影响大气臭氧的含溴、含碘瞬变物种的理论研究

Ozone depletion is an environmental promblem of great interest in the world. It is well known that chlorine atoms liberated from UV photolysis of cholofluorocarbons (CFCs) caused the destruction of ozone in the stratosphere. Recently, photochemical reaction cycles involving bromine and iodine have been found to be a hundred times stronger than that of chlorine in destroying the ozone.In this study, we plan to investigate species BrO, BrBrO, OBrO, BrOO, BrNO, BrNO2,IO，IIO，OIO, IOO, INO, INO2, IONO2 and their ions to find out their physical, chemical and spectral properties and reaction channels and cycles for ozone depletion, hopefully, new way to reduce the ozone loss can be proposed from these studies. Our harmonic Franck-Condon factor methods combined with the data from ab initio calculation have been applied to study many photoeletron and electronic spectra with great success and have been well accepted to be an effective approach. Spectral assignments are confirned and molecular information such as ionization energies and geometries in different electronic states of the species concerned are determined with higher accuracy. In this project, we will focus on the anharmonic spectal intensity calculation and consider the treatment of the spin-orbit coupling if necessary. The ultimate goal is to develop a general purpose spectral intensity calculation program for spectral simulations which includes these features.

大气臭氧损耗日趋严重，单位溴和碘原子对臭氧的消耗100倍于单位氯原子，因而含溴、含碘瞬变物种对大气臭氧的破坏是当今大气科学研究的前沿和焦点。本项目拟研究含溴、含碘瞬变物种（BrO, BrBrO, OBrO, BrOO, BrNO, BrNO2，IO，IIO，OIO, IOO, INO, INO2, IONO2等）及其分子离子的基态和低能激发态的动力学性质与光谱特性。在谐性多原子分子光谱强度研究和光谱模拟以及迭代光谱强度分析方法的基础上，探究非谐性和振动模混合效应以及自旋-轨道耦合作用下含溴、含碘瞬变物种理论计算和光谱模拟的有效方法；解决理论上光谱模拟在高振动量子数情况下与实验偏差较大的实际问题；利用光谱强度信息推得凭借常规实验手段难以得到的含溴、含碘瞬变物种激发态或分子离子电子态的结构参数及物化参量。为人们研究该类瞬变物种提供有效的方法和手段，最终为抑制大气臭氧的持续破坏提供新思路。

开展多维弗兰克-康登重叠积分计算方法研究。基于厄米多项式的展开性质以及高斯积分公式，我们给出了计算多维多模弗兰克-康登重叠积分的解析表达式。其优点：一是相比于流行的Sharp-Rosenstock等人的生成函数方法以及Doktorov等人的相干态方法，其推到过程简单；二是解析表示形式简洁；三是实际应用中易于编程；四是能够单个计算振动量子数激发产生的弗兰克-康登重叠积分，避免了递推公式计算重叠积分带来的误差累积。另外，在已知Duschinsky转动矩阵和平动位移矢量情况下，基于简正坐标矢量与直角位移坐标之间变换关系，我们得到变换矩阵，对角矩阵和常系数矢量矩阵等的解析表示。. 开展了影响大气臭氧的含卤素原子瞬变物种的结构与光谱的研究。具有超短寿命的含卤素原子瞬变物种及其分子离子在导致城市光化学烟雾、臭氧损耗和酸雨形成等大气污染中起关键性的催化作用。我们结合量子化学从头算理论和密度泛函理论，定量运用Franck-Condon原理对光谱进行理论分析和研究：1）探讨了含卤素原子瞬变物种及其分子离子的基态和低能激发态的物化性质；2）研究了含卤素原子瞬变物种及其分子离子的光谱特性；3）在谐性多原子分子多振动模光谱理论研究和光谱模拟以及迭代光谱强度分析方法的基础上，探究含卤素原子瞬变物种及其分子离子光谱的理论计算和光谱模拟的可靠方法；4）在光谱振动分辨情况下，利用光谱强度信息，推得含卤素原子瞬变物种激发态或分子离子电子态的几何结构及光谱参数。. 开展了原子与光场相互作用的动力学特性研究。原子压缩理论及压缩原子在实验上的实现是现代原子物理学和量子光学取得的显著成就之一，在物理学各领域及现代科学技术中得到广泛应用。尤其是在光与原子相互作用过程中，原子压缩能够导致光压缩，压缩光在量子通信与低噪声量子信息处理中处于极其重要地位，因此对原子压缩效应的研究引起人们极大的兴趣和关注。为了研究三光子过程中原子与相干态耦合量子体系信息熵压缩随时间演化规律及原子最佳信息熵压缩态的制备，我们采用全量子理论，推导出运动原子与单模简并三光子依赖强度耦合量子体系的精确解；理论上给出制备原子最佳信息熵压缩态的充分及必要条件，并进行了数值模拟验证；得到了原子初始相位、原子运动速度及场模结构参数对系统量子态保真度的影响。