Fum d'incendi forestal i espectre de llum diürna: com el fum fresc i envellit canvia la llum al llarg del temps (i com compensar-ho)
Un dia que hi ha un incendi forestal, surts al carrer. És un cel taronja. Fins i tot al migdia, la llum sembla ser una posta de sol. Allà és on s'atura la majoria de la gent. Però aquesta llum taronja és cara si feu servir plaques solars, feu fotos per guanyar-vos la vida o conreeu plantes a l'interior.
L'alteració de la llum del dia per part del fum no és l'únic problema. El problema és que la llum del dia es veu alterada constantment pel fum. L'impacte del fum fresc és diferent del del fum d'un dia-. A més, això no es parla a la majoria dels articles.
Aquesta guia aconsegueix tres coses:
demostra els efectes del fum fresc sobre l'espectre de llum utilitzant números reals.
explica per què la quantitat de llum blava absorbida pel fum varia amb el temps.
us proporciona un pla d'il·luminació-a-pas a pas perquè pugueu compensar-ho
Comencem pel que realment podeu veure.
1. En primer lloc, com s'afecta la llum del dia pel nou fum dels incendis forestals?
1.1 L'impacte directe: la llum taronja/vermella queda, la llum blava està bloquejada
La llum solar té una barreja equilibrada de totes les longituds d'ona visibles al migdia sota un cel clar. Aquest equilibri canvia dràsticament cap al taronja i el vermell quan hi ha molt fum.
Per què? Perquè les longituds d'ona curtes (blau i violeta) són disperses i absorbides per partícules de fum amb molta més freqüència que les longituds d'ona llargues (taronja i vermella). L'eliminació de la llum blava fa que el cel aparegui taronja, no perquè el fum sigui taronja.
Se sent com a última hora de la tarda quan sortiu en un dia boidor. Els colors són suaus. Els blancs tenen un aspecte ambre. Aquest és el resultat directe.
1.2 Dades reals: mesures de l'espectròmetre de fum fresc (3440K, canvi SPD)
Posem-hi algunes xifres.
Es va utilitzar un espectròmetre portàtil per detectar la llum del dia al migdia durant els incendis forestals del setembre de 2020 a Portland, Oregon. La temperatura típica del migdia és d'entre 5500K i 6500K. Va caure a 3440K quan hi havia molt fum.
El violeta, el blau i fins i tot algunes longituds d'ona verdes indicaven clarament una disminució de la distribució de potència espectral (SPD). La llum es movia en la direcció de580 nm, un to ambre brillant.
El número 3440K no és necessari perquè el recordeu. Només cal tenir en compte que una part important del blau i el verd s'eliminen amb el fum fresc. El que queda és ambre, escalfat i amb poca energia vegetal.
1.3 Dispersió Rayleigh: una explicació de per què el fum gris produeix llum ambre
Les partícules de carboni-grises formen el propi fum. Aleshores, per què la llum ambre pot provenir del fum gris?
dispersió de Rayleigh. Les longituds d'ona més llargues (vermell) es dispersen menys que les longituds d'ona més curtes (blau). La llum blava es dispersa en totes direccions quan la llum solar travessa una densa capa de partícules de fum. Una part d'ell mai arriba als vostres panells solars o globus oculars. La majoria de la llum que passa és taronja i vermella.
El fum funciona com un filtre massiu de bloqueig-blau suspès al cel, per dir-ho d'una manera. No és un filtre taronja. El blau acaba d'eliminar.
Tanmateix, només el canvi de color es pot explicar per la dispersió de Rayleigh. La quantitat d'absorció de llum blava no s'explica per això. Hem d'examinar la química del fum per fer-ho.
2. La pregunta sense resposta: per què el fum absorbeix tanta llum blava?
2.1 Presentació de l'absorbent dominant, "Carbon marró fosc" (d-BrC)
Les partícules de fum difereixen entre si. Alguns són sutge o carboni negre. El carboni orgànic en constitueix alguns. I la causa principal de l'alta absorció de llum blava del fum és un tipus particular de carboni orgànic conegut com a carboni marró fosc (d-BrC).
A diferència del carboni marró normal, el d-BrC és resistent al fotoblanqueig i insoluble en aigua. Continua absorbint la llum mentre roman a l'atmosfera. Segons un estudi de 2023 publicat a Nature Geoscience, d-BrC és l'absorbidor d'ones curtes predominant en els plomalls de fum dels incendis forestals a l'oest dels Estats Units.
2.2 Mesurat: 3/4 de l'absorció de llum blava és aportada per d-BrC
Nombres durs del mateix estudi:
Tres-quartes parts de la curta absorció de llum visible (de blau a verd) s'atribueixen a d-BrC.
És responsable del 50% de l'absorció de la llum visible llarga (vermell).
El carbó negre no és la causa principal de la pèrdua de llum blava que observeu en un dia amb fum. Prové de d-BrC. Aquestes partícules són extremadament viscoses, petites i esfèriques. A la literatura científica, sovint se'ls coneix com a "boles de quitrà".
2.3 Boles de quitrà: les partícules microscòpiques del cel ambre
d-BrC apareix com a partícules rodones i de vidre quan es veuen amb un microscopi electrònic. El seu diàmetre oscil·la entre els 140 i els 200 nanòmetres. No només es fumen; es formen durant-flames d'alta temperatura.
Per què t'hauria d'importar? a causa de la tossuderia de les boles de quitrà. Triguen una estona a blanquejar. Continuen absorbint la llum blava durant dies mentre romanen a l'atmosfera. Per aquest motiu, un cel fumat pot romandre taronja durant un temps considerable. Però no indefinidament.
3. El fum canvia amb el temps: allò que la majoria d'articles no et diuen
3.1 El procés d'envelliment:-dispersió de llum (blanc) a absorció de llum-(marró)
El color del fum fresc és marró. Escalfa l'atmosfera absorbint la radiació d'ona curta. Tanmateix, el fum reacciona amb oxidants com els radicals OH i NO3 a mesura que madura. La composició química canvia. Les partícules comencen a dispersar-se més i absorbir menys.
El fum que és més vell es torna blanc. L'aire no s'escalfa tant. La llum es dispersa en totes direccions. Per a la llum que arriba a la terra, això és important.
3.2 Mesurat: reducció de l'absorció de llum de fins a un 46%
En comparació amb el fum fresc, el fum envellit pot reduir l'absorció de llum fins a un 46%, segons un estudi de 2017 realitzat per investigadors de la Universitat de Washington a St. Louis (publicat a Environmental Science & Technology Letters).
Això és un gran descens. Al cap d'uns dies, el mateix plomall de fum que va fer que el teu cel del migdia fos taronja permetrà passar més llum blava.
3.3 Cronologia visual: l'evolució de l'espectre de la llum del dia (0h → 24h → 72h+)
A partir de les mesures de camp i la investigació de l'envelliment al laboratori, el calendari següent és aproximat:
0–12 hores (fum nou): CCT entre 3400K i 3800K. Les longituds d'ona verdes i blaves estan fortament silenciades. El cel sembla de taronja a marró. El sol sovint no es veu.
Envelliment precoç (12-24 hores): el CCT augmenta a 4000K-4500K. Torna una mica de llum blava. El cel es torna groguenc en lloc de taronja.
24–72 hores (transicional): CCT entre 4500K i 5000K. La llum blava encara és millor. El cel sembla blanc borrós amb un toc groc.
El CCT s'acosta als 5000K–5500K després de 72 hores (fum envellit). Tot i que l'espectre està més a prop de la normalitat, la dispersió pot donar lloc a una disminució de la intensitat total.
El temps, el tipus d'incendi i la densitat del fum afecten aquest horari. Tanmateix, la direcció sempre és la mateixa: el fum envellit és més difós i blanc, mentre que el fum fresc és més taronja.
4. La importància d'aquesta línia de temps per a la vostra vida quotidiana
4.1 Per a cultivadors i plantes d'interior:PPFDCorba de recuperació i caiguda
Per al desenvolupament compacte i el control estomàtic, les plantes requereixen llum blava. La llum blava pot disminuir entre un 60 i un 70% en presència de fum fresc. La PPFD, o la densitat de flux de fotons fotosintètics, disminueix amb freqüència entre un 30 i un 50%.
Per als productors comercials, això comporta una disminució dels rendiments, estiraments i un creixement més lent. La bona notícia és que PPFD es recupera a mesura que el fum envelleix. No obstant això, es necessita temps perquè tot torni a la normalitat. Durant les primeres 48 hores, heu de fer ajustos diaris a la vostra il·luminació suplementària.
4.2 Un malson del balanç de blancs que canvia cada dia per als fotògrafs
El balanç de blancs automàtic de la càmera es basa en que la font de llum estigui a prop de D65, o la llum del dia. La càmera es sobrecorregeix a 3440K quan hi ha fum nou. Les imatges semblen excessivament fredes, de vegades fins i tot morades.
Encara pitjor, la temperatura del color varia diàriament. A les 14:00, un balanç de blancs personalitzat que es va establir a les 10:00 pot ser incorrecte. Utilitzeu una targeta grisa si esteu disparant a l'exterior durant un incident de fum. Cada poques hores, comproveu el vostre balanç de blancs. Alternativament, canvieu a Kelvin manual i feu els ajustos a mesura que madura el fum.
4.3 Per als propietaris de plaques solars: variacions diàries en la pèrdua de producció
La irradiació normal directa (DNI) es redueix molt pel fum fresc. La llum difusa dels panells encara genera una mica d'energia, tot i que la sortida total pot disminuir entre un 20 i un 40%.
La llum difusa s'intensifica a mesura que madura el fum i es torna més dispersa. Tanmateix, fins que el plomall desapareix, la irradiància total es manté per sota de la mitjana. Estigueu atents a la vostra producció diària. No serà molt útil netejar els panells amb força durant l'aparició de fum. Atura fins que s'esvaeixi el fum.
4.4 Per a tots els altres: l'impacte de l'envelliment del fum en el son, l'estat d'ànim i la comoditat visual
La poca llum blava i la baixa temperatura de color poden fer-te sentir somnolent i menys despert. Això no és creativitat. Els ritmes circadians estan regulats per la llum blava. El teu cos pot veure el capvespre si passes tot el dia amb una llum de 3400K.
Utilitzeu una il·luminació de 5000K durant el dia per compensar el treball a l'interior. Els teus ulls també ho agrairan. Llegir amb llum ambre fa que els ulls es cansin més ràpidament.
5. Com compensar-ho: un pla d'il·luminació basat en el temps-
5.1 Idea general: reintroduir allò que falta d'acord amb l'edat
El cel sembla càlid, així que no només afegiu llum càlida. Això agreuja el problema. Reintrodueix les longituds d'ona blaves i verds que elimina el fum.
La compensació ha d'estar en línia amb l'etapa de fum. La rectificació més vigorosa és necessària per al fum fresc. El fum més antic requereix menys.
5.2 Etapa 1: Fum fresc (0–24 hores): Suplement blau +5000K–6500K CRI alt
CCT: entre 5000K i 6500K
CRI: > 90
Suplement blau: Si conreu plantes, afegiu 450 nm addicionals.
Per què? La llum blava es redueix en més d'un 50% pel fum fresc. Per restaurar la reproducció del color i donar a les plantes un blau adequat, necessiteu un CCT elevat i un CRI elevat.
5.3 Etapa 2: Fum de transició (24-72 hores):Espectre completCCT: 4000K a 5000K
Tipus: LED amb espectre complet
L'espectre comença a millorar. Els suplements blaus pesats ja no són necessaris. Normalment, servirà una llum-decent d'espectre complet a l'àrea de 4000K-5000K.
5.4 Etapa 3: fum envellit (72 h +): 3500K–4500K, uniformitat CCT: 3500K–4500K
Prioritat: cobertura uniforme en lloc d'intensitat màxima
L'espectre és gairebé típic en aquest punt. La llum encara està més dispersa del normal, però. Assegureu-vos que el vostre espai de treball estigui il·luminat uniformement amb la vostra il·luminació artificial.
5.5 Què no s'ha de fer: ús"Blanc càlid" (2700K)sol empitjorarà la situació.
L'error més freqüent és aquest. En un intent de "combinar" un cel taronja, la gent opta per llums blanques càlides. Això fa que el problema sigui dues vegades més greu. El color blau de les bombetes blanques càlides (2700K) ja és baix. El teu nivell de llum blava disminueix encara més quan els combines amb un dia de fum.
Feu ús de llums amb alt CCT i alt CRI. No intenteu igualar el cel. Compensa-ho.
6. No totes les boires atmosfèriques són iguals: fum contra altres
| Condició | Canvi CCT | Canvi CRI | Evolució temporal | Component principal |
|---|---|---|---|---|
| Fum d'incendi forestal (fresc) | Baixa a 3400-4500K | Baixa significativament | Canvis al llarg dels dies (envelliment) | d-BrC, carboni negre |
| Boira urbana | Caiguda moderada a 4500-5500K | Lleuger descens | Lent, menys dramàtic | Nitrats, sulfats |
| Cendres volcàniques | Pot baixar per sota dels 3000K | Caiguda severa | Setmanes a mesos | Sílice, pols de roca |
| Núvol prim | Lleuger augment (més fred) | Lleuger canvi | Hores | Gotes d'aigua |
| Cel clar | ~5500-6500K | ~95+ | Estable | N/A |
El fum és únic perquè envelleix químicament. La boira i els núvols no.
7. Com vigilar la qualitat de la llum quan es produeix fum
7.1 Indicacions visuals: què veure al cel en cada fase
Fresc: cel taronja a marró, sol invisible
De transició: cel daurat, sol poc visible
Envelliment: Cel blanc, sol brumoso però notable
Les pistes visuals són difícils d'interpretar. Només cal utilitzar-los per fer una suposició ràpida.
7.2 Recursos tecnològics baixos-: aplicacions d'estimació CCT per a telèfons intel·ligents
El CCT es pot calcular a partir de la càmera del telèfon mitjançant aplicacions com Colorimeter o LightSpectrum Pro. Tot i que no són de grau-de laboratori, són suficients per determinar si esteu a 3500K o 5000K.
7.3 Instruments experts: espectròmetres portàtils
Invertir en un espectròmetre de mà val la pena si gestioneu un cultiu comercial o un estudi fotogràfic. Podeu obtenir CCT, CRI i el SPD complet amb una sola mesura. Podreu determinar l'etapa precisa del fum.
PMF
P: El color i la temperatura del fum dels incendis forestals canvien amb el temps?
A: De fet. El CCT es pot reduir a uns 3400K amb fum fresc. Al llarg de dos o quatre dies, el CCT torna progressivament a prop de 5000K-5500K a mesura que madura el fum.
P: Quant de temps triga a que el fum maduri i alteri la quantitat de llum que absorbeix?
R: En un termini de 12 a 24 hores, comencen els efectes significatius. Depenent de la llum solar, la humitat i els nivells d'oxidants, el canvi complet de fum marró a blanc triga de dos a cinc dies.
P: Què distingeix "carboni negre" del "carboni marró"?
R: Totes les longituds d'ona visibles són severament absorbides pel carbó negre o sutge. El blau i el verd són absorbits en gran part pel carboni marró. En comparació amb el BrC normal, el carboni marró fosc (d-BrC) absorbeix considerablement més potent i és resistent al blanqueig.
P: El fum pot reduir la sortida dels meus panells solars? A cada pas, quant?
R: De fet, el fum fresc pot reduir la producció en un 20-40%. 10-20% del fum de transició. fumar entre un 5 i un 10% o menys.
P: En un dia amb fum, a quina temperatura de color he de configurar els meus llums de creixement?
R: Utilitzeu 5000K–6500K per fumar fresc. Fum envellit: 3500K–4500K; fum de transició: 4000K–5000K. Eviteu caure per sota dels 3500K.
Contacte
Kevin Rao
Correu electrònic:bwzm12@benweilighting.com
Tel/Whatsapp:+8619972563753
