Том 38, номер 10, статья № 3

Аннотация:

Водяной пар является значимой компонентой атмосферы Земли. Оценка вклада водяного пара в радиационный баланс Земли на протяжении десятилетий остается актуальной задачей. В настоящей работе на основе результатов ранних Фурье-измерений поглощения излучения водяным паром при самоуширении и уширении воздухом в полосе поглощения с центром ~ 1600 см^-1 в температурном диапазоне 296–340 К впервые восстановлены спектры «self»- и «foreign»-континуума водяного пара при температурах 310, 325 и 340 К в исследуемой полосе поглощения. Обработка спектров произведена с использованием спектроскопической базы данных HITRAN2020. Восстановленные величины поглощения имеют характерные для «self»- и «foreign»-континуума спектральные и температурные зависимости. Проведено сравнение полученных нами данных с полуэмпирической моделью континуума MT_CKD и полуэмпирической моделью димеров воды (Simonova A.A., Ptashnik I.V., Shine K.P. Semi-empirical water dimer model of the water vapour self-continuum within the IR absorption bands // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2024. V. 329. P. 109198-1–19. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2024.109198). Результаты работы важны как с фундаментальной точки зрения – в рамках молекулярной спектроскопии, так и с прикладной – в задачах атмосферного моделирования и дистанционного зондирования.

Ключевые слова:

континуальное поглощение, водяной пар, «foreign»-континуум, «self»-континуум, параметры спектральных линий, Фурье-спектрометрия, полосы поглощения, димеры воды, температурная зависимость

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Mlawer E.J., Payne V.H., Moncet J.L., Delamere J.S., Alvarado M.J., Tobin D.C. Development and recent evaluation of the MT-CKD model of continuum absorption // Phill. Trans. Roy. Soc. A. 2012. V. 370. P. 2520–2556. DOI: 10.1098/rsta.2011.0295.
2. Hettner G. Über das ultrarote Absorptionsspektrum des Wasserdampfes // Ann. Phys. 1918. V. 360. P. 476–496. DOI: 10.1002/andp.19183600603.
3. Shine K.P., Ptashnik I.V., Rädel G. The water vapour continuum: Brief history and recent developments // Surv. Geophys. 2012. V. 33, N 3–4. P. 535–555. DOI: 10.1007/s10712-011-9170-y.
4. Odintsova T.A., Koroleva A.O., Simonova A.A., Campargue A., Tretyakov M.Y. The atmospheric continuum in the “terahertz gap” region (15–700 cm^-1): Review of experiments at SOLEIL synchrotron and modeling // J. Mol. Spectrosc. 2022. V. 386. P. 111603-1–10. DOI: 10.1016/j.jms.2022.111603.
5. Simonova A.A., Ptashnik I.V., Elsey J., McPheat R.A., Shine K.P., Smith K.M. Water vapour self-continuum in near-visible IR absorption bands: Measurements and semiempirical model of water dimer absorption // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2022. V. 277, N 107957. P. 107957-1–17. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2021. 107957.
6. Vigasin A.A. Bimolecular absorption in atmospheric gases // Weakly Interacting Molecular Pairs: Unconventional Absorbers of Radiation in the Atmosphere: The Advanced Research Workshop. 2003. P. 23–48. DOI: 10.1007/978-94-010-0025-3_2.
7. Mukhopadhyay A., Cole W.T.S., Saykally R.J. The water dimer. I: Experimental characterization // Chem. Phys. Lett. 2015. V. 633. P. 13–26. DOI: 10.1016/j.cplett.2015.04.016.
8. Paynter D.J., Ptashnik I.V., Shine K.P., Smith K.M., McPheat R., Williams R.G. Laboratory measurements of the water vapor continuum in the 1200–8000 cm^-1 region between 293 K and 351 K // J. Geophys. Res.: Atmos. 2009. V. 114. P. D21301-1–23. DOI: 10.1029/2008JD011355.
9. Newman S.M., Green P.D., Ptashnik I.V., Gardiner T.D., Coleman M.D., McPheat R.A., Smith K.M. Airborne and satellite remote sensing of the mid-infrared water vapour continuum // Phill. Trans. Roy. Soc. A. 2012. V. 370. P. 2611–2636. DOI: 10.1098/rsta.2011.0223.
10. 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.
11. Ptashnik I.V., Klimeshina T.E., Solodov A.A., Vigasin A.A. Spectral composition of the water vapour self-continuum absorption within 2.7 and 6.25 μm bands // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2019. V. 228. P. 97–105. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2019.02.024.
12. Климешина Т.Е., Пташник И.В. Программный код для восстановления континуального поглощения водяного пара из экспериментальных данных // Оптика атмосф. и океана. 2018. Т. 31, № 5. С. 335–340. DOI: 10.15372/AOO20180501; Klimeshina T.E., Ptashnik I.V. Software for retrieving the water vapor continuum absorption from experimental data // Atmos. Ocean. Opt. 2018. V. 31, N 5. P. 451–456.
13. Mlawer E.J., Cady-Pereira K.E., Mascio J., Gordon I.E. The inclusion of the MT_CKD water vapor continuum model in the HITRAN molecular spectroscopic database // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2023. V. 306. P. 108645. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2023.108645.
14. Simonova A.A., Ptashnik I.V., Shine K.P. Semi-empirical water dimer model of the water vapour self-continuum within the IR absorption bands // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2024. V. 329, N 109198. P. 109198-1–19. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2024.109198.
15. Burch D.E. Continuum absorption by atmospheric H₂O // Proc. SPIE. 1981. V. 277. P. 28–39. DOI: 10.1117/12.931899.
16. Tobin D.C., Strow L.L., Lafferty W.J., Olson W.B. Experimental investigation of the self- and N₂-broadened continuum within the ν₂ band of water vapor // Appl. Opt. 1996. V. 35, N 24. P. 4724. DOI: 10.1364/ao.35.004724.
17. What’s New. 2024. URL: https://github.com/AER-RC/MT_CKD_H2O/wiki/What’s-New (last access: 23.05.2025).
18. 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, N 18. P. 4324–4335. DOI: 10.1021/jp710066f.
19. Salmi T., Hänninen V., Garden A.L., Kjaergaard H.G., Tennyson J., Halonen L. Calculation of the O–H stretching vibrational overtone spectrum of the water dimer // J. Phys. Chem. A. 2008. V. 112, N 28. P. 6305–6312. DOI: 10.1021/jp800754y.
20. Salmi T., Hänninen V., Garden A.L., Kjaergaard H.G., Tennyson J., Halonen L. Correction to “Calculation of the O–H stretching vibrational overtone spectrum of the water dimer” // J. Phys. Chem. A. 2012. V. 116, N 1. P. 796–797. DOI: 10.1021/jp210675h.
21. Gordon I., Rothman L., Gamache R., Jacquemart D., Boone C., Bernath P., Shephard M., Delamere J., Clough S. Current updates of the water-vapor line list in HITRAN: A new “Diet” for air-broadened half-widths // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2007. V. 108, N 3. P. 389–402. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2007.06.009.
22. Rowe P., Walden V. Improved measurements of the foreign-broadened continuum of water vapor in the 6.3 μm band at -30 °C // Appl. Opt. 2009. V. 48, N 7/1. P. 1358–1365. DOI: 10.1364/AO.48.001358.
23. Rowe P.M., Walden V.P., Warren S.G. Measurements of the foreign-broadened continuum of water vapor in the 6.3 μm band at -30 °C // Appl. Opt. 2006. V. 45, N 18. P. 4366–4382. DOI: 10.1364/AO.45.004366.