Том 28, номер 05, статья № 9

Аннотация:

Изложены основные моменты теории крыльев линий, существенные для понимания физических особенностей процесса поглощения на частотах, удаленных от центров спектральных линий, и характеризующие ее как самостоятельный раздел спектроскопии. Сравнительно несложное аналитическое выражение для контура линии на больших смещенных частотах, содержащее параметры, относящиеся к классическому и квантовому потенциалам межмолекулярного взаимодействия, дает возможность воспроизвести спектральную и температурную зависимости поглощения в крыльях полос разных газов. Показано, что общий подход к построению контура линии, лежащий в основе асимптотической теории крыльев линий, содержит возможности описания величин, интерпретируемых до сих пор лишь с точки зрения димерной гипотезы.

Ключевые слова:

теория крыльев линий, нерезонансное поглощение, потенциал межмолекулярного взаимодействия, континуальное поглощение

Список литературы:

1. 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.
2. Несмелова Л.И., Творогов С.Д., Фомин В.В. Спектроскопия крыльев линий. Новосибирск: Наука, 1977. 141 с.
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. Winters B.H., Silverman S., Benedict W.S. Line shape in the wing beyond the band head of the 4.3 mm band of CO₂ // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 1964. V. 4, N 4. P. 527–537.
6. 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. Amer. 1969. V. 59, N 3. P. 267–280.
7. Anderson P.W. Pressure broadening in the microwave and infrared regions // Phys. Rev. 1949. V. 76, N 5. P. 647–661.
8. Tsao C.J., Curnutte B. Line-widths of pressure-broadened spectral lines // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 1962. V. 2, N 1. P. 41–91.
9. Fano U. Pressure broadening as a prototype of relaxation // Phys. Rev. 1963. V. 131, N 1. P. 259–268.
10. Гордов Е.П., Творогов С.Д. Метод полуклассического представления квантовой теории. Новосибирск: Наука, 1984. 169 с.
11. 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.
12. Zwanzig R. Ensemble method in the theory of irreversibility // J. Chem. Phys. 1960. V. 33, N 5. P. 1338–1341.
13. Творогов С.Д., Родимова О.Б. Асимптотический и квазистатический подходы в теории контура спектральной линии // Оптика атмосф. и океана. 2012. Т. 25, № 1. С. 31–45.
14. 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.
15. Stogrin D.E., Hirschfelder J.O. Contribution of bound, metastable, and free molecules to the second virial coefficient and some properties of double molecules // J. Chem. Phys. 1959. V. 31, N 6. P. 1531–1545.
16. Rosenkranz P.W. Pressure broadening of rotational bands. I. A statistical theory // J. Chem. Phys. 1985. V. 83, N 12. P. 6139–6144.
17. 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.
18. Ma Q., Tipping R.H. A far wing line shape theory and its application to the water continuum absorption in the infrared region. I // J. Chem. Phys. 1991. V. 95, N 9. P. 6290–6301.
19. Ma Q., Tipping R.H. A far wing line shape theory and its application to the water vibrational bands. II // J. Chem. Phys. 1992. V. 96, N 12. P. 8655–8663.
20. Ma Q., Tipping R.H. The averaged density matrix in the coordinate representation: Application to the calculation of the far-wing line shapes for H₂O // J. Chem. Phys. 1999. V. 111, N 13. P. 5909–5921.
21. Ma Q., Tipping R.H. The density matrix of H₂O–N₂ in the coordinate representation: A Monte Carlo calculation of the far-wing line shape // J. Chem. Phys. 2000. V. 112, N 2. P. 574–584.
22. 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. DOI: 10.1063/1.2839604.
23. Творогов С.Д. Проблема центров масс в задаче о контуре спектральных линий. I. Существование длинных траекторий // Оптика атмосф. и океана 2009. T. 22, №5. C. 413–419.
24. Bogdanova Yu.V., Rodimova O.B. Role of diffusion in the violation of the long-wave approximation in line wings // Int. J. Quant. Chem. 2012. V. 112, iss. 17. P. 2924–2931.
25. Menoux V., Le Doucen R., Boissoles J., Boulet C. Line shape in the low-frequency wing of self- and N₂-broadened ν₃ CO₂ lines: Temperature dependence of the asymmetry // Appl. Opt. 1991. V. 30, N 3. P. 281–286.
26. Bulanin M.O., Dokuchaev A.B., Tonkov M.V., Filipov N.N. Influence of the line interference on the vibration-rotation band shapes // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 1984. V. 31, N 6. P. 521–543.
27. Lamouroux J., Tran H., Laraia A.L., Gamache R.R., Rothman L.S., Gordon I.E., Hartmann J.-M. Updated database plus software for line-mixing in CO₂ infrared spectra and their test using laboratory spectra in the 1.5–2.3 mm region // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2010. V. 111, N 15. P. 2321–2331.
28. Stefani S., Piccioni G., Snels M., Grassi D., Adriani A. Experimental CO₂ absorption coefficients at high pressure and high temperature // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2013. V. 117. P. 21–28.
29. 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, iss. 6. P. 925–936.
30. Burch D.E., Gryvnak D.A. Absorption of infrared radiant energy by CO₂ and H₂O. V. Absorption by CO₂ between 1100 and 1835 cm^–1 (9.1–5.5 mm) // J. Opt. Soc. Amer. 1971. V. 61, N 4. P. 499–503.
31. Le Doucen R., Cousin C., Boulet C., Henry A. Temperature dependence of the absorption in the region beyond the 4.3 mm band of CO₂. I: Pure CO₂ case // Appl. Opt. 1985. V. 24, N 6. P. 897–906.
32. Ma Q., Tipping R.H. The distribution of density matrices over potential-energy surfaces: Application to the calculation of the far-wing line shapes for CO₂ // J. Chem. Phys. 1998. V. 108, N 9. P. 3386–3399.
33. Ma Q., Tipping R.H., Boulet C., Bouanich J. Theoretical far-wing line shape and absorption for high-temperature CO₂ // Appl. Opt. 1999. V. 38, N 3. P. 599–604.
34. Vigasin A.A. Bimolecular absorption in atmospheric gases // Weakly interacting molecular pairs: Unconventional absorbers of radiation in the atmosphere / Eds. C. Camy-Peyret, A.A. Vigasin. Dordrecht: Kluwer, 2003. P. 23–47.
35. 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.
36. 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. С. 939–946.
37. 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.
38. 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. T. 26, № 11. C. 925–931.
39. Burch D.E. Investigation of the absorption of infrared radiation by atmospheric gases // Semi-Annual Technical Report. Philco-Ford Corporation, Aeronutronic Division, Newport Beach, CA. 1970. Rept. U-4784.
40. Burch D.E., Alt R.L. Continuum absorption by H₂O in the 700–1200 and 2400–2800 cm^–1 windows // Report AFGL-TR-84-0128 by Ford Aerospace and Communications Corporation, Aeronutronic Division to AFGL. United States Air Force, Hanscom AFB: Massachusetts 01731. 1984. 31 p.
41. Grant W.B. Water vapor absorption coefficients in the 8–13 mm spectral region: A critical review // Appl. Opt. 1990. V. 29, N 4. P. 451–462.
42. Вaranov Yu.I., Lafferty W.J. The water-vapor continuum and selective absorption in the 3–5 mm spectral region at temperatures from 311 to 363 K // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2011. V. 112, iss. 8. P. 1304–1313.
43. Paynter D.J., Ptashnik I.V., Shine K.P., Smith K.M., McPheat R.M., Williams R.G. Laboratory measurements of the water-vapor continuum in the 1200–8000 cm^–1 region between 293 and 351 K // J. Geophys. Res. 2009. V. 114. D21301.
44. Mondelain D., Aradj A., Kassi S., Campargue A. The water-vapour self-continuum by CRDS at room temperature in the 1.6 mm transparency window // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2013. V. 130. P. 381–391.
45. 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, iss. 8. P. 1286–1303.
46. Bignell K.J. The water-vapour infra-red continuum // Quart. J. Roy. Meteorol. Soc. 1970. V. 96, N 409. P. 390–403.
47. Москаленко Н.И. Коэффициент континуального поглощения радиации при соударениях молекул Н₂О–N₂ и Н₂О–Н₂О в области спектра 8–14 мкм // Изв. АН СССР. Физ. атмосф. и океана. 1974. V. 10, № 9. C. 999–1001.
48. Несмелова Л.И., Родимова О.Б., Творогов С.Д. Коэффициент поглощения водяного пара при различных температурах // Оптическая спектроскопия и стандарты частоты. Молекулярная спектроскопия / Коллективная монография под общ. ред. Л.Н. Синицы и Е.А. Виноградова. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2004. С. 413–436.
49. Burch D.E. Continuum absorption by H₂O // Report AFGL-TR-81-0300 by Ford Aerospace and Communications Corporation, Aeronutronic Division to AFGL. United States Air Force, Hanscom AFB, Massachusetts 01731. 1982. 46 p.
50. Baranov Yu.I., Lafferty W.J., Ma Q., Tipping R.H. Water-vapour 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, N 12–13. P. 2291–2302.
51. 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. D16305.
52. 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.
53. Bogdanova Yu.V., Klimeshina T.E., Rodimova O.B. A description of the H₂O absorption in the 3−5 mm spectral region in violation of the long-wave approximation in line wings // Proc. SPIE. 2014. V. 9292. 0G. 6 p.
54. Bogdanova Yu.V., Klimeshina T.E., Rodimova O.B. On the role of line wings of the water monomer in formation of the continuum in the 3–5 mm transparency window // Proc. XVII Int. Sympos. HighRuss-2012. Zelenogorsk, St. Petersburg, July, 2012. (Electronic source). Tomsk: IAO SB RAS, 2012. P. 119–127.
55. Броуэлл Э.В., Гроссман Б.Э., Быков А.Д., Капитанов В.А., Лазарев В.В., Пономарев Ю.Н., Синица Л.Н., Коротченко Е.А., Стройнова В.Н., Тихомиров Б.А. Исследование сдвигов линий поглощения Н₂О в видимой области спектра давлением воздуха // Оптика атмосф. и океана. 1990. Т. 3, № 7. С. 675–690.
56. Bykov A.D., Klimeshina T.E., Rodimova O.B. On the vibrational dependence of the quantum intermolecular interaction potential // Proc. SPIE. 2014. V. 9292. 0P. 8 p.
57. Климешина Т.Е., Родимова О.Б. Изменение контура линии в крыле от полосы к полосе в случае Н₂О и СО₂ // Оптика атмосф. и океана. 2013. T. 26, № 1. С. 18–23.