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Logotipo de HITRAN, que representa el archivo de transiciones moleculares. La base de datos espectroscópica molecular HITRAN (acrónimo de High Resolution Transmission ) es una r...

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Logotipo de HITRAN, que representa el archivo de transiciones moleculares.

La base de datos espectroscópica molecular HITRAN (acrónimo de High Resolution Transmission ) es una recopilación de parámetros espectroscópicos utilizados para simular y analizar la transmisión y emisión de luz en medios gaseosos, con especial énfasis en las atmósferas planetarias. El conocimiento de los parámetros espectroscópicos para las transiciones entre niveles de energía en moléculas (y átomos) es fundamental para interpretar y modelar la interacción de la radiación (luz) dentro de diferentes medios.

Durante medio siglo, HITRAN ha sido considerado un estándar internacional que proporciona al usuario un valor recomendado de parámetros para millones de transiciones de diferentes moléculas. HITRAN incluye datos experimentales y teóricos recopilados de una red mundial de colaboradores, así como de artículos, libros, actas, bases de datos, tesis, informes, presentaciones, datos no publicados, trabajos en preparación y comunicaciones privadas. Posteriormente, se dedica un gran esfuerzo a la evaluación y el procesamiento de los datos espectroscópicos. Una sola transición en HITRAN tiene muchos parámetros, incluido un formato predeterminado de ancho fijo de 160 bytes utilizado desde HITRAN2004. [ 1 ] Siempre que sea posible, los datos recuperados se validan con datos de laboratorio precisos. [ 2 ]

La versión original de HITRAN fue compilada por los Laboratorios de Investigación de Cambridge de la Fuerza Aérea de los EE. UU. (década de 1960) para permitir la vigilancia de aeronaves militares detectadas a través de la atmósfera terrestre. [ 2 ] Una de las primeras aplicaciones de HITRAN fue un programa llamado Medición de Radiación Atmosférica (ARM) para el Departamento de Energía de los EE. UU. [ 2 ] En este programa se realizaron mediciones atmosféricas espectrales alrededor del mundo para comprender mejor el equilibrio entre la energía radiante que llega a la Tierra desde el sol y la energía que fluye de la Tierra de regreso al espacio. [ 2 ] El Departamento de Transporte de los EE. UU. también utilizó HITRAN en sus inicios para monitorear las emisiones de gases (NO, SO 2 , NO 2 ) de transportes supersónicos que volaban a gran altitud. [ 2 ] HITRAN se hizo público por primera vez en 1973 [ 3 ] y hoy hay multitud de misiones satelitales de la NASA en curso y futuras que incorporan HITRAN. [ 2 ] Una de las misiones de la NASA que actualmente utiliza HITRAN es el Observatorio Orbital de Carbono (OCO), que mide las fuentes y sumideros de CO₂ en la atmósfera global. [ 2 ] HITRAN es un recurso gratuito y actualmente se mantiene y desarrolla en el Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian , Cambridge, MA, EE. UU. [ 4 ]

Esta imagen representa la luz que se recoge a través de un prisma sobre un soporte de archivo, en este caso la piedra "rosetta" (una abstracción de HITRAN) con una impronta de espectros, parámetros, etc.

HITRAN es el estándar mundial para calcular o simular la transmisión y la radiancia molecular atmosférica desde la región de microondas hasta la región ultravioleta del espectro. [ 5 ] La base de datos HITRAN se publica oficialmente cada cuatro años, con actualizaciones en los años intermedios en HITRAN online . [ 6 ] Hay un nuevo artículo de revista publicado junto con la versión más reciente de la base de datos HITRAN, y se recomienda encarecidamente a los usuarios que utilicen la edición más reciente. [ 6 ] A lo largo de la historia de HITRAN, ha habido alrededor de 50 000 usuarios únicos de la base de datos y en los últimos años hay más de 40 000 usuarios registrados en HITRAN online . Hay tutoriales de YouTube en la página web de HITRAN online para responder a las preguntas frecuentes de los usuarios. [ 2 ]

Espectros de transmisión calculados a través de cuatro celdas de muestra que contienen una atmósfera de cada molécula a 296 K con la longitud de trayectoria correspondiente. Los espectros se calcularon utilizando la base de datos HITRAN2016 y las bibliotecas de Python HAPI. Crédito: Equipo HITRAN

Línea por línea

La versión actual de la base de datos, HITRAN2024 [ 6 ] , contiene 61 moléculas en la porción línea por línea de HITRAN junto con algunos de sus isotopólogos más significativos (156 isotopólogos en total). [ 6 ] Estos datos se archivan como una multitud de transiciones de línea de alta resolución, cada una de las cuales contiene muchos parámetros espectrales necesarios para simulaciones de alta resolución.

Esta imagen muestra el número de transiciones línea por línea dentro de HITRAN por año. Los valores AFGL son parámetros de líneas de absorción atmosférica. AFGL es el acrónimo de Air Force Geophysical Laboratory Catalog, que fue el predecesor de HITRAN. Crédito: Equipo HITRAN

Secciones transversales de absorción

Además de los parámetros de absorción espectroscópica tradicionales línea por línea , la base de datos HITRAN contiene información sobre secciones transversales de absorción cuando los parámetros línea por línea están ausentes o incompletos. Normalmente, HITRAN incluye secciones transversales de absorción para moléculas poliatómicas pesadas (con modos vibracionales de baja energía) que son difíciles de analizar en detalle debido a la alta densidad de las bandas/líneas espectrales, los efectos de ensanchamiento, la isomerización y la complejidad general del modelado. [ 6 ] [ 7 ] Hay 644 especies moleculares en la edición actual de la base de datos proporcionadas como archivos de sección transversal. Los archivos de sección transversal se proporcionan en el formato HITRAN descrito en el sitio web oficial de HITRAN.

Absorción inducida por colisión

La compilación HITRAN también proporciona absorción inducida por colisión (CIA) [ 8 ] [ 9 ] que se introdujo por primera vez en HITRAN en la edición de 2012. [ 10 ] CIA se refiere a la absorción por dipolos eléctricos transitorios inducidos por la interacción entre moléculas en colisión. Las instrucciones para acceder a los archivos de datos CIA se pueden encontrar en HITRAN/CIA. [ 11 ]

MT_CKD Continuo de vapor de agua

El modelo de continuo de vapor de agua MT_CKD (Mlawer-Tobin-Clough-Kneizys-Davies) [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] proporciona coeficientes de absorción de vapor de agua que deben sumarse a las contribuciones locales de las transiciones de vapor de agua, como las disponibles en la sección línea por línea de HITRAN, para obtener la absorción total debida al vapor de agua. En comparación con la absorción de línea, la absorción de continuo varía más lentamente a lo largo del espectro.

El continuo de vapor de agua MT_CKD proporciona coeficientes de absorción tanto para el continuo propio (derivado de las interacciones entre moléculas de agua) como para el continuo externo (derivado de las interacciones entre el vapor de agua y otros gases atmosféricos). Estos coeficientes se distribuyen en un archivo netCDF con una densidad de referencia correspondiente a una presión de 1013 mbar y una temperatura de 296 K para ambos continuos. Este archivo también contiene los coeficientes de dependencia de la temperatura para el continuo propio, lo que permite a los usuarios ajustar los valores de referencia para temperaturas distintas de 296 K. El código adjunto realiza el escalado y la interpolación adecuados para calcular los coeficientes de absorción del continuo a presiones, temperaturas y números de onda arbitrarios.

El modelo de continuo de vapor de agua MT_CKD está diseñado para ser consistente con análisis de alta calidad de mediciones atmosféricas y de laboratorio. Para mantener la coherencia del continuo MT_CKD con los estudios observacionales actuales, se requieren actualizaciones periódicas de los coeficientes del continuo. El registro de las revisiones del modelo de continuo de vapor de agua MT_CKD se encuentra disponible en su página de GitHub .

El código y los datos asociados están disponibles a través del sitio web de HITRAN en hitran.org/mtckd y en el sitio de GitHub de AER en github.com/AER-RC/MT_CKD_H2O .

Índices de refracción de aerosoles

HITRAN2024 también incluye una sección sobre índices de refracción de aerosoles, con datos en los rangos espectrales visible, infrarrojo y milimétrico de muchos tipos de partículas de nubes y aerosoles. El conocimiento de los índices de refracción de los aerosoles y las partículas de nubes, así como de sus distribuciones de tamaño, es necesario para especificar sus propiedades ópticas. [ 15 ]

HITEMP

HITEMP es la base de datos espectroscópica molecular análoga a HITRAN para el modelado a alta temperatura de los espectros de moléculas en fase gaseosa. [ 16 ] HITEMP abarca muchas más bandas y transiciones que HITRAN para ocho absorbentes: H 2 O, CO 2 , N 2 O, CO, CH 4 , NO, NO 2 y OH. [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] Debido a la enorme cantidad de transiciones requeridas para simulaciones a alta temperatura, fue necesario proporcionar los datos de HITEMP como archivos separados de los de HITRAN. Las listas de líneas de HITEMP conservan el mismo formato de 160 caracteres que se utilizó para ediciones anteriores de HITRAN. [ 16 ] [ 1 ] Existen numerosas aplicaciones para los datos HITEMP, algunos ejemplos incluyen la termometría de entornos de alta temperatura, [ 19 ] el análisis de procesos de combustión, [ 20 ] y el modelado de espectros de atmósferas en el Sistema Solar , [ 21 ] exoplanetas, [ 22 ] enanas marrones, [ 23 ] y estrellas. [ 24 ]

HAPI

Se ha desarrollado una biblioteca de Python , HAPI ( HITRAN Application Programming Interface ) , que sirve como herramienta para cálculos de absorción y transmisión, así como para comparaciones de conjuntos de datos espectroscópicos. [ 25 ] HAPI amplía la funcionalidad del sitio principal, en particular, para el cálculo de espectros utilizando varios tipos de cálculos de forma de línea, incluido el perfil flexible HT (Hartmann-Tran). Esta forma de línea HT también se puede reducir a varios perfiles de línea convencionales como Gaussiano (Doppler), Lorentziano, Voigt, Rautian, Voigt dependiente de la velocidad y Rautian dependiente de la velocidad. Además de tener en cuenta la presión, la temperatura y la longitud del camino óptico , el usuario puede incluir varias funciones instrumentales para simular espectros experimentales. HAPI puede tener en cuenta el ensanchamiento de líneas debido a mezclas de gases, así como utilizar todos los parámetros de ensanchamiento proporcionados por HITRAN. Esto incluye los ensanchadores tradicionales (aire, propio) así como parámetros adicionales para el ensanchamiento de CO₂ , H₂O , H₂ y He. [ 26 ] [ 27 ] Las siguientes funciones espectrales se pueden calcular en la versión actual #1 de HAPI: [ 25 ]

HAPIEST (acrónimo de HITRAN Application Programming Interface and Efficient Spectroscopic Tools ) es una interfaz gráfica de usuario que permite acceder a algunas de las funcionalidades de HAPI sin necesidad de conocimientos de programación en Python, como la descarga de datos de HITRAN y la representación gráfica de espectros y secciones transversales. El código fuente de HAPIEST está disponible en GitHub (HAPIEST), junto con distribuciones binarias para Mac y PC. [ 28 ]

Véase también

Referencias

  1. ^ Rothman , Laurence S.; Jacquemart, D.; Barbe, A.; Chris Benner, D.; Birk, M.; Marrón, LR; Carleer, señor; Chackeriano, C.; Oportunidad, K.; Coudert, LH; Dana, V.; Devi, VM; Flaud, J.-M.; Gamache, RR; Goldman, A.; Hartmann, J.-M.; Jucks, KW; Maki, AG; Mandin, J.-Y.; Massie, ST; Orfal, J.; Perrin, A.; Rinsland, CP; Smith, MAH; Tennyson, J.; Tolchenov, RN; Toth, RA; Vander Auwera, J.; Varanasi, P.; Wagner, G. (2005). "La base de datos espectroscópica molecular HITRAN 2004" . Revista de espectroscopia cuantitativa y transferencia radiativa . 96 (2): 139– 204. Bibcode : 2005JQSRT..96..139R . doi : 10.1016/j.jqsrt.2004.10.008 .
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 Rothman, Laurence S. (2021). "Historia de la base de datos HITRAN". Nature Reviews Physics . 3 (5): 302– 304. Bibcode : 2021NatRP...3..302R . doi : 10.1038/s42254-021-00309-2 . S2CID 233527113 . 
  3. ↑ McClatchey RA, Benedict WS, Clough SA, et al, "AFCRL Atmospheric Absorption Line Parameters Compilation", AFCRL-TR-73-0096, Environmental Research Papers, No. 434, Optical Physics Laboratory, Air Force Cambridge Research Laboratories (1973).
  4. ↑ "Base de datos HITRAN y HITEMP | Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian" . www.cfa.harvard.edu . Consultado el 26 de noviembre de 2025 .
  5. 1 2 "Datos de HITRANonline: Suplementarios" . hitran.org . Consultado el 25 de noviembre de 2025 .
  6. 1 2 3 4 5 Gordon, IE; Rothman, LS; Hargreaves, RJ; Gómez, FM; Bertín, T.; colina, C.; Kochanov, RV; Bronceado, Y.; Wcisło, P.; Makhnev, V.Yu.; Bernath, PF; Birk, M.; Boudón, V.; Campargue, A.; Coustenis, A.; Drouin, BJ; Gamache, RR; Hodges, JT; Jacquemart, D.; Mlawer, EJ; Nikitin, AV; Perevalov, VI; Rotger, M.; Roberto, S.; Tennyson, J.; Toon, GC; Tran, H.; Tyuterev, VG; Adkins, EM; Barbe, A.; Bailey, DM; Bielska, K.; Bizzocchi, L.; Blake, TA; Bowesman, California; Cacciani, P.; Čermák, P.; Császár, AG; Denis, L.; et al. (2026). "La base de datos espectroscópica molecular HITRAN2024" . Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer . 353 109807. Bibcode : 2026JQSRT.35309807G . doi : 10.1016/j.jqsrt.2026.109807 . 
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Lecturas adicionales

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  • hitran.org Sitio web oficial en línea de HITRAN para acceder a los datos de HITRAN
  • HITRAN en la web
  • HITRAN/CIA Acceso a datos de HITRAN CIA
  • HAPI. La página de HAPI en el sitio web de HITRAN.
  • HAPIEST El repositorio de GitHub para HAPIEST
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