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New beyond-Voigt line-shape profile recommended for the HITRAN database

Wcisło, P. und Stolarczyk, N. und Słowiński, M. und Jóźwiak, H. und Lisak, Daniel und Ciuryło, Roman und Cygan, A. und Schreier, Franz und Boone, C. D. und Castrillo, A. und Gianfrani, L. und Tan, Y. und Hu, S.M. und Adkins, E.M. und Hodges, J.T. und Tran, Ha und Ngo, H.N. und Hartmann, J.-M. und Beguier, S. und Campargue, Alain und Hargreaves, R.J. und Rothman, L.S. und Gordon, I.E. (2025) New beyond-Voigt line-shape profile recommended for the HITRAN database. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 347, Seite 109596. Elsevier. doi: 10.1016/j.jqsrt.2025.109596. ISSN 0022-4073.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
7MB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022407325002584

Kurzfassung

Parameters associated with the collisional perturbation of spectral lines are essential for modeling the absorption of electromagnetic radiation in gas media. The HITRAN molecular spectroscopic database provides these parameters, although originally they were associated only with the Voigt profile parametrization. However, in the HITRAN2016 and HITRAN2020 editions, Voigt, speed-dependent Voigt and Hartmann-Tran (HT) profiles have been incorporated, thanks to the new relational structure of the database. The HT profile was introduced in HITRAN in 2016 as a recommended profile for the most accurate spectral interpretations and modeling. It was parameterized with a four-temperature-range temperature dependence. Since then, however, some features of the HT profile have been revealed that are problematic from a practical perspective. These are: the singular behavior of the temperature dependencies of the velocity-changing parameters when the shift parameter crosses zero and the difficulty in evaluating the former for mixtures. In this article, we summarize efforts to eliminate the above-mentioned problems that led us to recommend using the quadratic speed-dependent hard-collision (qSDHC) profile with double-power-law (DPL) temperature dependencies. We refer to this profile as a modified Hartmann-Tran (mHT) profile. The computational cost of evaluating it is the same as for the HT profile. We give a detailed description of the mHT profile (also including line mixing) and discuss the representation of its parameters, together with their DPL temperature parametrization adopted in the HITRAN database. We discuss an efficient algorithm for evaluating this profile and provide corresponding computer codes in several programming languages: Fortran, Python, MATLAB, Wolfram Mathematica, and LabVIEW. We also discuss the associated update of the HITRAN Application Programming Interface (HAPI).

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/218001/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:New beyond-Voigt line-shape profile recommended for the HITRAN database
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Wcisło, P.Institute of Physics, Faculty of Physics, Astronomy and Informatics, Nicolaus Copernicus University in Toruń, Grudziadzka 5, 87-100, Toruń, PolandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Stolarczyk, N.Institute of Physics, Faculty of Physics, Astronomy and Informatics, Nicolaus Copernicus University in Toruń, Grudziadzka 5, 87-100, Toruń, PolandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Słowiński, M.Institute of Physics, Faculty of Physics, Astronomy and Informatics, Nicolaus Copernicus University in Toruń, Grudziadzka 5, 87-100, Toruń, PolandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jóźwiak, H.Institute of Physics, Faculty of Physics, Astronomy and Informatics, Nicolaus Copernicus University in Toruń, Grudziadzka 5, 87-100, Toruń, PolandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lisak, DanielInstitute of Physics, Faculty of Physics, Astronomy and Informatics, Nicolaus Copernicus University in Toruń, Grudziadzka 5, 87-100, Toruń, PolandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ciuryło, RomanInstitute of Physics, Faculty of Physics, Astronomy and Informatics, Nicolaus Copernicus University in Toruń, Grudziadzka 5, 87-100 Torun, PolandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Cygan, A.Institute of Physics, Faculty of Physics, Astronomy and Informatics, Nicolaus Copernicus University in Toruń, Grudziadzka 5, 87-100, Toruń, PolandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schreier, FranzFranz.Schreier (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-7196-6599NICHT SPEZIFIZIERT
Boone, C. D.Univ. Waterloo, Ontario, CanadaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Castrillo, A.Department of Mathematics and Physics, Università degli Studi della Campagnia “Luigi Vanvitelli”NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gianfrani, L.Department of Mathematics and Physics, Università degli Studi della Campagnia “Luigi Vanvitelli”NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tan, Y.Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Atomic and Molecular Physics Division, Cambridge, MA 02138, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hu, S.M.Hefei National Research Center for Physical Sciences at the Microscale, University of Science and Technology of ChinaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Adkins, E.M.National Institute of Standards and Technology, Chemical Sciences Division, Gaithersburg MD, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hodges, J.T.National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg MD 20899 USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tran, HaLaboratoire de M´et´eorologie Dynamique/IPSL, CNRS, Sorbonne Universit´e, Ecole ´ normale sup´erieure, PSL Research University, Ecole polytechnique, F-75005 Paris, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ngo, H.N.Faculty of Physics, Hanoi National University of EducationNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hartmann, J.-M.Laboratoire de M´et´eorologie Dynamique/IPSL, CNRS, Ecole polytechnique, Sorbonne ´ Universit´e, Ecole normale sup´erieure, PSL Research University, F-91120 Palaiseau, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Beguier, S.University of Grenoble Alpes, CNRSNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Campargue, AlainUniversite Grenoble Alpes, Grenoble, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hargreaves, R.J.Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Atomic and Molecular Physics Division, Cambridge, MA 02138, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rothman, L.S.Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Atomic and Molecular Physics Division, Cambridge, MA 02138, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gordon, I.E.Harvard-Smithsonian Center for AstrophysicsNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Dezember 2025
Erschienen in:Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:347
DOI:10.1016/j.jqsrt.2025.109596
Seitenbereich:Seite 109596
Verlag:Elsevier
ISSN:0022-4073
Status:veröffentlicht
Stichwörter:HITRAN database; Beyond-Voigt line shapes; Modified Hartmann-Tran profile; Dicke-narrowing; Speed-dependent effects
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Hinterlegt von: Schreier, Dr.rer.nat. Franz
Hinterlegt am:30 Okt 2025 13:18
Letzte Änderung:16 Nov 2025 13:40

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