропункты в северной Евразии: пик Хулугайша (Восточный Саян), г. Курапдаг в Агульском районе Дагестана и АПП Ташанта в межгорной котловине республики Алтай на границе с Монголией. В качестве опорной локации с целью сравнения астроклиматических характеристик используется астроплощадка Большого Телескопа Альт-Азимутального (БТА, г. Пастухова). Для новых астропунктов характерны достаточно низкие значения осажденного водяного пара и общей облачности. Данные метеорологических измерений свидетельствуют о высокой повторяемости слабых порывов приземного ветра в п. Ташанта и на пике Хулугайша, а также о регулярных порывах ветра выше 30 м/с в районе г. Курапдаг. В качестве альтернативы г. Курапдаг нами рассматривается г. Джуфудаг в Агульском районе и высокогорное плато Шунудаг в Кулинском районе Дагестана. В настоящей работе сравниваются астроклиматические условия на г. Джуфудаг и плато Шунудаг с г. Пастухова и другими астропунктами. Получены карты осажденного водяного пара, общей облачности и скорости порывов ветра на Северном Кавказе и его восточной части по данным реанализа Era-5. Для достижения большей детализации карт применена мезомасштабная модель WRF. Приводятся первые результаты измерений оптической толщи и осажденного водяного пара в районе расположения г. Джуфудаг и плато Шунудаг, полученные с помощью измерителя прозрачности атмосферы радиометрического ИПАР-2 в марте-апреле и июне 2025 г. Приведены первые результаты измерений метео параметров и углового размера атмосферных изображений на оптическом телескопе ( seeing ) в районе г. Джуфудаг с помощью УЗ метеостанции и оптического монитора Полярной звезды Поляр-2.

For citation

Khaikin V.B., Shikhovtsev A.Y., Vodzyanovsky Y.O., Shaldyrvan I.V., Shikhovtsev M.Y., Lezhenin A.A., Gradov V.S., Makoev G.A., Zemlyanukha P.M., Zemlyanukha P.M., Khudchenko A.V. Comparison of astroclimatic conditions of possible ESMT locations in the Agul and Kulinsky districts of Dagestan // Journal of Radio Electronics. – 2026. – No. 7. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2026.7.14

References

  1. Shikhovtsev A.Y. et al. Precipitable water vapor and fractional clear sky statistics within the Big Telescope Alt-Azimuthal region //Remote Sensing. - 2022. - Т. 14. - №. 24. - С. 6221.
  2. V.B. Khaikin, A.Yu. Shikhovtsev, A.P. Mironov and Xuan Qian; POS, 072, 8 (2022).
  3. Балега Ю.Ю и др. Прямые измерения атмосферного поглощения излучения субтерагерцового диапазона волн на Северном Кавказе // Доклады Российской академии наук. 2022. Т. 502, № 1. С. 5-9. https://doi.org/10,31857/S2686740022010023.
  4. Bubnov G.M. et al. Searching for new sites for THz observations in Eurasia //IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology. - 2015. - Т. 5. - №. 1. - С. 64-72.
  5. Khaikin V. et al. On the Eurasian submillimeter telescopes project (ESMT) //2020 7th All-Russian Microwave Conference (RMC). - IEEE, 2020. - С. 47-51.
  6. Хайкин В.Б., Шиховцев А.Ю., Шмагин В.Е., Лебедев М.К., Копылов Е.А., Лукин В.П., Ковадло П.Г. О проекте евразийских субмиллиметровых телескопов (ESMT) и возможности применения адаптивной оптики для улучшения качества субмм изображений. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2022. №7. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2022.7.9
  7. Shikhovtsev A.Y., Kovadlo P.G., Baron P. Candidate Sites for Millimeter and Submillimeter Ground-Based Telescopes: Atmospheric Rating for the Eurasian Submillimeter Telescopes Project //Sensors. - 2025. - Т. 25. - №. 7. - С. 2144.
  8. Khaikin V. et al. A review of astroclimate conditions at possible locations for the Eurasian Submillimeter Telescopes (ESMT) //Modern Astronomy: From the Early Universe to Exoplanets and Black Holes (VAK2024. - 2024. - С. 1067-1072.
  9. Хайкин В.Б., Домбек Е.М., Шиховцев А.Ю, Землянуха Павел М., Землянуха Петр М., Макоев Г.А., Назаров Г.П., Водзяновский Я.О., Худченко А.В. Первые результаты измерений пропускания атмосферы в местах расположения РАТАН-600, БТА и ЗТШ с помощью двухканального радиометра ИПАР-2 // Журнал радиоэлектроники. - 2025. - №. 5. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.5.14
  10. Столяров В.А. и др. Перспективы развития миллиметровой астрономии в САО РАН //Астрофизический бюллетень. - 2024. - Т. 79. - №. 2. - С. 331-349.
  11. Shikhovtsev A.Y. et al. Optical thickness of the atmosphere above the Terskol Peak //Atmospheric and Oceanic Optics. - 2023. - Т. 36. - №. 1. - С. 78-85.
  12. В.Б. Хайкин. А.Ю. Шиховцев, А.П. Миронов. Статистические характеристики осажденного водяного пара, оптической толщи и облачности в Северной части Евразии. Астрономический журнал, 2024, том 101, № 2, с. 195-206.
  13. Шиховцев А.Ю., Ковадло П.Г., Леженин А.А., Градов В.С. Методы диагностики атмосферы с высоким пространственным разрешением // В книге: Материалы 22-й Международной конференции "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса". Москва, 2024. С. 291.
  14. Zinchenko I.I. et al. Measurements and Evaluations of the Atmospheric Transparency at Short Millimeter Wavelengths at Candidate Sites for Millimeter-and Sub-Millimeter-Wave Telescopes //Applied Sciences. - 2023. - Т. 13. - №. 21. - С. 11706.
  15. Кисляков А.Г. // Радиотехника и электроника. 1968 Т. 13, № 7 С. 1-161.
  16. Fogarty W. Total atmospheric absorption at 22.2 GHz //IEEE Transactions on Antennas and Propagation. - 1975. - Т. 23. - №. 3. - С. 441-444.
  17. Bubnov G. et al. Analysis of variations in factors of specific absorption of sub-terahertz waves in the Earth's atmosphere //2020 7th All-Russian Microwave Conference (RMC). - IEEE, 2020. - С. 229-232.
  18. Baron P. et al. 7-4 AMATERASU: model for atmospheric terahertz radiation analysis and simulation //Journal of the National Institute of Information and Communications Technology Vol. - 2008. - Т. 55. - №. 1.
  19. Заварина М.В. Расчетные скорости ветра на высотах нижнего слоя атмосферы //Л.: Гидрометеоиздат. - 1971. - Т. 161.
  20. Kovadlo P.G., Shikhovtsev A.Y. Energy structure of the optical atmospheric turbulence for various parameters of the mean flow //Izv. Irkutskogo gosudarstvennogo universiteta. Series "Earth Sciences. - 2014. - Т. 8. - С. 42-55.
  21. ОБЗОР ФОНОВОГО СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ НА ТЕРРИТОРИИ СТРАН СНГ ЗА 2021 г. Института Глобального климата и экологии (ИГКЭ) им. академика Ю.А. Израэля.
  22. Ильин Г.Н. и др. Высокостабильный двухканальный радиометр водяного пара для измерений тропосферной задержки в реальном времени //Труды Института прикладной астрономии РАН. - 2013. - №. 27. - С. 210-215.
  23. Ильин Г.Н., Троицкий А.В. Определение тропосферной задержки радиосигнала радиометрическим методом //Изв. вузов. Радиофизика. - 2017. - Т. 60. - №. 4. - С. 326.
  24. Шалдырван И.В., Комаров В.В., Комарова В. Н., Фокин М. Ю. Внедрение в САО РАН системы мониторинга Полярной звезды. Всероссийской Астрономической конференции "Современная астрономия: от ранней Вселенной до экзопланет и черных дыр" пос. Нижний Архыз, 2024г.
  25. И.В. Шалдырван, А.Ю. Шиховцев, В.Б. Хайкин. О возможности удаленного измерения астрономической видимости на г. Джуфудаг в Агульском районе Дагестана с помощью оптического монитора Polar-2. Всероссийская радиоастрономическая конференция (ВРК - 2025), Иркутск, август 2025.
  26. В.Е. Панчук, В.Л. Афанасьев. "Астроклимат северного Кавказа - мифы и реальность". Астрофизический бюллетень, 2011, том 66, № 2, с. 253-274.
  27. Bradford L.W., Roberts Jr L.C. Some measurements of the short term variability of r0 //2007 AMOS Conference Proceedings (Advanced Maui Optical and Optical and Space Surveillance Technologies Conference). - 2007.
  28. Bradley E.S., Roberts L.C., Bradford L.W., Skinner M.A., Nahrstedt D.A., Waterson M.F., Kuhn J.R. Characterization of Meteorological and Seeing Conditions at Haleakala. Publications of the Astronomical Society of the Pacific, 118, 172, 2006.
  29. Smith, R.B. (1979) The Influence of Mountains on the Atmosphere. Advances in Geophysics, 21, 87-230
  30. Deng, L., Yang, F., Chen, X. et al. Lenghu on the Tibetan Plateau as an astronomical observing site. Nature 596, 353-356 (2021).