Vol. 34, issue 10, article # 1

Chentsov A. V., Chesnokova T. Yu., Voronin B. A., Yurchenko S. N. Estimation of H2O absorption lines contribution to the atmospheric transmission in ultraviolet spectral region. // Optika Atmosfery i Okeana. 2021. V. 34. No. 10. P. . DOI: 10.15372/AOO20211001 [in Russian].
Copy the reference to clipboard

Abstract:

At present, the most complete theoretical list of H2O monomer absorption lines is the POKAZATEL data bank, which contains H2O lines up to energy dissociation ~ 40000 cm-1 (0.25 mm). The atmospheric transmission of ultraviolet (UV) radiation is simulated with use of H2O lines from the POKAZATEL. The broadening parameters of the absorption lines are defined more accurately with use of different approximations in the UV region. It is shown that the H2O absorption lines contribution to the atmospheric transmission can reach 0.03 near 25000 cm-1 at a spectral resolution of 0.01 cm-1.

Keywords:

water vapor, ultraviolet region, atmospheric transmission, absorption lines

References:

1. Kiehl J., Trenberth K.E. Earth’s annual global mean energy budget // Bull. Am. Meteorol. Soc. 1997. V. 78. P. 197–208.
2. Du J., Huang L., Min Q., Zhu L. The influence of water vapor absorption in the 290–350 nm region on solar radiance: Laboratory studies and model simulation // Geophys. Res. Lett. 2013. V. 40. P. 4788–4792. DOI: 10.1002/grl.50935.
3. Pei L., Min Q., Du Y., Wang Z., Yin B., Yang K., Disterhof P., Pongetti T., Zhu L. Water vapor near-uv absorption: Laboratory spectrum, field evidence, and atmospheric impacts // J. Geophys. Res.: Atmos. 2020. V. 124. P. 14310–14324. DOI: 10.1029/2019JD030724.
4. Lampel J., Pöhler D., Polyansky O.L., Kyuberis A.A., Zobov N.F., Tennyson J., Lodi L., Frieß U., Wang Y., Beirle S., Platt U., Wagner T. Detection of water vapour absorption around 363 nm in measured atmospheric absorption spectra and its effect on DOAS evaluations // Atmos. Chem. Phys. 2017. V. 17, N 2. P. 1271–1295.
5. Makogon M.M. Spektral'nye harakteristiki vodyanogo para v UF-oblasti spektra // Optika atmosf. i okeana. 2001. V. 14, N 9. P. 764–774.
6. Tikhomirov B.A., Troitskii V.O., Kapitanov V.A, Evtushenko G.S., Ponomarev Yu.N. Photo-acoustic measurements of water vapor absorption coefficient in UV spectral region // Acta Phys. Sin. 1998. V. 47, N 3. P. 190–195.
7. Makogon M.M., Ponomarev Yu.N., Tihomirov B.A. Problema pogloshcheniya vodyanogo para v UF-oblasti spektra // Optika atmosf. i okeana. 2012. V. 25, N 7. P. 584–588; Makogon M.M., Ponomarev Yu.N., Tikhomirov B.A. The problem of water vapor absorption in the UV spectral range // Atmos. Ocean. Opt. 2013. V. 26, N 1. P. 45–49.
8. Lampel J., Pöhler D., Tschritter J., Frieß U., Platt U. On the relative absorption strengths of water vapour in the blue wavelength range // Atmos. Meas. Tech. 2015. V. 8. P. 4329–4346. DOI: 10.5194/amt-8-4329-2015.
9. Wilson E.M., Wenger J.C., Venables D.S. Upper limits for absorption by water vapor in the near-UV // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2016. V. 170. P. 194–199. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2015.11.015.
10. 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. P. 4618–4639.
11. 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. Mol. Spectrosc. 2000. V. 113. P. 6592–6597.
12. Spectroscopy of atmospheric gases [Electronic resource]. URL: http://spectra.iao.ru/molecules (last access: 20.07.2017).
13. Mikhailenko S.N., Babikov Yu.L., Golovko V.F. Informatsionno-vychislitel'naya sistema "Spektroskopiya atmosfernyh gazov". Struktura i osnovnye funktsii // Optika atmosf. i okeana. 2005. V. 18, N 9. P. 765–776.
14. Barber R.J., Tennyson J., Harris G.J., Tolchenov R.N. A high accuracy computed water line list – BT2 // Mon. Not. R. Astron. Soc. 2006. V. 368. P. 1087.
15. Voronin B.A., Tennyson J., Lodi L., Kozodoev A.V. The VoTe room temperature H216O line list up to 25000 cm-1 // Opt. Spectrosc. 2019. V. 127, N 6. P. 967–973.
16. Polyansky O.L., Császár A.G., Shirin S.V., Zobov N.F., Barletta P., Tennyson J., Schwenke D.W., Knowles J.P. High-accuracy ab initio rotation-vibration transitions for water // Science 2003. V. 299, N 5606. P. 539–542.
17. 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.
18. Tennyson J., Yurchenko S.N., Al-Refaie A.F., Clark V.H.J., Chubb K.L., Conway E.K., Dewan A., Gorman M.N., Hill C., Lynas-Gray A.E., Mellor T., McKemmish L.K., Owens A., Polyansky O.L., Semenov M., Somogyi W., Tinetti G., Upadhyay A., Waldmann I., Wang Y., Wright S., Yurchenko O.P. The 2020 release of the ExoMol database: Molecular line lists for exoplanet and other hot atmospheres // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2020. V. 255. P. 107228.
19. Tennyson J., Bernath P.F., Brown L.R., Campargue A., Császár A.G., Daumont L., Gamache R.R., Hodges J.T., Naumenko O.V., Polyansky O.L., Rothman L.S., Vandaele A.C., Zobov N.F., AlDerzi A.R., Fabrie C., Fazliev A., Furtenbacher T., Gordon I.E., Lodi L., Mizus I. IUPAC critical evaluation of the rotational-vibrational spectra of watervapor. Part III. Energy levels and transition wavenumbers for H216O // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2013. V. 117. P. 29–58.
20. Boyarkin O.V., Koshelev M.A., Aseev O., Maksyutenko P., Rizzo T.R., Zobov N.F., Lodi L., Tennyson J., Polyansky O.L. Accurate bond dissociation energy of water determined by triple-resonance vibrational spectroscopy and ab initio calculations // Chem. Phys. Lett. 2013. V. 568–569. P. 14–20.
21. 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. DOI: 10.5194/acp-20-10015-2020.
22. Voronina Yu., Chesnokova T.Yu., Voronin B., Yurchenko S. Contribution of new water vapor absorption lines to the atmospheric transmission in the transparency window 8–12 mm // Proc. SPIE. 2020. V. 115600. P. 11560-0B1-OB9. DOI: 10.1117/12.2575547.
23. Chesnokova T.Yu., Voronin B.A., Bykov A.D., Zhuravleva T.B., Kozodoev A.V., Lugovskoy A.A., Tennyson J. Calculation of solar radiation atmospheric absorption with different H2O spectral line data banks // J. Mol. Spectrosc. 2009. V. 256, N 1. P. 41–44.
24. Barton E.J., Hill C., Czurylo M., Li H.Y., Hyslop A., Yurchenko S.N., Tennyson J. The ExoMol pressure broadening diet: H2 and He line-broadening parameters // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2017. V. 203. P. 490–495
25. Voronin B.A., Lavrentieva N.N., Mishina T.P., Chesnokova T.Yu., Barber M.J., Tennyson J. Estimate of the J′ J″-dependence of water vapor line broadening parameters // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2010. V. 111, N 15. P. 2308–2314.
26. Rothman L.S., Jacquemart D., Barbe A., Chris Benner D., Birk M., Brown L.R., Carleer M.R., Chackerian Jr.C., Chancea K., Coudert L.H., Dana V., Devi V.M., Flaud J.-M., Gamache R.R., Goldman A., Hartmann J.-M., Jucks K.W., Maki A.G., Mandin J.-Y., Massie S.T., Orphal J., Perrin A., Rinsland C.P., Smith M.A.H., Tennyson J., Tolchenov R.N., Toth R.A., Vande Auwera J., Varanasi P., Wagne G. The HITRAN2004 molecular spectroscopic database // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2005. V. 96. P. 139–204.
27. Ptashnik I.V., Shine K.P. Vliyanie obnovleniya spektroskopicheskoj informatsii na raschet potokov solnechnoj radiatsii v atmosfere // Optika atmosf. i okeana. 2003. V. 16, N 3. P. 276–281; Ptashnik I.V., Shine K.P. Calculation of solar radiative fluxes in the atmosphere: The effect of updates in spectroscopic data // Atmos. Ocean. Opt. 2003. V. 16, N 3. P. 251–255.
28. Gordon I.E., Rothman L.S., Hill C., Kochanov R.V., Tana Y., Bernath P.F., Birk M., Boudon V., Campargue A., Chance K.V., Drouin B.J., Flaud J.-M., Gamache R.R., Hodges J.T., Jacquemart D., Perevalov V.I., Perrin A., Shine K.P., Smith M.-A.H., Tennyson J., Toon G.C., Tran H., Tyuterev V.G., Barbe A., Császár A.G., Devi V.M., Furtenbacher T., Harrison J.J., Hartmann J.-M., Jolly A., Johnson T.J., Karman T., Kleiner I., Kyuberis A.A., Loos J., Lyu­lin O.M., Massie S.T., Mikhailenko S.N., Moazzen-Ahmadi N., Müller H.S.P., Naumenko O.V., Niki­tin A.V., Polyansky O.L., Rey M., Rotger M., Sharpe S.W., Sung K., Starikova E., Tashkun S.A., Vander  Auwera J., Wagner G., Wilzewski J., Wcisło P., Yu S., Zak E.J., The HITRAN2016 molecular spectroscopic database // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2017. V. 203. P. 3–69. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2017.06.038.
29. Yurchenko S.N., Al-Refaie A.F., Tennyson J. ExoCross: a general program for generating spectra from molecular line lists // Astron. Astrophys. 2018. V. 614. P. A131.
30. Mitsel A.A., Ptashnik I.V., Firsov K.M., Fomin B.A. Effektivnyj metod polinejnogo scheta propuskaniya pogloshchayushchej atmosfery // Optika atmosf. i okeana. 1995. V. 8. N 10. P. 1547–1551.
31. Mitsel' A.A., Ptashnik I.V., Milyakov A.V. Optimizatsiya line-by-line algoritma rascheta molekulyarnogo pogloshcheniya // Optika atmosf. i okeana. 2000. V. 13, N 12. P. 1137–1141.
32. Anderson G.P., Clough S.A., Kneizys F.X., Chetwynd J.H., Shettle E.P. AFGL Atmospheric Constituent Profiles (0–120 km), Air Force Geophysics Laboratory. AFGL-TR-86-0110. Environ. Res. Paper. 1986. N 954.
33. Fischer J., Gamache R.R., Goldman A., Rothman L.S., Perrin A. Total internal partition sums for molecular species in the 2000 edition of the HITRAN database // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2003. V. 82. P. 401–412.