Том 36, номер 09, статья № 7

Аннотация:

Проведена валидация современных спектроскопических баз данных HITRAN2016, HITRAN2020, GEISA2020 и расчетного банка линий Н₂О W2020 по параметрам линий поглощения Н₂О в видимой области 16700–17000 см^-1. Выполнены моделирование спектров пропускания Н₂О с использованием баз данных и сравнение с лабораторными спектрами чистого водяного пара и смеси H₂O–N₂ (P = 1 атм), измеренными на Фурье-спектрометре со светодиодами высокой яркости. По результатам измерений скорректированы параметры 65 линий поглощения Н₂О, содержащиеся в HITRAN2020. У 32 линий исправлены центры, у 51 линии – интенсивности, у 10 линий – коэффициенты самоуширения. Отношение коэффициентов уширения HITRAN2020 к экспериментальным значениям близко к единице, в то время как коэффициенты сдвига линий давлением воздуха в базах данных в среднем в два раза превышают соответствующие экспериментальные значения, поэтому для моделирования спектра пропускания смеси H₂O–N₂ применялись экспериментальные значения коэффициентов сдвига линий давлением азота, полученные нами ранее.
Отличие экспериментальных спектров пропускания от рассчитанных с использованием HITRAN2016, HITRAN2020, GEISA2020, W2020 и скорректированного HITRAN2020cor характеризуется среднеквадратичными отклонениями RMS = 1,49E-4; 1,64E-4; 3,96E-4; 3,49E-4 и 1,26E-4 для чистой воды, RMS = 1,15E-4; 1,1E-4; 2,23E-4; 2,28E-4 и 0,86E-4 для H₂O–N₂ соответственно.
 

Ключевые слова:

спектр поглощения, водяной пар, спектроскопические базы данных, параметры линий поглощения, пропускание

Список литературы:

1. Fally S., Coheur P.-F., Carleer M., Clerbaux C., Colin R., Jenouvrier A., Mérienne M.-F., Hermans C., Vandaele A.C. Water vapor line broadening and shifting by air in the 26000–13000 cm^-1 region // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2003. V. 82. P. 119–131.
2. Serdyukov V.I., Sinitsa L.N., Vasilchenko S.S., Lav­rentieva N.N., Dudaryonok A.S., Scherbakov A.P. Stu­dy of Н₂О line broadening and shifting by N₂ pressure in the 16,600–17,060 cm^-1 region using FT-spectrometer with LED source // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2018. V. 219. P. 213–223. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2018. 08.014.
3. Mikhailenko S., Serdyukov V., Sinitsa L. Study of H₂¹⁶O and H₂¹⁸O absorption in the 16460–17200 cm^-1 range using LED-based Fourier transform spectroscopy // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2018. V. 217. P. 170–177. DOI: 10.1016/j.jqsrt. 2018.05.032.
4. Furtenbacher T., Tóbiás R., Tennyson J., Polyan­sky O.L., Kyuberis A.A., Ovsyannikov R.I., Zobov N.F., Császár A.G. The W2020 database of validated rovibrational experimental transitions and empirical energy levels of water isotopologues. II. H₂¹⁷O and H₂¹⁸O with an update to H₂¹⁶O // J. Phys. Chem. Ref. Data. 2020. V. 49. P. 043103.
5. 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. Roy. Astron. Soc. 2018. V. 480, N 2. P. 2597–2608.
6. Conway E.K., Gordon I.E., Kyuberis A.A., Polyan­sky O.L., Tennyson J., Zobov N.F. Calculated line lists for H₂¹⁶O and H₂¹⁸O with extensive comparisons to theoretical and experimental sources including the HITRAN2016 database // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2020. V. 241. P. 106711.
7. Gordon 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.
8. Borger C., Beirle S., Dörner S., Sihler H., Wagner T. Total column water vapour retrieval from S-5P/ TROPOMI in the visible blue spectral range // Atmos. Meas. Tech. 2020. V. 13, N 5. P. 2751–2783. DOI: 10.5194/amt-13-2751-2020.
9. Gordon I.E., Rothman L.S., Hargreaves R.J., Hashe­mi R., Karlovets E.V., Skinner F.M., Conway E.K., Hill C., Kochanov R.V., Tan Y., Wcisło P., Finen­ko A.A., Nelson K., Bernath P.F., Birk M., Boudon V., Campargue A., Chance K.V., Coustenis A., Drouin B.J., Flaud J.-M., Gamache R.R., Hodges J.T., Jacquemart D., Mlawer E.J., Nikitin A.V., Pereva­lov V.I., Rotger M., Tennyson J., Toon G.C., Tran H., Tyuterev V.G., Adkins E.M., Baker A., Barbe A., Canè E., Császár A.G., Dudaryonok A., Egorov O., Fleisher A.J., Fleurbaey H., Foltynowicz A., Furtenbacher T., Harrison J.J., Hartmann J.-M., Horneman V.-M., Huang X., Karman T., Karns J., Kassi S., Kleiner I., Kofman V., Kwabia-Tchana F., Lavrentieva N.N., Lee T.J., Long D.A., Lukashevskaya A.A., Lyulin O.M., Makhnev V.Yu., Matt W., Massie S.T., Melosso M., Mikhailenko S.N., Mondelain D., Müller H.S.P., Naumenko O.V., Perrin A., Polyansky O.L., Raddaoui E., Raston P.L., Reed Z.D., Rey M., Richard C., Tóbiás R., Sadiek I., Schwenke D.W., Starikova E., Sung K., Tamassia F., Tashkun S.A., Vander Auwera J., Vasilenko I.A., Vigasin A.A., Villanueva G.L., Vispoel B., Wagner G., Yachmenev A., Yurchenko S.N. The HITRAN2020 molecular spectroscopic database // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2022. V. 277. P. 107949. DOI: 10.1016/ j.jqsrt.2021.107949.
10. Furtenbacher T., Tóbiás R., Tennyson J., Polyansky O.L., Császár A.G. W2020: A Database of validated rovibrational experimental transitions and empirical energy levels of H₂¹⁶O // J. Phys. Chemi. Ref. Data. 2020. V. 49. P. 033101.
11. Бубукина И.И., Зобов Н.Ф., Полянский О.Л., Ши­рин С.В., Юрченко С.Н. Оптимизированная полу­эмпирическая поверхность потенциальной энергии H₂¹⁶O  до 26000 см^-1 // Опт. и спектроскоп. 2011. Т. 110, № 2. С. 186–193.
12. 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 9250–26000 cm^-1 frequency range // J. Mol. Spectrosc. 2005. V. 233. P. 68–76.
13. Tennyson J., Bernath P.F., Brown L.R., Campague 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., Al Derzi A.R., Fabri C., Fazliev A.Z., Furtenbacher T., Gordon I.E., Lodi L., Mizus I.I. IUPAC critical evaluation of the rotational-vibrational spectra of water vapor, part III: Energy levels and transition wavenumbers for H₂¹⁶O// J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2013. V. 117. P. 29–58. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2012.10.002.
14. Antony B.K., Neshyba S., Gamache R.R. Self-broadening of water vapor transitions via the complex Robert–Bonamy theory // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2007. V. 105. P. 148–163.
15. Jacquemart D., Gamache R.R., Rothman L.S. Semi-empirical calculation of air-broadened half-widths and air pressure-induced frequency shifts of water-vapor absorption lines // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2005. V. 96. P. 205–239.
16. Gamache R.R., Laraia A.L. N₂-, O₂-, and air-broadened half-widths, their temperature dependence, and line shifts for the rotation band of H₂¹⁶O, calculations redone at 20 4 4 order // J. Mol. Spectrosc. 2009. V. 257. P. 116–127.
17. Delahaye T., Armante R., Scott N.A., Jacquinet-Hus­son N., Chédin A., Crépeau L., Crevoisier C., Douet V., Perrin A., Barbe A., Boudon V., Campargue A., Coudert L.H., Ebert V., Flaud J.-M., Gamache R.R., Jacquemart D., Jolly A., Kwabia Tchana F., Kyube­ris A., Li G., Lyulin O.M., Manceron L., Mikhai­lenko S., Moazzen-Ahmadi N., Müller H.S.P., Nau­menko O.V., Nikitin A., Perevalov V.I., Richard C., Starikova E., Tashkun S.A., Tyuterev Vl.G., Vander Auwera J., Vispoel B., Yachmenev A., Yurchenko S. The 2020 edition of the GEISA spectroscopic database // J. Mol. Spectrosc. 2021. V. 380. P. 111510. DOI: 10.1016/j.jms.2021.111510.
18. Serdyukov V.I., Sinitsa L.N. New features of an FT spectrometer using LED sources // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2016. V. 177. P. 248–252. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2016.01.002.
19. Kruglova T.V, Shcherbakov A.P. Automated line search in molecular spectra based on nonparametric statistical methods: Regularization in estimating parameters of spectral lines // Opt. Spectrosc. 2011. V. 111. P. 353–356.
20. Мицель А.А., Пташник И.В., Фирсов К.М., Фо­мин Б.А. Эффективный метод полинейного счета пропускания поглощающей атмосферы // Оптика атмосф. и океана. 1995. Т. 8, № 10. С. 1547–1551.
21. 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.
22. Compilations from Geoffrey Toon (JPL). URL: http: //mark4sun.jpl.nasa.gov/toon/linelist/linelist.html (last access: 10.03.2023).
23. Toon G.C., Blavier J.-F., Keeyoon Sung, Roth­man L.S., Gordon I.E. HITRAN spectroscopy evaluation using solar occultation FTIR spectra // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2016. V. 182. P. 324–336.
24. Frankenberg C., Warneke T., Butz A., Aben I., Hase F., Spietz P., Brown L.R. Pressure broadening in the 2n₃ band of methane and its implication on atmospheric retrievals // Atmos. Chem. Phys. 2008. V. 8. P. 5061–5075.
25. Toth R.A. Air- and N₂-broadening parameters of water vapor: 604 to 2271 cm^-1 // J. Mol. Spectrosc. 2000. V. 201. P. 218–243.