Моделирование атмосферных и лабораторных спектров с различными профилями линий поглощения метана

Метан играет важную роль в радиационном балансе Земли, так как несмотря на то, что его содержание в атмосфере меньше, чем СО2, потенциал глобального потепления у метана в 21 раз больше, чем у углекислого газа [1]. В настоящее время наблюдается возрастание концентрации метана в атмосфере. Общее содержание (ОС) метана может быть определено из измерений солнечного излучения спутниковыми и наземными спектрометрами в диапазонах 1,6-1,7 мкм и 2,2-2,4 мкм. Результаты восстановления ОС СН4 в значительной степени зависят от исходной спектроскопической информации по линиям поглощения метана. Использование различных банков данных по линиям поглощения метана (STDS, GOSAT и HITRAN) может давать различие в восстановленном ОС метана до 7% и более [2]. Также использование контура Фойгта с параметрами линий из выше перечисленных банков данных СН4 при вычислении атмосферного пропускания приводит к отклонениям измеренных спектров от расчетных в случае сильно перекрывающихся линий поглощения метана [3].
На основе измеренных на оптико-акустическом спектрометре лабораторных спектров поглощения метана в широком диапазоне давлений уширяющих газов определены параметры линий поглощения метана при использовании различных моделей контура линий поглощения (Фойгта, Пайна, Раутиана-Собельмана, Розенкранца)[4]. Проведены исследования формы контура поглощения отдельных линий, а также групп линий, находящихся под одним контуром. Анализ лабораторных данных показал значительные отклонения формы контура линий от контура Фойгта. Использование моделей контура Раутиана-Собельмана и модели контура Фойгта с учетом зависимости скорости молекул для изолированных линий позволило с погрешностью меньше 1% описать экспериментальные спектры. Для групп линий с сильным перекрыванием был использован профиль Кочанова [5], который включает в себя эффекты столкновительного сужения Дике, зависимость от скорости столкновений и эффект интерференции, что также может приводить к уменьшению различия между лабораторными и модельными спектрами поглощения метана.
Проведено сравнение модельных спектров с измеренными атмосферными спектрами солнечного излучения в диапазоне 1,6-1,7 мкм. Использование полученных параметров контуров линий метана позволило более точно описать спектр поглощения атмосферы в определенных спектральных интервалах.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ №10-05-00764-а.
Литература
1. http://www.epa.gov.
2. T.Yu. Chesnokova, V . Boudon, T. Gabard, K.G. Gribanov, K. Firsov, V.I. Zakharov // JQSRT. 2011. V.112. P.2676-2682.
3. Tran H., Hartmann J.-M., Toon G., Brown L.R., Frankenberg C., Warneke T., et al. //JQSRT. 2010. V. 111. P.1344-1356.
4. V.A. Kapitanov, K.Yu. Osipov, A.E. Protasevich, Yu.N. Ponomarev //JQSRT. 2012. V.113. P.1985-1992.
5. V.P. Kochanov //JQSRT. 2011. V. 112. P.1931-1941.