Журнал «Оптика атмосферы и океана»

Том 31, номер 05, статья № 2

Богданова Ю. В., Родимова О. Б. Соотношение между поглощением мономерами и димерами водяного пара в пределах вращательной полосы Н₂О. // Оптика атмосферы и океана. 2018. Т. 31. № 05. С. 341–348. DOI: 10.15372/AOO20180502. PDF
Скопировать ссылку в буфер обмена

Аннотация:

Контур спектральной линии, следующий из асимптотической теории крыльев линий с параметрами, которые получены путем подгонки к эксперименту в области 8–12 мкм, и описывающий спектральное и температурное поведение коэффициента поглощения водяного пара в этом интервале, использован для расчета поглощения в длинноволновом крыле вращательной полосы Н₂О. Полученный в рамках этой теории коэффициент поглощения учитывает поглощение излучения в процессе столкновительного взаимодействия двух молекул воды, исключая поглощение стабильными димерами. Использование упомянутого контура в расчете коэффициента поглощения в области 14–200 см^-1 позволило выделить в континуальном поглощении, зафиксированном с помощью специального резонаторного спектрометра, долю, приходящуюся на поглощение стабильными димерами. Полученный спектр димерного поглощения соответствует спектрам димеров, рассчитанным квантово-механически и измеренным в других экспериментах.

Ключевые слова:

водяной пар, димеры воды, крылья спектральных линий, микроволновое поглощение

Список литературы:

1. Rosenkranz P.W. Pressure broadening of rotational bands. II. Water vapor from 300 to 1100 cm^-¹ // J. Chem. Phys. 1987. V. 87, N 1. P. 163–170.
2. 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. V. 128, N 12. P. 124313.
3. Несмелова Л.И., Родимова О.Б., Творогов С.Д. Контур спектральной линии и межмолекулярное взаимодействие. Новосибирск: Наука, 1986. 216 с.
4. Творогов С.Д., Родимова О.Б. Столкновительный контур спектральных линий. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2013. 196 с.
5. Serov E.A., Odintsova T.A., Tretyakov M.Yu., Semenov V.E. On the origin of the water vapor continuum absorption within rotational and fundamental vibrational bands // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2017. V. 193. P. 1–12.
6. Ptashnik I.V., Shine K.P., Vigasin A.A. Water vapour self-continuum and water dimers: 1. Analysis of recent work // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2011. V. 112. P. 1286–1303.
7. Gebbie H.A., Burroughs W.J., Chamberlain J., Harries J.E., Jones R.G. Dimers of the water molecule in the Earth’s atmosphere // Nature (Gr. Brit.). 1969. V. 221. P. 143–145.
8. Daniel J.S., Solomon S., Sanders R.W., Portmann R.W., Miller D.C., Madsen W. Implications for water monomer and dimer solar absorption for observations at Boulder, Colorado // J. Geophys. Res. D. 1999. V. 14, N 104. P. 16785–16791.
9. Hill C., Jones R. Absorption of solar radiation by water vapor in clear and cloudy skies: Implications for anomalous absorption // J. Geophys. Res. D. 2000. V. 7, N 105. P. 9421–9428.
10. Pfeilsticker K., Lotter A., Peters C., Bosch H. Atmospheric detection of water dimers via near-infrared absorption // Science. 2003. V. 300, N 5628. P. 2078–2080.
11. Low G.R., Kjaergaard H.G. Calculation of OH-stretching band intensities of the water dimer and trimer // J. Chem. Phys. 1999. V. 110. P. 9104–9115.
12. Suhm M.A. How broad are water dimer bands? // Science (Letter to the Editor). 2004. V. 304. P. 823.
13. Kassi S., Macko P., Naumenko O., Campargue A. The absorption spectrum of water near 750 nm by CW-CRDS: Contribution to the search of water dimer absorption // Phys. Chem. Chem. Phys. 2005. V. 7. P. 2460–2467.
14. Pfeilsticker K., Lotter A., Peters C., Bosch H. Atmospheric field measurements for the detection water dimer (H₂O)₂ // Abstr. of the CECAM meeting “Water Dimers and Weakly Interacting Species in Atmospheric Modelling". Lyon, France. 25–27 April, 2005.
15. Shillings A.J.L., Ball S.M., Barber M.J., Tennyson J., Jones R.L. An upper limit for water dimer absorption in the 750 nm spectral region and a revised water line list // Atmos. Chem. Phys. 2011. N 11. P. 4273–4287.
16. Пташник И.В. Димеры воды: «неизвестный» эксперимент // Оптика атмосф. и океана. 2005. Т. 18, № 4. С. 359–362.
17. Burch D.E. Absorption by H₂O in narrow windows between 3000–4200 cm^–1 // US Air Force Geophys. Laboratory rep. AFGL-TR-85-0036. Hanscom Air Force Base, Mass. 1985.
18. Schofield D.P., Kjaergaard H.G. Calculated OH-stretching and HOH-bending vibrational transitions in the water dimer // Phys. Chem. Chem. Phys. 2003. V. 5. P. 3100–3105.
19. Paynter D.J., Ptashnik I.V., Shine K.P., Smith K.M. Pure water vapor continuum measurements between 3100 and 4400 cm^-¹: Evidence for water dimer absorption in near atmospheric conditions // Geophys. Res. Lett. 2007. V. 34. P. L12808.
20. Ptashnik I.V., Smith K.M., Shine K.P., Newnham D.A. Laboratory measurements of water vapour continuum absorption in spectral region 5000–5600 cm^-¹: Evidence for water dimers // Q. J. R. Meteorol. Soc. 2004. V. 130. P. 2391–2408.
21. Третьяков М.Ю., Кошелев М.А., Серов Е.А., Паршин В.В., Одинцова Т.А., Бубнов Г.М. Димер воды и атмосферный континуум // Успехи физ. наук. 2014. Т. 184, №11. С. 1199–1215.
22. Odintsova T.A., Tretyakov M.Yu., Pirali O., Roy P. Water vapor continuum in the range of rotational spectrum of H₂O molecule: New experimental data and their comparative analysis // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2017. V. 187. P. 116–123.
23. Богданова Ю.В., Родимова О.Б. О выделении спектра димеров водяного пара в пределах вращательной полосы мономера // Оптика атмосф. и океана. Физ. атмосф.: Сб. докл. XXIII Междунар. симпоз. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2017. С. А6–А9.
24. Творогов С.Д., Несмелова Л.И. Радиационные процессы в крыльях полос атмосферных газов // Изв. АН СССР. Физ. атмосф. и океана. 1976. Т. 12, № 6. С. 627–633.
25. Гордов Е.П., Творогов С.Д. Метод полуклассического представления квантовой теории. Новосибирск: Наука, 1984. 169 с.
26. Tvorogov S.D., Rodimova O.B. Spectral line shape. I. Kinetic equation for arbitrary frequency detunings // J. Chem. Phys. 1995. V. 102, N 22. P. 8736–8745.
27. Ptashnik I.V., McPheat R.A., Shine K.P., Smith K.M., Williams R.G. Water vapor self-continuum absorption in near-infrared windows derived from laboratory experiments // J. Geophys. Res. 2011. V. 116. Р. D16305.
28. Paynter D.J., Ptashnik I.V., Shine K.P., Smith K.M., McPheat R., Williams R.G. Laboratory measurements of the water vapour continuum in the 1200–8000 cm^-¹ region between 293 and 351 K // J. Geophys. Res. 2009. V. 114. Р. D21301.
29. Ptashnik I.V., Petrova T.M., Ponomarev Yu.N., Shine K.P., Solodov A.A., Solodov A.M. Near-infrared water vapour self-continuum at close to room temperature // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2013. V. 120. P. 23–35.
30. Родимова О.Б. Контур спектральной линии и поглощение в окнах прозрачности атмосферы // Оптика атмосф. и океана. 2015. Т. 28, № 5. С. 460–473.
31. Rodimova O.B. Continuum water vapor absorption in the 4000–8000 cm^-¹ region // Proc. SPIE. 2015. V. 9680. P. 968002-1–968002-7.
32. Bogdanova Yu.V., Rodimova O.B. Line shape in far wings and water vapor absorption in a broad temperature interval // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2010. V. 111, N 15. P. 2298–2307.
33. Baranov Y.I., Lafferty W.J., Ma Q., Tipping R.H. Water-vapor continuum absorption in the 800–1250 cm^-¹ spectral region at temperatures from 311 to 363 K // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2008. V. 109. P. 2291–2302.
34. Klimeshina T.E., Rodimova O.B. Temperature dependence of the water vapor continuum absorption in the 3–5 mm spectral region // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2013. V. 119. P. 77–83.
35. Hartmann J.M., Perrin M.Y., Ma Q., Tipping R.H. The infrared continuum of pure water wapor: Calculations and high-temperature measurements // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 1993. V. 49, N 6. P. 675–691.
36. Burch D.E., Gryvnak D.A., Pembrook J.D. Tech. Rep. AFGL-TR-79-0054 (1979); Bruch D.E., Gryvnak D.A., Pembrook J.D. Tech. Rep. AFCRL-TR-75-0420 (1975).
37. Clough S.A., Kneizys F.X., Davies R.W. Line shape and the water vapor continuum // Atmos. Res. 1989. V. 23, iss. 3–4. P. 229–241.
38. Ma Q., Tipping R.H. The atmospheric water continuum in the infrared: Extension of the statistical theory of Rozenkranz // J. Chem. Phys. 1990. V. 93, N 10. P. 7066–7075.
39. Podobedov V.B., Plusquellic D.F., Siegrist K.E., Fraser G.T., Ma Q., Tipping R.H. New measurements of the water vapor continuum in the region from 0.3 to 2.7 THz // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2008. V. 109. P. 458–467.
40. Kjaergaard H.G., Garden A.L., Chaban G.M., Gerber R.B., Matthews D.A., Stanton J.F. Calculation of vibrational transition frequencies and intensities in water dimer: Comparison of different vibrational approaches // J. Phys. Chem. A. 2008. V. 112. P. 4324–4335.
41. Buryak I., Vigasin A.A. Classical calculation of the equilibrium constants for true bound dimers using complete potential energy surface // J. Chem. Phys. 2015. V. 143. P. 23430-4–23430-8.