Том 36, номер 07, статья № 1

Аннотация:

Проведен сравнительный анализ доступных из открытых источников данных об интенсивностях спектральных линий основного изотополога молекулы воды, попадающих в частотный диапазон от 0 до 1,75 ТГц и представляющих значимость для моделей распространения излучения. Во внимание принимались расчеты методом эффективных гамильтонианов, вариационным методом и экспериментальные данные. Установлено, что для линий в основном колебательном состоянии с интенсивностью более 10^-27 см/молек. неопределенность интенсивности составляет менее 2%, а для более слабых – 5–10%. Для сильных (более 10^-26 см/молек.) линий в состоянии v₂ неопределенность составляет от 2 до 5% и увеличивается до 5–10% для слабых линий. Для всех линий в состояниях 2v₂, v₁ и v₃ неопределенность составляет не более 5–10%. Представленные данные показывают, что большинству рассмотренных линий может быть присвоена более высокая (на 1–2 ступени по принятой в HITRAN классификации) категория точности по интенсивности.

Ключевые слова:

интенсивность линии, молекула воды, субТГц, атмосферное поглощение

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Cimini D., Rosenkranz P.W., Tretyakov M.Yu., Koshelev M.A., Romano F. Uncertainty of atmospheric microwave absorption model: Impact on ground-based radiometer simulations and retrievals // Atmos. Chem. Phys. 2018. V. 18. P. 15231–15259.
2. Koroleva A.O., Kassi S., Campargue A. The water vapor self-continuum absorption at room temperature in the 1.25 mm window // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2022. V. 286. P. 108206.
3. Mlawer E.J., Payne V.H., Moncet J.L., Delamere J.S., Alvarado M.J., Tobin D.C. Development and recent evaluation of the MT CKD model of continuum absorption // Philos. Trans. R. Soc. A Math. Phys. Eng. Sci. 2012. V. 370. P. 2520–2556.
4. Continuum model. URL: http://rtweb.aer.com/continuum_frame.html (last access: 15.02.2023).
5. Ptashnik I.V., Shine K.P., Vigasin A.A. Water vapour self-continuum and water dimers: 1. Analysis of recent work // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2011. V. 112. P. 1286–1303.
6. Третьяков М.Ю., Кошелев М.А., Серов Е.А., Паршин В.В., Одинцова Т.А., Бубнов Г.М. Димер воды и атмосферный континуум // Успехи физических наук. 2014. Т. 184, № 11, С. 1199–1215.
7. Odintsova T.A., Tretyakov M.Yu., Simonova A.A., Ptashnik I.V., Pirali O., Campargue A. Measurement and temperature dependence of the water vapor self-continuum between 70 and 700 cm^-1 // J. Mol. Struct. 2020. V. 1210. P. 128046.
8. Simonova A.A., Ptashnik I.V., Elsey J., McPheat R.A., Shine K.P., Smith K.M. Water vapour self-continuum in near-visible IR absorption bands: Measurements and semiempirical model of water dimer absorption // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2022. V. 277. P. 107957.
9. Odintsova T.A., Koroleva A.O., Simonova A.A., Campargue A., Tretyakov M.Yu. The atmospheric continuum in the “terahertz gap” region (15–700 cm^-1): Review of experiments at SOLEIL synchrotron and modeling // J. Mol. Spectrosc. 2022. V. 386. P. 111603.
10. Gordon I.E., Rothman L.S., Hargreaves R.J., Hashemi R., Karlovets E.V., Skinner F.M., Conway E.K., Hill C., Kochanov R.V., Tan Y., Wcisło P., Finenko A.A., Nelson K., Bernath P.F., Birk M., Boudon V., Campargue A., Chance K.V., Coustenis A., Drouin B.J., Flaud J.-M., Gamache R.R., Hodges J.T., Jacquemart D., Mlawer E.J., Nikitin A.V., Perevalov V.I., Rotger M., Tennyson J., Toon G.C., Tran H., Tyuterev V.G., Adkins E.M., Baker A., Barbe A., Canè E., Császár A.G., Dudaryonok A., Egorov O., Fleisher A.J., Fleurbaey H., Foltynowicz A., Furtenbacher T., Harrison J.J., Hartmann J.-M., Horneman V.-M., Huang X., Karman T., Karns J., Kassi S., Kleiner I., Kofman V., Kwabia-Tchana F., Lavrentieva N.N., Lee T.J., Long D.A., Lukashevskaya A.A., Lyulin O.M., Makhnev V.Yu., Matt W., Massie S.T., Melosso M., Mikhailenko S.N., Mondelain D., Müller H.S.P., Naumenko O.V., Perrin A., Polyansky O.L., Raddaoui E., Raston P.L., Reed Z.D., Rey M., Richard C., Tóbiás R., Sadiek I., Schwenke D.W., Starikova E., Sung K., Tamassia F., Tashkun S.A., Vander Auwera J., Vasilenko I.A., Vigasin A.A., Villanueva G.L., Vispoel B., Wagner G., Yachmenev A., Yurchenko S.N. The HITRAN2020 molecular spectroscopic database // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2022. V. 277. P. 107949.
11. Koroleva A.O., Odintsova T.A., Tretyakov M.Yu., Pirali O., Campargue A. The foreign-continuum absorption of water vapour in the far-infrared (50–500 cm^-1) // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2021. V. 261. P. 107486.
12. Liebe H.J. MPM – an atmospheric millimeter wave propagation model // Intern. J. Infrared. Mill. Waves. 1989. V. 10. P. 631–650.
13. Rosenkranz P.W. Line-by-line microwave radiative transfer (non-scattering) // Remote Sens. Code Library. 2017. DOI: 10.21982/M81013.
14. Line-by-line microwave radiative transfer (non-scattering). URL: http://cetemps.aquila.infn.it/mwrnet/lblmrt_ns.html (last access: 15.02.2023).
15. Clough S.A., Kneizys F.X., Davies R.W. Line shape and water vapor continuum // Atmos. Res. 1989. V. 23. P. 229–241.
16. Scribano Y., Leforestier C. Contribution of water dimer absorption to the millimeter and far infrared atmospheric water continuum // J. Chem. Phys. 2007. V. 126. P. 234301.
17. Bielska K., Kyuberis A.A., Reed Z.D., Li G., Cygan A., Ciuryło R., Adkins E.M., Lodi L., Zobov N.F., Ebert V., Lisak D., Hodges J.T., Tennyson J., Polyansky O.L. Subpromille measurements and calculations of CO (3–0) overtone line intensities // Phys. Rev. Lett. 2022. V. 129. P. 043002.
18. Sizov F., Rogalski A. THz detectors // Prog. Quantum Electron. 2010. V. 34, N 5. P. 278–347.
19. Consolino L., Bartalini S., De Natale P. Terahertz frequency metrology for spectroscopic applications: A review // J. Infrared Millim. Terahertz Waves. 2017. V. 38, N 11. P. 1289–1315.
20. Yu S., Pearson J.C., Drouin B.J., Martin-Drumel M.-A., Pirali O., Vervloet M., Coudert L.H., Muller H.S.P., Brunken S. Measurement and analysis of new terahertz and far-infrared spectra of high temperature water // J. Mol. Spectrosc. 2012. V. 279. P. 16–25.
21. Coudert L.H., Wagner G., Birk M., Baranov Yu.I., Lafferty W.J., Flaud J.-M. The H₂¹⁶O molecule: Line position and line intensity analyses up to the second triad // J. Mol. Spectrosc. 2008. N 251. P. 339–357.
22. Coudert L.H., Martin-Drumell M.-A., Pirali O. Analysis of the high-resolution water spectrum up to the second triad and to J = 30 // J. Mol. Spectrosc. 2014. V. 303. P. 36–41.
23. Schwenke D.W., Partridge H. Convergence testing of the analytic representation of an ab initio dipole moment function for water: Improved fitting yields improved intensities // J. Chem. Phys. 2000. V. 113. P. 6592.
24. Reed Z.D., Tran H., Ngo H.N., Hartmann J.-M., Hodges J.T. Effect of non-markovian collisions on measured integrated line shapes of CO // Phys. Rev. Lett. 2023. V. 130, N 143001. DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.143001.
25. Lodi L., Tennyson J., Polyansky O.L. A global, high accuracy ab initio dipole moment surface for the electronic ground state of the water molecule // J. Chem. Phys. 2011. V. 135, N 3. P. 034113.
26. Sironneau V.T., Hodges J.T. Line shapes, positions and intensities of water transitions near 1.28 mm // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2015. V. 152. P. 1–15.
27. Conway E.K., Kyuberis A.A., Polyansky O.L., Tennyson J., Zobov N.F. A highly accurate ab initio dipole moment surface for the ground electronic state of water vapour for spectra extending into the ultraviolet // J. Chem. Phys. 2018. V. 149. P. 084307.
28. Vasilchenko S., Mikhailenko S.N., Campargue A. Cavity ring down spectroscopy of water vapor near 750 nm: A test of the HITRAN2020 and W2020 line lists // Mol. Phys. 2022. V. 120, N 22051762.
29. Solodov A.M., Petrova T.M., Solodov A.A., Deichuli V.M., Naumenko O.V. FT spectroscopy of water vapor in the 0.9 mm transparency window // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2022. V. 293, N 108389.
30. Rubin T.M., Sarrazin M., Zobov N.F., Tennyson J., Polyansky O.L. Sub-percent accuracy for the intensity of a near-infrared water line at 10670 cm^-1: Experiment and analysis // Mol. Phys. 2022. V. 120, N 19–20. P. e2063769.
31. HITRAN database. URL: https://hitran.org/ (last access: 15.02.2023).
32. Jacquinet-Husson N., Armante R., Scott N.A., Chédin A., Crépeau L., Boutammine C., Bouhdaoui A., Crevoisier C., Capelle V., Boonne C., Poulet-Crovisier N., Barbe A., Chris Benner D., Boudon V., Brown L.R., Buldyreva J.,  Campargue A., Coudert L.H., Devi V.M., Down M.J., Drouin B.J., Fayt A., Fittschen C., Flaud J.-M., Gamache R.R., Harrison J.J., Hill C., Hodnebrog Ø., Hu S.-M., Jacquemart D.,  Jolly A., Jiménez E., Lavrentieva N.N., Liu A.-W., Lodi L., Lyulin O.M., Massie S.T.  Mikhailenko S., Müller H.S.P., Naumenko O.V., Nikitin A, Nielsen C.J., Orphal J., Perevalov V.I., Perrin A., Polovtseva E., Predoi-Cross A., Rotger M., Ruth A.A., Yu S.S., Sung K., Tashkun S.A., Tennyson J., Tyuterev Vl.G., Vander Auwera J., Voronin B.A., Makie A. The 2015 edition of the GEISA spectroscopic database // J. Mol. Spectrosc. 2016. V. 327. P. 31–72.
33. GEISA Spectroscopic database. URL: https://geisa. aeris-data.fr/# (last access: 15.02.2023).
34. Jet Propulsion Laboratory, Catalog directory. URL: https: // spec.jpl.nasa.gov/ftp/pub/catalog/catdir.html (last access: 15.02.2023).
35. Tennyson J., Yurchenko S.N. ExoMol: Molecular line lists for exoplanet and other atmospheres // Mon. Not. R. Astron. Soc. 2012. V. 425(1). P. 21–33.
36. ExoMol, High temperature molecular line lists for modelling exoplanet atmospheres. URL: https://www.exomol.com/ (last access: 15.02.2023).
37. Furtenbacher T., Tobias R., Tennyson J., Polyansky O.L., Kyuberis A.A., Ovsyannikov R.I., Zobov N.F., Császár A.G. The W2020 database of validated rovibrational experimental transitions and empirical energy levels of water isotopologues. II. H₂¹⁷O and H₂¹⁸O with an update to H₂¹⁶O // J. Phys. Chem. Ref. Data. 2020. V. 49. P. 043103.
38. Conway E.K., Gordon I.E., Kyuberis A.A., Polyansky O.L., Tennyson J., Zobov N.F. Calculated line lists for H₂¹⁶O and H₂¹⁸O with extensive comparisons to theoretical and experimental sources including the HITRAN2016 database // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2020. V. 241. P. 106711.
39. Polyansky O.L., Kyuberis A.A., Zobov N.F., Tennyson J., Yurchenko S.N., Lodi L. ExoMol molecular line lists XXX: A complete high-accuracy line list for water // Mon. Not. R. Astron. Soc. 2018. V. 480, N 2. P. 2597–2608.
40. Barber R.J., Tennyson J., Harris G.J., Tolchenov R.N. A high-accuracy computed water line list // Mon. Not. R. Astron. Soc. 2006. V. 368. P. 1087–1094.
41. Shirin S.V., Polyansky O.L., Zobov N.F., Barletta P., Tennyson J. Spectroscopically determined potential energy surface of H₂¹⁶O up to 25000 cm^-1 // J. Chem. Phys. 2003. V. 118, N 5. P. 2124–2129.
42. Lynas-Gray A.E., Miller S., Tennyson J. Infrared transition intensities for water: A comparison of ab initio and fitted dipole moment surfaces // J. Mol. Spec. 1995. V. 169. P. 458–467.
43. Bubukina I.I., Zobov N.F., Polyansky O.L., Shirin S.V., Yurchenko S.N. Optimized semiempirical potential energy surface for H₂¹⁶O up to 26000 cm^-1 // Opt. Spectrosc. 2011. V. 110, N 2. P. 160–166.
44. Conway E.K., Gordon I.E., Tennyson J., Polyansky O.L., Yurchenko S.N., Chance K. A semi-empirical potential energy surface and line list for H₂¹⁶O extending into the near-ultraviolet // Atmos. Chem. Phys. 2020. V. 20. P. 10015–10027.
45. Mizus I.I., Kyuberis A.A., Zobov N.F., Makhnev V.Yu., Polyansky O.L., Tennyson J. High-accuracy water potential energy surface for the calculation of infrared spectra // Phil. Trans. R. Soc. Lond. A. 2018. V. 376. P. 20170149.
46. Becker G.E., Autler S.H. Water vapor absorption of electromagnetic radiation in the centimeter wave-length range // Phys. Rev. 1946. V. 70, N 5–6. P. 300–307.
47. Liebe H.J., Thompson M.C., Dillon T.A. Dispersion studies of the 22 GHz water vapor line shape: I. The Lorentzian behavior // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 1969. V. 9. P. 31–47.
48. Tretyakov M.Yu., Parshin V.V., Koshelev M.A., Shanin V.N., Myasnikova S.E., Krupnov A.F. Studies of 183 GHz water line: Broadening and shifting by air, N₂, and O₂ and integral intensity measurements // J. Mol. Spectrosc. 2003. V. 218. P. 239–245.
49. Koshelev M.A., Tretyakov M.Yu., Golubiatnikov G.Yu., Parshin V.V., Markov V.N., Koval I.A. Broadening and shifting of the 321-, 325-, and 380-GHz lines of water vapor by the pressure of atmospheric gases // J. Mol. Spectrosc. 2007. V. 241. P. 101–108.