Дим лісової пожежі та спектр денного світла: наскільки свіжий проти. Старий дим змінює світло з часом (і як це компенсувати)

Дим лісової пожежі та спектр денного світла: як свіжий та старий дим змінює світло з часом (і як це компенсувати)

У той день, коли є лісова пожежа, ви виходите на вулицю. Це помаранчеве небо. Навіть опівдні світло нагадує захід сонця. Ось де більшість людей зупиняється. Але це помаранчеве світло коштує дорого, якщо ви використовуєте сонячні батареї, заробляєте на життя фотографіями або вирощуєте рослини в приміщенні.

Зміна денного світла через дим – не єдина проблема. Справа в тому, що денне світло постійно змінюється димом. Вплив свіжого диму відрізняється від впливу денного диму. Крім того, це не обговорюється в більшості документів.

Цей посібник досягає трьох речей:

демонструє вплив свіжого диму на спектр світла за допомогою фактичних цифр.

пояснює, чому кількість синього світла, поглиненого димом, змінюється з часом.

надає вам покроковий--план освітлення, щоб ви могли компенсувати

Почнемо з того, що ви насправді можете побачити.

1. По-перше, як на денне світло впливає новий дим лісових пожеж?

1.1 Прямий вплив: оранжеве/червоне світло залишається, синє світло блокується

Опівдні під ясним небом сонячне світло має збалансоване поєднання всіх видимих ​​довжин хвиль. Ця рівновага різко зміщується в бік оранжевого та червоного, коли є багато диму.
чому Тому що короткі хвилі (синій і фіолетовий) розсіюються і поглинаються частинками диму набагато частіше, ніж довгі хвилі (помаранчевий і червоний). Видалення синього світла призводить до того, що небо виглядає помаранчевим не тому, що дим помаранчевий.

Коли виходиш на вулицю в туманний день, таке враження, ніби пізній вечір. Кольори стримані. Білі мають бурштиновий вигляд. Це прямий результат.

1.2 Фактичні дані: вимірювання спектрометра свіжого диму (3440K, зсув SPD)

Давайте нанесемо на нього кілька цифр.
Портативний спектрометр був використаний для виявлення денного світла опівдні під час лісових пожеж у вересні 2020 року в Портленді, штат Орегон. Типова полуденна температура становить від 5500 К до 6500 К. Вона впала до 3440K, коли було багато диму.

Фіолетові, сині та навіть деякі зелені довжини хвиль чітко вказували на зниження спектрального розподілу потужності (SPD). Світло рухалося в напрямку580 нм, яскраво-бурштинового відтінку.

Вам не обов'язково запам'ятовувати число 3440K. Тільки майте на увазі, що значна частина синього і зеленого усувається свіжим димом. Залишився бурштин, нагрітий і з низьким вмістом рослинної енергії.

1.3 Розсіяння Релея: пояснення того, чому сірий дим створює бурштинове світло

Сірі частинки на основі вуглецю-складають сам дим. То чому бурштинове світло може виходити від сірого диму?
Релеївське розсіювання. Хвилі з більшою довжиною (червоний) розсіюються менше, ніж хвилі з меншою довжиною (синій). Синє світло розсіюється в усіх напрямках, коли сонячне світло проходить через щільний шар частинок диму. Частина цього ніколи не потрапляє до ваших сонячних панелей чи очних яблук. Більшість світла, яке проходить, є помаранчевим і червоним.

Одним словом, дим функціонує як масивний блакитний-фільтр, що висить у небі. Це не помаранчевий фільтр. Синій просто вилучено.

Однак релеївським розсіюванням можна пояснити лише зміну кольору. Величина поглинання синього світла цим не пояснюється. Для цього ми повинні вивчити хімічний склад диму.

2. Питання без відповіді: чому дим поглинає так багато синього світла?

2.1 Представляємо домінуючий поглинач, «Темно-коричневий вуглець» (d-BrC)

Частинки диму відрізняються один від одного. Деякі з них є сажею або чорним вуглецем. Деякі з них складають органічний вуглець. Основною причиною високого поглинання синього світла димом є особливий вид органічного вуглецю, відомий як темно-коричневий вуглець (d-BrC).
На відміну від звичайного бурого вуглецю, d-BrC стійкий до фотовідбілювання та нерозчинний у воді. Він продовжує поглинати світло, залишаючись в атмосфері. Відповідно до дослідження 2023 року, опублікованого в Nature Geoscience, d-BrC є переважаючим поглиначем короткохвильових хвиль у стовпах диму від лісових пожеж на заході Сполучених Штатів.

2.2 Виміряно: 3/4 поглинання синього світла забезпечується d-BrC

Жорсткі цифри з того ж дослідження:

Три-поглинання короткого видимого світла (від синього до зеленого) приписується d-BrC.

Він відповідає за 50% поглинання довго видимого світла (червоного).

Чорний вуглець не є основною причиною втрати синього світла, яке ви спостерігаєте в задимлений день. Походить від d-BrC. Ці частинки надзвичайно в’язкі, маленькі та сферичні. У науковій літературі їх часто називають «дьогтяними кульками».

2.3 Смоляні кульки: мікроскопічні частинки бурштинового неба

d-BrC виглядає як круглі склоподібні частинки під електронним мікроскопом. Їх діаметр коливається від 140 до 200 нанометрів. Вони не просто тліють; вони утворюються під час-високотемпературного полум’я.

Навіщо тобі наплювати? через упертість смоляних кульок. Їм потрібен час, щоб відбілити. Вони продовжують поглинати синє світло протягом кількох днів, залишаючись в атмосфері. З цієї причини димчасте небо може залишатися помаранчевим протягом тривалого часу. Але не нескінченно.

3. Дим змінюється з часом: про що більшість статей не говорять

3.1 Процес старіння: світло-розсіювання (білий) до світло-поглинання (коричневий)

Колір свіжого диму коричневий. Він нагріває атмосферу, поглинаючи короткохвильове випромінювання. Однак у процесі дозрівання дим реагує з окислювачами, такими як радикали OH і NO3. Змінюється хімічний склад. Частинки починають більше розсіюватися і менше поглинати.
Старіший дим стає білим. Повітря не так сильно прогрівається. Світло розсіюється в усіх напрямках. Для світла, яке досягає землі, це важливо.

3.2 Виміряно: Зменшення поглинання світла до 46%

У порівнянні зі свіжим димом, витриманий дим може знизити поглинання світла до 46%, згідно з дослідженням 2017 року, проведеним дослідниками Вашингтонського університету в Сент-Луїсі (опубліковане в Environmental Science & Technology Letters).
Це величезний спад. Через кілька днів той самий стовп диму, який зробив ваше полуденне небо помаранчевим, пропускатиме більше синього світла.

3.3 Візуальна часова шкала: еволюція спектру денного світла (0 год → 24 год → 72 год +)

На основі польових вимірювань і лабораторних досліджень старіння наступний графік є приблизним:
0–12 годин (новий дим): CCT між 3400K і 3800K. Зелений і синій довжини хвиль сильно приглушені. Небо здається від оранжевого до коричневого. Сонця часто не видно.

Раннє старіння (12–24 години): CCT підвищується до 4000K–4500K. Маленьке блакитне світло повертається. Небо стає жовтуватим замість оранжевого.

24–72 години (перехідний): CCT між 4500K і 5000K. Синє світло все ще покращується. Небо здається нечітким білим із відтінком жовтого.

CCT наближається до 5000K–5500K через 72 години (витриманий дим). Хоча спектр ближчий до нормального, розсіювання все одно може призвести до зменшення загальної інтенсивності.

На цей графік впливають погода, тип пожежі та щільність диму. Однак напрямок завжди однаковий: старий дим більш розсіяний і білий, тоді як свіжий дим більш оранжевий.

4. Значення цієї шкали часу для вашого повсякденного життя

4.1 Для виробників і кімнатних рослин:ППФДКрива відновлення та падіння

Для компактного розвитку та контролю устьиків рослинам потрібне синє світло. Синє світло може зменшитися на 60–70% за наявності свіжого диму. PPFD, або щільність фотосинтетичного потоку фотонів, часто зменшується на 30–50%.
Для комерційних виробників це призводить до зниження врожайності, розтягування та уповільнення росту. Хороша новина полягає в тому, що PPFD відновлюється в міру старіння диму. Однак потрібен час, щоб все прийшло в норму. Протягом перших 48 годин ви повинні щоденно регулювати додаткове освітлення.

4.2 Кошмар балансу білого, який змінюється щодня для фотографів

Автоматичний баланс білого на вашій камері залежить від джерела світла, близького до D65, або денного світла. Камера вносить надмірну корекцію на 3440K, коли з’являється новий дим. Зображення виглядають занадто холодними, іноді навіть фіолетовими.
Що ще гірше, колірна температура змінюється щодня. До 14:00 спеціальний баланс білого, встановлений на 10:00, може бути неправильним. Використовуйте сіру картку, якщо ви знімаєте надворі під час задимлення. Кожні кілька годин перевіряйте баланс білого. Крім того, перейдіть на ручний Кельвін і внесіть коригування в міру дозрівання диму.

4.3 Для власників сонячних панелей: щоденні коливання втрат потужності

Пряме нормальне опромінення (DNI) значно зменшується свіжим димом. Розсіяне світло від ваших панелей усе ще генерує певну потужність, хоча загальна потужність може зменшитися на 20–40%.

Розсіяне світло посилюється в міру дозрівання диму і стає більш розсіяним. Однак, поки шлейф не зникне, загальна освітленість залишається нижчою за середню. Слідкуйте за своїми щоденними результатами. Енергійне очищення панелей під час появи диму буде не дуже корисним. Затримайтеся, поки дим не розвіється.

4.4 Для всіх інших: вплив старіння диму на сон, настрій і візуальний комфорт

Низьке синє освітлення та низька колірна температура можуть спричинити відчуття сонливості та непробудності. Це не творчість. Циркадні ритми регулюються синім світлом. Ваше тіло може побачити сутінки, якщо ви проведете весь день у світлі 3400K.
Використовуйте освітлення 5000K протягом дня, щоб компенсувати роботу в приміщенні. Ваші очі також це оцінять. Читання в бурштиновому світлі змушує ваші очі швидше напружуватися.

5. Як це компенсувати:-план освітлення з урахуванням часу

5.1 Загальна ідея: відновити те, чого не вистачає, відповідно до віку

Небо здається теплим, тому не додавайте лише тепле світло. Це загострює проблему. Знову введіть сині та зелені довжини хвиль, які дим усунув.

Компенсація має відповідати стадії диму. Найінтенсивніша ректифікація потрібна для свіжого диму. Старішому диму потрібно менше.

5.2 Етап 1: Свіжий дим (0–24 години): Blue Supplement +5000K–6500K Високий CRI

CCT: від 5000K до 6500K

CRI: > 90

Блакитна добавка: якщо ви вирощуєте рослини, додайте додаткові 450 нм.

чому Синє світло зменшується більш ніж на 50% через свіжий дим. Щоб відновити передачу кольору та надати рослинам достатній синій колір, вам потрібен високий CCT та високий CRI.

5.3 Етап 2: Перехідний дим (24-72 години):Повний спектрCCT: від 4000K до 5000K

Тип: світлодіод з повним спектром

Спектр починає покращуватися. Важкі сині добавки більше не потрібні. Зазвичай підійде пристойне світло повного-спектру в області 4000–5000 К.

5.4 Етап 3: витриманий дим (72 години+): 3500K–4500K, однорідність CCT: 3500K–4500K

Пріоритет: рівномірне покриття, а не максимальна інтенсивність

На цьому етапі спектр майже типовий. Проте світло все ще більш розсіяне, ніж зазвичай. Переконайтеся, що ваше робоче місце рівномірно освітлено штучним освітленням.

5.5 Чого не можна робити: використання«Теплий білий» (2700K)сам по собі погіршить ситуацію.

Найбільш частою помилкою є ця. У спробі «відповідати» помаранчевому небу люди віддають перевагу теплим білим вогням. Це робить проблему вдвічі серйознішою. Синій колір теплих білих ламп (2700K) вже низький. Рівень вашого синього світла ще більше зменшується, якщо ви поєднуєте його з димним днем.
Використовуйте світильники з високим CCT і високим CRI. Не намагайтеся зрівнятися з небом. Надолужити це.

6. Не вся атмосферна імла однакова: дим проти інших

Дим унікальний, оскільки він хімічно старіє. Серпанок і хмари – ні.

7. Як слідкувати за якістю світла, коли з’являється дим

7.1 Візуальні підказки: що бачити в небі на кожному етапі

Свіжий: небо від оранжевого до коричневого, невидиме сонце
Перехідний: золоте небо, ледве помітне сонце

У віці: біле небо, туманне, але помітне сонце

Візуальні підказки важко інтерпретувати. Просто використовуйте їх, щоб зробити швидке припущення.

7.2 Низькі-технічні ресурси: програми для оцінки CCT для смартфонів

CCT можна оцінити з камери вашого телефону за допомогою таких програм, як Colorimeter або LightSpectrum Pro. Хоча вони не є лабораторними, їх достатньо, щоб визначити, чи є у вас 3500K чи 5000K.

7.3 Експертні прилади: портативні спектрометри

Інвестування в портативний спектрометр варто, якщо ви керуєте комерційним вирощуванням або фотостудією. Ви можете отримати CCT, CRI та повний SPD за допомогою одного вимірювання. Ви зможете точно визначити ступінь диму.

FAQ

контакт
Кевін Рао

Електронна адреса:bwzm12@benweilighting.com

Телефон/Whatsapp:+8619972563753