HITRAN - HITRAN

Logo HITRAN, představující archivaci molekulárních přechodů.

Molekulární spektroskopická databáze HITRAN (zkratka pro Hi gh Resolution Tran smission) je kompilací spektroskopických parametrů používaných k simulaci a analýze přenosu a emise světla v plynných médiích s důrazem na planetární atmosféry. Znalost spektroskopických parametrů pro přechody mezi energetickými hladinami v molekulách (a atomech) je zásadní pro interpretaci a modelování interakce záření (světla) v různých médiích.

Po půl století je HITRAN považován za mezinárodní standard, který poskytuje uživateli doporučenou hodnotu parametrů pro miliony přechodů pro různé molekuly. HITRAN zahrnuje experimentální i teoretická data, která jsou shromažďována z celosvětové sítě přispěvatelů, jakož i z článků, knih, sborníků, databází, prací, zpráv, prezentací, nezveřejněných údajů, připravovaných prací a soukromé komunikace. Velké úsilí je pak věnováno vyhodnocování a zpracování spektroskopických dat. Jediný přechod v HITRANu má mnoho parametrů, včetně výchozího formátu 160 bajtů s pevnou šířkou používaného od HITRAN2004. Kdykoli je to možné, získaná data jsou validována na základě přesných laboratorních dat.

Původní verzi HITRANu sestavily Cambridgeské výzkumné laboratoře amerického letectva (60. léta 20. století) s cílem umožnit sledování vojenských letadel detekovaných pozemskou atmosférou. Jednou z prvních aplikací HITRAN byl program nazvaný Atmospheric Radiation Measurement (ARM) pro americké ministerstvo energetiky. V tomto programu byla prováděna spektrální atmosférická měření po celém světě, aby se lépe porozumělo rovnováze mezi zářivou energií, která se dostává na Zemi ze Slunce, a energií, která proudí ze Země zpět do vesmíru. Americké ministerstvo dopravy také ve svých počátcích využívalo HITRAN ke sledování emisí plynu (NO, SO 2 , NO 2 ) z nadzvukových transportů létajících ve vysokých nadmořských výškách. HITRAN byl poprvé zpřístupněn veřejnosti v roce 1973 a dnes existuje řada probíhajících i budoucích satelitních misí NASA, které obsahují HITRAN. Jednou z misí NASA, které v současné době využívají HITRAN, je Orbiting Carbon Observatory (OCO), která měří zdroje a propady CO 2 v globální atmosféře. HITRAN je bezplatný zdroj a v současné době je udržován a vyvíjen v Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics , Cambridge MA, USA ( CFA/HITRAN ).

Tento obrázek představuje světlo shromažďované hranolem na archivní médium, v tomto případě kámen „rosetta“ (abstrakce HITRAN) s otiskem spekter, parametrů atd.

HITRAN je celosvětový standard pro výpočet nebo simulaci atmosférického molekulárního přenosu a záření z mikrovlnné oblasti ultrafialovou oblastí spektra. Aktuální verze, HITRAN2016, obsahuje 49 molekul v řádkové části HITRAN a s jejich příslušnými izotopology (přibližně 126 izotopologů v této části databáze). Tato data jsou archivována jako množství liniových přechodů s vysokým rozlišením, z nichž každý obsahuje mnoho spektrálních parametrů požadovaných pro simulace s vysokým rozlišením. Databáze HITRAN je oficiálně vydávána na čtyřletém základě s aktualizacemi zveřejněnými v uplynulých letech na HITRAN online . Ve spojení s nejnovější verzí databáze HITRAN je publikován nový článek v časopise a uživatelům se důrazně doporučuje používat nejnovější vydání. V celé historii HITRANu bylo přibližně 50 000 unikátních uživatelů databáze a v posledních letech je na HITRAN online registrováno přes 20 000 uživatelů . Na online stránce HITRAN jsou návody na YouTube, které odpovídají na často kladené otázky uživatelů.

Data jsou k dispozici od společnosti HITRAN
Přechody po řádcích
Absorpční průřezy
Absorpce vyvolaná kolizí
HITEMP
Doplňková data pro výpočty radiačního přenosu

Kromě tradičních spektroskopických absorpčních parametrů line-by-line obsahuje databáze HITRAN informace o absorpčních průřezech, kde parametry řádek po řádku chybí nebo jsou neúplné. Typicky HITRAN zahrnuje absorpční průřezy pro těžké polyatomické molekuly (s nízko položenými vibračními režimy), které je obtížné podrobně analyzovat kvůli vysoké hustotě spektrálních pásem/linií, rozšiřujícím účinkům, izomerizaci a celkové složitosti modelování. V aktuálním vydání databáze je 327 molekulárních druhů poskytovaných jako soubory průřezů. Soubory průřezů jsou poskytovány ve formátu HITRAN popsaném na oficiálních webových stránkách HITRAN ( http://hitran.org/docs/cross-sections-definitions/ ).

Vypočtená přenosová spektra přes čtyři buňky vzorku obsahující jednu atmosféru každé molekuly při 296 K s odpovídající délkou dráhy. Spektra byla vypočítána pomocí databáze HITRAN2016 a knihoven pythonů HAPI. Kredit: HITRAN Team
Spektrum absorpčního koeficientu NO, CH 4 , CO, N 2 O, O 3 , H 2 O a NH 3 bylo vypočteno individuálně pomocí pythonu a rozhraní pro programování aplikací HAPI

Kompilace HITRAN také poskytuje kolizí indukovanou absorpci (CIA), která byla poprvé uvedena do HITRAN ve vydání 2012. CIA označuje absorpci přechodnými elektrickými dipóly indukovanou interakcí mezi kolidujícími molekulami. Pokyny pro přístup k datovým souborům CIA najdete na HITRAN/CIA . HITRAN2016 má také sekci indexů lomu aerosolů s daty ve spektrálním spektru viditelného, ​​infračerveného a milimetrového mnoha typů mrakových a aerosolových částic. To je nezbytné, protože znalost indexů lomu aerosolů a mrakových částic a jejich rozdělení velikosti je nezbytná pro specifikaci jejich optických vlastností.

HITEMP je molekulární spektroskopická databáze analogická s HITRAN pro vysokoteplotní modelování spekter molekul v plynné fázi. HITEMP zahrnuje pro absorbéry H 2 O, CO 2 , CO, NO, NO 2 , N 2 O, CH 4 a OH mnohem více pásem a přechodů než HITRAN . Tato databáze byla vytvořena pro vysokoteplotní aplikace. Vzhledem k extrémně velkému počtu přechodů požadovaných pro takové simulace bylo nutné samostatné ukládání velkých datových sad. Formát HITEMP je však stejný jako standardní pro HITRAN. Aplikace pro HITEMP zahrnují spalovací procesy, výfuky z letadel, astronomické objekty atd.

HAPI

Python knihovna HAPI ( H Itran OUŽITÍ P rogramming I nterface) byl vyvinut, který slouží jako nástroj pro absorpci a přenos výpočty, jakož i srovnání spektroskopických datových souborů. HAPI rozšiřuje funkčnost hlavního webu, zejména pro výpočet spekter pomocí několika typů výpočtů tvaru čáry, včetně flexibilního profilu HT (Hartmann-Tran). Tento tvar čáry HT lze také zredukovat na řadu konvenčních profilů čar, jako jsou Gaussian (Doppler), Lorentzian, Voigt, Rautian, Speed-Dependent Voigt a Speed-Dependent Rautian. Kromě účtování tlaku, teploty a délky optické dráhy může uživatel zahrnout řadu instrumentálních funkcí pro simulaci experimentálních spekter. Společnost HAPI je schopna účtovat o rozšiřování linek v důsledku směsí plynů a také využívat všechny rozšiřující parametry dodávané společností HITRAN. To zahrnuje tradiční rozšiřovače (vzduch, vlastní) a také další parametry pro rozšíření CO 2 , H 2 O, H 2 a He. V současné verzi #1 HAPI lze vypočítat následující spektrální funkce:

  • absorpční koeficient
  • absorpční spektrum
  • spektrum propustnosti
  • spektrum záření

HAPIEST (zkratka pro H Itran OUŽITÍ P rogramming I nterface a E fficient S pectroscopic T OOLS) je grafické uživatelské rozhraní umožňuje uživatelům přístup k některé z funkcí poskytovaných HAPI bez znalosti jazyka Python, včetně stahování dat z HITRAN, a vykreslování spekter a příčných řezů. Zdrojový kód pro HAPIEST je k dispozici na GitHub (HAPIEST) spolu s binárními distribucemi pro Mac a PC.

Viz také

Reference

Další čtení

externí odkazy