Журнал «Оптика атмосферы и океана»

Том 38, номер 03, статья № 2

Стариков В. И. Вычисление температурной зависимости коэффициентов уширения микроволновых линий поглощения молекулы H₂О. // Оптика атмосферы и океана. 2025. Т. 38. № 03. С. 172–177. DOI: 10.15372/AOO20250302.
Скопировать ссылку в буфер обмена

Аннотация:

Представлены результаты решения задачи об определении температурной зависимости коэффициента уширения линий водяного пара давлением различных буферных газов. Вычислены коэффициенты уширения γ 18 микроволновых линий поглощения молекулы H₂О давлением N₂, O₂, CO₂, воздуха, H₂O, He, Ar, Kr, Xe для температуры T от 30 до 400 К. Использованы модели прямолинейных, параболических и точных траекторий сталкивающихся частиц. Показано, что расчетная зависимость γ(T) для T ∠∼ 100 К определяется методом расчета и моделью траекторий сталкивающихся частиц, а при уширении одноатомными газами – используемым межмолекулярным потенциалом взаимодействия. Результаты работы могут применяться в атмосферных приложениях.

Ключевые слова:

уширение, температурная зависимость, H2О, полярные молекулы, одноатомные газы

Список литературы:

1. Bauer A., Godon M., Kheddar M., Hartmann J.-M. Temperature and perturber dependences of water vapor line-broadening. Experiments at 183 GHz; calculations below 1000 GHz // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 1989. V. 41. P. 49–54. DOI: 10.1016/0022-4073(89)90020-4.
2. Dutta J.M., Jones C.R., Goyette T.M., De Lucia F.C. The hydrogen and helium pressure broadening at planetary temperature of the 183 and 380 GHz transitions of water vapor // Icarus. 1993. V. 102. P. 232–239. DOI: 10.1006/icar.1993.1046.
3. Gamache R.R., Fischer J. Half-widths of H₂¹⁶O, H₂¹⁸O, H₂¹⁷O, HD¹⁶O, and D₂¹⁶O: I. Comparison between isotopomers // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2003. V. 78. P. 289–304. URL: http://faculty.uml.edu/Robert_Gamache/S.
4. Golubiatnikov G.Yu. Shifting and broadening parameters of the water vapor 183-GHz line (313–220) by H₂O, O₂, N₂, CO₂, H₂, He, Ne, Ar, and Kr at room temperature // J. Mol. Spectrosc. 2005. V. 230. P. 196–198. DOI: 10.1016/j.jms.2004.10.011.
5. Koshelev M.A., Tretyakov M.Yu., Golubiatnikov G.Yu., Parshin V.V., Markov V.N., Koval I.A. Broadening and shifting of the 321-, 325-, and 380-GHz lines of water vapor by pressure of atmospheric gases // J. Mol. Spectrosc. 2007. V. 241. P. 101–108. DOI: 10.1016/j.jms.2006.11.005.
6. Golubiatnikov G.Yu., Koshelev M.A., Krupnov A.F. Pressure shift and broadening of 1₁₀–1₀₁ water vapor lines by atmosphere gases // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2008. V. 109. P. 1828–1833. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2007.12.006.
7. Tretyakov M.Yu., Koshelev M.A., Vilkov I.N., Parshin V.V., Serov E.A. Resonator spectroscopy of the atmosphere in the 350–500 GHz range // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2013. V. 114. P. 109–121. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2012.08.019.
8. Koshelev M.A., Golubiatnikov G.Yu., Vilkov I.N., Tretyakov M.Yu. Line shape parameters of the 22-GHz water line for accurate modeling in atmospheric applications // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2018. V. 205. P. 51–58. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2017.09.032.
9. Koshelev M.A. Collisional broadening and shifting of the 2₁₁–2₀₂ transition of H₂¹⁶O, H₂¹⁷O, H₂¹⁸O by atmosphere gases // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2011. V. 112. P. 550–552. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2010.10.009.
10. Koshelev M.A., Vilkov I.N., Makarov D.S., Tretyakov M.Yu., Vispoel B., Gamache R.R., Cimini D., Romano F., Rosenkranz P.W. Water vapor line profile at 183-GHz: Temperature dependence of broadening, shifting, and speed-dependent shape parameters // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2021. V. 262. P. 107472. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2020.107472.
11. Dick M.J., Drouin B.J., Pearson J.C. A collisional cool investigation of the pressure broadening of the 1₁₀ ← 1₀₁ transitions of water from 17 to 200 K // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2009. V. 110. P. 619–627. DOI: 10.1016./j.jqsrt.2018.2008.11.012.
12. Dick M.J., Drouin B.J., Pearson J.C. Collision cooling investigation of THz rotational of water // Phys. Rev. A. 2010. V. 81. Art. N 022706. DOI: 10.1103/PhysRevA.82.036703.
13. Robert D., Bonamy J. Short range force effects in semiclassical molecular line broadening calculations // J. Phys. (Paris). 1979. V. 40. P. 923–943. DOI: 10.1051/jphys:019790040010092300.
14. 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.
15. Быков А.Д., Синица Л.Н., Стариков В.И. Экспериментальные и теоретические методы в спектроскопии водяного пара. Новосибирск: Наука, 1989. 296 с.
16. Leavitt R.P. Pressure broadening and shifting in microwave and infrared spectra of molecules of arbitrary symmetry: An irreducible tensor approach // J. Chem. Phys. 1980. V. 73. P. 5432–5450. DOI: 10.1063/1.440088.
17. Радцик А.А, Смирнов Б.М. Справочник по атомной и молекулярной физике. М.: Атомиздат, 1980. 240 с.
18. Быков А.Д., Лаврентьева Н.Н., Синица Л.Н. Резонансные функции теории уширения и сдвига линии для реальных траекторий // Оптика атмосф. и океана. 1992. Т. 5, № 11. С. 1127–1131.
19. Labani B., Bonamy J., Robert D., Hartmann J.-M., Taine J. Collisional broadening of rotation-vibration lines for asymmetric top molecules. I. Theoretical model for both distant and close collisions // J. Chem. Phys. 1986. V. 84. P. 4256–4267. DOI: 10.1063/1.450047.
20. Petrova T.M., Solodov A.M., Starikov V.I., Solodov A.A. Vibrational dependence of an intrermolecular potential for H₂O–He system // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2013. V. 129. P. 241–253. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2013.06.021.
21. Steyert D.W., Wang W.F., Sirota J.M., Donahue N.M., Reuter D.C. Hydrogen and helium pressure broadening of water transitions in the 380–600 cm^-¹ region // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2004. V. 83. P. 83–91. DOI: 10.1016/S0022-4073(02)00300-X.
22. Стариков В.И., Петрова Т.М., Солодов А.М., Солодов А.А., Дейчули В.М. Экспериментальный и теоретический анализ уширения линий поглощения Н₂О одноатомными газами в широком спектральном диапазоне // Оптика атмосф. и океана. 2023. Т. 36, № 4. С. 262–279. DOI: 10.15372/AOO20230403; Starikov V.I., Petrova T.M., Solodov A.M., Solodov A.A., Deichuli V.M. Experimental and theoretical analysis of the broadening and shift of H₂O absorption lines by monatomic gases in a wide spectral range // Atmos. Ocean. Opt. 2023. V. 36, N 5. P. 433–453.