Дым лесных пожаров и спектр дневного света: насколько свежо по сравнению с. Старый дым со временем меняет свет (и как это компенсировать)

Дым лесных пожаров и спектр дневного света: как свежий и старый дым меняет свет с течением времени (и как это компенсировать)

В день лесного пожара вы выходите на улицу. Это оранжевое небо. Даже в полдень свет кажется закатом. На этом большинство людей останавливается. Но этот оранжевый свет стоит дорого, если вы пользуетесь солнечными батареями, зарабатываете на жизнь фотографией или выращиваете растения в помещении.

Изменение дневного света из-за дыма — не единственная проблема. Проблема в том, что дневной свет постоянно меняется из-за дыма. Воздействие свежего дыма отличается от воздействия дневного-дыма. Более того, в большинстве статей это не обсуждается.

Это руководство решает три задачи:

демонстрирует влияние свежего дыма на световой спектр, используя реальные цифры.

объясняет, почему количество синего света, поглощаемого дымом, меняется со временем.

предоставляет вам пошаговый--план освещения, чтобы вы могли компенсировать

Начнем с того, что вы действительно можете увидеть.

1. Во-первых, как на дневной свет влияет дым от новых лесных пожаров?

1.1 Прямое воздействие: оранжевый/красный свет остается, синий свет блокируется

Солнечный свет представляет собой сбалансированную смесь всех видимых длин волн в полдень под ясным небом. Когда дыма много, это равновесие резко смещается в сторону оранжевого и красного.
Почему? Потому что короткие волны (синие и фиолетовые) рассеиваются и поглощаются частицами дыма гораздо чаще, чем длинные волны (оранжевые и красные). Удаление синего света делает небо оранжевым не потому, что дым оранжевый.

Когда выходишь на улицу в пасмурный день, ощущение позднего вечера. Цвета приглушены. Белые имеют янтарный вид. Это прямой результат.

1.2 Фактические данные: измерения спектрометра свежего дыма (3440K, сдвиг SPD)

Давайте приведем некоторые цифры.
Портативный спектрометр использовался для обнаружения дневного света в полдень во время лесных пожаров в сентябре 2020 года в Портленде, штат Орегон. Типичная полуденная температура составляет от 5500К до 6500К. Она упала до 3440К, когда было много дыма.

Фиолетовая, синяя и даже некоторые зеленые длины волн ясно указывали на снижение спектрального распределения мощности (SPD). Свет переместился в сторону580 нм, яркий янтарный оттенок.

Число 3440К вам запоминать не обязательно. Просто имейте в виду, что значительная часть синего и зеленого устраняется свежим дымом. То, что остается, — это янтарь, нагретый и с низким содержанием растительной энергии.

1.3 Рэлеевское рассеяние: объяснение того, почему серый дым дает янтарный свет

Серые частицы-на основе углерода сами составляют дым. Так почему же желтый свет может исходить от серого дыма?
Рэлеевское рассеяние. Более длинные волны (красные) рассеиваются меньше, чем более короткие (синие). Синий свет рассеивается во всех направлениях, когда солнечный свет проходит через плотный слой частиц дыма. Часть его никогда не попадает на ваши солнечные панели или в глаза. Большая часть проходящего света имеет оранжевый и красный цвета.

С одной стороны, дым действует как массивный-фильтр, блокирующий синий цвет, подвешенный по небу. Это не оранжевый фильтр. Синий просто исключен.

Однако только изменение цвета можно объяснить рэлеевским рассеянием. Величина поглощения синего света этим не объясняется. Чтобы сделать это, мы должны изучить химию дыма.

2. Вопрос без ответа: почему дым поглощает так много синего света?

2.1 Знакомство с доминирующим поглотителем, «темно-коричневым углеродом» (d-BrC).

Частицы дыма отличаются друг от друга. Некоторые из них представляют собой сажу или черный углерод. Некоторые из них составляют органический углерод. А основной причиной высокого поглощения синего света дымом является особый вид органического углерода, известный как темно-коричневый углерод (d-BrC).
В отличие от обычного бурого углерода, d-BrC устойчив к фотообесцвечиванию и нерастворим в воде. Он продолжает поглощать свет, оставаясь в атмосфере. Согласно исследованию 2023 года, опубликованному в журнале Nature Geoscience, d-BrC является преобладающим поглотителем коротковолновых волн в шлейфах дыма от лесных пожаров на западе США.

2.2 Измерено: 3/4 поглощения синего света приходится на d-BrC.

Точные цифры из того же исследования:

Три-четверти поглощения короткого видимого света (от синего до зеленого) приходится на d-BrC.

Он отвечает за 50% поглощения длинновидного света (красного).

Черный углерод не является основной причиной потери синего света, которую вы наблюдаете в дымный день. Он происходит от d-BrC. Эти частицы чрезвычайно вязкие, маленькие и сферические. В научной литературе их часто называют «смоляными шариками».

2.3 Смолистые шарики: микроскопические частицы янтарного неба

d-BrC выглядит как круглые, стекловидные частицы, если смотреть под электронным микроскопом. Их диаметр колеблется от 140 до 200 нанометров. Они не просто тлеют; они образуются при высоких-температурах пламени.

Почему тебе должно быть наплевать? из-за упрямства смоляных шариков. Им нужно время, чтобы отбелиться. Они продолжают поглощать синий свет в течение нескольких дней, оставаясь при этом в атмосфере. По этой причине дымчатое небо может оставаться оранжевым в течение значительного времени. Но не бесконечно.

3. Дым меняется со временем: о чем не говорят большинство статей

3.1 Процесс старения: свет-рассеяние (белый) к свету-поглощение (коричневый)

Цвет свежего дыма коричневый. Он нагревает атмосферу, поглощая коротковолновое излучение. Однако по мере созревания дым вступает в реакцию с окислителями, такими как радикалы OH и NO3. Химический состав меняется. Частицы начинают больше рассеиваться и меньше поглощать.
Более старый дым становится белым. Воздух от него не так сильно нагревается. Свет рассеивается во всех направлениях. Для света, который достигает земли, это важно.

3.2 Измерено: снижение светопоглощения до 46 %.

Согласно исследованию 2017 года, проведенному исследователями Вашингтонского университета в Сент-Луисе (опубликовано в журнале Environmental Science & Technology Letters), по сравнению со свежим дымом, выдержанный дым может снизить поглощение света до 46%.
Это огромный спад. Через несколько дней тот же шлейф дыма, который сделал ваше полуденное небо оранжевым, пропустит больше синего света.

3.3 Визуальная временная шкала: эволюция спектра дневного света (0 ч → 24 ч → 72 ч+)

На основе полевых измерений и лабораторных исследований старения следующий график является приблизительным:
0–12 часов (новый дым): CCT между 3400K и 3800K. Зеленые и синие длины волн сильно приглушены. Небо кажется оранжево-коричневым. Солнца часто не видно.

Раннее старение (12–24 часа): температура CCT повышается до 4000–4500 К. Немного синего света возвращается. Небо становится желтоватым вместо оранжевого.

24–72 часа (переходный): ЦТТ между 4500К и 5000К. Синий свет по-прежнему становится лучше. Небо кажется размытым белым с оттенком желтого.

CCT приближается к 5000–5500K через 72 часа (выдержанное дымообразование). Хотя спектр ближе к нормальному, рассеяние все же может приводить к уменьшению общей интенсивности.

Погода, тип пожара и плотность дыма влияют на этот график. Однако направление всегда одно и то же: выдержанный дым более рассеянный и белый, тогда как свежий дым более оранжевый.

4. Значение этой временной шкалы для вашей повседневной жизни.

4.1 Для производителей и комнатных растений:ППФДКривая восстановления и падения

Для компактного развития и контроля устьиц растениям требуется синий свет. Синий свет может уменьшиться на 60–70% при наличии свежего дыма. PPFD, или плотность потока фотосинтетических фотонов, часто снижается на 30–50%.
Для коммерческих производителей это влечет за собой снижение урожайности, растяжение и замедление роста. Хорошей новостью является то, что PPFD восстанавливается по мере старения дыма. Однако нужно время, чтобы все вернулось на круги своя. В течение первых 48 часов вы должны ежедневно корректировать дополнительное освещение.

4.2 Кошмар баланса белого, который меняется для фотографов каждый день

Автоматический баланс белого в вашей камере зависит от источника света, находящегося рядом с D65 или дневного света. Камера корректирует изображение при разрешении 3440K, когда появляется новый дым. Изображения кажутся чрезмерно холодными, иногда даже фиолетовыми.
Хуже того, цветовая температура меняется ежедневно. К 14:00 пользовательский баланс белого, установленный в 10:00, может оказаться неправильным. Используйте серую карточку, если вы снимаете на улице во время задымления. Каждые несколько часов проверяйте баланс белого. Альтернативно, перейдите на ручной режим Кельвина и вносите коррективы по мере созревания дыма.

4.3 Для владельцев солнечных панелей: ежедневные изменения потерь мощности

Прямое нормальное излучение (DNI) значительно снижается при наличии свежего дыма. Рассеянный свет от ваших панелей по-прежнему генерирует некоторую мощность, хотя общая мощность может снизиться на 20–40%.

Рассеянный свет усиливается по мере созревания дыма и становится все более рассеивающим. Однако до тех пор, пока шлейф не исчезнет, ​​общая освещенность остается ниже среднего. Следите за своим ежедневным результатом. Активная очистка панелей во время задымления не будет очень полезной. Подождите, пока дым не рассеется.

4.4 Для всех остальных: влияние дыма при старении на сон, настроение и визуальный комфорт

Слабый синий свет и низкая цветовая температура могут вызвать сонливость и потерю бодрости. Это не творчество. Циркадные ритмы регулируются синим светом. Ваше тело может увидеть сумерки, если вы проведете весь день при свете 3400К.
Используйте освещение 5000K в течение дня, чтобы компенсировать работу в помещении. Ваши глаза тоже это оценят. Чтение при янтарном свете приводит к более быстрому напряжению глаз.

5. Как это компенсировать: план освещения-с учетом времени

5.1 Общая идея: вновь представить то, чего не хватает, в соответствии с возрастом

Небо кажется теплым, поэтому не добавляйте только теплый свет. Это усугубляет проблему. Восстановите синие и зеленые длины волн, которые устраняет дым.

Компенсация должна соответствовать стадии задымления. Самая энергичная ректификация требуется для свежего дыма. Для более старого дыма требуется меньше.

5.2 Этап 1: Свежий дым (0–24 часа): Синяя добавка +5000–6500 К, высокий индекс цветопередачи

ЦКТ: от 5000К до 6500К

Индекс цветопередачи: > 90

Синяя добавка: Если вы выращиваете растения, добавьте дополнительно 450 нм.

Почему? Синий свет снижается более чем на 50% за счет свежего дыма. Чтобы восстановить цветопередачу и дать растениям адекватный синий цвет, вам нужны высокие CCT и высокий CRI.

5.3 Этап 2: Переходное дымление (24–72 часа):Полный спектрЦКТ: от 4000К до 5000К

Тип: светодиод полного спектра.

Спектр начинает улучшаться. Тяжелые синие добавки больше не нужны. Обычно достаточно приличного света полного-спектра в диапазоне 4000–5000 К.

5.4 Этап 3: Состаривание дыма (72 часа+): 3500–4500 К, равномерность CCT: 3500–4500 К

Приоритет: равномерное покрытие, а не максимальная интенсивность.

Спектр в этой точке почти типичен. Однако свет по-прежнему более рассеян, чем обычно. Убедитесь, что ваше рабочее пространство равномерно освещено искусственным освещением.

5.5 Чего не следует делать: использование«Теплый белый» (2700К)само по себе только усугубит ситуацию.

Самая частая ошибка именно эта. Пытаясь «соответствовать» оранжевому небу, люди выбирают теплый белый свет. Это делает проблему вдвойне серьезной. Синий цвет ламп теплого белого цвета (2700К) уже низкий. Уровень синего света снижается еще больше, если вы совмещаете его с дымным днем.
Используйте лампы с высоким CCT и высоким CRI. Не пытайтесь соответствовать небу. Компенсируйте это.

6. Не вся атмосферная дымка одинакова: дым против других

Дым уникален, потому что он химически стареет. Дымки и облаков нет.

7. Как следить за качеством света при появлении дыма

7.1 Визуальные подсказки: что видеть в небе на каждом этапе

Свежий: небо от оранжевого до коричневого, невидимое солнце.
Переходный период: золотое небо, едва заметное солнце.

В возрасте: Белое небо, туманное, но заметное солнце.

Визуальные подсказки трудно интерпретировать. Просто используйте их, чтобы быстро угадать.

7.2 Низкие-технические ресурсы: приложения для оценки CCT для смартфонов

CCT можно оценить с помощью камеры вашего телефона с помощью таких приложений, как Colorimeter или LightSpectrum Pro. Хотя они не лабораторного-класса, их достаточно, чтобы определить, находитесь ли вы на уровне 3500К или 5000К.

7.3 Экспертные инструменты: портативные спектрометры

Инвестировать в портативный спектрометр стоит, если вы управляете коммерческим предприятием или фотостудией. Вы можете получить CCT, CRI и полное SPD с помощью одного измерения. Вы сможете определить точную стадию дыма.

Часто задаваемые вопросы

Контакт
Кевин Рао

Электронная почта:bwzm12@benweilighting.com

Тел./WhatsApp:+8619972563753