Wildfire Smoke And Daylight Spectrum: How Fresh vs. Ældre røg ændrer lys over tid (og hvordan man kompenserer)

Wildfire Smoke and Daylight Spectrum: Hvordan frisk vs. gammel røg ændrer lys over tid (og hvordan man kompenserer)

På en dag, hvor der er naturbrand, går du udenfor. Det er en orange himmel. Selv ved middagstid ser lyset ud til at være en solnedgang. Det er der, de fleste stopper. Men det orange lys er dyrt, hvis du kører solpaneler, tager billeder for at leve eller dyrker planter indendørs.

Røgs ændring af dagslys er ikke det eneste problem. Problemet er, at dagslyset konstant ændres af røg. Virkningen af ​​frisk røg adskiller sig fra den af ​​dag-gammel røg. Det er desuden ikke diskuteret i de fleste artikler.

Tre ting opnås med denne guide:

demonstrerer virkningerne af frisk røg på lysspektret ved hjælp af faktiske tal.

forklarer, hvorfor mængden af ​​blåt lys absorberet af røg varierer over tid.

giver dig en trin-for-belysningsplan, så du kan kompensere for

Lad os begynde med, hvad du faktisk kan se.

1. For det første, hvordan bliver dagslys påvirket af ny brandrøg?

1.1 Den direkte påvirkning: Orange/rødt lys forbliver, blåt lys er blokeret

Sollys har en afbalanceret blanding af alle synlige bølgelængder ved middagstid under en klar himmel. Den ligevægt skifter drastisk mod orange og rød, når der er meget røg.
Hvorfor? Fordi korte bølgelængder (blå og violette) er spredt og absorberet af røgpartikler langt hyppigere end lange bølgelængder (orange og rød). Fjernelsen af ​​blåt lys får himlen til at se orange ud, ikke fordi røgen er orange.

Det føles som sent på eftermiddagen, når du træder udenfor på en diset dag. Farverne er afdæmpede. Hvide har et ravfarvet udseende. Det er det direkte resultat.

1.2 Faktiske data: Fresh Smoke Spectrometer-målinger (3440K, SPD Shift)

Lad os sætte nogle tal på det.
Et bærbart spektrometer blev brugt til at detektere dagslys ved middagstid under skovbrandene i september 2020 i Portland, Oregon. Den typiske middagstemperatur er mellem 5500K og 6500K. Den faldt til 3440K, da der var meget røg.

Violet, blåt og endda nogle grønne bølgelængder indikerede klart et fald i den spektrale effektfordeling (SPD). Lyset bevægede sig i retning af580 nm, en lys ravfarvet nuance.

Nummeret 3440K er ikke nødvendigt for dig at huske. Bare husk på, at en betydelig del af det blå og grønne elimineres af frisk røg. Tilbage er rav, opvarmet og lavt i planteenergi.

1.3 Rayleigh-spredning: En forklaring på hvorfor grå røg producerer ravgult lys

Grå, kulstofbaserede-partikler udgør selv røgen. Så hvorfor kan ravfarvet lys komme fra grå røg?
Rayleigh spredning. Længere bølgelængder (rød) spreder sig mindre end kortere bølgelængder (blå). Blåt lys spredes i alle retninger, når sollys bevæger sig gennem et tæt lag af røgpartikler. En del af det når aldrig dine solpaneler eller øjeæbler. Størstedelen af ​​lyset, der passerer igennem, er orange og rødt.

Røgen fungerer som et massivt blåt-blokerende filter, der er suspenderet hen over himlen, for at sige det på en måde. Det er ikke et orange filter. Blå er netop elimineret.

Det er dog kun farveændringen, der kan forklares med Rayleigh-spredning. Mængden af ​​absorption af blåt lys forklares ikke af det. Vi må undersøge røgens kemi for at gøre det.

2. Det ubesvarede spørgsmål: Hvorfor absorberer røg så meget blåt lys?

2.1 Introduktion af den dominerende absorber, "Dark Brown Carbon" (d-BrC)

Røgpartikler adskiller sig fra hinanden. Nogle er sod eller sort kulstof. Organisk kulstof udgør nogle af dem. Og den primære årsag til røgens høje absorption af blåt lys er en særlig slags organisk kulstof kendt som mørkebrunt kulstof (d-BrC).
I modsætning til almindeligt brunt kulstof er d-BrC modstandsdygtig over for fotoblegning og uopløselig i vand. Det fortsætter med at absorbere lys, mens det forbliver i atmosfæren. Ifølge en undersøgelse fra 2023 offentliggjort i Nature Geoscience er d-BrC den dominerende kortbølgeabsorber i røgfaner fra skovbrande i det vestlige USA.

2.2 Målt: 3/4 af Blue Light Absorption er bidraget af d-BrC

Hårde tal fra samme undersøgelse:

Tre-fjerdedele af den korte absorption af synligt lys (blå til grøn) tilskrives d-BrC.

Det er ansvarligt for 50% af absorptionen af ​​langt synligt lys (rødt).

Sort kulstof er ikke den primære årsag til tabet af blåt lys, du observerer på en røgfyldt dag. Det stammer fra d-BrC. Disse partikler er ekstremt tyktflydende, små og sfæriske. I den videnskabelige litteratur omtales de ofte som "tjærekugler".

2.3 Tjærekugler: Ravhimlens mikroskopiske partikler

d-BrC fremstår som runde, glasagtige partikler, når de ses under et elektronmikroskop. Deres diameter varierer fra 140 til 200 nanometer. De ulmer ikke blot; de dannes under høje-temperaturflammer.

Hvorfor skulle du give sgu? på grund af tjærekuglers stædighed. De tager et stykke tid at blege ud. De fortsætter med at absorbere blåt lys i dagevis, mens de forbliver i atmosfæren. Af denne grund kan en røget himmel forblive orange i længere tid. Men ikke i det uendelige.

3. Røgændringer over tid: Hvad de fleste artikler ikke fortæller dig

3.1 Aldringsprocessen: lys-spredning (hvid) til lys-absorbering (brun)

Farven på frisk røg er brun. Det opvarmer atmosfæren ved at absorbere kortbølget stråling. Røg reagerer dog med oxidanter som OH- og NO3-radikaler, når den modnes. Den kemiske makeup skifter. Partikler begynder at sprede sig mere og absorbere mindre.
Røg, der er ældre, bliver hvid. Luften bliver ikke opvarmet så meget af det. Lyset spredes i alle retninger. For lyset, der når jorden, er dette vigtigt.

3.2 Målt: Lysabsorptionsreduktion på op til 46 %

I sammenligning med frisk røg kan gammel røg sænke lysabsorptionen med op til 46 %, ifølge en undersøgelse fra 2017 af forskere ved Washington University i St. Louis (publiceret i Environmental Science & Technology Letters).
Det er et kæmpe fald. Efter et par dage vil den samme røgfane, der gjorde din middag himmel orange, tillade mere blåt lys at passere igennem.

3.3 Visuel tidslinje: Udviklingen af ​​dagslysspektret (0t → 24t → 72t+)

Baseret på feltmålinger og laboratoriealdringsforskning er følgende tidsplan omtrentlig:
0–12 timer (ny røg): CCT mellem 3400K og 3800K. Grønne og blå bølgelængder er stærkt dæmpede. Himlen ser ud til at være orange til brun. Solen er ofte uset.

Tidlig aldring (12-24 timer): CCT stiger til 4000K-4500K. Lidt blåt lys kommer tilbage. Himlen bliver gullig i stedet for orange.

24–72 timer (overgangs): CCT mellem 4500K og 5000K. Blåt lys bliver stadig bedre. Himlen fremstår uklar hvid med et strejf af gult.

CCT nærmer sig 5000K–5500K efter 72 timer (gammel røg). Selvom spektret er tættere på det normale, kan spredning stadig resultere i et fald i den samlede intensitet.

Vejr, brandtype og røgtæthed påvirker alle denne tidsplan. Retningen er dog altid den samme: gammel røg er mere diffus og hvid, mens frisk røg er mere orange.

4. Betydningen af ​​denne tidslinje for din hverdag

4.1 For avlere og indendørs planter:PPFDRecovery og Drop Curve

For kompakt udvikling og stomatal kontrol kræver planter blåt lys. Blåt lys kan falde med 60-70 % ved tilstedeværelse af frisk røg. PPFD, eller fotosyntetisk fotonfluxtæthed, falder ofte med 30-50%.
For kommercielle avlere medfører dette nedsat udbytte, strækning og langsommere vækst. Den gode nyhed er, at PPFD gendannes som røgældet. Det tager dog tid for alt at vende tilbage til det normale. I løbet af de første 48 timer skal du foretage daglige justeringer af din supplerende belysning.

4.2 Et hvidbalancemareridt, der ændrer sig hver dag for fotografer

Den automatiske hvidbalance på dit kamera er baseret på, at lyskilden er tæt på D65 eller dagslys. Kameraet overkorrigerer ved 3440K, når der er ny røg. Billeder fremstår alt for kølige, nogle gange endda lilla.
Endnu værre, farvetemperaturen varierer dagligt. Inden kl. 14.00 kan en tilpasset hvidbalance, der blev indstillet til kl. 10.00, være forkert. Brug et gråt kort, hvis du skyder udenfor under en røghændelse. Hvert par timer skal du kontrollere din hvidbalance. Skift alternativt til manuel Kelvin og foretag justeringer, efterhånden som røgen modnes.

4.3 For ejere af solpaneler: Daglige variationer i outputtab

Direkte normal bestråling (DNI) reduceres kraftigt af frisk røg. Diffust lys fra dine paneler genererer stadig en vis strøm, selvom det samlede output kan falde med 20–40 %.

Diffust lys intensiveres, efterhånden som røgen modnes og bliver mere spredt. Men indtil fanen forsvinder, forbliver den samlede irradians under gennemsnittet. Hold øje med dit daglige output. Det vil ikke være særlig nyttigt at rense dine paneler kraftigt under røgforekomsten. Hold ud, indtil røgen forsvinder.

4.4 For alle andre: Virkningen af ​​aldrende røg på søvn, humør og visuel komfort

Lavt blåt lys og lav farvetemperatur kan få dig til at føle dig døsig og mindre vågen. Det er ikke kreativitet. Døgnrytme reguleres af blåt lys. Din krop kan se skumringen, hvis du bruger hele dagen i 3400K lys.
Brug 5000K belysning i løbet af dagen for at kompensere for arbejde indendørs. Dine øjne vil også sætte pris på det. At læse i gult lys får dine øjne til at anstrenge sig hurtigere.

5. Sådan gør du op for det: En tids-baseret belysningsplan

5.1 Overordnet idé: Genindfør, hvad der mangler i overensstemmelse med alderen

Himlen virker varm, så tilføj ikke kun varmt lys. Det forværrer problemet. Genindfør de blå og grønne bølgelængder, som røg eliminerede.

Kompensationen skal være i overensstemmelse med røgstadiet. Den mest kraftige opretning er påkrævet for frisk røg. Ældre røg kræver mindre.

5.2 Trin 1: Frisk røg (0–24 timer): Blåt Supplement +5000K–6500K høj CRI

CCT: mellem 5000K og 6500K

CRI: > 90

Blåt tilskud: Hvis du dyrker planter, så tilsæt 450 nm ekstra.

Hvorfor? Blåt lys reduceres med mere end 50 % af frisk røg. For at genoprette farvegengivelsen og give planter tilstrækkelig blå, har du brug for høj CCT og høj CRI.

5.3 Trin 2: Overgangsrøg (24-72 timer):Fuldt spektrumCCT: 4000K til 5000K

Type: LED med fuldt spektrum

Spektret begynder at blive bedre. Tunge blå kosttilskud er ikke længere nødvendige. Normalt vil et anstændigt fuldt-spektrum lys i området 4000K–5000K duge.

5.4 Trin 3: Ældret røg (72 timer+): 3500K–4500K, Jævnhed CCT: 3500K–4500K

Prioritet: Jævn dækning frem for maksimal intensitet

Spektret er næsten typisk på dette tidspunkt. Lyset er dog stadig mere spredt end normalt. Sørg for, at dit arbejdsområde er jævnt oplyst af din kunstige belysning.

5.5 Hvad du ikke skal gøre: Brug"Varm hvid" (2700K)alene vil gøre situationen værre.

Den hyppigste fejl er denne. I et forsøg på at "matche" en orange himmel går folk efter varmt hvidt lys. Det gør problemet dobbelt så alvorligt. Den blå farve på varme hvide pærer (2700K) er allerede lav. Dit blå lysniveau falder endnu mere, når du kombinerer dem med en røgfyldt dag.
Gør brug af lys med høj CCT og høj CRI. Forsøg ikke at matche himlen. Gør op for det.

6. Ikke al atmosfærisk dis er det samme: Røg vs. andre

Røg er unik, fordi den ældes kemisk. Dis og skyer gør ikke.

7. Sådan holder du øje med lyskvaliteten, når der opstår røg

7.1 Visuelle signaler: Hvad skal man se på himlen i hver fase

Frisk: Orange til brun himmel, usynlig sol
Overgangs: gylden himmel, næsten ikke synlig sol

Alder: Hvid himmel, diset, men mærkbar sol

Visuelle spor er svære at fortolke. Bare brug dem til at lave et hurtigt gæt.

7.2 Lave-teknologiske ressourcer: CCT-estimationsapps til smartphones

CCT kan estimeres fra din telefons kamera ved hjælp af apps som Colorimeter eller LightSpectrum Pro. Selvom de ikke er -laboratorieklasse, er de tilstrækkelige til at afgøre, om du er på 3500K eller 5000K.

7.3 Ekspertinstrumenter: Bærbare spektrometre

Det er umagen værd at investere i et håndholdt spektrometer, hvis du leder en kommerciel vækst eller et fotostudie. Du kan få CCT, CRI og den komplette SPD med en enkelt måling. Du vil være i stand til at bestemme det præcise stadium af røgen.

FAQ

Kontakte
Kevin Rao

E-mail:bwzm12@benweilighting.com

Tlf/Whatsapp:+8619972563753