pythonを使ってHITRANのライブラリから、CO₂吸光度を温度や気圧を設定して数値データをテキストファイルに落とし込む方法

Question

前提・実現したいこと

python 3.8(spyder)を使って,　HITRANから、CO₂の吸光度を解析したりしてます。
まず、今私ができることは温度と気圧を設定して、それを横軸単位cm^-1、縦軸単位Absとして、吸光度のグラフを作成することができます。それとデータをテキストファイルに落とし込む方法です。
実現したいことは、上記の二つの応用で、温度と気圧を反映させて吸光度を、横軸単位cm^-1、縦軸単位AbsでCSVかテキストファイルに落とし込む方法が知りたいです。

気圧、温度を設定して、グラフに吸光度を出すプログラム

import numpy as np
from hapi import *
import matplotlib.pyplot as plt

# パラメータを指定
# --- ここから ---

# スペクトルの範囲
spectrum_begin = 2280 # cm^-1
spectrum_end = 2400

# HITRAN のパラメータ
name = 'CO2'
moleculeID = 2
isotopologueID = 1

# 気圧、温度を指定
pressure = 1. # atm
temperature = 296. # K

# --- ここまで ---

db_begin('data')

fetch(name, moleculeID, isotopologueID, spectrum_begin, spectrum_end)

# 指定した気圧と温度の吸光係数を計算
axis_hitran, value_hitran = absorptionCoefficient_SDVoigt(((moleculeID,isotopologueID),), name,
                                          Environment = {'p':pressure,'T':temperature})

# グラフを作成

fig = plt.figure(figsize=(9, 4.5), dpi = 200)
ax = fig.add_subplot(111)
ax.set_title("Calculated " + str(name) + " absorption coefficient from " + str(spectrum_begin)\
             + " to " + str(spectrum_end))
ax.set_xlabel("1/CM")
ax.set_ylabel("absorption coefficient")
ax.grid(True)
ax.set_xlim([spectrum_begin, spectrum_end])
ax.plot(axis_hitran, value_hitran, linewidth = 0.5)

# グラフを表示
plt.show()

データをテキストファイルに書き出す方法

import numpy as np
from hapi import *

# パラメータを指定
# --- ここから ---

# スペクトルの範囲
spectrum_begin = 2280 # cm^-1
spectrum_end = 2400

# HITRAN のパラメータ
name = 'CO2' 
moleculeID = 2
isotopologueID = 1

# --- ここまで ---

db_begin('data')

fetch(name, moleculeID, isotopologueID, spectrum_begin, spectrum_end)

file_name = str(name) + '_from_' + str(spectrum_begin) + '_to_'\
              + str(spectrum_end) + '.txt'

select(name, ParameterNames=('nu','sw','global_upper_quanta',
       'global_lower_quanta','local_upper_quanta','local_lower_quanta'), File=file_name)

試したこと

file_name = str(name) + '_from_' + str(spectrum_begin) + '_to_'\
              + str(spectrum_end) + '.txt'

select(name, ParameterNames=('nu','sw','global_upper_quanta',
       'global_lower_quanta','local_upper_quanta','local_lower_quanta'), File=file_name)

この部分をそのまま（# 指定した気圧と温度の吸光係数を計算）の下に書き込んでみました。
プログラムは動きましたが、テキストファイルに書き出された内容が温度、気圧を変えても吸光度が変わっていないことに気づきました。selectの（）内がデータを書き出す関数なのですが、（）内があまり理解が追い付いていないです。

補足情報（FW/ツールのバージョンなど）

pythonはspyderを使用しています。
私はpython解析をHITARANの公式サイトにあるhapi manual.pdfを読みながらしているのですが、英語マニュアルでわかりづらいかもしれません。hapi manual.pdfは公式サイトのHITRANOnlineのdata accessのHAPIというところにあります。
HAPIをpythonで使うには、hapi.py V.1.1.1.0をダウンロードする必要があります。
デスクトップにpythonのファイルを作ってそこにダウンロードしたhapi.py V.1.1.1.0を格納してます
テキストファイルに落とし込めたらこのような感じになります。

 2280.009211 2.330E-30       1 0 0 12       0 2 2 01                    R  2e     
 2280.013257 4.142E-25       1 3 3 12       1 3 3 02                    P 13e     
 2280.014551 4.450E-30       1 3 3 21       1 3 3 11                    R 22e     
 2280.024854 1.129E-27       2 3 3 13       2 3 3 03                    R 13e     
 2280.031945 2.749E-30       0 3 3 21       0 3 3 11                    Q 47f     
 2280.041242 4.648E-28       2 2 2 12       2 2 2 02                    Q 13f     
 2280.052359 4.611E-29       3 2 2 14       3 2 2 04                    R 27f     
 2280.062031 1.306E-30       0 4 4 11       0 4 4 01                    Q 80e     
 2280.062158 1.540E-30       0 3 3 11       1 1 1 01                    R 64f     
 2280.068090 3.299E-28       2 2 2 13       2 2 2 03                    Q 23f
          

吸光度をグラフに表示するプログラムは、上図は気圧と温度を1atmと296K、下図は10atmと296Kのグラフを試しに作成してみましたので、参考に貼っておきます。

どうかよろしくお願いします

Comments

[jbpb0]

> 吸光度を、横軸単位cm^-1、縦軸単位AbsでCSVかテキストファイルに落とし込む方法が知りたい

を見たら、グラフを描くのに使ってる「axis_hitran」と「value_hitran」の二つだけがペアになってるテキストファイルが作れたらいいと受け取れますが、質問に「テキストファイルに落とし込めたらこのような感じになります。」と書かれてるのには、二つではなく、もっとたくさん数値が並んでます

作りたいテキストファイルは、どのようなものなのでしょうか？

[naiki]

この貼り付けた画像でいうと、左の二列だけが必要になるので他の数値は無くても問題ないです。テキストファイルに書き出す方法に、selectの()内の'global_upper_quanta', 'global_lower_quanta','local_upper_quanta','local_lower_quanta'の部分がこのプログラムでは不要だと思います。私が作りたいのは、例で貼り付けた２つのグラフのⅹ軸、y軸の数値データを温度、気圧を変更しても、テキストファイルに反映されるようにしたいです。

[jbpb0]

> selectの（）内がデータを書き出す関数なのですが、（）内があまり理解が追い付いていないです。

https://hitran.org/static/hapi/hapi_manual.pdf
をざっと読んだところでは、

from hapi import *
spectrum_begin = 2280 # cm^-1
spectrum_end = 2400
name = 'CO2'
moleculeID = 2
isotopologueID = 1
db_begin('data')
fetch(name, moleculeID, isotopologueID, spectrum_begin, spectrum_end)
select(name, Conditions=('between','nu',spectrum_begin,spectrum_begin+0.1))

を実行したら、いろいろ表示されますけど、その中の特定のパラメータだけ「ParameterNames=」で指定して、

select(name, Conditions=('between','nu',spectrum_begin,spectrum_begin+0.1), ParameterNames=('nu','sw'))
select(name, Conditions=('between','nu',spectrum_begin,spectrum_begin+0.1), ParameterNames=('global_upper_quanta',))
select(name, Conditions=('between','nu',spectrum_begin,spectrum_begin+0.1), ParameterNames=('global_lower_quanta',))
select(name, Conditions=('between','nu',spectrum_begin,spectrum_begin+0.1), ParameterNames=('local_upper_quanta',))
select(name, Conditions=('between','nu',spectrum_begin,spectrum_begin+0.1), ParameterNames=('local_lower_quanta',))

のようにして取り出すみたいです

「hapi_manual.pdf」の9ページの下〜11ページの表に、「ParameterNames=」で指定するID('nu'とか)が書かれてます

Answer 1

# 指定した気圧と温度の吸光係数を計算
axis_hitran, value_hitran = absorptionCoefficient_SDVoigt(...

よりも下に下記を追加して実行したら、ファイルができます

tmp = np.stack([axis_hitran, value_hitran], 1)
np.savetxt('tmp.txt', tmp, fmt='%.30e')
np.savetxt('tmp.csv', tmp, fmt='%.30e', delimiter=',')

「tmp.txt」と「tmp.csv」がファイル名です
お好きなものに変えてください

「%.30e」の「30」が、ファイルの数値の小数点以下の桁数です
あまり多くしても数値計算誤差が表示されるだけなので意味は無いです
(本当は30は多すぎ)

ファイルの数値は、上記コードを実行すると下記のような「指数表記」になります
2.280009211000000050262315198779e+03 4.541947789916274360287115547512e-22
「fmt=」の指定を変えれば、「e」を使わない表記に変えることもできます

参考
NumPyでCSVファイルを読み込み・書き込み（入力・出力）
の「CSVファイルに書き込み（出力）: np.savetxt()」

Comments

[jbpb0]

作成したファイルを読み込んでグラフ表示する例

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
tmp = np.loadtxt("tmp.txt", dtype='float64')
#tmp = np.loadtxt("tmp.csv", dtype='float64', delimiter=',')
plt.plot(tmp[:, 0], tmp[:, 1])
plt.show()

[naiki]

きちんと反映されました。大変ありがとうございました。ベストアンサーにさせていただきます。