Spectrul de fum și lumină naturală a incendiilor sălbatice: cât de proaspăt vs. Fumul îmbătrânit schimbă lumina în timp (și cum se compensează)

Fumul incendiilor și spectrul luminii de zi: cât de proaspăt față de cel vechi schimbă lumina în timp (și cum se compensează)

Într-o zi în care este un incendiu, ieși afară. Este un cer portocaliu. Chiar și la amiază, lumina pare a fi un apus de soare. Acolo se opresc majoritatea oamenilor. Dar acea lumină portocalie este scumpă dacă utilizați panouri solare, faceți fotografii pentru a vă trăi sau cultivați plante în interior.

Modificarea luminii zilei de către fum nu este singura problemă. Problema este că lumina zilei este modificată în mod constant de fum. Impactul fumului proaspăt diferă de cel al fumului vechi de o zi-. În plus, acest lucru nu este discutat în majoritatea lucrărilor.

Trei lucruri sunt realizate prin acest ghid:

demonstrează efectele fumului proaspăt asupra spectrului de lumină folosind numere reale.

explică de ce cantitatea de lumină albastră absorbită de fum variază în timp.

vă oferă un plan de iluminat-cu-pas cu pas, astfel încât să puteți compensa

Să începem cu ceea ce puteți vedea de fapt.

1. În primul rând, cum este afectată lumina zilei de noul fum de incendiu?

1.1 Impactul direct: Lumina portocalie/roșie rămâne, lumina albastră este blocată

Lumina soarelui are un amestec echilibrat de toate lungimile de undă vizibile la amiază, sub un cer senin. Acest echilibru se schimbă drastic către portocaliu și roșu atunci când există mult fum.
De ce? Deoarece lungimile de undă scurte (albastru și violet) sunt împrăștiate și absorbite de particulele de fum mult mai frecvent decât lungimile de undă lungi (portocaliu și roșu). Eliminarea luminii albastre face ca cerul să pară portocaliu, nu pentru că fumul este portocaliu.

Se simte ca după-amiaza târziu când ieși afară într-o zi cețoasă. Culorile sunt atenuate. Albul are un aspect chihlimbar. Acesta este rezultatul direct.

1.2 Date reale: Măsurători cu spectrometrul de fum proaspăt (3440K, SPD Shift)

Să punem câteva cifre pe el.
Un spectrometru portabil a fost folosit pentru a detecta lumina zilei la prânz în timpul incendiilor din septembrie 2020 din Portland, Oregon. Temperatura tipică la amiază este între 5500K și 6500K. A scăzut la 3440K când era mult fum.

Violetul, albastrul și chiar unele lungimi de undă verzi au indicat în mod clar o scădere a distribuției spectrale a puterii (SPD). Lumina se mișca în direcția580 nm, o nuanță de chihlimbar strălucitoare.

Numărul 3440K nu este necesar pentru a vă aminti. Rețineți că o parte semnificativă din albastru și verde sunt eliminate de fumul proaspăt. Ceea ce rămâne este chihlimbar, încălzit și sărac în energie vegetală.

1.3 Imprăștirea Rayleigh: O explicație a motivului pentru care fumul gri produce lumină chihlimbar

Particulele gri, pe bază de carbon-alcătuiesc fumul în sine. Deci, de ce poate lumina chihlimbar să provină din fumul gri?
împrăștierea Rayleigh. Lungimile de undă mai lungi (roșu) împrăștie mai puțin decât lungimile de undă mai scurte (albastru). Lumina albastră este dispersată în toate direcțiile atunci când lumina soarelui trece printr-un strat dens de particule de fum. O parte din el nu ajunge niciodată la panourile solare sau globii oculari. Cea mai mare parte a luminii care trece prin este portocaliu și roșu.

Fumul funcționează ca un filtru albastru masiv-de blocare suspendat pe cer, într-un fel. Nu este un filtru portocaliu. Albastrul este doar eliminat.

Cu toate acestea, doar schimbarea culorii poate fi explicată prin împrăștierea Rayleigh. Cantitatea de absorbție a luminii albastre nu se explică prin aceasta. Trebuie să examinăm chimia fumului pentru a face asta.

2. Întrebarea fără răspuns: De ce fumul absoarbe atât de multă lumină albastră?

2.1 Prezentarea absorbantului dominant, „Carbon maro închis” (d-BrC)

Particulele de fum diferă unele de altele. Unele sunt funingine sau carbon negru. Carbonul organic alcătuiește unele dintre ele. Și cauza principală a absorbției mari a luminii albastre de către fum este un anumit tip de carbon organic cunoscut sub numele de carbon maro închis (d-BrC).
Spre deosebire de carbonul maro obișnuit, d-BrC este rezistent la fotoalbire și insolubil în apă. Continuă să absoarbă lumina în timp ce rămâne în atmosferă. Conform unui studiu din 2023 publicat în Nature Geoscience, d-BrC este absorbantul predominant de unde scurte în fumurile de la incendiile de vegetație din vestul Statelor Unite.

2.2 Măsurat: 3/4 din absorbția luminii albastre este contribuită de d-BrC

Numere dure din același studiu:

Trei-sferturi din absorbția scurtă de lumină vizibilă (de la albastru la verde) este atribuită d-BrC.

Este responsabil pentru 50% din absorbția luminii vizibile lungi (roșie).

Carbonul negru nu este cauza principală a pierderii de lumină albastră pe care o observați într-o zi cu fum. Este originar din d-BrC. Aceste particule sunt extrem de vâscoase, mici și sferice. În literatura științifică, acestea sunt adesea denumite „bile de gudron”.

2.3 Bilele de gudron: particulele microscopice ale cerului chihlimbar

d-BrC apare ca particule rotunde, sticloase când sunt privite la microscop electronic. Diametrul lor variază de la 140 la 200 de nanometri. Ei nu doar mocnesc; se formează în timpul-făcărilor la temperatură ridicată.

De ce să-ți dea naiba? din cauza încăpăţânării mingilor de gudron. Au nevoie de ceva timp pentru a se înălbi. Ei continuă să absoarbă lumina albastră zile întregi, rămânând în atmosferă. Din acest motiv, un cer fumuriu ar putea rămâne portocaliu pentru o perioadă considerabilă de timp. Dar nu la infinit.

3. Fumul se schimbă în timp: ceea ce majoritatea articolelor nu vă spun

3.1 Procesul de îmbătrânire:-împrăștiere a luminii (alb) în -absorbție a luminii (maro)

Culoarea fumului proaspăt este maro. Încălzește atmosfera prin absorbția radiațiilor de unde scurte. Cu toate acestea, fumul reacționează cu oxidanți precum radicalii OH și NO3 pe măsură ce se maturizează. Machiajul chimic se schimbă. Particulele încep să se disperseze mai mult și să absoarbă mai puțin.
Fumul care este mai vechi devine alb. Aerul nu este încălzit la fel de mult de el. Lumina este dispersată în toate direcțiile. Pentru lumina care ajunge pe pământ, acest lucru este important.

3.2 Măsurat: Reducerea absorbției luminii de până la 46%

În comparație cu fumul proaspăt, fumul îmbătrânit poate reduce absorbția luminii cu până la 46%, potrivit unui studiu din 2017 al cercetătorilor de la Universitatea Washington din St. Louis (publicat în Environmental Science & Technology Letters).
Acesta este un declin uriaș. După câteva zile, aceeași pană de fum care a făcut cerul tău portocaliu la amiază va permite să treacă mai multă lumină albastră.

3.3 Cronologie vizuală: Evoluția spectrului luminii zilei (0h → 24h → 72h+)

Pe baza măsurătorilor pe teren și a cercetărilor de laborator privind îmbătrânirea, următorul orar este aproximativ:
0–12 ore (fum nou): CCT între 3400K și 3800K. Lungimile de undă verde și albastru sunt puternic dezactivate. Cerul pare să fie portocaliu până la maro. Soarele este adesea nevăzut.

Îmbătrânire timpurie (12–24 ore): CCT crește la 4000K–4500K. O mică lumină albastră revine. Cerul devine gălbui în loc de portocaliu.

24–72 de ore (tranzitorie): CCT între 4500K și 5000K. Lumina albastră este încă din ce în ce mai bună. Cerul pare alb neclar, cu o nuanță de galben.

CCT se apropie de 5000K–5500K după 72 de ore (fum îmbătrânit). Deși spectrul este mai aproape de normal, împrăștierea poate duce totuși la o scădere a intensității totale.

Vremea, tipul de incendiu și densitatea fumului afectează acest orar. Cu toate acestea, direcția este întotdeauna aceeași: fumul învechit este mai difuz și mai alb, în ​​timp ce fumul proaspăt este mai portocaliu.

4. Semnificația acestei cronologie pentru viața ta de zi cu zi

4.1 Pentru cultivatori și plante de interior:PPFDCurba de recuperare și de cădere

Pentru dezvoltarea compactă și controlul stomatic, plantele au nevoie de lumină albastră. Lumina albastră poate scădea cu 60-70% în prezența fumului proaspăt. PPFD, sau densitatea fluxului de fotoni fotosintetici, scade frecvent cu 30-50%.
Pentru cultivatorii comerciali, acest lucru implică scăderea recoltelor, întinderea și creșterea mai lentă. Vestea bună este că PPFD își revine pe măsură ce fumul îmbătrânește. Cu toate acestea, este nevoie de timp pentru ca totul să revină la normal. În primele 48 de ore, trebuie să faceți ajustări zilnice la iluminarea suplimentară.

4.2 Un coșmar al balansului de alb care se schimbă în fiecare zi pentru fotografi

Balanța de alb automată a camerei dvs. se bazează pe sursa de lumină aproape de D65 sau lumina zilei. Camera supracorectează la 3440K când există fum nou. Imaginile par excesiv de reci, uneori chiar mov.
Și mai rău, temperatura culorii variază zilnic. Până la ora 14:00, un balans de alb personalizat care a fost setat la 10:00 ar putea fi incorect. Folosiți un card gri dacă trageți afară în timpul unui incident de fum. La fiecare câteva ore, verificați balansul de alb. Alternativ, treceți la Kelvin manual și faceți ajustări pe măsură ce fumul se maturizează.

4.3 Pentru proprietarii de panouri solare: variații zilnice ale pierderii de producție

Iradierea normală directă (DNI) este mult redusă de fumul proaspăt. Lumina difuză de la panourile dvs. generează încă ceva putere, deși puterea totală poate scădea cu 20-40%.

Lumina difuză se intensifică pe măsură ce fumul se maturizează și devine mai împrăștiat. Cu toate acestea, până la dispariția penei, iradierea totală rămâne sub medie. Urmăriți-vă producția de zi cu zi. Nu va fi de mare ajutor să vă curățați puternic panourile în timpul apariției fumului. Țineți până când fumul se limpezește.

4.4 Pentru toți ceilalți: Impactul îmbătrânirii fumului asupra somnului, dispoziției și confortului vizual

Lumina albastră scăzută și temperatura scăzută a culorii vă pot face să vă simțiți somnolent și mai puțin treaz. Asta nu este creativitate. Ritmurile circadiene sunt reglate de lumina albastră. Corpul tău poate vedea amurg dacă petreci întreaga zi în lumină de 3400K.
Utilizați o iluminare de 5000K în timpul zilei pentru a compensa munca în interior. Ochii tăi o vor aprecia și ei. Citirea în lumină chihlimbar face ca ochii să se încordeze mai repede.

5. Cum să compensați: un plan de iluminare bazat pe timp-

5.1 Ideea generală: Reintroduceți ceea ce lipsește în funcție de vârstă

Cerul pare cald, așa că nu adăugați doar lumină caldă. Asta exacerba problema. Reintroduceți lungimile de undă albastre și verzi care au fost eliminate de fum.

Compensarea ar trebui să fie în conformitate cu stadiul de fum. Cea mai viguroasă rectificare este necesară pentru fumul proaspăt. Fumul mai vechi necesită mai puțin.

5.2 Etapa 1: Fum proaspăt (0–24 ore): Supliment albastru +5000K–6500K CRI ridicat

CCT: între 5000K și 6500K

CRI: > 90

Supliment albastru: Dacă cultivați plante, adăugați un plus de 450 nm.

De ce? Lumina albastră este redusă cu mai mult de 50% de fumul proaspăt. Pentru a restabili redarea culorii și pentru a oferi plantelor un albastru adecvat, aveți nevoie de CCT ridicat și CRI ridicat.

5.3 Etapa 2: Fum de tranziție (24-72 de ore):Spectru completCCT: 4000K până la 5000K

Tip: LED cu spectru complet

Spectrul începe să se îmbunătățească. Nu mai sunt necesare suplimente de albastru intens. De obicei, o lumină decentă cu spectru complet-în zona 4000K–5000K va fi potrivită.

5.4 Etapa 3: Fum în vârstă (72h+): 3500K–4500K, Uniformitate CCT: 3500K–4500K

Prioritate: acoperire uniformă, mai degrabă decât intensitate maximă

Spectrul este aproape tipic în acest moment. Cu toate acestea, lumina este mai dispersată decât în ​​mod normal. Asigurați-vă că spațiul dvs. de lucru este iluminat uniform de iluminatul artificial.

5.5 Ce nu trebuie făcut: Utilizarea„Alb cald” (2700K)singur va înrăutăți situația.

Cea mai frecventă eroare este aceasta. În încercarea de a „potrivi” un cer portocaliu, oamenii merg pe lumini albe calde. Asta face problema de două ori mai gravă. Culoarea albastră a becurilor alb cald (2700K) este deja scăzută. Nivelul tău de lumină albastră scade și mai mult atunci când le combini cu o zi plină de fum.
Folosiți lumini cu CCT ridicat și CRI ridicat. Nu încerca să se potrivească cu cerul. Compensează-te.

6. Nu toată ceața atmosferică este aceeași: fum vs. altele

Fumul este unic deoarece îmbătrânește chimic. Ceața și norii nu.

7. Cum să urmăriți calitatea luminii atunci când apare fumul

7.1 Indicații vizuale: Ce să vezi pe cer în fiecare fază

Proaspăt: cer portocaliu spre maro, soare invizibil
Tranzitorie: cer auriu, soare greu vizibil

În vârstă: Cer alb, soare cețos, dar vizibil

Indiciile vizuale sunt greu de interpretat. Folosiți-le doar pentru a face o ghicire rapidă.

7.2 Resurse tehnologice reduse-: aplicații de estimare CCT pentru telefoane inteligente

CCT poate fi estimat din camera telefonului dvs. folosind aplicații precum Colorimeter sau LightSpectrum Pro. Deși nu sunt de laborator-, ele sunt suficiente pentru a determina dacă sunteți la 3500K sau 5000K.

7.3 Instrumente experte: Spectrometre portabile

Investiția într-un spectrometru portabil merită dacă gestionați o creștere comercială sau un studio foto. Puteți obține CCT, CRI și SPD complet cu o singură măsurare. Veți putea determina stadiul precis al fumului.

FAQ

Contact
Kevin Rao

E-mail:bwzm12@benweilighting.com

Tel/Whatsapp:+8619972563753