Том 39, номер 01, статья № 1

Аннотация:

Углекислый газ является заметной компонентой атмосферы Земли и существенной частью атмосфер других планет земной группы. В настоящей работе поглощение углекислым газом рассматривается на основе асимптотической теории крыльев линий. Найдены параметры контура линии путем подгонки к экспериментальным значениям поглощения при температурах 200–300 К в крыле полосы 4,3 мкм СО₂. Отмечено разное поведение поглощения в зависимости от температуры вблизи полосы (2400–2440 см^-1) и при удалении от нее (2500–2590 см^-1). Полученные данные представляют интерес для спектроскопии и могут быть важны при атмосферном моделировании.

Ключевые слова:

поглощение, двуокись углерода, температурная зависимость, крылья линий

Список литературы:

1. Rubens H., Aschkinass E. Beobachtungen über Absorption und Emission von Wasserdampf und Kohlensaure im ultraroten Spectrum // Ann. Phys. 1898. V. 300. P. 584–601.
2. Elsasser W.M. Far infrared absorption of atmospheric water vapor // Astrophys. J. 1938. V. 87. P. 497–507.
3. Penner S.S., Varanasi P. Spectral absorption coefficients in the rotation spectrum of water vapor // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 1967. V. 7, N 4. P. 687–690.
4. Творогов С.Д., Несмелова Л.И. Радиационные процессы в крыльях полос атмосферных газов // Изв. АН СССР. Сер. Физ. атмосф. и океана. 1976. Т. 12, № 6. С. 627–633.
5. Несмелова Л.И., Родимова О.Б., Творогов С.Д. Контур спектральной линии и межмолекулярное взаимодействие. Новосибирск: Наука, 1986. 216 с.
6. Ma Q., Tipping R.H., Leforestier C. Temperature dependences of mechanisms responsible for the water-vapor continuum absorption: 1. Far wings of allowed lines // J. Chem. Phys. 2008. 2008. V. 128. P. 124313. DOI: 10.1063/1.2839604.
7. Simonova A.A., Ptashnik I.V., Shine K.P. Semi-empirical water dimer model of the water vapour self-continuum within the IR absorption bands // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2024. V. 329. P. 109198. DOI: 10.2139/ssrn.4826877.
8. Winters B.H., Silverman S., Benedict W.S. Line shape in the wing beyond the band head of the 4.3 μm band of CO₂ // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 1964. V. 4, N 4. P. 527–537.
9. Burch D.E., Gryvnak D.A., Patty R.R., Bartky Ch.E. Absorption of infrared radiant energy by CO₂ and H₂O. IV. Shapes of collision-broadened CO₂ lines // J. Opt. Soc. Am. 1969. V. 59, N 3. P. 267–280.
10. Буланин М.О., Булычев В.П., Гранский П.В., Коузов А.П., Тонков М.В. Исследование функций пропускания СО₂ в области полос 4,3 и 15 мкм // Проблемы физики атмосферы. 1976. Вып. 13. C. 14–24.
11. Bulanin M.O., Dokuchaev A.B., Tonkov M.V., Filipov N.N. Influence of the line interference on the vibratio-rotation band shapes // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 1984. V. 31, N 6. P. 521–543.
12. Le Doucen R., Cousin C., Boulet C., Henry A. Temperature dependence of the absorption in the region beyond the 4.3 μm band of CO₂. I: Pure CO₂ case // Appl. Opt. 1985. V. 24, N 6. P. 897–906.
13. Cousin C., Le Doucen R., Boulet C., Henry A. Temperature dependence of the absorption in the region beyond the 4.3-μm band head of CO₂. 2: N₂ and O₂ broadening // Appl. Opt. 1985. V. 24, N 22. P. 3899–3906. DOI: 10.1364/AO.24.003899.
14. Hartmann J.M., Perrin M.Y. Measurements of pure CO₂ absorption beyond the v₃ band at high temperatures // Appl. Opt. 1989. V. 28, N 13. P. 2550–2553. DOI: 10.1364/AO.28.002550.
15. Perrin M.Y., Hartmann J.M. Temperature-dependent measurements and modeling of absorption by CO₂–N₂ mixtures in the far line-wings of the 4.3 μm CO₂ band // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 1989. V. 42, N 4. P. 311–317.
16. Hartmann J.-M., Boulet C., Tran H., Nguyen M.T. Molecular dynamics simulations for CO₂ absorption spectra. I. Line broadening and the far wing of the v₃ infrared band // J. Chem. Phys. 2010. V. 133, N 14. P. 144313. DOI: 10.1063/1.3489349.
17. Hartmann J.-M., Tran H., Armante R., Boulet C., Campargue A., Forget F., Gianfrani L., Gordon I., Guerlet S., Gustafsson M., Hodges J.T., Kassi S., Lisak D., Thibault F., Toon G.C. Recent advances in collisional effects on spectra of molecular gases and their practical consequences // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2018. V. 213. P. 178–227. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2018.03.016.
18. Творогов С.Д., Родимова О.Б., Несмелова Л.И. Спектральный обмен и периферия контура спектральных линий. Критический обзор // Оптика атмосф. 1990. Т. 3, № 5. С. 468–484.
19. Баранов Ю.И., Буланин М.О., Тонков М.В. Исследование крыльев линий колебательно-вращательной полосы 3ν₃ СО₂ // Опт. и спектроскоп. 1981. T. 50, вып. 3. C. 613–615.
20. Rinsland C.P., Smith M.A.H., Russell III J.M., Park J.H., Farmer C.B. Stratospheric measurements of continuous absorption near 2400 cm^-1 // Appl. Opt. 1981. V. 20, N 24. P. 4167–4171. DOI: 10.1364/AO.20.004167.
21. Hartmann J.M., Boulet C. Line-mixing and finite duration of collision effects in pure CO₂ infrared spectra: Fitting analysis // Proc. of ASA Workshop. Tomsk, 1990. Proceedings. P. 10–13.
22. Hartmann J.-M., Boulet C. Line mixing and finite duration of collision effects in pure CO₂ infrared spectra: Fitting and scaling analysis // J. Chem. Phys. 1991. V. 94. P. 6406–6419. DOI: 10.1063/1.460270.
23. Brodbeck C., Nguyen-Van-Thanh, Bouanich J.-P., Boulet C., Jean-Louis A., Bezard B., De Bergh C. Measurements of pure CO₂ absorption at high densities near 2.3 μm // J. Geophys. Res.: Planets. 1991. V. 96, N E2. P. 17497–17500. DOI: 10.1029/91JE01680.
24. Phillips W.J. Band-model parameters for 4.3 μm CO₂ band in the 300–1000 K temperature region // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 1992. V. 48, N 1. P. 91–104.
25. Scutaru D., Rosenmann L., Taine J., Wattson R.B., Rothman L.S. Measurements and calculations of CO₂ absorption at high temperature in the 4.3 and 2.7 μm regions // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 1993. V. 50, N 2. P. 179–191. DOI: 10.1016/0022-4073(93)90116-Y.
26. Tonkov M.V., Filippov N.N., Bouanich J.P., Thanh N.V., Brodbeck C., Hartmann J.M., Boulet C. Measurements and empirical modeling of pure CO₂ absorption in the 2.3 μm region at room temperature: Far wings, allowed and collision induced bands // Appl. Opt. 1996. V. 35, N 24. P. 4863–4870. DOI: 10.1364/AO.35.004863.
27. Modest M.F., Bharadwaj S.P. Medium resolution transmission measurements of CO₂ at high temperature // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2002. V. 73. P. 329–338. DOI: 10.1016/152460900445992.
28. Niro F., Boulet C., Hartmann J.M. Spectra calculations in central and wing regions of CO₂ IR bands between 10 and 20 μm. I: Model and laboratory measurements // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2004. V. 88, N 4. P. 483–498. DOI: 10.1016/J.JQSRT.2004.04.005.
29. Hartmann J.-M., Boulet C., Tran H., Nguyen M.T. Molecular dynamics simulations for CO₂ absorption spectra. I. Line broadening and the far wing of the v₃ infrared band // J. Chem. Phys. 2010. V. 133, N 14. P. 144313. DOI: 10.1063/1.3489349.
30. Tran H., Boulet C., Stefani S., Snels M., Piccioni G. Measurements and modelling of high pressure pure CO₂ spectra from 750 to 8500 cm^-1. I – Central and wing regions of the allowed vibrational bands // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2011. V. 112, N 6. P. 925–936. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2010.11.021.
31. Климешина Т.Е., Петрова Т.М., Родимова О.Б., Солодов А.А., Солодов А.М. Поглощение СО₂ за кантами полос в области 8000 см^-1 // Оптика атмосф. и океана. 2013. Т. 26, № 11. C. 925–931.
32. Kassi S., Campargue A., Mondelain D., Tran H. High pressure cavity ring down spectroscopy: Application to the absorption continuum of CO₂ near 1.7 μm // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2015. V. 167. P. 97–104. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2015.08.014.
33. Mondelain D., Vasilchenko S., Čermák P., Kassi S., Campargue A. The CO₂ absorption spectrum in the 2.3 μm transparency window by high sensitivity CRDS: (II) Self-absorption continuum // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2017. V. 187. P. 38–43. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2016.09.003.
34. Несмелова Л.И., Родимова О.Б., Творогов С.Д. Коэффициент поглощения света в крыле полосы 4,3 мкм СО₂ // Изв. вузов. Физ. 1980. Вып. 10. C. 106–107.
35. Несмелова Л.И., Родимова О.Б., Творогов С.Д., Войцеховская О.К., Сулакшина О.Н. Коэффициент поглощения в крыльях полос углекислого газа в спектральном интервале 790–910 см^-1 // Изв. вузов. Физ. 1982. Вып. 5. C. 105–108.
36. Несмелова Л.И., Родимова О.Б., Творогов С.Д., Войцеховская О.К., Макушкин Ю.С., Сулакшина О.Н. Коэффициент поглощения света в крыльях полос углекислого газа в области 2,7 мкм // Шестой Всесоюзн. Симпозиум по молекулярной спектроскопии высокого и сверхвысокого разрешения: Тез. докл. Томск, 1982. Ч. 2. C. 62–66.
37. Гальцев А.П., Цуканов В.В. Температурная зависимость коэффициента поглощения за кантом полос углекислого газа // Опт. и спектроскоп. 1983. Т. 55, вып. 2. C. 273–279.
38. Фомин В.В. Учет перекрывания спектральных линий и неадиабатичности столкновений при расчете поглощения за кантом высокочастотного крыла полосы 1,4 мкм СО₂ // Журн. прикл. спектроск. 1983. Т. 39, № 4. С. 633–636.
39. Телегин Г.В., Фомин В.В. Аппроксимация температурных зависимостей коэффициента поглощения в спектре СО₂ // Опт. и спектроскоп. 1984. Т. 56, вып. 5. C. 821–827.
40. Фомин В.В. Молекулярное поглощение в инфракрасных окнах прозрачности. Новосибирск: Наука, 1986. 234 с.
41. Несмелова Л.И., Родимова О.Б., Творогов С.Д. Температурная зависимость коэффициента поглощения за кантом полосы 4,3 мкм СО₂ // Докл. АН СССР. 1987. Т. 294, № 1. C. 68–71.
42. Несмелова Л.И., Родимова О.Б., Творогов С.Д. О природе температурной зависимости коэффициента поглощения в далеком крыле полосы 4,3 мкм СО₂ // Изв. вузов. Физика. 1987. № 12. С. 42–45.
43. Кузнецов М.Н. Расчет поглощения крыльями линий СО₂ в полосе 4,3 мкм // Изв. АН СССР. Физ. атмосф. и океана. 1988. Т. 24, № 4. C. 394–402.
44. Творогов С.Д., Родимова О.Б., Несмелова Л.И. Спектральный обмен и периферия контура спектральных линий. Критический обзор // Оптика атмосф. 1990. Т. 3, № 5. C. 468–484.
45. Тонков М.В., Филиппов Н.Н. Проявление интерференции линий и конечной длительности столкновений в спектрах молекулярного поглощения // Оптика атмосф. и океана. 1991. Т. 4, № 2. С. 115–127.
46. Несмелова Л.И., Родимова О.Б., Творогов С.Д. Спектральное поведение коэффициента поглощения в полосе 4,3 мкм СО₂ в широком диапазоне температур и давлений // Оптика атмосф. и океана. 1992. Т. 5, № 9. C. 939–946.
47. Nesmelova L.I., Rodimova O.B., Tvorogov S.D. On the role of continual and selective absorption in the wing of the 4.3 μm CO₂ band at high pressures and temperatures // Proc. SPIE. 1992. V. 1811. P. 291–294. DOI: 10.1117/12.131164.
48. Filippov N.N., Tonkov M.V. Semiclassical analysis of line mixing in the infrared bands of CO and CO₂ // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 1993. V. 50, N 1. P. 111–125. DOI: 10.1016/0022-4073(93)90134-4.
49. Ma Q., Tipping R.H. An improved quasistatic line-shape theory: The effects of molecular motion on the line wings // J. Chem. Phys. 1994. V. 100, N 8. P. 5567–5579. DOI: 10.1063/1.467124.
50. Творогов С.Д. Проблема периферии контура спектральных линий в атмосферной оптике // Оптика атмосф. и океана. 1995. Т. 8, № 1–2. C. 18–30.
51. Hartmann J.M., L’Haridon F. Simple modeling of line-mixing effects in IR bands. I. Linear molecules: Application to CO₂ // J. Chem. Phys. 1995. V. 103, N 15. P. 6467–6477. DOI: 10.1063/1.470424.
52. Ma Q., Tipping R.H., Boulet C., Bouanich J.-P. Theoretical far-wing line shape and absorption for high-temperature CO₂ // Appl. Opt. 1999. V. 38, N 3. P. 599–604. DOI: 10.1364/ao.38.000599.
53. Родимова О.Б. Контур спектральных линий СО₂ при самоуширении от центра до далекого крыла // Оптика атмосф. и океана. 2002. Т. 15, № 9. C. 768–777.
54. Tanaka T., Fukabori M., Sugita T., Yokota T., Kumazawa R., Watanabe T., Nakajima H. Line shape of the far-wing beyond the band head of the CO₂ ν₃ band // J. Mol. Spectrosc. 2008. V. 252, N 2. P. 185–189. DOI: 10.1016/j.jms.2008.08.004.
55. Hartmann J.M., Boulet C., Robert D. Collisional Effects on Molecular Spectra. Laboratory Experiments and Models, Consequences for Applications. Amsterdam: Elsevier, 2008. 411 p.
56. Творогов С.Д., Родимова О.Б. Столкновительный контур спектральных линий. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2013. 196 с.
57. Гордов Е.П., Творогов С.Д. Метод полуклассического представления квантовой теории. Новосибирск: Наука, 1984. 167 с.
58. Родимова О.Б. О физическом смысле параметров потенциалов межмолекулярного взаимодействия в асимптотической теории крыльев линий // Журн. физ. химии. 2024. Т. 98, № 5. С. 48–57. DOI: 10.1134/S0036024424050236.