Автореферат (1145361)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Федеральное государственное бюджетное учреждение «НПО «Тайфун»Институт экспериментальной метеорологииНа правах рукописиБаранов Юрий ИвановичЭкспериментальное исследование индуцированного и континуального поглощенияИК-радиации основными атмосферными газамиСпециальность 01.04.05 - оптикаАвтореферат диссертации на соискание ученой степенидоктора физико-математических наукОбнинск – 20142Работа выполнялась:На кафедре молекулярной спектроскопии физического факультета С.-Петербургскогогосударственного университета, 1978-1980 гг.В Институте экспериментальной метеорологии ФГБУ «НПО «Тайфун», 1995-2012 гг.В Национальном институте стандартов и технологий (NIST), США, 2001-2011 гг.Официальные оппоненты:Доктор физико-математических наук, профессорКонстантин Михайлович Фирсов,Волгоградский Государственный Университет.Доктор физико-математических наук, доцентАлександр Григорьевич Петрушин,Национальный исследовательский ядерныйуниверситет МИФИ Обнинский институт атомнойэнергетики (НИЯУ МИФИ ИАТЭ)Доктор физико-математических наук,ведущий научный сотрудник,Леонид Аркадьевич Сурин,Институт спектроскопии Российскойакадемии наук (ИСАН), г.

Троицк.Ведущая организация:Институт физики атмосферы Российскойакадемии наук, г. Москва.Защита диссертации состоится 9 октября 2014 г. в 13 часов, на заседании диссертационногосовета Д212.232.45 по защите кандидатских и докторских диссертаций при СанктПетербургском Государственном университете по адресу: 198504, Санкт-Петербург,Петродворец, ул.

Ульяновская д. 1, Малый конференц-зал.С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке им. Горького СПбГУ.Автореферат разослан «___»_____________» 2014 г.Ученый секретарь диссертационного советадокт. физ.-мат. наукВ.С. Сухомлинов31. Общая характеристика работы.В настоящей работе представлены результаты лабораторного экспериментальногоисследования поглощения инфракрасного излучения основными атмосферными газамивключая азот, кислород, водяной пар, углекислый и угарный газы.

Объектами исследованияявлялись основные столкновительно-индуцированные полосы азота, кислорода иуглекислого газа, континуальное поглощение водяным паром в окнах относительнойпрозрачности его спектра при 10 и 4 µm, а также поглощение в нескольких разрешенныхполосах окиси и двуокиси углерода. Регистрация спектров проводилась в разное время накафедре молекулярной спектроскопии физического факультета С.-ПетербургскогоГосударственного университета (1978-1980), в лаборатории атмосферной спектроскопииИнститута экспериментальной метеорологии (ИЭМ), ФГБУ «НПО «Тайфун» (1985-2012) и вНациональном институте стандартов и технологий в США (2001-2011). Обработкарезультатов измерений и подготовка публикаций выполнены в основном в ИЭМ, ФГБУ«НПО «Тайфун».2.

Краткое вступление в тему диссертации.Линейчатые инфракрасные спектры поглощения молекулярных газов достаточнохорошо изучены к настоящему времени благодаря развитию вычислительной техники испектрального приборостроения, в частности, благодаря созданию Фурье-спектрометроввысокого разрешения. Результатом исследования являются параметры колебательновращательных линий, к которым относятся их интенсивность, положение в спектре,коэффициенты уширения и сдвига, а также теоретические модели, связывающие этипараметры со структурой молекул и динамикой их колебательно-вращательного движения.Основополагающие сведения о молекулярных спектрах и их связи со строением исимметрией молекул могут быть почерпнуты в широко-известных монографиях Г.

Герцберга[1, 2]. Параметры линий поглощения скомпилированы в различных базах данных. Одной изнаиболее известных и популярных среди пользователей является база данных HITRAN [3]<http://www.cfa.harvard.edu/HITRAN>, включающая параметры спектральных линий более40 присутствующих в атмосфере Земли молекулярных газов и предназначенная длячисленного моделирования спектров в условиях, близких к атмосферным.C*106, cm-1amagat-2543Θ=271K21013501450155016501750-1Wavenumber, cmРис.

1. Полученный в настоящей работе профиль основной СИПП кислорода притемпературе 271 К. Вертикальные линии показывают структуру спектра для правил отбораΔJ = 0, ± 2.4Индуцированные (континуальные) полосы поглощения наблюдаются в рядеслучаев, когда вращательные или колебательно-вращательные переходы для изолированныхмолекул оказываются запрещены в силу свойств симметрии волновых функций. Это, впервую очередь, индуцированные спектры двухатомных гомоядерных молекул H2, O2 и N2, атак же некоторых многоатомных молекул с высокой симметрией равновесныхконфигураций: CO2, CH4, C2H2 и др.

В качестве примера на Рис. 1 воспроизведен контуросновной столкновительно-индуцированной полосы поглощения (СИПП) кислорода.Профили индуцированных полос, как видно из рисунка, являются достаточно гладкими(континуальными), хотя и содержат в некоторых случаях (О2, N2) слабую волнообразнуюструктуру, происхождение которой является в настоящее время предметом дискуссии.Возникновение индуцированных спектров связывается с нарушением свойств симметриисостояний поглощающей молекулы под воздействием молекул окружения в ходе парныхстолкновений. Столкновительно-индуцированным спектрам молекул в газовой фазепосвящены монографии Л.

Фроммхольда [4] и Ж.-М. Артмана и др. [5]. Характернойособенностьюстолкновительно-индуцированногоспектраявляетсяквадратичнаязависимость коэффициента поглощения K от плотности газа  .(1)K  ,    ln T  , L1  C  ,  2 .Здесь  - волновое число,  - температура газа, T - монохроматическое пропусканиеобразца при толщине поглощающего слоя - L , C - бинарный коэффициент поглощения. Длясмеси двух газов (азота и кислорода, например) коэффициент индуцированного поглощенияскладывается из трех частей:K  ,   Cs  ,  s2  Csf  ,  s  f  C f  ,  2f ,(2)где бинарный коэффициент Csf  ,  описывает взаимное влияние газов на поглощение вобласти их индуцированных полос.

Соотношения (1, 2) записаны в бинарном приближении,когда спектральными проявлениями одновременного взаимодействия трех и более молекулможно пренебречь.Континуум водяного пара (the water vapor continuum) – исторически сложившеесяназвание экспериментально наблюдаемого избыточного поглощения (extra-absorption) вполосах и окнах прозрачности спектра Н2О, по сравнению с результатом полинейного (lineby line) расчета с контуром Лоренца и параметрами линий из существующих баз данных. Вобщепринятом определении [6] коэффициент континуального поглощения Cs  , вычисляется как разность между экспериментально измеренным коэффициентомпоглощения K  ,  и результатом полинейного (line by line) расчета:Si  i P,  i  P,  ,(3)     i 2   i2 P,  25   i 2   i2 P,  iгде  i , Si  и  i P,  - соответственно положение, интенсивность и зависящая отдавления газа - Р и температуры – Θ полуширина i-ой линии поглощения.

Суммированиеведется по всем линиям в диапазоне ν ± 25 см-1. Особенность расчета заключается в«обнулении» коэффициента поглощения в каждой линии на границе  i  25 см-1 путемCs  ,   K  ,  s2   s1 вычета из контура Лоренца его же значения в точке  i  25 см-1. Рис. 2 представляетфрагмент спектра поглощения водяного пара в области окна прозрачности 10 μm.

В данноммасштабе шкалы абсцисс линии поглощения выглядят как направленные вверх острые пики,тогда как при растяжении шкалы они принимают обычную колоколо-образную форму. Рис.2 демонстрирует достаточно плавный спектральный ход континуума, так что было вполнеестественным предположить, что он образован далекими крыльями интенсивных линийводяного пара, относящихся к чисто вращательной (20 – 400 см-1) и колебательновращательной полосе ν2 (1400 – 1800 см-1). Интенсивности индуцированного (Рис.

1) и5континуального (Рис. 2) поглощения достаточно слабы и их лабораторные измеренияпроводятся, как правило, в газе высокой плотности и (или) с использованием многоходовыхкювет, создающих протяженный поглощающий слой. Более детальная информация ометодах и технических средствах исследований приведена ниже, в разделе 9 автореферата.1.5Absorbance, a.u.Res = 0.1 cm-1Θ = 318KP = 5 2 .1 to rrL = 116 m10.508009001000110012001300-1Wavenumber, cmРис. 2. Фрагмент спектра поглощения водяного пара в области окна прозрачности 10μm.

Окрашенная зона представляет континуум водяного пара.3. Актуальность темы диссертации определялась в первую очередь недостаткомнадежных, полученных в широком диапазоне температур экспериментальных данных остолкновительно-индуцированных спектрах основных атмосферных газов и континуумеводяного пара. Такие результаты востребованы при решении ряда практических задач вфизике и оптике атмосферы (см. раздел 4). Следует отметить так же их важность длясовершенствования методов теоретического моделирования индуцированных спектров, идля решения проблемы интерпретации континуума водяного пара, в частности.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации