Механизмы формирования спектра континуального поглощения водяного пара в ИК полосах поглощения молекулы воды тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.05, кандидат наук Симонова Анна Андреевна

• Симонова Анна Андреевна
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Симонова Анна Андреевна

Оглавление

Введение 4 Глава 1 Методика исследования континуального поглощения водяного

пара

1.1 Метод Фурье-спектрометрии

1.1.1 Принцип работы Фурье-спектрометра

1.1.2 Сравнение с другими методами измерения спектров поглощения

1.1.3 Методика измерений

1.2 Полинейный (line-by-line) метод расчета селективного поглощения

1.3 Методика восстановления спектра континуального поглощения водяного пара из Фурье-спектров высокого разрешения

1.4 Оценка погрешностей восстановленных спектров континуального поглощения водяного пара

1.4.1 Оценка погрешности расчета спектра селективного поглощения

1.5 Выводы по главе 1 36 Глава 2 Экспериментальные исследования континуального поглощения в чистом водяном паре в ИК полосах поглощения

2.1 Обзор литературных данных

2.2 Восстановление спектров континуального поглощения водяного пара в

ИК полосах поглощения

2.2.1 Вращательная полоса поглощения

2.2.2 Полосы поглощения v+S и 2v (1.89 и 1.39 мкм)

2.2.3 Полосы поглощения 2v+S и 3v (1.14 и 0.94 мкм)

2.3 Выводы по главе 2 61 Глава 3 Моделирование спектров континуального поглощения водяного пара

3.1 Гипотезы природы континуального поглощения водяного пара

3.2 Модели дальних крыльев линий

3.3 Модель континуума MT_CKD

3.4 Модель димеров воды

3.4.1 Водные кластеры

3.4.2 Описание модели

3.4.3 Апробация модели димеров воды в ИК полосах поглощения

3.4.4 Определение вклада димеров воды в континуум водяного пара в полосах 6.25 и 2.78 мкм

3.5 Модель средних крыльев линий воды для описания остаточного континуума водяного пара

3.5.1 Апробация модели средних крыльев линий воды в ИК полосах

поглощения

3.6 Выводы по главе 3 105 Глава 4 Полуэмпирическая модификация модели димеров воды для описания континуума водяного пара в ИК полосах поглощения

4.1 Основа полуэмпирической модели димеров воды

4.2 Описание полуэмпирической модели димеров воды

4.3 Апробация модели

4.3.1 Расчет спектров континуального поглощения водяного пара с использованием полуэмпирической модели димеров воды

4.3.2 «Радиационный эффект» континуального поглощения водяного пара

4.4 Выводы по главе 4 125 Заключение по диссертационной работе 127 Благодарность 130 Список использованных источников

Введение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Механизмы формирования спектра континуального поглощения водяного пара в ИК полосах поглощения молекулы воды»

Актуальность исследования

При взаимодействии электромагнитного излучения, приходящего от Солнца и испускаемого земной поверхностью, с атмосферой Земли наибольший отклик с точки зрения поглощения дает водной пар. Составляя не более 0.5% от массы атмосферы, водяной пар имеет широкий спектр поглощения в области частот от микроволн до УФ, обусловливая большую часть атмосферного поглощения и парникового эффекта, оказывая тем самым значительное влияние на климат нашей планеты. Ключевым показателем результирующего влияния различных атмосферных процессов на формирование температурных режимов Земли является радиационный баланс, который определяется разностью потоков падающего на Землю и уходящего от нее излучения. С точки зрения климатообразующих факторов особый интерес представляет инфракрасная область спектра. В этот частотный диапазон попадает максимум уходящего теплового излучения Земли и та часть спектра солнечного излучения, которая подвержена максимальному поглощению водяным паром (от 4 мкм до границы с видимым диапазоном частот).

В ИК области частот спектр поглощения излучения водяным паром представляет собой ряд полос поглощения, разделенных так называемыми окнами прозрачности атмосферы. В спектре поглощения водяного пара условно выделяют две составляющие: селективное поглощение - совокупность спектральных линий, соответствующих колебательно-вращательным переходам в молекуле воды, и континуальное поглощение (или континуум) - слабо зависящее от частоты поглощение. В настоящее время значения параметров большинства сильных спектральных линий мономеров воды известны с высокой точностью из квантово-химических расчетов и экспериментальных работ, что позволяет моделировать спектр селективного поглощения в широких диапазонах термодинамических условий. В областях с минимальным поглощением, в окнах прозрачности атмосферы (располагающимися между полосами поглощения), доминирующий интегральный вклад вносит континуальное поглощение, превышая по величине селективное поглощение на порядок и более. В полосах поглощения, напротив, селективное поглощение обусловливает интегрально большую часть поглощения излучения

водяным паром, превосходя в центрах спектральных линий вклад континуума на 2-3 порядка величины. В микроокнах прозрачности (области между соседними спектральным линиями, локализованными в полосах), однако, вклад линий сравним с величиной континуума.

Впервые континуум водяного пара был обнаружен в окне прозрачности 8-12 мкм около столетия назад [1]. Тем не менее, это слабоселективное поглощение и по сей день остается наименее изученной компонентой спектра поглощения водяным паром, моделирование которой часто оказывается затруднительным, ввиду ограниченного набора экспериментальных данных и отсутствия однозначной трактовки физической природы данного явления.

Прогрессирующий характер загрязнения атмосферы под действием антропогенных факторов, а также активное использование лазерных систем для оптического зондирования атмосферы предъявляют все более строгие требования к точности моделирования атмосферных процессов и прогнозов, которые зависят от большого количества факторов, одним из которых является континуальное поглощение водяного пара. В окнах прозрачности атмосферы континуум водяного пара является доминирующим механизмом поглощения, поскольку значительно превосходит интегральный вклад слабых линий воды в этих спектральных областях. А в главном окне прозрачности атмосферы 8-12 мкм континуум отвечает примерно за 15-20% парникового эффекта (исходя из оценок [2]) и тем самым вносит своей вклад в энергетический баланс атмосферы.

В полосах поглощения континуум водяного пара имеет специфичную спектральную структуру в виде широких пиков поглощения, а величина этого поглощения на несколько порядков превосходит величину континуума в окнах прозрачности. Эти особенности делают полосы поглощения особенно интересными для исследования природы континуального поглощения водяного пара. С точки зрения фундаментального интереса, исследование физических процессов, обусловливающих спектр континуума водяного пара, способствует лучшему пониманию свойств молекулы воды в газообразной фазе. В частности, спектр континуального поглощения водяного пара содержит в себе информацию о физических эффектах, сопровождающих межмолекулярные взаимодействия молекул Н2О в реальном газе: «нелоренцевские» крылья линий мономера Н2О,

обусловленные немгновенностью столкновений молекул воды (гипотеза крыльев линий мономеров воды [3]); образование короткоживущих парных состояний молекулы воды с характерными спектрами поглощения (теория бимолекулярного поглощения [4]).

Знание величины и спектральных особенностей континуума чистого водяного пара, исследуемого в настоящей работе, и возможность прогнозировать эту компоненту поглощения в широком диапазоне термодинамических условий, позволяет точнее определять так называемый сторонний континуум водяного пара (возникающего в результате взаимодействия молекул воды с молекулами других атмосферных газов). Сторонний континуум, наряду с континуумом чистого водяного пара (или собственный континуум), также вносит вклад в атмосферное поглощение. В отдельных случаях знание величины континуума в полосах поглощения способствует более точному определению параметров спектральных линий мономеров воды или обнаружению параметров, представленных в спектральных базах данных с ошибками (см. к примеру [5,6]), что влияет на точность моделирования атмосферного поглощения.

Таким образом, очевидно, что получение новых экспериментальных данных по континууму водяного пара, особенно в ранее неисследованных спектральных областях, необходимо для дальнейшего изучения природы этого феномена.

Объект и предмет исследования

Объект исследований: континуальное поглощение водяного пара в ИК области спектра.

Предмет исследования: спектральная структура и физическая природа континуального поглощения чистого водяного пара в ИК полосах поглощения.

Степень разработанности темы исследования

Литературный обзор показывает, что сегодня основными спектральными областями в исследовании континуального поглощения водяного пара являются миллиметровый и ИК диапазоны длин волн (см., к примеру, обзор [7]). Кроме того, имеются некоторые данные на границе видимой и ультрафиолетовой областей спектра 24400-25200 см-1 [8].

Исследования природы континуального поглощения водяного пара, начатые в 30-ых годах XX века, большей частью посвящены окнам прозрачности атмосферы [7,9,10]. Первые экспериментальные данные по континууму водного пара в пределах полос поглощения были получены только в 80-ых годах в полосах 1600 см-1 [11] и 3600 см-1 [12]. По сей день в ИК области спектра континуум водяного пара остается наименее изученным в полосах поглощения. Для восстановления спектров континуума водяного пара в пределах полос, где доминирующий вклад вносит селективное поглощение, требуются экспериментальные данные высокого разрешения (порядка средней полуширины линии и выше) и высокая точность значений параметров спектральных линий для расчета спектра селективного поглощения, что стало доступно лишь в начале XXI века. Кроме того, континуум водяного пара в полосах поглощения сильно уступает окнам прозрачности атмосферы по влиянию на радиационный баланс атмосферы. Это обусловлено тем, что в полосах наблюдается довольно быстрое насыщение поглощения (т.е. прохождение излучением небольших (относительно масштабов атмосферы) длин пути приводит к почти 100% поглощению этого излучения), соответственно, их вклад в перенос излучения в атмосфере Земли сравнительно мал. Вероятно, также ввиду небольшого прикладного интереса континуум водяного пара в ИК полосах поглощения исторически не имел приоритета в скорейшем исследовании.

Последние и наиболее актуальные до недавнего времени экспериментальные данные по континууму чистого водяного пара в пределах ИК полос поглощения известны из работ: Odintsova et а1. [13] (2019) при «комнатной» температуре в центральной части вращательной полосы, БигеИ [14] (1979) при температуре 296, 338 и 430 К в высокочастотном крыле вращательной полосы и Podobedov et а1. [15] в низкочастотном крыле вращательной полосы (остальные имеющиеся экспериментальные данные в области низких частот выходят за рамки ИК области спектра); Ptashnik et а1. [16] (2019) в полосах с центрами 1600 и 3600 см-1 при температуре 268-351 К; РауПег et а1. [17] (2009) и Ptashnik et а1. [18] (2013) в полосах с центрами 5300 и 7200 см-1 при температурах 288-351 К. Кроме того, обзор имеющихся в литературе экспериментальных данных по континууму чистого водяного пара показал, что для полос поглощения с центрами 8800, 10600 и 12200 см-1 отсутствуют лабораторные данные. Имеются данные полевых измерений,

к примеру, в полосе поглощения 10600 см-1 [19], однако, они включают полное континуальное поглощение водяного пара, а уточняющая информация о вкладах собственного и стороннего континуума не представлена.

Наличие обновленной и существенно дополненной спектроскопической информации о переходах молекулы воды в базах данных, а также развитие экспериментальных методик, позволили актуализировать имеющиеся и получить первые экспериментальные данные по континууму чистого водяного пара в ИК полосах поглощения в настоящей работе.

В истории исследования природы континуального поглощения водяного пара стоит выделить две важнейшие даты, давшие начало двум наиболее развитым и актуальным на сегодняшний день гипотезам.

В 1938 году в работе Elsasser [3,20] была выдвинута первая гипотеза, объясняющая экспериментально наблюдаемое поглощение в окне прозрачности 8-12 мкм совокупным вкладом дальних крыльев1 сильных линий поглощения воды. Наиболее известными в рамках данной гипотезы являются полуклассическая асимптотическая теория крыла линии, разрабатываемая в работах научной школы Творогова [21], и квазистатическое приближение, впервые предложенное в работах Rosenkranz [22] и позднее получившее развитие в работах Ma and Tipping [23]. Соответствующие современные модели дальних крыльев линий [24,25], как правило, актуальны при описании величины континуума в окнах прозрачности атмосферы. А в полосах поглощения, где величина континуума на несколько порядков больше, чем в окнах прозрачности, механизм поглощения дальними крыльями линий воды является недостаточным (см., например, [26]).

В 1966 году Викторова и Жевакин впервые выдвинули гипотезу о том, что в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах частот экспериментальные спектры континуального поглощения водяным паром могут быть обусловлены

1 Дальнее крыло линии - область спектральной линии, локализованная вдали от ее центра (> (2птс)-1, где тс - длительность столкновения молекул), в которой наблюдается отклонение экспериментальных данных от классического столкновительного контура линии; а величина этого отклонения приписывается спектру континуального поглощения.

поглощением излучения димерами воды 2 [27]. В 1967 г., эту же гипотезу предложили Penner и Varanasi [28,29] для среднего ИК диапазона. Данная гипотеза позволила описать характерные для континуума водяного пара квадратичную зависимость от давления водяного пара и сильную обратную температурную зависимость. Тем не менее, отсутствие для атмосферных условий результатов ab initio расчетов ввиду их сложности и экспериментальных данных по поглощению излучения димерами воды из-за малого содержания димеров воды в атмосферном воздухе (не более 0.1% от полного давления водяного пара) не позволяло верифицировать гипотезу димеров воды в полной мере.

Далее, с появлением спектроскопической информации о переходах стабильных димеров3 и оценок константы димеризации4 в 2004 году в работе Ptashnik et al. [30] было впервые показано, что в ИК полосах поглощения модельные спектры стабильных димеров воды позволяют объяснить отдельные ярко выраженные пики поглощения, характерные для континуума водяного пара в полосах поглощения. Этот результат явно указывал на вклад стабильных димеров воды в континуум. В 2011 году была представлена полноценная модель, описывающая экспериментальную величину континуума поглощением стабильными и метастабильными5 димерами воды, в которой содержание димеров определялось из лучшего согласия модели и экспериментального спектра [31]. И наконец, начиная с 2012 года, в работах Третьякова и др. [32], Ruscic [33] и Leforestier [34] были представлены наиболее точные на сегодняшний день данные о константе димеризации. Как итог, для ИК полос поглощения 150, 1600 и 3600 см-1 и миллиметровой области спектра было показано [35], что параметризация модели димеров воды [31] с использованием независимых оценок для константы

2 Димер воды - молекулярный комплекс, состоящий из двух мономеров H2O, объединенных водородной связью.

3 Стабильный димер воды (или связанный (от англ. bound)) - комплекс, состоящий из двух мономеров воды, объединенных слабой водородной связью, внутренняя энергия которого ниже порога диссоциации.

4 Константа димеризации - величина, которая характеризует содержание димеров воды в объеме водяного пара при данной температуре.

5 Метастабильный димер воды (или квазисвязанный (от англ. quasibound)- короткоживущий комплекс, состоящий из двух мономеров воды, объединенных связью Ван-дер-Ваальса; внутренняя энергия такого димера выше порога диссоциации, а время жизни составляет около (2-5) • 10-12 с.

димеризации [32-34] обеспечивает только частичное описание измеренной величины континуума вкладом стабильных и метастабильных димеров воды. Для описания остаточной (после вычета вклада димеров воды) части континуума в работе [35] предложена новая модель, основанная на физически обоснованной

и т-ч и

гипотезе средних крыльев линий мономеров воды. В этой модели используются свободные параметры, позволяющие подгонять спектры средних крыльев линий к остаточному континууму. Однако ввиду того, что результат подгонки на данный момент невозможно верифицировать из независимых источников, сделать однозначное исчерпывающее заключение о природе континуума водяного пара в полосах поглощения затруднительно.

На сегодняшний день для решения практических задач наиболее часто используется полуэмпирическая модель континуума MT_CKD (модификация модели СКБ) [36]. Изначально в ее основе лежала гипотеза дальних крыльев линий, что в совокупности с имеющимися экспериментальными данными и набором подгоночных параметров обеспечивало удовлетворительное воспроизведение спектра континуума в окнах прозрачности среднего ИК диапазона. Однако обнаруженные отличия экспериментальных спектров континуума водяного пара и континуума MT_CKD в ИК полосах поглощения в этих спектральных областях (см., например, [30] и недавние работы [13,16]) свидетельствуют о том, что модель МТ_СКБ нуждается в уточнении. Кроме того, в работах [37,38] отмечалось, что даже в окнах прозрачности среднего ИК диапазона, где параметры модели определялись подгонкой к экспериментальным данным при 296 и 338 К, MT_CKD занижает экспериментальную величину континуума до 50% при повышении температуры на 30-40 градусов. Такое поведение модели континуума ставит под вопрос не только завяленную физическую основу, но и ее эффективность при решении практических задач.

Таким образом, уточнение современных или создание новых моделей континуума водяного пара является актуальной задачей.

Цель и задачи работы

Целью настоящей работы является верификация современных гипотез природы континуального поглощения водяного пара и моделирование континуума в ИК полосах поглощения молекулы воды.

Для достижения поставленной цели исследования поставлены следующие задачи:

1. Восстановление спектров континуального поглощения водяного пара из Фурье-спектров водяного пара в ИК полосах поглощения.

2. Параметризация современных моделей континуума водяного пара в ИК полосах поглощения.

3. Разработка полуэмпирической модификации модели димеров воды для описания континуума водяного пара в ИК полосах поглощения и ее апробация.

Положения, выносимые на защиту

1. Восстановленные экспериментальные спектры континуального поглощения чистого водяного пара в ИК полосах поглощения 150 см-1, 8800 см-1 и 10600 см-1 (66.7, 1.14 и 0.94 мкм соответственно) имеют сложную спектральную структуру и отличия в величине поглощения (до 100%) в центрах полос по сравнению с модельными спектрами континуума МТ_СКБ-3.2.

2. Согласно модели димеров воды и имеющейся на сегодня спектроскопической информации, стабильные и метастабильные димеры воды вносят вклад от 90% до 40% в интегральную величину континуального поглощения излучения водяным паром в ИК полосах поглощения в диапазоне температур от 280 К до 430 К соответственно.

3. Предложенная модификация модели димеров воды, использующая четыре параметра (температурно-зависимые константу димеризации стабильных димеров воды и эффективную константу димеризации метастабильных димеров воды; полуширины субполос стабильных димеров и линий метастабильных димеров), позволяет воспроизводить величину и спектральные особенности континуума водяного пара в ИК полосах поглощения в области частот от 50 до 11200 см-1 (от 200 до 0.89 мкм), в диапазоне температур от 280 до 430 К со средним отклонением от экспериментальных данных в центрах полос не более 15%.

Научная новизна

1. Восстановлен спектр континуального поглощения водяного пара во вращательной полосе поглощения в расширенном спектральном диапазоне от 70 до 700 см-1 при температуре 296 К.

2. Впервые из лабораторных измерений восстановлены спектры континуального поглощения чистого водяного пара в полосах поглощения 8800 и 10600 см-1 (1.14 и 0.94 мкм соответственно).

3. Получена оценка вклада димеров воды в интегральную величину континуального поглощения водяного пара в ИК полосах поглощения в широком температурном диапазоне в рамках модели димеров воды и имеющейся на сегодня спектроскопической информации: во вращательной полосе ~45 % при 296 и 326 К; в полосе 1600 см-1 от ~70 до 45% при температуре от 279 до 351 К соответственно; в полосе 3600 см-1 от ~90 до 60% при температуре от 279 до 351 К соответственно; и в полосах 8800 и 10600 см-1 ~40% при температуре 398 и 431К.

4. Впервые показано, что для остаточной (после вычитания вклада димеров воды) величины континуума водяного пара в полосах поглощения с центрами около 1600 и 3600 см-1 в температурном диапазоне от 279 до 351 К характерна слабая температурная зависимость, нетипичная для поглощения димерами воды, что указывает на вклад дополнительного механизма поглощения в континуум (например, поглощение средними крыльями линий мономеров воды).

5. Показано, что современная модель средних крыльев линий обеспечивает адекватное согласие со спектрами остаточного (после вычитания вклада димеров воды) континуума водяного пара в ИК полосах поглощения 1600, 3600, 8800 и 10600 см-1 в диапазоне температур от 279 до 431 К.

6. Разработана полуэмпирическая модификация модели димеров воды, использующая четыре параметра (температурно-зависимые константу димеризации стабильных димеров воды и эффективную константу димеризации метастабильных димеров воды; полуширины субполос стабильных димеров и линий метастабильных димеров), которая воспроизводит величину и спектральные особенности континуума в ИК полосах поглощения в области частот от 50 до 11200 см-1 (от 200 до 0.89 мкм) в диапазоне температур от 280 до 430 К со средним отклонением от экспериментальных данных в центрах полос не более 15%.

Научная и практическая значимость работы

1. Смоделированы сечения поглощения излучения димерами воды с использованием имеющейся на сегодня спектроскопической информации, а также получена оценка вклада димеров воды в континуум водяного пара в ИК полосах

поглощения молекулы воды с центрами около 150, 1600, 3600, 8800 и 10600 см-1 (66.7, 6.25, 2.78, 1.14 и 0.94 мкм соответственно; см. п.3 научной новизны).

2. Для полос поглощения фундаментальных изгибного и валентного колебаний молекулы воды показано, что остаточное (после вычитания вклада димеров воды) континуальное поглощение имеет нехарактерную для поглощения димеров воды слабую температурную зависимость в широком диапазоне от 279 до 351 К, что указывает на вклад дополнительного механизма поглощения (к примеру, «нелоренцевские» крылья линий мономеров воды) в континуум водяного пара.

3. Восстановленные в настоящей работе спектры континуального поглощения чистого водяного пара во вращательной полосе поглощения при температуре 296 К использованы коллегами в исследовании стороннего континуума водяного пара в смеси с азотом, кислородом и атмосферным воздухом в работе [39].

4. Обнаружено отклонение широко используемой в радиационных расчетах полуэмпирической модели континуума MT_CKD-3.2 от экспериментальных данных в ИК полосах поглощения: в среднем в 1.4 раза при температуре 296 и 326 К во вращательной полосе поглощения и в 0.5-0.7 раз при температуре от 398 до 431 К в полосах поглощения 8800 и 10600 см-1; а также отсутствие в спектрах МТ_СКБ характерных спектральных особенностей континуума водяного пара в виде пиков поглощения.

5. В последней версии модели MT_CKD (от 3 февраля 2021) - МТ_СКБ-3.5 [40] - величина собственного континуума водяного пара и его температурная зависимость в дальнем ИК диапазоне частот обновлены на основе экспериментальных данных, полученных во вращательной полосе поглощения при участии диссертанта и опубликованных в работе [6].

6. Разработана полуэмпирическая модификация модели димеров воды, воспроизводящая спектральную структуру и величину континуума в ИК полосах поглощения в области частот от 50 до 11200 см-1 (от 200 до 0.89 мкм) в диапазоне температур от 280 до 430 К со средним отклонением от экспериментальных данных в центрах полос не более 15%.

7. Впервые полученные в полосах поглощения 8800 и 10600 см-1 экспериментальные спектры континуума водяного пара (при повышенных температурах) и представленная модификация модели димеров воды,

использованная для воспроизведения величины континуума в этих спектральных областях при атмосферных температурах, позволили уточнить «радиационный эффект» собственного континуума водяного пара относительно оценки для континуума МТ_СКБ-3.2. Максимальное отличие составило 14% в полосе 8800 см-1 и 3% в полосе 10600 см-1.

8. Результаты работы использованы при выполнении проектов РФФИ -№ 19-32-90157 «Спектральные особенности континуального поглощения водяного пара в ИК полосах поглощения» (2019-2021 гг.) и № 19-35-50053 «Континуальное поглощение водяного пара от мм до ближнего ИК: от эксперимента к модели» (2019-2020 гг.).

Методология и методы исследования

В работе исследуются спектры поглощения водяного пара, полученные методом Фурье-спектрометрии высокого разрешения. Восстановление континуального поглощения из этих спектров осуществлялось путем вычитания модельного спектра селективного поглощения молекул воды, рассчитанного в пределах 25 см-1 от центров спектральных линий, из экспериментального спектра. Для моделирования селективного поглощения молекул воды (водяного пара) использовался эталонный метод полинейного расчета, реализованный в программе [41], и современная база параметров спектральных линий ШТЯЛК [42]. Верификация характерной для континуального поглощения водяного пара квадратичной зависимости от давления выполнена с использованием процедуры линейной аппроксимации зависимости коэффициентов поглощения от квадрата давления водяного пара. Подгонка модельных спектров поглощения димеров воды к экспериментальным спектрам континуума водяного пара осуществлялась методом наименьших квадратов. Результаты интерполяции значений констант димеризации стабильных и метастабильных димеров воды, определенных из подгонки модельных спектров димеров воды к экспериментальным спектрам континуума водяного пара в ИК полосах поглощения в диапазоне температур от 280 до 430 К, использовались для определения температурных зависимостей параметров предложенной полуэмпирической модели континуума водяного пара.

Достоверность результатов работы

Исследуемые экспериментальные спектры поглощения излучения в водяном паре получены с использованием современных коммерческих Фурье-спектрометров (Bruker IFS 125 HR). Спектры континуального поглощения водяного пара восстановлены из Фурье-спектров высокого разрешения согласно апробированной методике, используемой ведущими учеными в данной предметной области. Восстановленные спектры подтверждают ранее эмпирически установленные закономерности, характерные для континуального поглощения водяного пара, -квадратичную зависимость от давления и сильную отрицательную температурную зависимость. Моделирование спектров поглощения выполнено с использованием актуальной спектроскопической информации о колебательно-вращательных переходах в мономерах воды и на основе квантово-химических расчетов интенсивностей и положений полос димеров воды. Все это позволяет считать представленные результаты достоверными и обоснованными.

Апробация результатов работы

Результаты диссертационной работы были представлены на 6-ой международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы радиофизики» (2015); 24-ой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых «ВНКСФ» (2018); Международном семинаре «Continuum and collision-induced absorption in atmospheric gases: State of the art» (2018); XVIII и XIX Международном Симпозиуме по спектроскопии высокого разрешения «HighRus» (2015, 2019); Всероссийском девятом ежегодном семинаре «Современное состояние исследований столкновительно-индуцированного и континуального поглощения атмосферных молекул Памяти Юрия Ивановича Баранова» (2019); XXII, XXIV, XXVI и XXVII Международном Симпозиуме «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы» (2016, 2018, 2020, 2021); XV Международной конференции по импульсным лазерам и применениям лазеров «AMPL» (2021); 27th Colloquium on High-Resolution Molecular Spectroscopy «HRMS» (2021); Семинар «ASPIC water vapour continuum absorption workshop» (Reading, UK) (2021).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Симонова Анна Андреевна, 2022 год

Список использованных источников

1. Hettner G. Über das ultrarote Absorptionsspektrum des Wasserdampfes // Ann. Phys. - 1918. - Vol. 360. - P. 476-496. -DOI: https://doi.org/10.1002/andp.19183600603.

2. Чеснокова Т.Ю., Фирсов К.М., Размолов А.А. Вклад континуального поглощения водяного пара в радиационный баланс атмосферы при наличии перистых облаков // Оптика атмосферы и океана. - 2018. - Vol. 31, - № 9. -P. 743-751. - DOI: 10.15372/aoo20180908.

3. Elsasser W.M. Far infrared absorption of atmospheric water vapor // The Astrophysical Journal. - 1938. - Vol. 87. - P. 497-507. - DOI: 10.1086/143940.

4. Vigasin A.A. Bimolecular absorption in atmospheric gases // Weakly Interacting Molecular Pairs: Unconventional Absorbers of Radiation in the Atmosphere. - 2003.

- P. 23-48. - DOI: 10.1007/978-94-010-0025-3_2.

5. Ptashnik I. V., Smith K.M., Shine K.P. Self-broadened line parameters for water vapour in the spectral region 5000-5600 cm-1 // Journal of Molecular Spectroscopy.

- 2005. - Vol. 232. - P. 186-201. - DOI: 10.1016/j.jms.2005.04.008.

6. Odintsova T.A., Tretyakov M.Y., Simonova A.A., Ptashnik I. V, Pirali O., Campargue A. Measurement and temperature dependence of the water vapor self-continuum between 70 and 700 cm-1 // Journal of Molecular Structure. - 2020. - Vol. 1210. - P. 128046. - DOI: https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2020.128046.

7. Пташник И.В. Континуальное поглощение водяного пара: краткая предыстория и современное состояние проблемы // Оптика атмосферы и океана. - 2015. - Vol. 28, - № 5. - P. 443-459. - DOI: 10.15372/AOO20150508.

8. Hargrove J. Water dimer absorption of visible light // Atmos. Chem. Phys. Discuss.

- 2007. - Vol. 7. - P. 11123- 11140. - DOI: DOI: 10.5194/acpd-7-11123-2007.

9. Shine K.P., Ptashnik I. V., Rädel G. The Water Vapour Continuum: Brief History and Recent Developments // Surveys in Geophysics. - 2012. - Vol. 33, - № 3-4. -P. 535-555. - DOI: 10.1007/s10712-011-9170-y.

10. Tretyakov M.Y., Koshelev M.A., Serov E.A., Parshin V.V., Odintsova T.A., Bubnov G.M. Water dimer and the atmospheric continuum // Physics-Uspekhi. - 2014. -Vol. 57, - № 11. - P. 1083-1098. - DOI: 10.3367/UFNr.0184.201411c.1199.

11. Burch D.E. Continuum Absorption By Atmospheric H[sub]2[/sub]O // Proceedings of SPIE. - 1981. - Vol. 0277. - P. 28-39. - DOI: 10.1117/12.931899.

12. Burch D.E. Absorption by H2O in narrow windows between 3000-4200 cm-1 // US Air Force Geophysics Laboratory report. - 1985. - P. AFGL-TR-85-0036.

13. Odintsova T.A., Tretyakov M.Y., Zibarova A.O., Pirali O., Roy P., Campargue A. Far-infrared self-continuum absorption of H216O and H218O (15-500 cm-1) // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. - 2019. - Vol. 227. -P. 190-200. - DOI: 10.1016/j.jqsrt.2019.02.012.

14. Burch D.E., Gryvnak D.A. Method of calculating H2O transmission between 333 and 633 cm-1. - 1979. 1-50 p.

15. Podobedov V.B., Plusquellic D.F., Siegrist K.E., Fraser G.T., Ma Q., Tipping R.H. New measurements of the water vapor continuum in the region from 0.3 to 2.7 THz // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. - 2008. - Vol. 109.

- P. 458-467.

16. 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 ^m bands // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. - 2019. - Vol. 228. -P. 97-105. - DOI: 10.1016/j.jqsrt.2019.02.024.

17. 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 // Journal of Geophysical Research Atmospheres.

- 2009. - Vol. 114. - P. D21301(1-23). - DOI: 10.1029/2008JD011355.

18. Ptashnik I. V., Petrova T.M., Ponomarev Y.N., Shine K.P., Solodov A.A., Solodov A.M. Near-infrared water vapour self-continuum at close to room temperature // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. - 2013. - Vol. 120. -P. 23-35. - DOI: 10.1016/j.jqsrt.2013.02.016.

19. Sierk B., Solomon S., Daniel J.S., Portmann R.W., Gutman S.I., Langford A.O., Eubank C.S., Dutton E.G., Holub K.H. Field measurements of water vapor continuum absorption in the visible and near-infrared // Journal of Geophysical Research. - 2004. - Vol. 109. - P. D08307. - DOI: 10.1029/2003JD003586.

20. Elsasser W.M. Note on atmospheric absorption caused by the rotational water band

// Physical Review Journals. - 1938. - Vol. 53. - P. 768. -DOI: 10.1103/PhysRev.53.768.

21. Tvorogov S.D., Rodimova O.B. Spectral line shape. I. Kinetic equation for arbitrary frequency detunings // Journal of Chemical Physics. - 1995. - Vol. 102, - № 22. -P. 8736-8745. - DOI: DOI:10.1063/1.468977.

22. Rosenkranz P.W. Pressure broadening of rotational bands. I. A statistical theory // Journal of Chemical Physics. - 1985. - Vol. 83. - P. 6139-6144.

23. Tipping R.H., Ma Q. Theory of the water vapor continuum and validations // Atmospheric Research. - 1995. - Vol. 36. - P. 69-94. - DOI: 10.1016/0169-8095(94)00028-C.

24. Климешина Т.Е., Богданова Ю.В., Родимова О.Б. Континуальное поглощение водяным паром в окнах прозрачности атмосферы 8-12 и 3-5 мкм // Оптика атмосферы и океана. - 2011. - Vol. 24, - № 09. - P. 765-769.

25. 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. - Vol. 128, - № 12. - P. 124313. -DOI: https://doi.org/10.1063/L2839604.

26. Bogdanova Y. V., Rodimova O.B. Ratio between Monomer and Dimer Absorption in Water Vapor within the H2O Rotational Band // Atmospheric and Oceanic Optics.

- 2018. - Vol. 31, - № 5. - P. 457-465. - DOI: 10.1134/S1024856018050056.

27. Viktorova A.A., Zhevakin S.A. Absorption of micro-radiowaves in air by water vapor dimers // Rep Acad Sci USSR. - 1966. - Vol. 171. - P. 1061-1064.

28. Penner S.S., Varanasi P. Spectral absorption coefficients in the pure rotation spectrum of water vapour // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. - 1967. - Vol. 7.

- P. 687-690.

29. Varanasi P., Chou S., Penner S.S. Absorption coefficients for water vapor in the 6001000 cm-1 region // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. - 1968. - Vol. 8. -P. 1537-1541.

30. Ptashnik I., Smith K., Shine K., Newnham D. Laboratory measurements of water vapour continuum absorption in spectral region 5000 - 5600 cm-1: Evidence for water dimers // Q. J. R. Meteorol. Soc. - 2004. - Vol. 130. - P. 2391-2408. -

DOI: 10.1256/qj.03.178.

31. Ptashnik I., Shine K.P., Vigasin A.A. Water vapour self-continuum and water dimers: l.Analysis of recent work // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. - 2011. - Vol. 112, - № 8. - P. 1286-1303. -DOI: 10.1016/j.jqsrt.2011.01.012.

32. Tretyakov M.Y., Serov E.A., Odintsova T.A. Equilibrium thermodynamic state of water vapor and the collisional interaction of molecules // Radiophysics and Quantum Electronics. - 2012. - Vol. 54, - № 10. - P. 700-716. -DOI: 10.1007/s11141-012-9332-x.

33. Ruscic B. Active thermochemical tables: Water and water dimer // Journal of Physical Chemistry A. - 2013. - Vol. 117, - № 46. - P. 11940-11953. -DOI: 10.1021/jp403197t.

34. Leforestier C. Water dimer equilibrium constant calculation: A quantum formulation including metastable states // Journal of Chemical Physics. - 2014. - Vol. 140. -P. 074106. - DOI: 10.1063/1.4865339.

35. Serov E.A., Odintsova T.A., Tretyakov M.Y., Semenov V.E. On the origin of the water vapor continuum absorption within rotational and fundamental vibrational bands // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. - 2017. - Vol. 193. - P. 1-12. -DOI: 10.1016/j.jqsrt.2017.02.011.

36. 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 // Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. - 2012. - Vol. 370. - P. 2520-2556. -DOI: 10.1098/rsta.2011.0295.

37. Baranov Y.I.., Lafferty W.J., Ma Q.., Tipping R.H. Water-vapor continuum absorption in the 800-1250 cm-1 spectral region at temperatures from 311 to 363 K // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. - 2008. - Vol. 109, - № 12-13. - P. 2291-2303. - DOI: 10.1016/j.jqsrt.2008.03.004.

38. Baranov Y.I. The continuum absorption in H2O+N2 mixtures in the 2000-3250 cm-1 spectral region at temperatures from 326 to 363K // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. - 2011. - Vol. 112. - P. 2281-2286. -

DOI: 10.1016/j.jqsrt.2011.06.005.

39. Koroleva A.O., Odintsova T.A., Tretyakov M.Y., Pirali O., Campargue A. The foreign-continuum absorption of water vapour in the far-infrared (50-500 cm-1) // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. - 2021. - Vol. 261. -P. 107486. - DOI: 10.1016/j.jqsrt.2020.107486.

40. MT_CKD [Electronic resource]. - 2021. https://github.com/AER-RC/MT_CKD/releases.

41. Мицель А.А., Пташник И.В., Фирсов К.М., Фомин Б.А. Эффективный метод полинейного счета пропускания поглощающей атмосферы // Оптика атмосферы и океана. - 1995. - Vol. 8, - № 10. - P. 1547-1551.

42. Gordon I.E., Rothman L.S., Hill C., Kochanov R.V., Tan 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., Csaszar 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., Wcislo P., Yu S., Zak E.J. The HITRAN2016 molecular spectroscopic database // Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer. - 2017. - Vol. 203. - P. 3-69. -DOI: 10.1016/j.jqsrt.2017.06.038.

43. Симонова А.А., McPheat R., Пташник И.В., Smith K., Shine K. Особенности конинуального поглощения водяного пара в полосах 0.94 и 1.13 мкм // Оптика атмосферы и океана. - 2015. - Vol. 28, - № 10. - P. 867-871. -DOI: 10.15372/aoo20151001.

44. Simonova A.A., Ptashnik I.V. Estimation of water dimers contribution to the water vapour continuum absorption within 0.94 and 1.13 ^m bands // Proc. SPIE. - 2016. - Vol. 10035. - P. 100350K(1-5). - DOI: 10.1117/12.2249458.

45. Simonova A.A., Ptashnik I.V. Interpretation of the water vapour continuum absorption spectra in 0.94 and 1.13 micron bands taking into account the contribution

from intermediate line wings // Proc. SPIE. - 2018. - Vol. 10833, - № December

2018. - P. 1083307(1-7). - DOI: 10.1117/12.2504190.

46. Симонова А.А., Пташник И.В. Вклад погрешностей параметров линий поглощения водяного пара в определение континуального поглощения в полосах 0,94 и 1,13 мкм // Оптика атмосферы и океана. - 2019. - Vol. 32, -№ 3. - P. 175-177. - DOI: 10.15372/aoo20190301. (Simonova A.A., Ptashnik I.V. Contribution of Errors in Line Parameters to the Retrieval of the Vapor Continuum Absorption within 0.94- and 1.13-цт Bands // Atmospheric and Oceanic Optics. -

2019. - Vol. 32, - № 4. - P. 375-377).

47. Simonova A.A., Ptashnik I.P., 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 // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. - 2022. - Vol. 277. - P. 107957(1-17). -DOI: 10.1016/j.jqsrt.2021.107957.

48. Simonova A.A., Ptashnik I.V. Water vapor self-continuum model in the rotational absorption band // Proceedings of SPIE. - 2020. - Vol. 11560. - P. 1156002(1-7). -DOI: 10.1117/12.2574937.

49. Симонова А.А., Пташник И.В. Вклад димеров воды в континуальное поглощения чистого водяного пара в полосах фундаментальных изгибного и валентного колебаний молекулы воды // Оптика атмосферы и океана. - 2022. -Vol. 35, - № 1. - P. 5-11. - DOI: 10.15372/AOO20220101.

50. Norton R.H., Beer R. New Apodizing Functions for Fourier Spectrometry // Journal of the Optical Society of America. - 1976. - Vol. 66, - № 3. - P. 259-264. -DOI: 10.1364/JOSA.66.000259.

51. Naumenko O. V., Leshchishina O., Shirin S., Jenouvrier A., Fally S., Vandaele A.C., Bertseva E., Campargue A. Combined analysis of the high sensitivity Fourier transform and ICLAS-VeCSEL absorption spectra of D2O between 8800 and 9520 cm-1 // Journal of Molecular Spectroscopy. - 2006. - Vol. 238. - P. 79-90. -DOI: 10.1016/j.jms.2006.04.015.

52. Serdyukov V.I., Sinitsa L.N., Vasil'Chenko S.S. Highly sensitive Fourier transform spectroscopy with LED sources // Journal of Molecular Spectroscopy. - 2013. -

Vol. 290. - P. 13-17. - DOI: 10.1016/j.jms.2013.06.004.

53. Mazzotti F., Naumenko O. V., Kassi S., Bykov A.D., Campargue A. ICLAS of weak transitions of water between 11 300 and 12 850 cm-1: Comparison with FTS databases // Journal of Molecular Spectroscopy. - 2006. - Vol. 239. - P. 174-181. -DOI: 10.1016/j.jms.2006.07.003.

54. Тихомиров, А.Б. Тихомиров Б.А. Комплекс импульсных оптико-акустических лазерных спектрометров c временным разрешением сигналов // Оптика атмосферы и океана. - 2015. - Vol. 28, - № 12. - P. 1112-1121. -DOI: 10.15372/A0020151209.

55. Gagliardi G., Loock H.-P. Cavity-Enhanced Spectroscopy and Sensing. - 2014. -Vol. 179. 527 p. - DOI: 10.1007/978-3-642-40003-2.

56. Paldus B.A., Kachanov A.A. An historical overview of cavity-enhanced methods // Canadian Journal of Physics. - 2005. - Vol. 83, - № 10. - P. 975-999. -DOI: 10.1139/p05-054.

57. Kassi S., Campargue A. Cavity ring down spectroscopy with 5 x 10-13 cm-1 sensitivity // J. Chem. Phys. - 2012. - Vol. 137. - P. 234201. -DOI: 10.1063/1.4769974.

58. Bordet B., Kassi S., Campargue A. Line parameters of the 4-0 band of carbon monoxide by high sensitivity cavity ring down spectroscopy near 1.2 цт // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. - 2021. - Vol. 260. -P. 107453(1-11). - DOI: 10.1016/j.jqsrt.2020.107453.

59. Koshelev M.A., Serov E.A., Parshin V.V., Tretyakov M.Y. Millimeter wave continuum absorption in moist nitrogen at temperatures 261 - 328 K // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. - 2011. - Vol. 112. -P. 2704-2712.

60. Hartmann J., Tran H., Armante R., Boulet C., Campargue A., Forget F., Gianfrani L., Gordon I., Guerlet S., Gustafsson M., Hodges J.T., Kassi S., Lisak D., Thibault F., Toon G.C. Recent advances in collisional effects on spectra of molecular gases and their practical consequences // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. - 2018. - Vol. 213. - P. 178-227. -DOI: 10.1016/j.jqsrt.2018.03.016.

61. Третьяков М.Ю. Высокоточная резонаторная спектроскопия атмосферных газов в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах длин волн. - 2016. 320 p.

62. Clough S.A., Kneizys F.X., Davies R.W. Line shape and the water vapor continuum // Atmospheric Research. - 1989. - Vol. 23, - № 3-4. - P. 229-241. -DOI: https://doi.org/10.1016/0169-8095(89)90020-3.

63. Rosenkranz P.W. Water vapor microwave continuum absorption: A comparison of measurements and models // Radio Science. - 1998. - Vol. 33, - № 4. - P. 919-928.

64. Yang Y., Mandehgar M., Grischkowsky D. Determination of the water vapor continuum absorption by THz-TDS and Molecular Response Theory // Optics Express. - 2014. - Vol. 22, - № 4. - P. 4388-4403. - DOI: 10.1364/oe.22.004388.

65. Rodimova O.B. Carbon Dioxide and Water Vapor Continuum Absorption in the Infrared Spectral Region // Atmospheric and Oceanic Optics. - 2018. - Vol. 31, -№ 6. - P. 564-569. - DOI: 10.1134/S1024856018060143.

66. 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 // Journal of Geophysical Research. - 2011. - Vol. 116. -P. D16305(1-16). - DOI: 10.1029/2011JD015603.

67. Burch D.E. Continuum absorption by H2O. - 1981. AFGL-TR-81-0300(1-46) p.

68. Тейлор Д. Введение в теорию ошибок. - 1985. 272 p.

69. Rubens H., Aschkinass E. Beobachtungen über Absorption und Emission von Wasserdampf und Kohlensaure im ultraroten Spectrum // Ann. Phys. - 1898. -Vol. 300. - P. 584-601.

70. Elsasser W.M. New values for the infrared absorption coefficient of atmospheric water vapor // Mon.Weather Rev. - 1938. - P. 175-178. - DOI: 10.1175/1520-0493(1938)66<175:NVFTIA>2.0.CO;2.

71. Bignell K.J. The water-vapour infra-red continuum // Quart. J. Roy. Meteorol. Soc. - 1970. - Vol. 96. - P. 390-403.

72. Burch D.E., Alt R.L. Continuum absorption by H2O in the 700-1200 cm-1 and 2400-2800 cm-1 windows, Sci. Rep., AFGL-TR- 84-0128, Air Force Geophys. Lab., Hanscom Air Force Base, Mass. - 1984.

73. Fulghum S.F., Tilleman M.M. Interferometric calorimeter for the measurement of water vapor absorption // Journal of the Optical Society of America B. - 1991. -Vol. 8. - P. 2401-2413. - DOI: 10.1364/JOSAB.8.002401.

74. Baranov Y.I., Lafferty W.J. The water-vapor continuum and selective absorption in the 3 to 5 mm spectral region at temperatures from 311 to 363 K // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. - 2011. - Vol. 112. -P. 1304-1313. -DOI: 10.1016/j.jqsrt.2011.01.024.

75. Koshelev M.A., Leonov I.I., Serov E.A., Chernova A.I., Balashov A.A., Bubnov G.M., Andriyanov A.F., Shkaev A.P., Parshin V.V., Krupnov A.F., Tretyakov M.Y. New Frontiers in Modern Resonator Spectroscopy // IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology. - 2018. - Vol. 8, - № 6. - P. 773-783. -DOI: 10.1109/TTHZ.2018.2875450.

76. Liebe H.J., Layton D.H. Millimeter-wave properties of the atmosphere: Laboratory studies and propagation modeling // NTIA Report. - 1987. - P. 87-224.

77. Kuhn T., Bauer A., Godon M., Buehler S., Kuenzi K. Water vapor continuum: absorption measurements at 350 GHz and model calculations // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. - 2002. - Vol. 74. - P. 545-562.

- DOI: https://doi.org/ 10.1016/S0022-4073(01)00271 -0.

78. Burch D.E. Continuum absorption by H2O. - 1982. Report No AFGL-TR-81-03001982 p.

79. Furashov N.I., Sverdlov B.A., Chernyaev S.N. Absorption of electromagnetic radiation by pure water vapor at frequencies near 1.5 THz // Radiophysics and Quantum Electronics. - 1996. - Vol. 39, - № 9. - P. 754-759.

80. Slocum D., Giles R., Goyette T. High-resolution water vapor spectrum and line shape analysis in the terahertz region // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. - 2015. - Vol. 159. - P. 69-79.

81. Odintsova T.A., Tretyakov M.Y., Pirali O., Roy P. Water vapor continuum in the range of rotational spectrum of H2O molecule: New experimental data and their comparative analysis // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer.

- 2017. - Vol. 187. - P. 116-123. -

DOI: http://dx.doi.org/10.1016/jjqsrt.2016.09.009.

82. Tobin D.C., Strow L.L., Lafferty W.J., Olson W.B. Experimental investigation of the self- and N2-broadened continuum within the v2 band of water vapor // Applied Optics. - 1996. - Vol. 35, - № 24. - P. 4724. - DOI: 10.1364/ao.35.004724.

83. Ptashnik I.V., Klimeshina T.E., Petrova T.M., Solodov A.A., Solodov A.M. Water Vapor Continuum Absorption in the 2.7 and 6.25 ^m Bands at Decreased Temperatures // Atmospheric and Oceanic Optics. - 2016. - Vol. 29, - № 3. -P. 211-215. - DOI: 10.1134/S1024856016030131.

84. Paynter D.J., Ptashnik 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 // Geophysical Research Letters. - 2007. - Vol. 34. -P. L12808. - DOI: 10.1029/2007GL029259.

85. SOLEIL: Position along the storage ring [Electronic resource]. - 2021. https://www.synchrotron- soleil.fr/en/p osition-along - storage-ring.

86. Mitsel' A.A., Ptashnik I. V., Firsov K.M., Fomin B.A. Efficient technique for line-by-line calculating the transmittance of the absorbing atmosphere // Atmospheric and oceanic optics. - 1995. - Vol. 8, - № 10. - P. 1547-1551. - DOI: 10.1016/0022-4073(95)00029-K.

87. 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 // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. - 2007. - Vol. 108, - № 3. - P. 389-402. -DOI: 10.1016/j.jqsrt.2007.06.009.

88. Пташник И.В. Неопубликованные данные : восстановление спектров континуума чистого водяного пара в полосах 5300 и 7200 см-1. - 2009.

89. Rothman L.S., Gordon I.E., Barbe A., Benner D.C., Bernath P.F., Birk M., Boudon V. The HITRAN 2008 Molecular Spectroscopic Database // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. - 2008. - Vol. 110, - № 9-10. - P. 533-572. - DOI: 10.1016/j.jqsrt.2009.02.013.

90. Tyndall J. On the absorption and radiation of heat by gases and vapours, and on the physical connexion of radiation, absorption, and conduction // Philosophical

Transactions of the Royal Society of London. - 1861. - Vol. 151. - P. 1-136. -DOI: 10.1098/rstl.1861.0001.

91. Van Vleck J.H. The absorption of microwaves by oxygen // Phys. Rev. - 1947. -Vol. 71, - № 7. - P. 413—424.

92. Жевакин С.А. О коэффициенте поглощения электромагнитных волн водяными парами в диапазоне 10 мкм - 2 см // Изв. вузов. Радиофи- зика. - 1963. - Vol. 6,

- № 4. - P. 674—694.

93. Strong J. Study of atmospheric absorption and emission in the infrared spectrum // J. Franklin. Inst. - 1941. - Vol. 232. - P. 1-22.

94. Cowling T.G. The absorption of water vapour in the far infra-red // Reports on Progress in Physics. - 1942. - Vol. 9. - P. 29-41.

95. Polyansky O.L., Zobov N.F., Mizus I.I., Lodi L., Yurchenko S.N., Tennyson J., Csaszar A.G., Boyarkin O. V. Global spectroscopy of the water monomer // Philosophical Transactions of the Royal Society A. - 2012. - Vol. 370, - № 1968. -P. 2728-2748. - DOI: 10.1098/rsta.2011.0259.

96. Bignell K.J., Saiedy F., Sheppard P.A. On the atmospheric infrared continuum // J. Opt. Soc. Amer. - 1963. - Vol. 53. - P. 466-479.

97. Lowder J.E. Increase of integrated intensities of H2O infrared bands produced by hydrogen bonding // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. -1971. - Vol. 11. - P. 153-159.

98. Penner S.S. Effect of dimerisation on the transmission of water vapor in the near-infrared // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. - 1973. -Vol. 13. - P. 383-384.

99. Vigasin A.A. Water vapor continuous absorption in various mixtures: Possible role of weakly bound complexes // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. - 2000. - Vol. 64. - P. 25-40. - DOI: 10.1016/S0022-4073(98)00142-3.

100. Cormier J.G., Hodges J.T., Drummond J.R. Infrared water vapor continuum absorption at atmospheric temperature // The Journal of Chemical Physics. - 2005.

- Vol. 122, - № 11. - P. 114309. - DOI: 10.1063/1.1862623.

101. Roberts R.E., Selby J.E.A., Biberman L.M. Infrared continuum absorption by atmospheric water vapor in the 8-12-^m window // Applied Optics. - 1976. -

Vol. 15, - № 9. - P. 2085-2090. - DOI: https://doi.org/10.1364/AO.15.002085.

102. Arefev V.N., Dianov-Klokov V.I. Attenuation of 10.6-mm radiation by water vapor and the role of (H2O)2 dimers // Optics and Spectroscopy. - 1977. - Vol. 42, - № 5. - P. 488-492.

103. Montgomery G.P. Temperature dependence of infrared absorption by the water vapor continuum near 1200 cm-1 // Applied Optics. - 1978. - Vol. 17, - № 15. -P.2299-2303.

104. Dianov-Klokov V.I., Ivanov V.M., Arefev V.N., Sizov N.I. Water vapour continuum absorption at 8-13 mm // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. - 1981. - Vol. 25. - P. 83-92.

105. Varanasi P. On the nature of the infrared spectrum of water vapor between 8 and 14 mm // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. - 1988. -Vol. 40. - P. 169-175.

106. Devir A.D., Neumann M., Lipson S.G., Oppenheim U.P. Water vapor continuum in the 15- to 25-mm spectral region: evidence for (H2O)2 in the atmosphere // Optical Engineering. - 1994. - Vol. 33. - P. 746-750.

107. Vigasin A.A., Chlenova G.V. Water-dimer spectrum for wavelengths 48 mm, and extinction of radiation in the atmosphere // Izvestiya - Atmospheric and Oceanic Physics. - 1984. - Vol. 20. - P. 596-599.

108. Vigasin A.A. Weakly bound molecular complexes in the atmosphere // Atmospheric and Oceanic Optic. - 1989. - Vol. 2, - № 10. - P. 907-924.

109. Nizkorodov, S.A. Ziemkiewicz M., Nesbitt D.J. Overtone spectroscopy of H2O clusters in the vOH = 2 manifold: infrared-ultraviolet vibrationally mediated dissociation studies. // J. Chem. Phys. - 2005. - Vol. 122. - P. 94316(1-11).

110. Perchard J.P. Anharmonicity and hydrogen bonding. II—A near infrared study of water trapped in nitrogen matrix // Chemical Physics. - 2001. - Vol. 266. -P. 109-124. - DOI: 10.1016/S0301-0104(01)00327-5.

111. Perchard J.P. Anharmonicity and hydrogen bonding. III. Analysis of the near infrared spectrum of water trapped in argon matrix // Chemical Physics. - 2001. -Vol. 273. - P. 217-233. - DOI: 10.1016/S0301-0104(01)00496-7.

112. Page R.H., Frey J.G., Shen Y.R., Lee Y.T. Infrared Predissociation Spectra of Water

Dimer in a Supersonic Molecular Beam // Chemical Physics Letters. - 1984. -Vol. 106, - № 5. - P. 373-376. - DOI: 10.1016/0009-2614(84)85320-8.

113. Coker D.F., Miller R.E., Watts R.O. The infrared predissociation spectra of water clusters // The Journal of Chemical Physics. - 1985. - Vol. 82, - № 8. - P. 35543562.

114. Huang Z.S., Miller R.E. High-resolution near infrared spectroscopy of water dimer // Journal of Chemical Physics. - 1989. - Vol. 91. - P. 6613-6631. -DOI: 10.1063/1.457380.

115. Huisken F., Kaloudis M., Kulcke A. Infrared spectroscopy of small size-selected water clusters // Journal of Chemical Physics. - 1996. - Vol. 104. - P. 17-25. -DOI: 10.1063/1.470871.

116. Paul J.B., Collier C.P., Saykally R.., Scherer J.J., O'Keefe A. Direct measurement of water cluster concentration by infrared cavity ringdown laser absorption spectroscopy // The Journal of Physical Chemistry A. - 1997. - Vol. 101. -P. 5211-5524. - DOI: 10.1021/jp971216z.

117. Paul J.B., Provencal R.A., Chapo C., Roth K., Casaes R., Saykally R.J. Infrared Cavity Ringdown Spectroscopy of the Water Cluster Bending Vibrations // Journal of Physical Chemistry A - 1999. - Vol. 103. - P. 2972-2974. - DOI: 10.1021/jp984618v.

118. Keutsch F.N., Braly L.B., Brown M.G., Harker H.A., Petersen P.B., Leforestier C., Saykally R.J. Water dimer hydrogen bond stretch, donor torsion overtone, and "inplane bend" vibrations // Journal of Chemical Physics. - 2003. - Vol. 119. -P. 8927-8937. - DOI: 10.1063/1.1614774.

119. Braly L.B., Liu K., Brown M.G., Keutsch F.N., Fellers R.S., Saykally R.J. Terahertz laser spectroscopy of the water dimer intermolecular vibrations. II. (H2O)2 // Journal of Chemical Physics. - 2000. - Vol. 112, - № 23. - P. 10314-10326. -DOI: 10.1063/1.481669.

120. Keutsch F.N., Goldman N., Harker H.A., Leforestier C., Saykally R.J. Complete characterization of the water dimer vibrational ground state and testing the VRT(ASP-W)III, SAPT-5st, and VRT(MCY-5f) surfaces // Molecular Physics. -2003. - Vol. 101, - № 23-24. - P. 3477-3492. -

DOI: 10.1080/00268970310001636486.

121. Busarow K.L., Cohen R.C., Blake G.A., Laughlin K.B., Lee Y.T., Saykally R.J. Measurement of the perpendicular rotation-tunneling spectrum of the water dimer by tunable far infrared laser spectroscopy in a planar supersonic je // Journal of Chemical Physics. - 1989. - Vol. 90, - № 8. - P. 3937-3943. -DOI: 10.1063/1.455804.

122. Fraser G.T., Suenram R.D., Coudert L.H. Microwave electric-resonance optothermal spectroscopy of (H2O)2 // Journal of Chemical Physics. - 1989. - Vol. 90. -P. 6077-6086. - DOI: 10.1063/1.456373.

123. Поберовский А.В. Исследование полос поглощения водяного пара (1.38 и 1.87 мкм) при повышенных далениях и температурах // Сб. трудов: Проблемы физики атмосферы. Ленинградский университет. - 1976. - Vol. 13. - P. 81-87.

124. Schofield D.P., Kjaergaard H.G. Calculated OH-stretching and HOH-bending vibrational transitions in the water dimer // Physical Chemistry Chemical Physics. -2003. - Vol. 5, - № 15. - P. 3100-3105. - DOI: 10.1039/b304952c.

125. Curtiss L.A., Frurip D.J., Blander M. Studies of molecular association in H2O and D2O vapors by measurement of thermal conductivity // The Journal of Chemical Physics. - 1979. - Vol. 71. - P. 2703-2711. - DOI: 10.1063/1.438628.

126. Daniel J.S., Solomon S., Kjaergaard H.G., Schofield D.P. Atmospheric water vapor complexes and the continuum // Geophysical Research Letters. - 2004. - Vol. 31. -P. L06118(1-4). - DOI: 10.1029/2003gl018914.

127. Ptashnik I.V. Evidence for the contribution of water dimers to the near-IR water vapour self-continuum // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. - 2008. - Vol. 109. - P. 831-852. - DOI: 10.1016/j.jqsrt.2007.09.004.

128. 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 // Journal of Physical Chemistry A. - 2008. - Vol. 112, - № 18. - P. 4324-4335. - DOI: 10.1021/jp710066f.

129. 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 // Journal of Physical Chemistry A. - 2008. - Vol. 112, - № 28. - P. 6305-6312. -

DOI: 10.1021/jp800754y.

130. Scribano Y., Goldman N., Saykally R.J., Leforestier C. Water Dimers in the Atmosphere III: Equilibrium Constant from a Flexible Potential // J. Phys. Chem. A. - 2006. - Vol. 110. - P. 5411-5419. - DOI: 10.1021/jp056759k.

131. Brown A., Tipping R.H. Collision-induced absorption in dipolar molecule -homonuclear diatomic pairs // Weakly interacting pairs: Unconventional absorbers of radiation in the atmosphere / ed. Camy-Peyret C., Vigasin A.A. - 2003. -P. 93-99.

132. Leforestier C., Tipping R.H., Ma Q. Temperature dependences of mechanisms responsible for the water-vapor continuum absorption. II. Dimers and collision-induced absorption // Journal of Chemical Physics. - 2010. - Vol. 132. -P. 164302(1-14). - DOI: 10.1063/1.3384653.

133. Vigasin A.A. Bound, metastable and free states of bimolecular complexes // Infrared Phys. - 1991. - Vol. 32. - P. 451-470. - DOI: 10.1016/0020-0891(91)90135-3.

134. Epifanov S.Y., Vigasin A. Subdivision of phase space for anisotropically interacting water molecules // Molecular Physics. - 1997. - Vol. 90, - № 1. - P. 101-106.

135. Vigasin A.A. Water vapor continuum: Whether collision-induced absorption is involved? // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. - 2014. -Vol. 148. - P. 58-64. - DOI: doi.org/10.1016/j.jqsrt.2014.06.019.

136. Tretyakov M.Y., Sysoev A.A., Odintsova T.A., Kyuberis A.A. Collision-Induced Dipole Moment and Millimeter and Submillimeter Continuum Absorption in Water Vapor // Radiophysics and Quantum Electronics. - 2015. - Vol. 58, - № 4. -P. 262-276. - DOI: 10.1007/s11141-015-9600-7.

137. Несмелова Л.И., Творогов С.Д., Фомин В.В. Спектроскопия крыльев линий. -1977. 141 p.

138. Несмелова Л.И., Родимова О.Б., Творогов С.Д. Контур спектральной линии и межмолекулярное взаимодействие. - 1986. 216 p.

139. Гордов Е.П., Творогов С.Д. Метод полуклассического представления квантовой теории. - 1984. 167 p.

140. Rosenkranz P.W. Pressure broadening of rotational bands. II. Water vapor from 300 to 1100 cm-1 // J. Chem. Phys. - 1987. - Vol. 87. - P. 163-170.

141. Hill T.L. Statistical Mechanics. McGraw-Hil. - 1956. 152 p.

142. Stogryn D.E., Hirschfelder J.O. Contribution of bound, metastable, and free molecules to the second virial coefficient and some properties of double molecules // The Journal of Chemical Physics. - 1959. - Vol. 31, - № 6. - P. 1531-1545. -DOI: 10.1063/1.1730649.

143. Vaida V., Daniel J.S., Kjaergaard H.G., Goss L.M., Tuck A.F. Atmospheric absorption of near infrared and visible solar radiation by the hydrogen bonded water dimer // Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. - 2001. - Vol. 127, - № 575. - P. 1627-1643. - DOI: 10.1002/qj.49712757509.

144. Buryak I., Vigasin A.A. Classical calculation of the equilibrium constants for true bound dimers using complete potential energy surface // Journal of Chemical Physics. - 2015. - Vol. 143. - P. 234304(1-8). - DOI: 10.1063/1.4938050.

145. Rocher-Casterline B., Ch'ng L., Mollner A., Reisler H. Communication: determination of the bond dissociation energy (D0) of the water dimer, (H2O)2, by velocity map imaging // J Chem Phys. - 2011. - Vol. 134. - P. 211101(1-4). -DOI: 10.1063/1.3598339.

146. Ivanov S.V. Trajectory study of CO2-Ar and CO2-He collision complexes. In: Camy-Peyret C, Vigasin AA, editors. // Weakly interacting molecular pairs: unconventional absorbers of radiation in the atmosphere. - 2003. - P. 49-63.

147. Serov E.A., Koshelev M.A., Odintsova T.A., Parshin V. V., Tretyakov M.Y. Rotationally resolved water dimer spectra in atmospheric air and pure water vapour in the 188-258 GHz range // Physical Chemistry Chemical Physics. - 2014. -Vol. 16. - P. 26221-26233. - DOI: 10.1039/c4cp03252g.

148. Scribano Y., Leforestier C. Contribution of water dimer absorption to the millimeter and far infrared atmospheric water continuum // Journal of Chemical Physics. -

2007. - Vol. 126, - № 23. - P. 1-12. - DOI: 10.1063/1.2746038.

149. Lee M.-S., Baletto F., Kanhere D.G., Scandolo S. Far-infrared absorption of water clusters by first-principles molecular dynamics // Journal of Chemical Physics. -

2008. - Vol. 128. - P. 214506. - DOI: 10.1063/1.2933248.

150. Неопубликованные данные от H. Kjaergaard (2008).

151. Bouteiller Y., Perchard J.P. The vibrational spectrum of (H2O)2: comparison

between anharmonic ab initio calculations and neon matrix infrared data between 9000 and 90 cm-1 // Chemical Physics. - 2004. - Vol. 305, - № 1-3. - P. 1-12. -DOI: https://doi.org/10.1016Zj.chemphys.2004.06.028.

152. Slipchenko M.N., Kuyanov K.E., Sartakov B.G., Vilesov A.F. Infrared intensity in small ammonia and water clusters // Journal of Chemical Physics. - 2006. -Vol. 124. - P. 241101(1-4). - DOI: 10.1063/1.2216712.

153. Kuyanov-Prozument K., Choi M.Y., Vilesov A.F. Spectrum and infrared intensities of OH-stretching bands of water dimers // Journal of Chemical Physics. - 2010. -Vol. 132. - P. 014304(1-7). - DOI: 10.1063/1.3276459.

154. Salmi T., Hanninen 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" // Journal of Physical Chemistry A. - 2012. - Vol. 116, - № 1. -P. 796-797. - DOI: 10.1021/jp210675h.

155. Hirono M., Suda T. Band Absorption by the Spectral Lines with a Super-Lorentz Line Shape // Journal of the Physical Society of Japan. - 1983. - Vol. 52, - № 4. -P. 1157-1163. - DOI: doi: 10.1143/jpsj.52.1157.

156. Payne V.H., Mlawer E.J., Cady-Pereira K.E., Moncet J.L. Water vapor continuum absorption in the microwave // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. - 2011. - Vol. 49, - № 6. - P. 2194-2208. -DOI: 10.1109/TGRS.2010.2091416.

157. Townes, C.H. Schawlow A.L. Microwave spectroscopy. - 1975. 360 p.

158. Симонова А.А., Пташник И.В. Природа континуального поглощения водяного пара в полосах фундаментальных изгибного и валентного колебаний молекулы воды // Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы: Тезисы докладов XXVII Международного симпозиума. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2021. -2021. - P. A40-43.

159. Ptashnik I. V., McPheat R.A., Shine K.P., Smith K.M., Gary Williams R. Water vapour foreign-continuum absorption in near-infrared windows from laboratory measurements // Philosophical Transactions of the Royal Society A. - 2012. -Vol. 370. - P. 2557-2577. - DOI: 10.1098/rsta.2011.0218.

160. Turner D.D., Merrelli A., Vimont D., Mlawer E.J. Impact of modifying the longwave

water vapor continuum absorption model on community Earth system model simulations // Journal of Geophysical Research. - 2012. - Vol. 117. -P. D04106(1-11). - DOI: 10.1029/2011JD016440.

161. Paynter D., Ramaswamy V. Variations in water vapor continuum radiative transfer with atmospheric conditions // Journal of Geophysical Research Atmospheres. -2012. - Vol. 117. - P. D16310(1-23). - DOI: 10.1029/2012JD017504.

162. Фирсов К.М., Чеснокова Т.Ю., Клиточенко И.И. Вклад континуального поглощения H2O в потоки длинноволного излучения облачной и безоблачной атмосферы // Оптика атмосферы и океана. - 2016. - Vol. 29, - № 10. -P. 843-849. - DOI: 10.15372/AOO20161007.

163. Фирсов К.М., Чеснокова Т.Ю., Размолов А.А., Ченцов А.В. Вклад континуального поглощения водяного пара в потоки коротоволнового солнечного излучения в атмосфере Земли при наличии перистой облачности // Оптика атмосферы и океана. - 2017. - Vol. 30, - № 10. - P. 813-820. -DOI: 10.15372/AOO20171001.

164. Collins W.D., Ramaswamy V., Schwarzkopf M.D., Sun Y., Portmann R.W., Fu Q., Casanova S.E.B., Dufresne J., Fillmore D.W., Forster P.M.D., Galin V.Y., Gohar L.K., Ingram W.J., Kratz D.P., Lefebvre M., Li J. Radiative forcing by well-mixed greenhouse gases : Estimates from climate models in the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) Fourth Assessment Report (AR4) // Journal of Geophysical Research. - 2006. - Vol. 111. - P. D14317(1-15). -DOI: 10.1029/2005JD006713.

165. Dudhia A. The Reference Forward Model (RFM) // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. - 2017. - Vol. 186. - P. 243-253. -DOI: 10.1016/j.jqsrt.2016.06.018.

166. Stamnes K., Tsay S., Wiscombe W., Jayaweera K. Numerically stable algorithm for discrete-ordinate-method radiative transfer in multiple scattering and emitting layered media // APPLIED OPTICS. - 1988. - Vol. 27, - № 12. - P. 2502-2509. -DOI: https://doi.org/10.1364/AO.27.002502.

167. Kurucz R.L., Bell B. Atomic Line Data // Kurucz CD-ROM No. 23, Cambridge, Smithsonian Astrophysical Observatory. - 1995. - № 23.