Том 29, номер 10, статья № 1

Богданова Ю.В., Климешина Т.Е., Родимова О.Б. Поглощение в крыльях полос водяного пара и нарушение длинноволнового приближения для центров масс молекул. // Оптика атмосферы и океана. 2016. Т. 29. № 10. С. 805–815.
Скопировать ссылку в буфер обмена
Аннотация:

Представлено дальнейшее развитие асимптотической теории крыльев линий, использующее отказ от длинноволнового приближения для центров масс молекул и приводящее к появлению «длинных» траекторий, выходящих за пределы элементарного объема при нерезонансном поглощении света. Присутствие длинных траекторий свидетельствует о некоем упорядочении молекулярного хаоса. Последнее может быть описано с помощью модификации полуклассического представления, что в дальнейшем позволит оценить взаимосвязи между смещением и скоростью. Полученное при этом выражение для коэффициента поглощения позволяет избежать неоднозначности определения параметров потенциалов и описать температурную зависимость коэффициента поглощения в крыльях линий. Ранее был проведен расчет коэффициента поглощения с отказом от длинноволнового приближения для центров масс молекул для молекулы Н2О в интервале 8–12 мкм в рамках диффузионной модели. Здесь на основе этой модели проведен расчет коэффициента поглощения Н2О в области окна 3–5 мкм и СО2 в области крыла полосы 4,3 мкм. Показано, что учет длинных траекторий, существенный для областей 8–12 и 3–5 мкм Н2О, практически не имеет значения для крыла полосы 4,3 мкм СО2.

Ключевые слова:

теория крыльев линий, потенциал межмолекулярного взаимодействия, отказ от длинноволнового приближения, Н2О, СО2, континуальное поглощение

Список литературы:


1. Hettner G. Infra-red absorption spectrum of water-vapour // Ann. Phys. 1918. V. 55, Heft 6. P. 476–496.
2. Ma Q., Tipping R.H., Leforestier C. Temperature dependences of mechanisms responsible for the water-vapor continuum absorption: I. Far wings of allowed lines // J. Chem. Phys. 2008. V. 128. P. 124313-1–124313-17.
3. 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, iss. 15. P. 2298–2307.
4. 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.
5. 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.
6. Leforestier C., Tipping R.H., Ma Q. Temperature dependences of mechanisms responsible for the water-vapor continuum absorption. II. Dimers and collision-induced absorption // J. Chem. Phys. 2010. V. 132, iss. 16. P. 164302-1–164302-14.
7. Brown A., Tipping R.H. Collision-induced absorption in dipolar molecule – homonuclear diatomic pairs // Weakly interacting pairs: Unconventional absorbers of radiation in the atmosphere / Eds. by C. Camy-Peyret, A.A. Vigasin. Kluwer Academic, Dordrecht. 2003. P. 93–99.
8. Baranov Yu.I., Lafferty W.J., Ma Q., Tipping R.H. Water-vapor continuum absorption in the 800–1250 cm1 spectral region at temperatures from 311 to 363 K // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2008. V. 109. P. 2291–2302.
9. Baranov 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. P. 1304–1313.
10. Baranov Yu.I. The continuum absorption in H2O–N2 mixtures in the 2000–3250 cm–1 spectral region at temperatures from 326 to 363 K // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2011. V. 112. P. 2281–2286.
11. 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.
12. 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. P. D21301-1–D21301-23.
13. 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 measurements // J. Geophys. Res. 2011. V. 116. P. D163057.
14. Ptashnik I.V., McPheat R.A., Shine K.P., Smith K.M., Williams R.G. Water vapour foreign-continuum absorption in near-infrared windows from laboratory measurements // Phil. Trans. Roy. Soc. A. 2012. V. 370, N 1968. P. 2557–2577.
15. 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.
16. Bicknell W.E., Cecca S.D., Griffin M.K., Swartz S.D., Flusberg A. Search for low-absorption regions in the 1.6- and 2.1-mm atmospheric windows // J. Directed Energy. 2006. V. 2. P. 151–161.
17. 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.
18. Burch D.E. Continuum absorption by H2O // Report AFGL-TR-81-0300. 1982. 46 p.
19. Burch D.E., Alt R.L. Continuum absorption by H2O in the 700–1200 cm–1 and 2400–2800 cm–1 windows // Report AFGL-TR-84-0128. 1984. 30 p.
20. Каплан И.Г., Родимова О.Б. Межмолекулярные взаимодействия // Успехи физ. наук. 1978. Т. 126, вып. 3. С. 403–449.
21. Каплан И.Г. Введение в теорию межмолекулярных взаимодействий. М.: Наука, 1982. 312 с.
22. Kaplan I.G. Intermolecular interactions: Physical picture, computational methods and model potentials. Chichester: John Wiley & Sons, 2006. 380 р.
23. Hill T.L. Molecular clusters in imperfect gases // J. Chem. Phys. 1955. V. 23, N 4. P. 617–622.
24. Rodimova O.B. Continuum water vapor absorption in the 4000–8000 cm–1 region // Proc. SPIE. 2015. V. 9680. P. 968002-1–968002-7.
25. Гордов Е.П., Творогов С.Д. Метод полуклассического представления квантовой теории. Новосибирск: Наука, 1984. 167 с.
26. Творогов С.Д., Гордов Е.П., Родимова О.Б. Межмолекулярные взаимодействия и молекулярная спектроскопия: от полуклассического представления квантовой теории к крыльям линий // Оптика атмосф. и океана. 2007. Т. 20, № 9. С. 760–763.
27. 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; Тvоrоgоv S.D. Problem of centers of mass within the problem of the contour of spectral lines. I. Existence of long trajectories // Atmos. Ocean. Opt. 2009. V. 22, N 3. P. 257–263.
28. Несмелова Л.И., Родимова О.Б., Творогов С.Д. Контур спектральной линии и межмолекулярное взаимодействие. Новосибирск: Наука, 1986. 216 с.
29. Творогов С.Д., Родимова О.Б. Столкновительный контур спектральных линий. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2013. 195 с.
30. Rosenkranz P.W. Pressure broadening of rotational bands. I. A statistical theory // J. Chem. Phys. 1985. V. 83, N 12. P. 6139–6144.
31. 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.
32. 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.
33. Ludwig C.B., Ferriso C.E., Malkmus W., Boynton T.P. High-temperature spectra of the pure-rotational band of H2O // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 1965. V. 5, N 4. P. 697–714.
34. Varanasi P., Chou S., Penner S.S. Absorption coefficients for water vapor in the 600–1000 cm–1 region // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 1968. V. 8, iss. 8. P. 1537–1541.
35. Тонков М.В., Филиппов Н.Н. Влияние взаимодействий молекул на форму колебательно-вращательных полос в спектрах газов. Свойства спектральной функции // Оптика и спектроскопия. 1983. Т. 54, вып. 5. С. 801–806.
36. 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.
37. Творогов С.Д., Родимова О.Б. Проблема центров масс в задаче о контуре спектральных линий. II. Волновая функция и матрица плотности поглощающей свет молекулы после оптически активного столкновения // Оптика атмосф. и океана. 2010. Т. 23, № 8. С. 633–639.
38. Терлецкий Я.П. Статистическая физика. М.: Высш. шк., 1966. 236 с.
39. Singh O., Joshi A.W. Effective potential for water vapour // Pramana. 1980. V. 15, N 5. P. 407–412.
40. Harvey A.H., Lemmon E.W. Correlation for the second virial coefficient of water // J. Phys. Chem. Ref. Data. 2004. V. 33, N 1. P. 369–376.
41. Rowlinson J.S. The second virial coefficients of polar gases // Trans. Faraday Soc. 1949. V. 45. P. 974–984.
42. Bogdanova Yu.V., Klimeshina T.E., Rodimova O.B. Description of the H2O absorption in the 3–5 mm region under violation of the long-wave approximation in line wings // Proc. SPIE. 2014. V. 9292. P. 92920G-1–92920G-6.
43. Богданова Ю.В., Родимова О.Б. Учет диффузии при расчете коэффициента поглощения в крыле полосы 4,3 мкм СО2 // XVII Междунар. симпоз. «Оптика атмосф. и океана. Физ. атмосф.». Томск, 28 июня – 1 июля 2011 г. Сборник трудов [Электронный ресурс]. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2011. С. А-100–А-103.
44. Hartmann J.M., Perrin M.Y., Ma Q., Tipping R.H. The infrared continuum of pure water vapor: Calculations and high-temperature measurements // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 1993. V. 49, N 6. P. 675–691.
45. Cousin C., LeDoucen R., Boulet C., Henry A., Robert D. Line coupling in the temperature and frequency dependence of absorption in the microwindows of the 4.3-mm CO2 band // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 1986. V. 36, N 6. P. 521–538.
46. 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.

Вернуться