Том 25, номер 07, статья № 5

Макогон М. М., Пономарев Ю. Н., Тихомиров Б. А. Проблема поглощения водяного пара в УФ-области спектра. // Оптика атмосферы и океана. 2012. Т. 25. № 07. С. 584–588.    PDF
Скопировать ссылку в буфер обмена

Аннотация:

Представлен обзор известных данных и результатов экспериментов, выполненных авторами, который показал, что проблема природы поглощения УФ-радиации атмосферным водяным паром еще не решена. Для целого ряда задач атмосферной оптики не удается предложить достаточно надежную модель для описания вклада атмосферного Н2О в ослабление УФ-излучения при его распространении в атмосфере и для анализа данных, полученных с помощью приборов, контролирующих газовый состав атмосферы. Обоснована необходимость проведения дополнительных экспериментов по измерению спектральной зависимости сечения поглощения водяного пара в области 200–400 нм.

Ключевые слова:

поглощение водяного пара, УФ-диапазон, озон

Список литературы:

1. Красовский А.Н., Людчик А.М., Неверович Л.Ч., Турышев Л.Н., Вартанян В.А., Долгий С.В., Климов Ю.А. УФ-спектрометр-озонометр «Пион»: методика измерений и результаты сравнительных испытаний // Оптика атмосф. и океана. 1992. Т. 5, № 5. С. 504–508.
2. Макогон М.М., Несмелова Л.И., Родимова О.Б. О влиянии поглощения атмосферного водяного пара на определение общего содержания озона в УФ-диапазоне // Оптика атмосф. и океана. 2003. Т. 16, № 11. С. 976–980.
3. McElroy F., Mikel D., Nees M. Determination of ozone by ultraviolet analysis. A New Method for Volume II, Ambient Air Specific Methods, Quality Assurance Handbook for Air Pollution Measurement Systems. Ventura County APCD. Ventura. 1997. 47 р.
4. Wilson K.L., Birks J.W. Mechanism and Elimination of a Water Vapor Interference in the Measurement of Ozone by UV Absorbance // Environ. Sci. Technol. 2006. V. 40, N 20. P. 6361–6367.
5. Rosen D.L., Gillespie J.B. Atmospheric extinction effect on analysis of UV fluorescence signatures // Appl. Opt. 1989. V. 28, N 19. P. 4260–4261.
6. Patterson E.M., Gillespie J.B. Simplified ultraviolet and visible wavelength atmospheric propagation model // Appl. Opt. 1989. V. 28, N 3. P. 425–429.
7. Климкин В.М., Федорищев В.Н. Лазерно-индуцированная континуальная полоса флуоресценции атмосферы // Оптика атмосф. 1988. Т. 1, № 7. С. 72–76.
8. Stamnes K., Tsay S.C., Wiscombe W., Jayaweera K. Numerically stable algorithm for discrete-ordinate-method radiative transfer in multiple scattering and emitting layered media // Appl. Opt. 1988. V. 27, N 12. P. 2502–2509.
9. Mayer B., Kylling A. Technical note: The libRadtran software package for radiative transfer calculations – description and examples of use // Atmos. Chem. and Phys. 2005. V. 5, N 2. P. 1855–1877.
10. Berk A., Bernstein L.S., Anderson G.P., Acharya P.K., Robertson D.C., Chetwynd J.H., Adler-Golden S.M. MODTRAN cloud and multiple scattering upgrades with application to AVIRIS // Remote Sens. of Environ. 1998. V. 65, N 3. P. 367–375.
11. Rozanov A., Rozanov V., Buchwitz M., Kokhanovsky A., Burrows J.P. SCIATRAN 2.0-A new radiative transfer model for geophysical applications in the 175–2400 nm spectral region // Adv. in Space Res. 2005. V. 36, N 5. P. 1015–1019.
12. Hopfield J.J. The Absorption Spectrum of the Water Vapor between 900 and 2000 Angstroms // Phys. Rew. 1950. V. 77, N 4. P. 560–572.
13. Борисова Н.Ф., Осипов В.М. Ослабление УФ-радиации на атмосферных трассах // Оптика атмосф. и океана. 1998. Т. 11, № 5. С. 440–444.
14. Бурлаков-Васильев К.А., Васильева И.Э. Спектральная прозрачность земной атмосферы в области ближнего ультрафиолета // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 1992. Т. 28, № 12. С. 1170–1175.
15. Granath L.P. The absorption of ultra-violet light by oxygen, water vapor and quartz // Phys. Review. 1929. V. 34, N 7. P. 1045–1048.
16. Watabene K., Zelikoff M. Absorption Coefficients of Water in the Vacuum Ultraviolet // Opt. Soc. Amer. 1953. V. 43, N 9. P. 753–755.
17. Thompson B.A., Harchek P., Reeves R.R.Jr. Ultraviolet Absorption Coefficients of CO2, CO, O2, H2O, N2O, NH3, NO, SO2 and CH4 between 1850 and 4000 Å // Geophys. Res. 1963. V. 68, N 24. P. 6431–6436.
18. Laufer A.H., McNesby J.R. Deuterium isotope effect in vacuum-ultraviolet absorption coefficients of water and methane // Can. J. Chem. 1965. V. 43, №12. P.3487–3490.
19. Schurgers M., Welge K.H. Absorptionskoeffizient von H2O2 und N2H4 zwischen 1200 und 2000 Å // Z. Naturforsch. 1968. V. 23A. P. 1508–1510.
20. Wilkinson P.G., Johnston H.L. The Absorption Spectra of Methane, Carbon Dioxide, Water Vapor, and Ethylene in the Vacuum Ultraviolet // J. Chem. Phys. 1950. V. 18, N 1. P. 190–197.
21. Hudson R.D. Absorption Cross Sections of Stratospheric Molecules // Can. J. Chem. 1974. V. 52, N 8. P. 1465–1478.
22. Yoshino K., Esmond J.R., Parkinson W.H., Ito K., Matsui T. Absorption cross section measurements of water vapor in the wavelength region 120 to 188 nm // Chem. Phys. 1996. V. 211, N 1–3. P. 387–391.
23. Yoshino K., Esmond J.R., Parkinson W.H., Ito K., Matsui T. Erratum: Absorption cross section measurements of water vapor in the wavelength region 120 nm to 188 nm // Chem. Phys. 1997. V. 215. P. 429–430.
24. Cantrell C.A., Zimmer A., Tyndall G.S. Absorption cross-sections for water vapor from 183 nm to 193 nm // Geophys. Res. Lett. 1997. V. 24, N 17. P. 2195–2198.
25. Lanzendorff E.J., Hanisco T.F., Donahue N.M., Wennberg P.O. Comment on «The measurement of tropospheric OH radicals...» by Hofzumahaus et al. and «Intercomparison of tropospheric OH radical measurements...» by Brauers et al. // Geophys. Res. Lett. 1997. V. 24, N 23. P. 3037–3038.
26. Hofzumahaus A., Brauers T., Aschmutat U., Brandenburger U., Dorn H.-P., Hausmann M., Holland F., Plass-Dulmer C., Sedlacek M., Weber M., Ehhalt D.H. Reply to Comment by Lanzendorff et al. // Geophys. Res. Lett. 1997. V. 24, N 23. P. 3039–3040.
27. Creasey D.J., Heard D.E., Lee J.D. Absorption cross-section measurements of water vapour and oxygen at 185 nm. Implications for the calibration of field instruments to measure OH, HO2 and RO2 radicals // Geophys. Res. Lett. 2000. V. 27, N 11. P. 1651–1654.
28. Chung C.-Y., Chew E.P., Cheng B.-M., Bahou M., Lee Y.-P. Temperature dependence of absorption cross-section of H2O, HOD, and D2O in the spectral region 140–193 nm // Nuclear Instruments and Methods in Phys. Res. A. 2001. V. 467, part 2. P. 1572–1576.
29. Schulz C., Jeffries J.B., Davidson D.F., Koch J.D., Wolfrum J., Hanson R.K. Impact of UV absorption by CO2 and H2O on NO LIF in high-pressure combustion applications // Proc. of the Combustion Institute. 2002. V. 29, N 2. P. 2735–2742.
30. Mota R., Parafita R., Giuliani A., Hubin-Franskin M.-J., Lourenco J.M.C., Garcia G., Hoffmann S.V., Mason N.J., Ribeiro P.A., Raposo M., Limao-Vieira P. Water VUV electronic state spectroscopy by synchrotron radiation // Chemical Physics Letters. 2005. V. 416, N 1–3. P. 152–159.
31. Parkinson W.H., Yoshino K. Absorption cross-section measurements of water vapor in the wavelength region 181–199 nm // Chem. Phys. 2003. V. 294, N 1. P. 31–35.
32. Bernath P.F. The spectroscopy of water vapour: Experiment, theory and applications // Phys. Chem. Chem. Phys. 2002. V. 4, N 4. P. 1501–1509.
33. Chemical Kinetics and Photochemical Data for Use in Atmospheric Studies. Evaluation Number 12. Pasadena. NASA. JPL Publication 97-4. 278 p.
34. Chemical Kinetics and Photochemical Data for Use in Atmospheric Studies. Evaluation Number 14. Pasadena. NASA. JPL Publication 02-25. 334 p.
35. Chemical Kinetics and Photochemical Data for Use in Atmospheric Studies. Evaluation Number 15. Pasadena. NASA. JPL Publication 06-2. 523 p.
36. IUPAC Subcommittee on Gas Kinetic Data Evaluation – Data Sheet PHOx1 // http://www.iupac-kinetic. ch.cam.ac.uk/
37. Романов Н.П., Шуклин В.С. Спектр поглощения жидкой воды при λ = 180–500 нм // Ж. прикл. спектроскопии. 1984. Т. 41, № 4. С. 647–652.
38. Quickenden T.I., Irvin J.A. The ultraviolet absorption spectrum of liquid water // Chem. Phys. 1980. V. 72, N 8. P. 4416–4428.
39. Litjens R.A.J., Quickenden T.I., Freeman C.G. Visible and near-ultraviolet absorption spectrum of liquid water // Appl. Opt. 1999. V. 38, N 7. P. 1216–1223.
40. Boivin L.P., Davidson W.F., Storey R.S., Sinclair D., Earle E.D. Determination of the attenuation coefficients of visible and ultraviolet radiation in heavy water // Appl. Opt. 1986. V. 25, N 6. P. 877–882.
41. Романов Н.П., Шуклин В.С. Спектр поглощения жидкой воды при λ = 180–500 нм // VIII Всесоюз. симпоз. по лазерному и акустическому зондированию атмосферы: Тезисы докл. Ч. I. Томск: ИОА СО АН СССР, 1984. С. 215–217.
42. Вайнер Ю.Г., Малявкин Л.П., Назаров П.М. Дистанционный контроль газовых выбросов методом комбинационного рассеяния света // Метеорол. и гидрол. 1980. № 12. С. 39–47.
43. Булдаков М.А., Ипполитов И.И., Климкин В.М., Матросов И.И., Митченков В.М. Рассеяние излучения 248,5 нм основными газовыми составляющими атмосферы в области спектра 250–283 нм // VIII Всесоюз. симпоз. по лазерному и акустическому зондированию атмосферы: Тезисы докл. Ч. I. Томск: ИОА СО АН СССР, 1984. С. 338–340.
44. Кармазин С.Е., Климкин В.М., Лукьяненко С.Ф., Макогон М.М., Потапкин И.Н., Федорищев В.Н., Цветков А.Л. Исследование флуоресцентных свойств газовых компонент атмосферы // IX Всесоюз. симпоз. по молекулярной спектроскопии высокого разрешения. Тезисы докл. Томск: ИОА СО АН СССР, 1989. С. 50.
45. Kapitanov V.A., Tikhomirov B.A., Troitskii V.O., Tyryshkin I.S. Pulse photoacoustic spectroscopy of water vapor in UV spectral region with space-time resolution of photoacoustic signals // Proc. SPIE 1997. V. 3090. P. 204–207.
46. 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. Sinica. 1998. V. 7, N 3. P. 190–195.
47. Климкин В.М., Федорищев В.Н. Новая полоса поглощения атмосферы в УФ-диапазоне спектра // Оптика атмосф. 1989. Т. 2, № 2. С. 220–221.
48. Климкин В.М., Лукьяненко С.Ф., Потапкин И.Н., Федорищев В.Н. Исследование функции возбуждения флуоресценция паров Н2О // Оптика атмосф. 1989. Т. 2, № 3. С. 322–323.
49. Булдаков М.А., Ипполитов И.И., Климкин В.М. Матросов И.И., Митченков В.М. Взаимодействие излучения KrF*-лазера с основными газовыми составляющими атмосферы // Ж. прикл. спектроскопии. 1987. Т. 46, № 4. С. 554–558.
50. Митченков В.М., Ипполитов И.И., Климкин В.М. Спектры рассеяния и флуоресценции при возбуждении паров Н2О излучением 248,5 нм KrF*-лазера // Химия  высоких  энергий.  1988.  Т. 22,  № 1.  С. 58–61.
51. Ипполитов И.И., Климкин В.М., Митченков В.М., Соковиков В.Г., Шелевой В.Д. Экспериментальное исследование КР-лидара с эксимерным лазером // Спектроскопические методы зондирования атмосферы. Новосибирск: Наука, 1985. С. 107–113.
52. Булдаков М.А., Ипполитов И.И., Климкин В.М. Флуоресценция атмосферы, возбуждаемая излучением KrF*-лазера // XII Всесоюз. конф. по когерентной и нелинейной оптике: Тезисы докл. М.: МГУ, 1985. Ч. II. С. 121–122.
53. Климкин В.М., Федорищев В.Н. Лазерно-индуцированная флуоресценция паров Н2О // Оптика атмосф. 1988. Т. 1, № 8. С. 26–30.
54. Куряк А.Н., Макогон М.М. Флуоресценция атмосферы под действием излучения 5-й гармоники Nd:YAG лазера (212,8 нм) // Оптика атмосф. и океана. 2001. Т. 14, № 10. С. 950–952.
55. Кармазин С.Е., Куряк А.Н., Макогон М.М., Цветков А.Л. Флуоресцентный автоматизированный лазерный спектрометр // Оптика атмосф. и океана. 1995. Т. 8, № 11. С. 1692–1696.
56. Быков А.Д., Воронина С.С., Макогон М.М. Оценка поглощения излучения 0,27 мкм атмосферным водяным паром // Оптика атмосф. и океана. 2003. Т. 16, № 4. С. 317–321.
57. Быков А.Д., Воронина С.С., Макогон М.М. Полоса поглощения водяного пара в области 270 нм: механизм переноса интенсивности // Оптика атмосф. и океана. 2003. Т. 16, № 11. С. 998–1002.
58. Зверева Н.А., Ипполитов И.И. Теоретическое исследование перераспределения электронной плотности при переходе S0 → S1 для комплексов с водородной связью (Н2О)n, n = 2–6 // Изв. вузов РФ. Сер. Физ. 1999. Т. 42, № 5. С. 8–12.
59. Зверева Н.А. Теоретическое описание фотодиссоционного спектра мономерной и димерной форм воды // Оптика и спектроскопия. 2001. Т. 91, № 1. С. 1–5.
60. Harvey J.N., Jung J.O., Gerber R.B. Ultraviolet spectroscopy of water clusters: Excited electronic states and absorption line shapes of H2On, n = 2–6 // J. Chem. Phys. 1998. V. 109, N 20. P. 8747–8750.
61. Макогон М.М. Спектральные характеристики водяного пара в УФ-области спектра // Оптика атмосф. и океана. 2001. Т. 14, № 9. С. 764–775.
62. Susa A., Koda S. An integrated system for surface science measurements of adsorbed species on ice surface under UV laser irradiation: application to water vapour deposition, reaction and desorption processes // Measur. Sci. Technol. 2004. V. 15, N 7. P. 1230–1238.
63. Dias-Lalcaca P., Packham N.J.C., Gebbie H.A. The effect of ultraviolet radiation on water vapour absorption between 5 and 50 cm–1 // Infrared Phys. 1984. V. 24, N 5. P. 437–441.
64. Фурашов Н.И., Свердлов Б.А. К вопросу о влиянии ультрафиолетового излучения на поглощение субмиллиметровых волн в парах воды // Изв. вузов. Радиофиз. 1998. Т. ХLI, № 5. C. 581–587.
65. Coheur P.-F., Fally S., Carleer M., Clerbaux C., Colin R., Jenouvrier A., Merienne M.-F., Hermans C., Vandaele A.C. New water vapor line parameters in the 26000–13000 cm–1 region // Quant. Spectrosc. & Radiat. Transfer. 2002. V. 74, N 4. P. 493–510.
66. Tolchenov R.N., Naumenko O., Zobov N.F., Shirin S.V., Polyansky O.L., Tennyson J., Carleer M., Coheur P.-F., Fally S., Jenouvrier A., Vandaele A.C. Water vapour line assignments in the 9250–26000cm–1 frequency range  // Mol. Spectrosc. 2005. V. 233. P. 68–76.
67. Grechko M., Maksyutenko P., Rizzo T.R., Boyarkin O.V. Communication: Feshbach resonances in the water molecule revealed by state-selective spectroscopy // J. Chem. Phys. 2010. V. 133, N 8. 081103. 4 p.
68. Grechko M., Boyarkin O.V., Rizzo T.R., Maksyutenko P., Zobov N.F., Shirin S.V., Lodi L., Tennyson J., Csaszar A.G., Polyansky O.L. State-selective spectroscopy of water up to its first dissociation limit // J. Chem. Phys. 2009. V. 131, N 32. 221105. 4 p.
69. Куряк А.Н., Макогон М.М., Пономарев Ю.Н., Тихомиров Б.А., Филь А.А. Оптико-акустические измерения поглощения УФ (266 нм) лазерных импульсов атмосферным воздухом и его основными компонентами (N2, O2, H2O) // XVII Междунар. симпоз. «Оптика атмосф. и океана. Физика атмосферы». Томск, 28 июня –1 июля 2011 г.
70. Tikhomirov A.B., Firsov K.M., Kozlov V.S., Panchenko M.V., Ponomarev Yu.N., Tikhomirov B.A. Investigation of spectral dependence of shortwave radiation absorption by ambient aerosol using time-resolved photoacoustic technique // Opt. Eng. 2005. V. 44, N 7. P. 071203-1–11.
71. Киселев А.М., Пономарев Ю.Н., Степанов А.Н., Тихомиров А.Б., Тихомиров Б.А. Нелинейное поглощение фемтосекундных лазерных импульсов (800 нм) атмосферным воздухом и водяным паром // Квант. электрон. 2011. Т. 41, № 11. С. 976–979.