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摘要

水分子吸收光谱参数是遥感探测、行星观测应用领域所需的关键基础科学数据. 基于窄线宽外腔半导体激光器和长程吸收池, 测量了室温下9332—722 cm ^–1波段内, CO ₂加宽的18条水分子的吸收谱线. 分别使用Voigt线型和quadratic speed-dependent Voigt线型对吸收光谱数据进行拟合, 并获得了这些谱线的CO ₂加宽系数, quadratic speed-dependent Voigt线型表现出更好的拟合效果. 与HITRAN2020数据库该波段空气加宽系数进行了对比, 两种线型反演获得的水分子CO ₂加宽系数与空气加宽系数之比的均值分别为1.327和1.454, 验证了利用水分子的空气加宽系数估算CO ₂加宽系数的方法存在可靠性. 本研究可为近红外波段的火星、金星等大气结构探测技术及相关研究提供可供参考的实测光谱参数数据.

关键词:

Abstract

The absorption spectral parameters of water vapor molecules are the key basic scientific data for the remote sensing detection and the planetary observation applications. Based on a narrow line-width external cavity diode laser and a long-path absorption cell, 18 absorption spectral lines of CO ₂-broadened water vapor molecules in a 9332–9722 cm ^–1range at room temperature are measured. To obtain the CO ₂-broadened water vapor molecule coefficients, the Voigt profile and the quadratic speed-dependent Voigt profile are used to fit the absorption spectrum data. The quadratic speed-dependent Voigt profile shows better fitting capability. Comparing with the air-broadened coefficients of the corresponding region from the HITRAN2020 database, the mean ratios of the CO ₂-broadened coefficients of water vapor molecules and the air-broadened coefficients obtained from the two models of the line shape are 1.327 and 1.454, respectively, which verifies that the method of estimating the CO ₂-broadened coefficient by the air-broadened coefficient of water vapor molecules has certain reliability. This study can provide reference data of measured spectral parameters for the detection technology and related research of atmospheric structures of Mars and Venus in the near-infrared region.

Keywords:

作者及机构信息

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通信作者:刘强,liuq@aiofm.ac.cn

基金项目:国家自然科学基金 (批准号: 41805014)、中国科学院国防科技重点实验室基金(批准号: CXJJ-21S028)、中国科学院战略性先导科技专项 (批准号: XDA17010104)、科工局国防基础科研计划(批准号: JCKY2019130D021)、安徽省高校优秀青年人才支持计划 (重点项目)(批准号: gxyqZD2020032)和中国科学院大气光学重点实验室开放课题基金 (批准号: JJ-19-01) 资助的课题.

Authors and contacts

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Corresponding author:Liu Qiang,liuq@aiofm.ac.cn

Funds:Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 41805014), the Foundation of Key Laboratory of Science and Technology Innovation of Chinese Academy of Sciences (Grant No. CXJJ-21S028), the Strategic Priority Research Program of Chinese Academy of Sciences (Grant No. XDA17010104), the National Defense Basic Scientific Research Program of Bureau of Science, Technology and Industry of China (Grant No. JCKY2019130D021), the Key Program of the Youth Talent Support Plan in Universities of Anhui Province, China (Grant No. gxyqZD2020032), and the Open Fund of Key Laboratory of Atmospheric Optics, Chinese Academy of Sciences (Grant No. JJ-19-01).

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线位置 $ {\nu }_{0}/{\rm cm}^{-1}$	CO₂加宽系数$/({\mathrm{c}\mathrm{m} }^{-1}{\cdot}{\mathrm{a}\mathrm{t}\mathrm{m} }^{-1})$			空气加宽系数/ $({\mathrm{c}\mathrm{m} }^{-1}{\cdot}{\mathrm{a}\mathrm{t}\mathrm{m} }^{-1})$	比值
	VP	qSDVP		$ {\gamma }_{\mathrm{H}\mathrm{I}\mathrm{T}\mathrm{R}\mathrm{A}\mathrm{N}}^{\mathrm{A}\mathrm{I}\mathrm{R}} $	$\dfrac{{\gamma }_{1}^{ {\mathrm{C}\mathrm{O} }_{2} }}{\gamma _{\mathrm{H}\mathrm{I}\mathrm{T}\mathrm{R}\mathrm{A}\mathrm{N} }^{\mathrm{A}\mathrm{I}\mathrm{R} }}\Big/{\text{%} }$	$\dfrac{{\gamma }_{0}^{ {\mathrm{C}\mathrm{O} }_{2} }}{\gamma _{\mathrm{H}\mathrm{I}\mathrm{T}\mathrm{R}\mathrm{A}\mathrm{N} }^{\mathrm{A}\mathrm{I}\mathrm{R} }}\Big/{\text{%} }$	$\dfrac{{\gamma }_{0}^{ {\mathrm{C}\mathrm{O} }_{2} }}{{\gamma }_{\mathrm{V}\mathrm{P} }^{ {\mathrm{C}\mathrm{O} }_{2} }}\Big/{\text{%} }$
	$ {\gamma }_{1}^{{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}} $	$ {\gamma }_{0}^{{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}} $	$ {\gamma }_{2}^{{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}} $
9332.623	0.079(0.42)	0.093(1.86)	0.020(6.8)	0.0483	1.632	1.917	1.175
9335.691	0.107(0.58)	0.111(2.76)	0.013(18.7)	0.0772	1.391	1.441	1.036
9339.709	0.083(0.74)	0.100(4.95)	0.007(20.0)	0.0732	1.135	1.361	1.199
9344.263	0.084(0.69)	0.097(2.51)	0.016(7.07)	0.0573	1.468	1.685	1.148
9346.912	0.095(0.66)	0.102(1.61)	0.026(6.92)	0.0762	1.247	1.341	1.076
9351.149	0.072(0.18)	0.079(1.37)	0.005(9.63)	0.0623	1.153	1.274	1.105
9351.509	0.082(1.14)	0.092(4.00)	0.004(12.05)	0.0804	1.014	1.150	1.134
9366.591	0.084(0.18)	0.085(1.27)	0.018(17.27)	0.0602	1.394	1.418	1.017
9366.781	0.082(0.40)	0.089(2.40)	0.089(2.40)	0.0565	1.451	1.568	1.081
9388.751	0.085(0.96)	0.094(2.58)	0.015(9.77)	0.0637	1.328	1.472	1.108
9388.968	0.096(0.56)	0.102(3.35)	0.069(18.15)	0.0791	1.212	1.294	1.067
9409.130	0.086(0.41)	0.089(1.92)	0.010(12.02)	0.0713	1.205	1.245	1.034
9412.790	0.122(1.30)	0.133(3.37)	0.019(6.05)	0.0817	1.489	1.625	1.092
9676.881	0.068(0.32)	0.073(1.60)	0.016(11.04)	0.0473	1.446	1.552	1.073
9694.811	0.083(0.28)	0.098(2.41)	0.031(9.83)	0.0628	1.323	1.560	1.180
9713.959	0.094(0.69)	0.099(2.72)	0.024(11.35)	0.0726	1.294	1.370	1.059
9720.277	0.114(0.51)	0.118(3.86)	0.027(7.39)	0.0831	1.367	1.421	1.040
9721.806	0.094(0.20)	0.104(1.15)	0.024(8.58)	0.0704	1.338	1.477	1.104

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