English
 English
Главная » Архив номеров » Том 38, 2025 г. » Номер 07 »

Том 38, номер 07, статья № 2

Синица Л. Н., Васильченко С. С., Невзорова Т.А., Дударёнок А. С., Лаврентьева Н. Н. Измерения и расчеты коэффициентов уширения и сдвига линий водяного пара давлением закиси азота и воздуха в полосе 2ν1 + ν2 + ν3. // Оптика атмосферы и океана. 2025. Т. 38. № 07. С. 514–521. DOI: 10.15372/AOO20250702.
Скопировать ссылку в буфер обмена
Аннотация:

Изучение поглощающих свойств водяного пара, самого мощного парникового газа, имеет первостепенное значение для построения климатических моделей на нашей планете. При изменении температуры и давления в атмосфере особенное значение приобретают параметры уширения спектральных линий водяного пара. В работе измерены коэффициенты уширения и сдвига линий Н2O давлением N2O и воздуха при комнатной температуре для 11 колебательно-вращательных переходов (для 6 из них впервые) в полосе 2ν1 + ν2 + ν3, вращательное квантовое число J меняется от 0 до 6. Измерения проведены на CRDS-спектрометре высокой чувствительности (6,5 × 10-11 см-1), аппаратная функция которого на порядки уже ширины исследуемых линий. Вычислены коэффициенты уширения и сдвига линий с использованием модификации полуклассического подхода, при которой в расчетную схему включен корректирующий фактор. Проведено сравнение полученных нами параметров с опубликованными данными. Результаты работы могут применяться для уточнения спектроскопической информации в системе HITRAN.

Ключевые слова:

параметры контура линии, уширение линии, полуширина линии, сдвиг линии, водяной пар, закись азота

Иллюстрации:
Список литературы:

1. Gamache R.R., Hartmann J.M. An intercomparison of measured pressure-broadening and pressure-shifting parameters of water vapor // Can. J. Chem. 2004. V. 82. P. 1013–1027. DOI: 10.1139/v04-069.
2. Ibrahim N., Chelin P., Orphal J., Baranov Y.I. Line parameters of H2O around 0.8 μm studied by tunable diode laser spectroscopy // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2008. V. 109, N 15. P. 2523–2536. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2008.04.008.
3. Ngo N.H., Ibrahim N., Landsheere X., Tran H., Chelin P., Schwell M., Hartmann J.M. Intensities and shapes of H2O lines in the near-infrared by tunable diode laser spectroscopy // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2012. V. 113, N 11. P. 870–877. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2011.12.007.
4. Ibrahim N., Chelin P., Orphal J., Baranov Y.I. Corrigendum to “Line parameters of H2O around 0.8 μm studied by tuneable diode laser spectroscopy” // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2012. V. 113. P. 818–819. DOI: 10.5000/IAO.2012.2.12433.
5. Ray A., Bandyopadhyay A., Ray B., Biswas D., Ghosh P.N. Line-shape study of water vapour by tunable diode laser spectrometer in the 822–832 nm wavelength region // Appl. Phys. B. 2004. V. 79. P. 915–921. DOI: 10.1007/s00340-004-1643-y.
6. Schermaul R., Learner R.C.M., Newnham D.A., Williams R.G., Ballard J., Zobov N.F., Belmiloud D., Tennyson J. The water vapor spectrum in the region 8600–15000 cm-1: Experimental and theoretical studies to a new spectral line database // J. Mol. Spectrosc. 2001. V. 208. P. 32–42. DOI: 10.1006/jmsp.2001.8374.
7. Lucchesini A., Gozzini S., Gabbanini C. Water vapor overtones pressure line broadening and shifting measurements // Eur. Phys. J. D. 2000. V. 8. P. 223–226. DOI: 10.1007/s10053-000-8807-z.
8. Ponsardin P.L., Browell E.V. Measurements of H216O linestrengths and air-induced broadenings and shifts in the 815-nm spectral region // J. Mol. Spec. 1997. V. 185. P. 58–70. DOI: 10.1006/jmsp.1997.7354.
9. Adler-Golden S., Lee J., Goldstein N. Diode laser measurements of temperature-dependent line parameters for water vapor near 820 nm // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 1992. V. 48, N 5–6. P. 527–535. DOI: 10.1016/0022-4073(92)90118-N.
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., Canèw 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., Auwera J.V., 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, N 1. P. 107949. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2021.107949.
11. Vispoel B., Cavalcanti J.H., Paige E.T., Gamache R.R. Vibrational dependence, temperature dependence, and prediction of line shape parameters for the H2O–N2 collision system // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2020. V. 253. P. 107030. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2020.107030.
12. Jacquemart R.R. Gamache R.R., Rothman L.S. Semi-empirical calculation of air-broadened half-widths and air pressure-induced frequency shifts of water-vapor absorption lines // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2005. V. 96. P. 205–239. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2004.11.018.
13. Васильченко С.С., Касси С., Луговской А.А. Высокочувствительный резонаторный кольцевой спектрометр для высокоразрешающей спектроскопии атмосферных газов в области 745–775 нм // Оптика атмосф. и океана. 2021. Т. 34, № 1. С. 274–277. DOI: 10.1134/S1024856021030179; Vasilchenko S.S., Kassi S., Lugovskoi A.A. High-sensitivity cavity ring-down spectrometer for high-resolution spectroscopy of atmospheric gases in the 745–775 nm region // Atmos. Ocean. Opt. 2021. V. 34, N 3. P. 274–277.
14. Круглова Т.В., Щербаков А.П. Автоматизированный поиск линий в молекулярных спектрах на основе непараметрических статистических методов: регуляризация в оценке параметров спектральных линий // Опт. и спектроскоп. 2011. Т. 111. С. 353–356. DOI: 10.1134/s0030400x1109013x.
15. Ngo N.H., Lisak D., Tran H., Hartmann J.M. An isolated line-shape model to go beyond the Voigt profile in spectroscopic databases and radiative transfer codes // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2013. V. 129. P. 89–100. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2013.05.034.
16. Lisak D., Hodges J.T., Ciurylo R. Comparison of semiclassical line-shape models to rovibrational H2O spectra measured by frequency-stabilized cavity ring-down spectroscopy // Phys. Rev. A. 2006. V. 73. Р. 012507. DOI: 10.1103/PhysRevA.73.012507.
17. Tennyson J., Bernath P.F., Campargue A., Csaszar A.G., Daumont L., Gamache R.R., Hodges J.T., Lisak D., Naumenko O.V., Rothman L.S., Tran H., Zobov N.F., Buldyreva J., Boone C.D., De Vizia M.D., Gianfrani L., Hartmann J.M., McPheat R., Weidmann D., Murray J., Ngo N.H., Polyansky O.L. A database of water transitions from experiment and theory (IUPAC technical report) // Pure Appl. Chem. 2014. V. 86, N 1. P. 77–83. DOI: 10.1515/pac-2014-5012.
18. Shostak S.L., Muenter J.S. The dipole moment of water.  II. Analysis of the vibrational dependence of the dipole moment in terms of a dipole moment function // J. Chem. Phys. 1991. V. 94. P. 5883–5890. DOI: 10.1063/1.460472.
19. Flygare W.H., Benson R.C. The molecular Zeeman effect in diamagnetic molecules and the determination of molecular magnetic moments (g values), magnetic susceptibilities, and molecular quadrupole moments // Mol. Phys. 1971. V. 20. P. 225–250. DOI: 10.1080/00268977100100221.
20. Halkier A., Coriani S., Jørgensen P. The molecular electric quadrupole moment of N2 // Chem. Phys. Lett. 1998. V. 294. P. 292–296. DOI: 10.1016/S0009- 2614(98)00878-1.
21. Buckingham A.D., Disch R.L., Dunmur D.A. Quadrupole moments of some simple molecules // J. Am. Chem. Soc. 1968. V. 90. P. 3104–3107. DOI: 10.1021/ja01014a023.
22. Mogi K., Komine T., Hirao K. A theoretical study on the dipole moment of N2O and the weakly bound complexes formed by N2O // J. Chem. Phys. 1991. V. 95. P. 8999. DOI: 10.1063/1.461231.
23. Chetty N., Couling V.W. Measurement of the electric quadrupole moment of N2O // J. Chem. Phys. 2011. V. 134. P. 144307. DOI: 10.1063/1.3578609.
24. Bykov A.D., Lavrentieva N.N., Sinitsa L.N. Semi-empiric approach of the calculation of H2O and CO2 line broadening and shifting // Mol. Phys. 2004. V. 102, N 14–15. P. 1653–1658. DOI: 10.1080/00268970410001725765.
25. Anderson P.W. Pressure broadening in the microwave and infrared regions // Phys. Rev. 1949. V. 76. P. 647–661. DOI: 10.1103/PhysRev.76.647.
26. Tsao C.J., Curnutte B. Line-width of pressure-broadened spectral lines // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 1961. V. 2. P. 41–91. DOI: 10.1016/0022-4073(62)90013-4.
27. Barber R.J., Tennyson J., Harris G.H., Tolchenov R.N. A high-accuracy computed water line list // Mon. Not. R. Astron. Soc. 2006. V. 368. P. 1087–1094. DOI: 10.1111/j.1365-2966.2006.10184.x.
28. Luo Y., Agren H., Vahtras O., Jorgensen P., Spirko V., Hettema H. Frequency-dependent polarizabilities and first hyperpolarizabilities of H2O // J. Chem. Phys. 1993. V. 98. P. 7159–7164. DOI: 10.1063/1.464733.
29. Gray C.G., Gubbins K.E. Theory of molecular Muids. Oxford: Clarendon Press, 1984. 575 p.