Dim in spekter dnevne svetlobe gozdnih požarov: Kako svež vs. Star dim sčasoma spremeni svetlobo (in kako to nadomestiti)

Dim in spekter dnevne svetlobe požara v gozdu: Kako svež dim v primerjavi s starim dimom spreminja svetlobo skozi čas (in kako to nadomestiti)

Na dan, ko je gozdni požar, greš ven. To je oranžno nebo. Tudi opoldne se zdi, da je svetloba sončni zahod. Tam se večina ljudi ustavi. Toda ta oranžna svetloba je draga, če uporabljate sončne celice, fotografirate ali gojite rastline v zaprtih prostorih.

Dimna sprememba dnevne svetlobe ni edina težava. Težava je v tem, da dnevno svetlobo nenehno spreminja dim. Učinek svežega dima se razlikuje od učinka dan-starega dima. Poleg tega v večini dokumentov o tem ni govora.

Ta vodnik doseže tri stvari:

prikazuje učinke svežega dima na svetlobni spekter z dejanskimi številkami.

pojasnjuje, zakaj se količina modre svetlobe, ki jo absorbira dim, s časom spreminja.

nudi načrt razsvetljave po--korakih, da lahko nadoknadite

Začnimo s tem, kar lahko dejansko vidite.

1. Prvič, kako na dnevno svetlobo vpliva nov dim požara?

1.1 Neposredni vpliv: oranžna/rdeča luč ostane, modra svetloba je blokirana

Sončna svetloba ima uravnoteženo mešanico vseh vidnih valovnih dolžin opoldne pod jasnim nebom. To ravnovesje se drastično premakne proti oranžni in rdeči, ko je veliko dima.
Zakaj? Ker se kratke valovne dolžine (modra in vijolična) delci dima razpršijo in absorbirajo veliko pogosteje kot dolge valovne dolžine (oranžna in rdeča). Odstranitev modre svetlobe povzroči, da je nebo videti oranžno, ne zato, ker je dim oranžen.

Zdi se kot pozno popoldne, ko stopiš ven na meglen dan. Barve so umirjene. Bele barve imajo videz jantarja. To je neposredni rezultat.

1.2 Dejanski podatki: Meritve spektrometra svežega dima (3440K, premik SPD)

Napišimo nekaj številk.
Prenosni spektrometer je bil uporabljen za zaznavanje dnevne svetlobe opoldne med gozdnimi požari septembra 2020 v Portlandu v Oregonu. Tipična opoldanska temperatura je med 5500K in 6500K. Ko je bilo veliko dima, je padlo na 3440K.

Vijolične, modre in celo nekatere zelene valovne dolžine so jasno pokazale upad spektralne porazdelitve moči (SPD). Luč se je premikala v smeri580 nm, svetlo jantarjev odtenek.

Ni nujno, da si zapomnite številko 3440K. Ne pozabite le, da velik del modre in zelene barve odstrani svež dim. Kar ostane, je jantar, segret in z malo rastlinske energije.

1.3 Rayleighovo sipanje: razlaga, zakaj sivi dim proizvaja jantarno svetlobo

Sivi delci na osnovi ogljika-sestavljajo sam dim. Zakaj torej lahko jantarna svetloba prihaja iz sivega dima?
Rayleighovo sipanje. Daljše valovne dolžine (rdeče) se razpršijo manj kot krajše valovne dolžine (modro). Modra svetloba se razprši v vse smeri, ko sončna svetloba potuje skozi gosto plast delcev dima. Del tega nikoli ne pride do vaših sončnih kolektorjev ali zrkla. Večina svetlobe, ki prehaja skozi, je oranžna in rdeča.

Dim deluje kot ogromen modri{0}}filter, ki blokira nebo, z eno besedo. To ni oranžni filter. Modra je pravkar izločena.

Vendar pa je mogoče z Rayleighovim sipanjem razložiti le spremembo barve. Količina absorpcije modre svetlobe ni pojasnjena. Za to moramo preučiti kemijo dima.

2. Neodgovorjeno vprašanje: Zakaj dim absorbira toliko modre svetlobe?

2.1 Predstavitev prevladujočega absorberja, "temno rjavega ogljika" (d-BrC)

Delci dima se med seboj razlikujejo. Nekateri so saje ali črni ogljik. Nekatere med njimi sestavlja organski ogljik. Glavni vzrok za visoko absorpcijo modre svetlobe v dimu je posebna vrsta organskega ogljika, znanega kot temno rjavi ogljik (d-BrC).
V nasprotju z navadnim rjavim ogljikom je d-BrC odporen na fotobeljenje in netopen v vodi. Še naprej absorbira svetlobo, medtem ko ostane v ozračju. Glede na študijo iz leta 2023, objavljeno v Nature Geoscience, je d-BrC prevladujoči kratkovalovni absorber v oblakih dima iz gozdnih požarov v zahodnih Združenih državah.

2.2 Izmerjeno: 3/4 absorpcije modre svetlobe prispeva d-BrC

Težke številke iz iste študije:

Tri-četrtine kratke absorpcije vidne svetlobe (modre do zelene) pripisujemo d-BrC.

Odgovorna je za 50 % absorpcije dolgo vidne svetlobe (rdeča).

Črni ogljik ni glavni vzrok za izgubo modre svetlobe, ki jo opazite na dan dima. Izvira iz d-BrC. Ti delci so izjemno viskozni, majhni in sferični. V znanstveni literaturi se pogosto imenujejo "katranske kroglice".

2.3 Katranske kroglice: mikroskopski delci jantarnega neba

d-BrC je pod elektronskim mikroskopom videti kot okrogli steklasti delci. Njihov premer je od 140 do 200 nanometrov. Ne le tlijo; nastanejo med-plameni pri visoki temperaturi.

Zakaj bi te skrbelo? zaradi trme katranskih kroglic. Potrebujejo nekaj časa, da se razbelijo. Še več dni absorbirajo modro svetlobo, medtem ko ostanejo v ozračju. Zaradi tega lahko zadimljeno nebo ostane oranžno dalj časa. Ampak ne v nedogled.

3. Dim se skozi čas spreminja: česa vam večina člankov ne pove

3.1 Proces staranja: svetlo-sipanje (bela) do-vpijanje svetlobe (rjava)

Barva svežega dima je rjava. Segreva ozračje z absorbiranjem kratkovalovnega sevanja. Vendar pa dim med zorenjem reagira z oksidanti, kot so radikali OH in NO3. Kemična sestava se spremeni. Delci se začnejo bolj razprševati in manj absorbirati.
Dim, ki je starejši, postane bel. Zrak se zaradi tega ne segreje toliko. Svetloba je razpršena v vse smeri. Za svetlobo, ki doseže zemljo, je to pomembno.

3.2 Izmerjeno: Zmanjšanje absorpcije svetlobe do 46 %

V primerjavi s svežim dimom lahko starani dim zmanjša absorpcijo svetlobe za do 46 %, glede na študijo iz leta 2017, ki so jo izvedli raziskovalci z Univerze Washington v St. Louisu (objavljeno v Environmental Science & Technology Letters).
To je velik upad. Po nekaj dneh bo isti oblak dima, zaradi katerega je bilo vaše opoldansko nebo oranžno, omogočil prehod več modre svetlobe.

3.3 Vizualna časovnica: razvoj spektra dnevne svetlobe (0h → 24h → 72h+)

Na podlagi terenskih meritev in laboratorijskih raziskav staranja je naslednji časovni razpored približen:
0–12 ur (nov dim): CCT med 3400K in 3800K. Zelene in modre valovne dolžine so močno utišane. Zdi se, da je nebo oranžno do rjavo. Sonca pogosto ne vidimo.

Zgodnje staranje (12–24 ur): CCT se dvigne na 4000K–4500K. Vrne se majhna modra svetloba. Nebo postane rumenkasto namesto oranžno.

24–72 ur (prehodno): CCT med 4500K in 5000K. Modra svetloba je še vedno boljša. Nebo je mehko belo s pridihom rumene barve.

CCT se po 72 urah približa 5000K–5500K (staran dim). Čeprav je spekter bližje normalnemu, lahko sipanje še vedno povzroči zmanjšanje skupne intenzivnosti.

Na ta razpored vplivajo vreme, vrsta požara in gostota dima. Vendar je smer vedno enaka: staran dim je bolj razpršen in bel, medtem ko je svež bolj oranžen.

4. Pomen te časovnice za vaše vsakdanje življenje

4.1 Za pridelovalce in sobne rastline:PPFDKrivulja okrevanja in padca

Za kompakten razvoj in nadzor stomatov rastline potrebujejo modro svetlobo. Modra svetloba se lahko zmanjša za 60–70 % v prisotnosti svežega dima. PPFD ali gostota toka fotosintetskih fotonov se pogosto zmanjša za 30–50 %.
Za komercialne pridelovalce to pomeni zmanjšan donos, raztezanje in počasnejšo rast. Dobra novica je, da se PPFD obnovi, ko se stara dim. Vendar pa je potreben čas, da se vse vrne v normalno stanje. V prvih 48 urah morate dnevno prilagoditi dodatno osvetlitev.

4.2 Nočna mora ravnovesja beline, ki se za fotografe spreminja vsak dan

Samodejno ravnovesje beline na vašem fotoaparatu je odvisno od svetlobnega vira, ki je blizu D65 ali dnevne svetlobe. Kamera prekomerno popravi pri 3440K, ko se pojavi nov dim. Slike so videti pretirano hladne, včasih celo vijolične.
Še huje, barvna temperatura se dnevno spreminja. Do 14. ure je nastavitev beline po meri, ki je bila nastavljena ob 10. uri, morda nepravilna. Uporabite sivo karto, če streljate zunaj med dimom. Vsakih nekaj ur preverite ravnovesje beline. Druga možnost je, da preklopite na ročni Kelvin in prilagodite, ko dim zori.

4.3 Za lastnike sončnih kolektorjev: dnevne spremembe izhodne izgube

Neposredno normalno obsevanje (DNI) se močno zmanjša zaradi svežega dima. Razpršena svetloba iz vaših plošč še vedno ustvarja nekaj moči, čeprav se lahko skupna moč zmanjša za 20–40 %.

Difuzna svetloba se z zorenjem dima okrepi in postane bolj razpršena. Vendar dokler oblak ne izgine, ostane skupna obsevanost pod povprečjem. Bodite pozorni na svojo vsakodnevno proizvodnjo. Med pojavom dima močno čiščenje plošč ne bo v veliko pomoč. Počakajte, dokler se dim ne razveje.

4.4 Za vse ostale: Vpliv starajočega se dima na spanje, razpoloženje in udobje vida

Nizka modra svetloba in nizka barvna temperatura lahko povzročita, da se počutite zaspani in manj budni. To ni ustvarjalnost. Cirkadiane ritme uravnava modra svetloba. Vaše telo lahko opazi mrak, če ves dan preživite na 3400K svetlobi.
Čez dan uporabite osvetlitev 5000K, da nadomestite delo v zaprtih prostorih. Tudi vaše oči bodo to cenile. Branje v jantarni svetlobi povzroči hitrejše napenjanje oči.

5. Kako se oddolžiti: časovno-načrt osvetlitve

5.1 Splošna zamisel: Ponovno uvedite tisto, kar manjka, v skladu s starostjo

Nebo je videti toplo, zato ne dodajte samo tople svetlobe. To težavo še poslabša. Ponovno uvedite modro in zeleno valovno dolžino, ki ju je izločil dim.

Nadomestilo mora biti v skladu s stopnjo dima. Najmočnejša rektifikacija je potrebna za svež dim. Starejši dim zahteva manj.

5.2 Faza 1: Svež dim (0–24 ur): modri dodatek +5000K–6500K Visok CRI

CCT: med 5000K in 6500K

CRI: > 90

Modri ​​dodatek: Če gojite rastline, dodajte dodatnih 450 nm.

Zakaj? Modra svetloba se zaradi svežega dima zmanjša za več kot 50 %. Če želite obnoviti barvno upodabljanje in rastlinam zagotoviti ustrezno modrino, potrebujete visok CCT in visok CRI.

5.3 Faza 2: Prehodni dim (24-72 ur):Celoten spekterCCT: 4000K do 5000K

Tip: LED s polnim spektrom

Spekter se začenja izboljševati. Težki modri dodatki niso več potrebni. Običajno zadostuje spodobna svetloba polnega-spektra v območju 4000K–5000K.

5.4 Faza 3: Staran dim (72h+): 3500K–4500K, enakomernost CCT: 3500K–4500K

Prednost: enakomerna pokritost namesto največje intenzivnosti

Spekter je na tej točki skoraj tipičen. Vendar je svetloba še vedno bolj razpršena kot običajno. Poskrbite, da bo vaš delovni prostor enakomerno osvetljen z vašo umetno razsvetljavo.

5.5 Česa ne storiti: Uporaba"Toplo bela" (2700K)sama bo poslabšala situacijo.

Najpogostejša napaka je ta. V poskusu "ujemanja" z oranžnim nebom ljudje posežejo po toplih belih lučeh. Zaradi tega je težava dvakrat resnejša. Modra barva toplo belih žarnic (2700K) je že nizka. Raven vaše modre svetlobe se še bolj zmanjša, če jih združite z dimljenim dnevom.
Uporabite luči z visokim CCT in visokim CRI. Ne poskušajte se ujemati z nebom. Popravi se.

6. Ni vsa atmosferska meglica enaka: dim v primerjavi z drugimi

Dim je edinstven, ker se kemično stara. Meglica in oblaki ne.

7. Kako paziti na kakovost svetlobe, ko se pojavi dim

7.1 Vizualni znaki: Kaj videti na nebu v vsaki fazi

Sveže: oranžno do rjavo nebo, nevidno sonce
Prehodno: zlato nebo, komaj vidno sonce

Starost: belo nebo, megleno, a opazno sonce

Vizualne namige je težko razlagati. Samo uporabite jih za hitro ugibanje.

7.2 Nizki-tehnični viri: aplikacije za ocenjevanje CCT za pametne telefone

CCT se lahko oceni iz kamere vašega telefona z uporabo aplikacij, kot sta Colorimeter ali LightSpectrum Pro. Čeprav niso laboratorijske, zadostujejo za določitev, ali imate 3500K ali 5000K.

7.3 Ekspertni instrumenti: prenosni spektrometri

Naložba v ročni spektrometer se splača, če upravljate komercialno rast ali foto studio. Z eno meritvijo lahko dobite CCT, CRI in celoten SPD. Lahko boste določili natančno stopnjo dima.

pogosta vprašanja

Kontakt
Kevin Rao

E-pošta:bwzm12@benweilighting.com

Tel/Whatsapp:+8619972563753