Том 39, номер 09, статья № 3

Аннотация:

Оксид азота входит в пятерку наиболее значимых парниковых газов, оказывающих весомое влияние на глобальное потепление, а также является активным участником процессов разрушения стратосферного озона. В связи с этим исследование уширения N₂O атмосферными газами имеет важное значение. В настоящей работе представлены рассчитанные коэффициенты уширения и сдвига линий N₂O собственным давлением и давлением воздуха, соответствующих колебательно-вращательным переходам в полосе 3ν₁ + 4ν₃, при комнатной температуре (вращательное квантовое число | m | варьируется от 3 до 72). Вычисления выполнялись с помощью полуэмпирического метода, основанного на полуклассическом подходе, модифицированном путем введения поправочного коэффициента в расчетную схему. Представлено сравнение коэффициентов уширения линий N₂O под действием собственного давления и давления воздуха с литературными данными; рассмотрена колебательная зависимость полученных значений. Результаты работы могут применяться для уточнения спектроскопической информации в базе данных HITRAN.

Ключевые слова:

параметры контура линии, уширение линии, полуширина линии, сдвиг линии, закись азота

Список литературы:

1. Shen F., Chen D., Wang G., Lu J., Hu X., Gao X., Fertein E., Chen W. Real-time monitoring of CH₄ and N₂O emissions from livestock using mid-infrared external cavity quantum cascade laser absorption spectroscopy // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2024. V. 327. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2024.109131.
2. Freches A., Freitas P., Marques R., Fradinho J.C., Oehmen A., Reis M.A. Development and validation of an off-gas tool for oxygen transfer efficiency and N₂O emission monitoring in wastewater treatment // J. Wat. Proc. Engin. 2024. V. 67. DOI: 10.1016/j.jwpe.2024.106102.
3. Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Давыдов Д.К., Козлов А.В., Фофонов А.В. Потоки парниковых газов на границе «почва – атмосфера» в фоновом районе Томской области // Оптика атмосф. и океана. 2022. Т. 35, № 12. С. 1021–1028; DOI: 10.15372/AOO20221209. Arshinov M.Y., Belan B.D., Davydov D.C., Kozlov A.V., Fofonov A.V. Soil–atmosphere greenhouse gas fluxes in a background area in the Tomsk region (Western Siberia) // Atmos. Ocean. Opt. 2023. V. 36. P. 152–161.
4. Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Давыдов Д.К., Козлов А.В., Фофонов А.В. Эмиссия и поглощение парниковых газов луговой экосистемой южной тайги Западной Сибири: оценка вклада почвенной составляющей по данным наблюдений 2023 г. // Оптика атмосф. и океана. 2024. Т. 37, № 9. С. 760–772. DOI: 10.15372/AOO20240906; Arshinov M.Y., Belan B.D., Davydov D.C., Kozlov A.V., Fofonov A.V. Emission and sink of greenhouse gases in the grassland ecosystem of southern taiga of Western Siberia: Estimates of the contribution of soil flux component from observations of 2023 // Atmos. Ocean. Opt. 2024. V. 37, N 6. P. 865–880.
5. Toth R.A. Jet propulsion laboratory, linelist of N₂O parameters from 500 to 7500 cm^-1. Private communication.
6. Loos J., Birk M., Wagner G. Pressure broadening, -shift, speed dependence and line mixing in the ν₃ ro-vibrational band of N₂O // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer 2015. V. 151. P. 300–309. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2014.10.008.
7. Predoi-Cross A., Hashemi R., Devi V.M., Naseri H., Smith M.A.H. Analysis of Fourier transform spectra of N₂O in the ν₃ band for atmospheric composition retrievals // Can. J. Phys. 2018. V. 96. P. 454–464. DOI: 10.1139/cjp-2017-0303.
8. Nemtchinov V., Sun Ch., Varanasi P. Measurements of line intensities and line widths in the ν₃-fundamental band of nitrous oxide at atmospheric temperatures // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer 2004. V. 83. P. 267–284. DOI: 10.1016/S0022-4073(02)00355-2.
9. Синица Л.Н., Сердюков В.И., Невзорова Т.А., Дударёнок А.С., Лаврентьева Н.Н. Измерения и расчеты коэффициентов уширения и сдвигов линий N₂O давлением воздуха в полосе (00⁰2) ← (00⁰0) // Оптика атмосф. и океана. 2024. V. 37, № 7. P. 546–553. DOI: 10.15372/AOO20240702; Sinitsa L.N., Serdyukov V.I., Nevzorova T.A., Dudaryonok A.S., Lavrentieva N.N. Measurements and calculations of the coefficients of N₂O line broadening and shift by air pressure in the (00⁰2) ← (00⁰0) band // Atmos. Ocean. Opt. 2024. V. 37, N 5. P. 585–92.
10. Werwein V., Li G., Serdyukov A., Brunzendorf J., Werhahn O., Ebert V. High-resolution Fourier transform measurements of air-induced broadening and shift coefficients in the 00⁰2–00⁰0 main isotopologue band of nitrous oxide // J. Mol. Spectrosc. 2018. V. 348. P. 68–78. DOI: 10.1016/j.jms.2017.07.002.
11. Nakayama T., Fukuda H., Sugita A., Hashimoto S., Kawasaki M., Aloisio S., Morino I., Inoue G. Buffer-gas pressure broadening for the (00⁰3) (00⁰0) band of N₂O measured with continuous-wave cavity ring-down spectroscopy // J. Chem. Phys. 2007. V. 334. P. 196–203. DOI: 10.1016/j.chemphys.2007.03.001.
12. Adkins E.M., Long D.A., Fleisher A.J., Hodges J.T. Near-infrared cavity ring-down spectroscopy measurements of nitrous oxide in the (42⁰0) ← (00⁰0) and (50⁰0) ← (00⁰0) bands // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2021. V. 262. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2021.107527.
13. Werwein V., Brunzendorf J., Serdyukov A., Werhahn O., Ebert V. First measurements of nitrous oxide self-broadening and self-shift coefficients in the 00⁰2–00⁰0 band at 2.26 mm using high resolution Fourier transform spectroscopy // J. Mol. Spectrosc. 2016. V. 323. P. 28–42. DOI: 10.1016/j.jms.2016.01.010.
14. Lucchesini A., González-Rivera J. Nitrous oxide spectroscopy at 887 nm // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2022. V. 283. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2022.108140.
15. Malfondet A., Deroh M., Ahmedou S.I., Parriaux A., Hammani K., Dauliat R., Labonté L., Tanzilli S., Delagnes J.C., Roy P., Jamier R., Millot G. Near-infrared dual-comb spectroscopy of CO₂ and N₂O with a discretized highly nonlinear fiber // ACS Photon. 2024. V. 11, N 2. P. 762–771. DOI: 10.1021/acsphotonics.3c01625.
16. Hartmann J.M. A simple empirical model for the collisional spectral shift of air-broadened CO₂ lines // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2009. V. 110, N 18. P. 2019–2026. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2009.05.016.
17. Синица Л.Н., Невзорова Т.А., Дударёнок А.С., Лаврентьева Н.Н. Исследование уширения линий ¹⁴N₂¹⁶O давлением воздуха на CRDS-спектрометре в области 830 нм // Оптика атмосф. и океана. Физика атмосферы: XXXI Международный симпозиум. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2025. С. 1–5. DOI: 10.56820/conference-article_685be46758e3e8.65282616.
18. Синица Л.Н., Невзорова Т.А., Дударёнок А.С., Лаврентьева Н.Н. Исследование уширения линий ¹⁴N₂¹⁶O давлением закиси азота на CRDS-спектрометре в области 830 нм // Оптика атмосф. и океана. Физика атмосферы: XXXI Международный симпозиум. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2025. С. 1–4. DOI: 10.56820/conference-article_685be4676e4870.86672618.
19. Gordon I.E., Rothman L.S., Hargreaves R.J., Gomez F.M., Bertin T., Hill C., Kochanov R.V., Tan Y., Wcisło P., Makhnev V.Yu., Bernath P.F., Birk M., Boudon V., Campargue A., Coustenis A., Drouin B.J., Gamache R.R., Hodges J.T., Jacquemart D., Mlawer E.J., Nikitin A.V., Perevalov V.I., Rotger M., Robert S., Tennyson J., Toon G.C., Tran H., Tyuterev V.G., Adkins E.M., Barbe A., Bailey D.M., Bielska K., Bizzocchi L., Blake T.A., Bowesman C.A., Cacciani P., Čermák P., Császár A.G., Denis L., Egbert S.C., Egorov O., Ermilov A.Yu., Fleisher A.J., Fleurbaey H., Foltynowicz A., Furtenbacher T., Germann M., Guest E.R., Harrison J.J., Hartmann J.-M., Hjältén A., Hu S.-M., Huang X., Johnson T.J., Jóźwiak H., Kassi S., Khan M.V., Kwabia-Tchana F., Lee T.J., Lisak D., Liu A.-W., Lyulin O.M., Malarich N.A., Manceron L., Marinina A.A., Massie S.T., Mascio J., Medvedev E.S., Meshkov V.V., Mellau G.Ch., Melosso M., Mikhailenko S.N., Mondelain D., Müller H.S.P., O’Donnell M., Owens A., Perrin A., Polyansky O.L., Raston P.L., Reed Z.D., Rey M., Richard C., Rieker G.B., Röske C., Sharpe S.W., Starikova E., Stolarczyk N., Stolyarov A.V., Sung K., Tamassia F., Terragni J., Ushakov V.G., Vasilchenko S., Vispoel B., Vodopyanov K.L., Wagner G., Wójtewicz S., Yurchenko S.N., Zobov N.F. The HITRAN2024 molecular spectroscopic database // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2026. V. 353. P. 109807. DOI: 10.1016/j.jqsrt. 2021.107949.
20. Hashemi R, Gordon I.E., Adkins E.M., Hodges J.T., Long D.A., Birk M., Loos J., Boone C.D., Fleisher A.J., Predoi-Cross A., Rothman L.S. Improvement of the spectroscopic parameters of the air- and self-broadened N₂O and CO lines for the HITRAN2020 database applications // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2021. V. 271. P. 107735. DOI: 10.1016/j.jqsrt. 2021.107735.
21. Mogi K., Komine T., Hirao K. A theoretical study on the dipole moment of N₂O and the weakly bound complexes formed by N₂O // J. Chem. Phys. 1991. V. 95. P. 8999–9008. DOI: 10.1063/1.461231.
22. Chetty N., Couling V.W. Measurement of the electric quadrupole moment of N₂O // J. Chem. Phys. 2011. V. 134. P. 144307. DOI: 10.1063/1.3578609.
23. Halkier A., Coriani S., Jørgensen P. The molecular electric quadrupole moment of N₂ // Chem. Phys. Lett. 1998. V. 294. P. 292–296. DOI: 10.1016/S0009-2614(98)00878-1.
24. Buckingham A.D., Disch R.L., Dunmur D.A. Quadrupole moments of some simple molecules // J. Am. Chem. Soc. 1968. V. 90. P. 3104–3107. DOI: 10.1021/ja01014a023.
25. Bykov A.D., Lavrentieva N.N., Sinitsa L.N. Semi-empiric approach of the calculation of H₂O and CO₂ line broadening and shifting // J. Mol. Phys. 2004. V. 102, N 14–15. P. 1653–1658. DOI: 10.1080/00268970410001725765.
26. Anderson P.W. Pressure broadening in the microwave and infrared regions // Phys. Rev. 1949. V. 76, N 5. P. 647–661. DOI: 10.1103/PhysRev.76.647.
27. Tsao C.J., Curnutte B. Line-width of pressure-broadened spectral lines // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 1961. V. 2. P. 41–91. DOI: 10.1016/0022-4073(62)90013-4.