Том 16, номер 09, статья № 9

Аннотация:

Рассматривается современное состояние исследований ИК-спектра высокотемпературного (Т < 3000 К) и термодинамически неоднородного водяного пара. Обсуждаются физические модели описания (в рамках прямых расчетов line by line) коэффициентов поглощения и излучательной способности высокотемпературного водяного пара. Основное внимание уделяется разработке спектроскопического информационного обеспечения: формированию баз данных по параметрам спектральных линий водяного пара на основе генерирующей информационной системы "HOTGAS-H2O", с помощью которой в пределах общепринятых допу-щений (диффузность излучения и наличие локального термодинамического равновесия внутри одного слоя) рассчитана излучательная способность водяного пара для различных соотношений концентраций и температур 300 - 3000 K. При этом стратифицированная среда моделировалась плоскопараллельными слоями различной толщины. На основе прямых расчетов предложены аппроксимации коэффициентов поглощения, значительно упрощающих их вычисления. Впервые приведены значения неселективной компоненты поглощения водяного пара в диапазоне 8-12 мкм для температур 1500-3000 К.

Список литературы:

1. Ельяшевич М.А. Вращательно-колебательная энергия молекул // Тр. ГОИ. 1938. Т. 12. № 106. С. 3-134.
2. Вильсон Е., Дешиус Д., Кросс П. Теория колебательных спектров молекул. М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1949. 358 с.
3. Герцберг Г. Колебательные и вращательные спектры многоатомных молекул. М.: Мир, 1949. 648 с.
4. Герцберг Г. Электронные спектры и строение многоатомных молекул. М.: Мир, 1969. 772 с.
5. Стариков В.И., Тютерев Вл.Г. Внутримолекулярные взаимодействия и теоретические методы в спектроскопии нежестких молекул. Томск: Изд-во "Спектр" ИОА СО РАН, 1997. 232 с.
6. Быков А.Д., Макушкин Ю.С., Улеников О.Н. Колебательно-вращательная спектроскопия водяного пара. Новосибирск: Наука, 1989. 296 с.
7. Быков А.Д., Синица Л.Н., Стариков В.И. Экспериментальные и теоретические методы в спектроскопии молекул водяного пара. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1999. 376 с.
8. Пеннер С.С. Количественная молекулярная спектроскопия и излучательная способность газов. М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1963. 495 с.
9. Кондратьев К.Я., Москаленко Н.И. Тепловое излучение планет. Л.: Гидрометеоиздат, 1977. 264 с.
10. Свердлов Л.М., Ковнер М.А., Крайнов Е.П. Колебательные спектры многоатомных молекул. М.: Наука, 1970. 650 с.
11. Несмелова Л.Н. Родимова О.Б., Творогов С.Д. Контур спектральной линии и межмолекулярное взаимодействие. Новосибирск: Наука, 1986. 213 c.
12. Банкер Ф. Симметрия молекул и молекулярная спектроскопия. М.: Мир, 1981. 456 с.
13. Войцеховская О.К., Розина А.В., Трифонова Н.Н. Информационная система по спектроскопии высокого разрешения. Новосибирск: Наука, 1988. 150 с.
14. Каменщиков В.А., Пластинин Ю.А., Николаев В.М., Новицкий Л.А. Радиационные свойства газов при высоких температурах. М.: Машиностроение, 1971. 440 с.
15. Авилова И.В., Биберман М.М., Воробьев В.С., Замалин В.М., Кабзев Г.А., Ларионов А.Н., Мнацаканян А.Х., Норман Г.Э. Оптические свойства горячего воздуха. М.: Наука, 1970. 355 с.
16. Gutman A. Absolute infrared intensity measurements on nitrogen dioxide and dinitrogen tetroxide // J. Quant. Spectrosc. and Radiat. Transfer. 1962. V. 2. № 1. P. 1-15.
17. Goldstein R. Measurements of infrared absorption by water vapor at temperatures to 1000 K // J. Quant. Spectrosc. and Radiat. Transfer. 1964. V. 4. № 2. P. 343-352.
18. Волькенштейн М.В., Грибов Л.А., Ельяшевич А.А., Степанов Б.И. Колебания молекул. М.: Наука, 1972. 700 с.
19. Лисица М.П., Стрижевский В.Л. О температурной зависимости колебательных полос поглощения в газах // Оптика и спектроскопия. 1961. Т. 10. Вып. 1. С. 48-54.
20. Breese J.C., Ferriso C.C., Ludwig C.B., Malkmus W. Temperature dependence of the total integrated intensity of vibrational-rotational band systems // J. Chem. Phys. 1965. V. 42. № 1. P. 402-406.
21. Коньков А.А., Воронцов А.В. Экспериментальные исследования излучения основных полос H2O и OH при высоких температурах // Оптика и спектроскопия. 1974. Т. 36. № 4. С. 649-653.
22. Yao S.J., Overend J. Vibrational intensities. XXIII. The effect of anharmonism on the temperature dependence of integrated band intensities // Spectrochim. acta. A. 1976. V. 32. № 5. P. 1059-1065.
23. Войцеховская О.К., Макушкин Ю.С., Черепанов В.Н. Интенсивности возбужденных колебательных переходов молекулы водяного пара в диапазоне температур 300-6000 К. Томск, 1977. 28 с. Деп. в ВИНИТИ, № 1017-77.
24. Rothman L.S., Gamache R.R., Tipping R.H., Rinsland C.P., Smith M.A.H., Benner D.C., Devi V.M., Flaud J.-M., Camy-Peyret C., Perrin A., Goldman A., Massie S.T., Brown L.R., Toth R.A. The HITRAN molecular database: Editions of 1991 and 1992 // J. Quant. Spectrosc. and Radiat. Transfer. 1992. V. 48. N 5-6. P. 469-507.
25. Rothman L.S., Rinsland C.P., Goldman A., Massie S.T., Edwards D.P., Flaud J.-M., Perrin A., Camy-Peyret C., Dana V., Mandin J.-Y., Schroeder J., McCann A., Gamache R.R., Watson R.B., Yoshino K., Chance K.V., Jucks K.W., Brown L.R., Nemtchinov V., Varanasi P. The HITRAN molecular spectroscopic database and HAWKS (HITRAN atmospheric workstation): 1996 edition // J. Quant. Spectrosc. and Radiat. Transfer. 1998. V. 60. N 5. P. 665-710.
26. McClatchey R.A., Benedict W.S., Clough S.A., Burch D.E., Calfu R.F., Fox K., Rothman L.S., Garing J.S. AFCRL atmospheric absorption line parameters compilation // AFCRL-TR-0096. 1973. E.R.P. № 434. P. 78.; Rothman L.S., McClatchey R.A. Updating of the AFCRL atmospheric absorption line parameters compilation // Appl. Opt. 1976. V. 15. № 11. P. 2616-2617.
27. Rothman L.S. Updating at the AFGL atmospheric absorption line parameters compilation // Appl. Opt. 1978. V. 17. № 22. P. 3517-3519; Rothman L.S. AFGL atmospheric absorption line parameters compilation: 1980 version // Appl. Opt. 1981. V. 20. № 5. P. 791-795; Rothman L.S., Goldman A., Gillis J.R., Tipping R.H., Brown L.R., Margolis J.S., Maki A.S., Yong L.D.G. AFGL trace gas compilation: 1980 version // Appl. Opt. 1981. V. 20. № 8. P. 1321-1328.
28. Rothman L.S., Gamache R.R., Barbe A., Goldman A., Gillis J.R., Brown L.R., Toth R.A., Flaud J.-M., Camy-Peyret C. AFGL atmospheric absorption line parameters compilation: 1982 edition // http://www. opticsinfobase.org/; Rothman L.S., Goldman A., Gills J.R., Gamache R.R., Picket H.M., Poynter R.L., Husson N., Chedin A. AFGL trace gas compilation: 1982 version // Appl. Opt. 1983. V. 22. № 11. P. 1616-1627.
29. Chedin A., Husson N., Scott N.A. Une banque de donnies pour l'itude des phinomhnes de transfert radiatif dans les atmospheres planitaires: la banque GEISA // Bull. d'Inform. du Centre de Donnies Stellaires. 1982. V. 22. P. 121-124; Жакине-Уссон Н., Скотт Н.А., Шедан А., Чурсин А.А. Спектроскопическая база данных GEISA, обновленная для IASI (моделирование прямого радиационного потока) // Оптика атмосф. и океана. 2003. Т. 16. № 3. С. 282-287.
30. Мицель А.А., Фирсов К.М., Фомин Б.А. Перенос оптического излучения в молекулярной спектроскопии. Томск: Изд-во SST, 2001. 444 с.
31. Rothman L.S., Camy-Peyret C., Flaud J.-M., Gamache R.R., Goorvitch D., Goldman A., Hawkins R.L., Schroeder J., Selby J.E.A., Wattson R.B. HITEMP, the High-Temperature Molecular Spectroscopic Database // J. Quant. Spectrosc. and Radiat. Transfer (in press).
32. Войцеховская О.К. Расчет КВ-структуры спектра водяного пара для диапазона температур 300-2500 K // Оптика атмосф. 1990. T. 3. № 6. С. 585-591.
33. Войцеховская О.К., Трифонова Н.Н., Кузьмина М.В. Широкополосные спектральные характеристики водяного пара в ИК-диапазоне при температурах 300-2000 К // Оптика атмосф. и океана. 1992. Т. 5. № 5. С. 464-471.
34. Войцеховская О.К., Пешков А.А., Тарасенко М.М., Шелудяков Т.Ю. Информационная система "HOTGAS" для расчетов спектральных характеристик нагретых газов СО, СО2 и Н2О // Изв. вузов. Физ. 2000. Т. 43. № 8. С. 43-51.
35. Войцеховская О.К., Макушкин Ю.С., Сулакшина О.Н. Анализ различных наборов электрооптических параметров молекулы водяного пара // Внутримолекулярные взаимодействия и инфракрасные спектры атмосферных газов / Под ред. Ю.С. Макушкина. Томск: Изд-во ИОА СО АН СССР, 1975. С. 78-87.
36. Войцеховская О.К., Зуев В.Е., Ипполитов И.И., Макушкин Ю.С. Расчет интенсивностей спектральных линий водяного пара с учетом колебательно-вращательного взаимодействия // Ж. прикл. спектроскопии. 1972. Т. 17. № 1. С. 164-167.
37. Войцеховская О.К., Ипполитов И.И., Макушкин Ю.С. Расчет интенсивностей спектральных линий водяного пара в полосах первых обертонов и составных частот // Оптика и спектроскопия. 1973. Т. 35. Вып. 1. С. 42-47.
38. Войцеховская О.К., Ипполитов И.И., Макушкин Ю.С. Влияние внутримолекулярных взаимодействий на интенсивность линий чисто вращательного спектра // Оптика и спектроскопия. 1972. Т. 33. Вып. 1. С. 78-83.
39. Cherepanov V.N., Kochanov V.P., Makushkin Yu.S., Sinitsa L.N., Solodov A.M., Sulakshina O.N., Voitsekhovskaya O.K. Water Vapor Line Strengths in 1- m Region // J. Molec. Spectrosc. 1985. V. 111. P. 173-178.
40. Aganbekyan K.A., Voitsekhovskaya O.K., Gulyaev G.A., Kulikov V.V., Trifonova N.N. The water vapor weak line intensities in a range 8 to 10 m // J. Mol. Spectrosc. 1988. V. 130. N 1. P. 258-261.
41. Войцеховская О.К., Черепанов В.Н. Интенсивности линий водяного пара в видимой области спектра // Изв. вузов. Физ. 1983. № 7. С. 118-119.
42. Войцеховская О.К., Макушкин Ю.С., Сулакшина О.Н., Черепанов В.Н. Методы и результаты вычисления вероятностей переходов простых молекул // VI Всесоюзн. симпоз. по молекулярной спектроскопии высокого и сверхвысокого разрешения: Тез. докл. Томск: Изд-во ТФ СО АН СССР, 1982. С. 131-136.
43. Flaud J.-M., Camy-Peyret C. Vibration-rotation intensities in H2O-type molecules: application to the 2 2, 1 and 3 bands of H216O // J. Mol. Spectrosc. 1975. V. 55. № 1. P. 278-310.
44. Camy-Peyret C., Flaud J.-M., Toth R.A. Vibration-rotation intensities for the 3 2, 1 + 2 and 2 + 3 bands of H216O // J. Mol. Spectrosc. 1977. V. 67. № 1. P. 117-131.
45. Camy-Peyret C., Flaud J.-M. Line positions and intensities in the 2 band of H216O // J. Mol. Spectrosc. 1976. V. 32. № 2. P. 523-537.
46. Camy-Peyret C., Flaud J.-M., Maillard J.-P. The 4 2 Band of H216O // J. Phys. Lett. 1980. V. 41. № 2. P. 123-126.
47. Mandin J.-Y., Chevillard J.-P., Camy-Peyret C., Flaud J.-M. Line Intensities in the 1 + 2 2, 2 + 3, 2 2, 1 + 3, 2 3 and 1 + 2 + 3 - 2 Bands of H216O between 6300 and 7900 cm-1 // J. Mol. Spectrosc. 1986. V. 118. № 1. P. 96-102.
48. Partridge H., Schwenke D.W. The determination of an accurate isotope dependent potential energy surface for water from extensive ab initio calculations and experimental data // J. Chem. Phys. 1997. V. 106. N 11. P. 4618-4638.
49. Jorgensen U.G., Jensen P. The dipole moment surface and the vibrational transition moments of H2O // J. Mol. Spectrosc. 1993. V. 161. N 1. P. 219-242.
50. Tyuterev Vl.G., Starikov V.I., Tashkun S.A., Mikhailenko S.N. Calculation of high rotation energies of water molecule using the generating function model // J. Mol. Spectrosc. 1995. V. 170. N 1. P. 38-58.
51. Starikov V.I., Mikhailenko S.N. Expansion of the generating-function for non-rigid X2Y-type by means of the Borel-type summation // J. Phys. B. 2000. V. 33. N 11. P. 2141-2151.
52. Lanquetin R., Coudert L.H., Camy-Peyret C. High-Lying Rotational of Water: Comparison of Calculated and Experimental Energy Levels for (000) and (010) up to J = 25 and 21 // J. Mol. Spectrosc. 1999. V. 195. N 1. P. 54-67.
53. Polyansky O.N., Zobov N.E., Viti S., Tennyson J., Bernath P.F., Wallace L. High-Temperature Rotational Transitions of Water in Sunspot and Laboratory Spectra // J. Mol. Spectrosc. 1997. V. 186. N 2. P. 422-447.
54. Lanquetin R., Coudert L.H., Camy-Peyret C. High-Lying Rotational Levels of Water: An Analysis of Energy Levels of the Five First Vibrationl States // J. Mol. Spectrosc. 2001. V. 206. N 1. P. 83-103.
55. Schwenke D.W. New H2O Rovibrational Line Assigments // J. Mol. Spectrosc. 1998. V. 190. N 2. P. 397-402.
56. Csaszar A.G., Kain J.S., Polyansky O.N., Zobov N.F., Tennyson J. Relativistic correction to the potential energy surface and vibration-rotation levels of water // Chem. Phys. Lett. 1998. V. 293. N 3-4. P. 317-323.
57. Kain J.S., Polyansky O.N., Tennyson J. The ground -state potential energy surface of water: barrier to linearity and its effect on the vibrational-rotational levels // Chem. Phys. Lett. 2000. V. 317. N 3-5. P. 365 - 371.
58. Jenouvrier A., Merienne M.F., Carleer M., Colin R., Vandaele A.-C., Bernath P.F., Polyansky O.N., Tennyson J. The Visible and Near Ultraviolet Rotation-Vibration Spectrum of HOD // J. Mol. Spectrosc. 2001. V. 209. N 2. P. 165-168.
59. Антух Г.В., Войцеховская О.К., Трифонова Н.Н. Эмпирические соотношения для расчета полуширин линий атмосферных газов // Оптика атмосф. и океана. 1992. Т. 5. № 2. С. 218-223.
60. Войцеховская О.К., Зуев В.Е., Макушкин Ю.С., Попков А.И., Розина А.В., Сулакшина О.Н., Трифонова Н.Н., Черепанов В.Н., Яковлев Н.Е. Автоматизированная система формирования и управления базой данных по параметрам спектральных линий атмосферных и примесных газов. Томск: ТФ СО АН СССР, 1985. Препринт № 3. 54 с.
61. Voitsekhovskaya O.K., Makushkin Yu.S., Popkov A.I., Rudenko V.P., Trifonova N.N., Yakovlev N.E., Sulakshina O.N., Cherepanov V.N. Software system for calculation of spectral line parameters // Computer Enhanced Spectrosc. 1984. V. 2. № 3. P. 101-107.
62. Voitsekhovskaya O.K., Makushkin Yu.S., Sulakshina O.N., Trifonova N.N., Cherepanov V.N. Software for calculation of line parameters for simple molecules // Computer Enhanced Spectrosc. 1986. V. 3. P. 13-21.
63. Esplin M.P., Wattson R.B., Hoke M.L., Rothman L.S. High-temperature spectrum of H2O in the 720-1400 cm-1 region // J. Quant. Spectrosc. and Radiat. Transfer. 1998. V. 60. № 5. P. 711-739.
64. Зуев В.Е. Распространение видимых и инфракрасных волн в атмосфере. М.: Сов. радио, 1970. 496 с.
65. Ferriso C.C., Ludwig C.B., Thomson A.L. Empirically determinated infrared absorption coefficients of H2O from 300 to 3000 K // J. Quant. Spectrosc. and Radiat. Transfer. 1966. V. 6. N 3. P. 241-273.
66. Toth R.A. Water Vapor Measurements between 590 and 2582 cm-1: Line Positions and Strengths // J. Mol. Spectrosc. 1998. V. 190. N 2. P. 379-396.
67. Flaud J.-M., Camy-Peyret C., Mandin J.-P. Higher ro-vibrational levels of H2O deduced from high resolution oxygen flame spectra between 6200-9100 cm-1 // Mol. Phys. 1976. V. 32. № 2. P. 499-521.
68. Войцеховская О.К., Котов А.А., Черепанов В.Н. Применение приближения симметричного волчка в спектроскопии высокотемпературного водяного пара // Изв. вузов. Физ. 2001. Т. 44. № 8. С. 24-28.
69. Tennison J., Zobov N.F., Williamson R., Polyansky O.L., Bernarth P.F. Experimental energy levels of the water molecule // J. Phys. and Chem. Ref. Data. 2001. V. 30. N 3. P. 735-831.
70. Hartmann J.M., Taine J., Bonamy J., Labani B., Robert D. Collisional broadening of rotation-vibration lines for asymmetric-top molecules. II. H2O diode laser measurements in the 400-900 K range; calculations in the 300-2000 K range // J. Chem. Phys. 1987. V. 86. № 1. P. 144-156.