| Аннотация |
Возможности современной субТГц техники радиометрических исследований атмосферы Земли требуют все более точных моделей атмосферного поглощения. В их основе лежит информация о спектральных свойствах основных атмосферных молекул, поглощающих электромагнитное излучение. В субТГц диапазоне это поглощение в основном обусловлено линиями водяного пара и кислорода, и континуумом водяного пара, наиболее сильно проявляющимся между линиями Н2О в окнах относительной прозрачности атмосферы. Для достижения требуемой точности моделей атмосферного поглощения необходимо детальное исследование как резонансного спектра молекул (формы и параметров линий), так и континуального поглощения Н2О с учетом современного понимания физических механизмов столкновительного взаимодействия молекул. В ходе выполнения Проекта 2022 были проведены исследования профиля основных линий водяного пара и кислорода, обуславливающих форму спектра атмосферного воздуха в субТГц диапазоне частот, был определен вклад различных столкновительных эффектов в профиль линии, включая эффекты ветра и Дикке. Для континуума водяного пара впервые создана модель, опирающаяся на известные (и подтвержденные как экспериментально, так и теоретически) физические механизмы, включая бимолекулярное поглощение и модель дальних крыльев линий. На основании полученных при комнатной температуре спектрах чистого водяного пара и влажного воздуха продемонстрировано повышение точности моделирования резонансного поглощения при использовании корректных моделей профиля линии и измеренных столкновительных параметров. В то же время, эти усовершенствования не коснулись температурной зависимости параметров формы линии, что, в условиях реальной атмосферы, ограничивает точность результатов анализа радиометрических данных с использованием существующих моделей распространения. Кроме того, для некоторых параметров температурное поведение не всегда очевидно, а использование общепризнанных эмпирических формул может быть неуместно. В качестве примера можно привести результат нашего исследования линии водяного пара вблизи 183 ГГц [M.A. Koshelev, et al. JQSRT 262 (2021) 107472], в результате которого было продемонстрировано, что сдвиг этой линии давлением Н2О меняет знак с изменением температуры, и описание этой температурной зависимости общепринятым степенным законом неправомерно и вносит дополнительную ошибку при моделировании профиля линии в условиях реальной атмосферы. Вторым примером можно привести поведение температурного показателя коэффициента gamma2 (квадратичной зависимости ширины линий от скорости молекул), который в случае линий тонкой структуры кислорода также меняет знак при увеличении вращательного состояния молекулы [M.A. Koshelev, et al.JQSRT 298 (2023) 108493], что ранее никем не наблюдалось. Таким образом, в отсутствие точных расчетов профиля линии из первых принципов только прецизионные измерения могут обеспечить требуемую приложениями точность определения параметров формы линии и их температурной зависимости, что и является одной из целей данного проекта. Кроме того, планируется измерение атмосферного континуума в низкочастотной части субТГц диапазона (ниже 100 ГГц) с помощью резонаторного спектрометра, что обусловлено: а) практической важностью этого диапазона для задач диагностики атмосферы; б) практически полным отсутствием лабораторных исследований континуума в этом диапазоне частот, при том, что именно неопределенность атмосферного континуума является одним из основных источников ошибки при моделировании спектра атмосферы этом диапазоне частот [D. Cimini, et al., Atmos. Chem. Phys., 18, 15231–15259, 2018].
|
