Wildfire Smoke And Daylight Spectrum: How Fresh vs. Åldrig rök förändras ljus över tiden (och hur man kompenserar)

Wildfire Smoke and Daylight Spectrum: Hur färsk vs. äldre rök förändras ljus över tiden (och hur man kompenserar)

En dag när det brinner går man ut. Det är en orange himmel. Även vid middagstid verkar ljuset vara en solnedgång. Det är där de flesta stannar. Men det där orangea ljuset är dyrt om du kör solpaneler, tar bilder för att leva eller odlar växter inomhus.

Rökens förändring av dagsljuset är inte det enda problemet. Problemet är att dagsljuset ständigt förändras av rök. Effekten av färsk rök skiljer sig från den av dags-gammal rök. Dessutom diskuteras det inte i de flesta tidningar.

Tre saker uppnås med den här guiden:

visar effekterna av färsk rök på ljusspektrumet med hjälp av faktiska siffror.

förklarar varför mängden blått ljus som absorberas av rök varierar över tiden.

ger dig en steg-för-belysningsplan så att du kan kompensera

Låt oss börja med vad du faktiskt kan se.

1. För det första, hur påverkas dagsljus av ny skogsbrandsrök?

1.1 Den direkta effekten: Orange/rött ljus finns kvar, blått ljus är blockerat

Solljus har en balanserad blandning av alla synliga våglängder vid middagstid under en klar himmel. Den jämvikten skiftar drastiskt mot orange och rött när det är mycket rök.
Varför? Eftersom korta våglängder (blå och violett) sprids och absorberas av rökpartiklar mycket oftare än långa våglängder (orange och röda). Avlägsnandet av blått ljus gör att himlen ser orange ut, inte för att rök är orange.

Det känns som sen eftermiddag när man kliver ut en disig dag. Färgerna är dämpade. Vita har ett bärnstensfärgat utseende. Det är det direkta resultatet.

1.2 Faktiska data: Fresh Smoke Spectrometer Mätningar (3440K, SPD Shift)

Låt oss sätta några siffror på det.
En bärbar spektrometer användes för att upptäcka dagsljus vid middagstid under skogsbränderna i september 2020 i Portland, Oregon. Den typiska middagstemperaturen är mellan 5500K och 6500K. Den sjönk till 3440K när det var mycket rök.

Violett, blått och till och med några gröna våglängder indikerade tydligt en minskning av den spektrala kraftfördelningen (SPD). Ljuset rörde sig i riktning mot580 nm, en ljus bärnstensfärgad nyans.

Numret 3440K är inte nödvändigt för att du ska komma ihåg. Tänk bara på att en betydande del av det blå och gröna elimineras av färsk rök. Det som återstår är bärnsten, uppvärmd och låg i växtenergi.

1.3 Rayleigh-spridning: En förklaring till varför grå rök producerar bärnstensfärgat ljus

Grå, kol-baserade partiklar utgör själva röken. Så varför kan bärnstensfärgat ljus komma från grå rök?
Rayleigh spridning. Längre våglängder (röd) sprider sig mindre än kortare våglängder (blå). Blått ljus sprids i alla riktningar när solljus färdas genom ett tätt lager av rökpartiklar. En del av det når aldrig dina solpaneler eller ögonglober. Majoriteten av ljuset som passerar är orange och rött.

Röken fungerar som ett massivt blått-blockerande filter som hänger upp över himlen, för att uttrycka det på ett sätt. Det är inte ett orange filter. Blått är precis eliminerat.

Emellertid kan endast färgförändringen förklaras av Rayleigh-spridning. Mängden blåljusabsorption förklaras inte av det. Vi måste undersöka rökens kemi för att kunna göra det.

2. Den obesvarade frågan: Varför absorberar rök så mycket blått ljus?

2.1 Introduktion av den dominerande absorbatorn, "Dark Brown Carbon" (d-BrC)

Rökpartiklar skiljer sig från varandra. Vissa är sot, eller svart kol. Organiskt kol utgör några av dem. Och den primära orsaken till rökens höga absorption av blått ljus är en speciell sorts organiskt kol som kallas mörkbrunt kol (d-BrC).
Till skillnad från vanligt brunt kol är d-BrC resistent mot fotoblekning och olösligt i vatten. Den fortsätter att absorbera ljus medan den förblir i atmosfären. Enligt en studie från 2023 publicerad i Nature Geoscience är d-BrC den dominerande kortvågsabsorbatorn i rökplymer från skogsbränder i västra USA.

2.2 Uppmätt: 3/4 av blåljusabsorptionen bidrar med d-BrC

Hårda siffror från samma studie:

Tre-fjärdedelar av den korta absorptionen av synligt ljus (blått till grönt) tillskrivs d-BrC.

Det är ansvarigt för 50 % av absorptionen av långt synligt ljus (rött).

Svart kol är inte den primära orsaken till den blåljusförlust du observerar en rökig dag. Det kommer från d-BrC. Dessa partiklar är extremt trögflytande, små och sfäriska. I den vetenskapliga litteraturen kallas de ofta för "tjärbollar".

2.3 Tjärbollar: Bärnstenshimlens mikroskopiska partiklar

d-BrC visas som runda, glasartade partiklar när de ses i ett elektronmikroskop. Deras diameter sträcker sig från 140 till 200 nanometer. De glöder inte bara; de bildas under hög-temperaturflammor.

Varför ska du bry dig? på grund av tjärbollarnas envishet. De tar ett tag att bleka ut. De fortsätter att absorbera blått ljus i flera dagar medan de är kvar i atmosfären. Av denna anledning kan en rökig himmel förbli orange under en längre tid. Men inte på obestämd tid.

3. Röken förändras över tid: Vad de flesta artiklarna inte berättar för dig

3.1 Åldrandeprocessen: ljus-spridning (vit) till ljus-absorberande (brun)

Färgen på färsk rök är brun. Den värmer upp atmosfären genom att absorbera kortvågig strålning. Rök reagerar dock med oxidanter som OH- och NO3-radikaler när den mognar. Den kemiska makeupen skiftar. Partiklar börjar spridas mer och absorberar mindre.
Rök som är äldre blir vit. Luften värms inte lika mycket av det. Ljuset sprids åt alla håll. För ljuset som når jorden är detta viktigt.

3.2 Uppmätt: Ljusabsorptionsminskning med upp till 46 %

I jämförelse med färsk rök kan åldrad rök sänka ljusabsorptionen med upp till 46 %, enligt en studie från 2017 av forskare vid Washington University i St. Louis (publicerad i Environmental Science & Technology Letters).
Det är en enorm nedgång. Efter några dagar kommer samma rökplym som gjorde din middagssky orange att låta mer blått ljus passera igenom.

3.3 Visuell tidslinje: The Evolution of the Daylight Spectrum (0h → 24h → 72h+)

Baserat på fältmätningar och åldringsforskning i laboratorier är följande tidtabell ungefärlig:
0–12 timmar (ny rök): CCT mellan 3400K och 3800K. Gröna och blå våglängder är kraftigt dämpade. Himlen ser ut att vara orange till brun. Solen är ofta osynlig.

Tidigt åldrande (12–24 timmar): CCT stiger till 4000K–4500K. Lite blått ljus kommer tillbaka. Himlen blir gulaktig istället för orange.

24–72 timmar (övergångsperiod): CCT mellan 4500K och 5000K. Blått ljus blir fortfarande bättre. Himlen verkar flummigt vit med en antydan av gult.

CCT närmar sig 5000K–5500K efter 72 timmar (åldrad rök). Även om spektrumet är närmare det normala, kan spridning fortfarande resultera i en minskning av den totala intensiteten.

Väder, brandtyp och röktäthet påverkar alla denna tidtabell. Riktningen är dock alltid densamma: åldrad rök är mer diffus och vit, medan färsk rök är mer orange.

4. Betydelsen av denna tidslinje för din vardag

4.1 För odlare och inomhusväxter:PPFDÅterhämtning och droppkurva

För kompakt utveckling och stomatal kontroll kräver växter blått ljus. Blått ljus kan minska med 60–70 % i närvaro av färsk rök. PPFD, eller fotosyntetisk fotonflödestäthet, minskar ofta med 30–50 %.
För kommersiella odlare innebär detta minskad skörd, sträckning och långsammare tillväxt. Den goda nyheten är att PPFD återhämtar sig när röken åldras. Det tar dock tid för allt att återgå till det normala. Under de första 48 timmarna måste du göra dagliga justeringar av din extra belysning.

4.2 En vitbalansmardröm som förändras varje dag för fotografer

Den automatiska vitbalansen på din kamera baseras på att ljuskällan är nära D65, eller dagsljus. Kameran överkorrigerar vid 3440K när det kommer ny rök. Bilderna verkar överdrivet kyliga, ibland till och med lila.
Ännu värre, färgtemperaturen varierar dagligen. Vid 14.00 kan en anpassad vitbalans som ställts in på 10:00 vara felaktig. Använd ett grått kort om du skjuter utomhus under en rökincident. Var några timmar, kontrollera din vitbalans. Alternativt, byt till manuell Kelvin och gör justeringar när röken mognar.

4.3 För ägare av solpaneler: Dagliga variationer i effektförlust

Direkt normal bestrålning (DNI) reduceras kraftigt av färsk rök. Diffust ljus från dina paneler genererar fortfarande en del ström, även om den totala effekten kan minska med 20–40 %.

Diffust ljus intensifieras när röken mognar och blir mer spriddande. Men tills plymen försvinner förblir den totala instrålningen under genomsnittet. Håll ett öga på din vardagliga produktion. Det kommer inte att vara till stor hjälp att rengöra dina paneler kraftigt under rökförekomsten. Vänta tills röken försvinner.

4.4 För alla andra: Effekten av åldrande rök på sömn, humör och visuell komfort

Lågt blått ljus och låg färgtemperatur kan få dig att känna dig dåsig och mindre vaken. Det är inte kreativitet. Dygnsrytmen regleras av blått ljus. Din kropp kan se skymningen om du tillbringar hela dagen i 3400K ljus.
Använd 5000K belysning under dagen för att kompensera för arbete inomhus. Dina ögon kommer att uppskatta det också. Att läsa i gult ljus får dina ögon att anstränga sig snabbare.

5. Hur man kompenserar för det: en tids-baserad belysningsplan

5.1 Övergripande idé: Återinför vad som saknas i enlighet med ålder

Himlen ser varm ut, så lägg inte bara till varmt ljus. Det förvärrar problemet. Återinför de blå och gröna våglängderna som rök eliminerade.

Ersättningen bör ligga i linje med rökstadiet. Den mest kraftfulla korrigeringen krävs för färsk rök. Äldre rök kräver mindre.

5.2 Steg 1: Fresh Smoke (0–24 timmar): Blue Supplement +5000K–6500K Hög CRI

CCT: mellan 5000K och 6500K

CRI: > 90

Blått tillägg: Om du odlar växter, lägg till ytterligare 450 nm.

Varför? Blått ljus reduceras med mer än 50 % av färsk rök. För att återställa färgåtergivningen och ge plantorna tillräckligt med blått, behöver du hög CCT och hög CRI.

5.3 Steg 2: Övergångsrök (24-72 timmar):Fullt spektrumCCT: 4000K till 5000K

Typ: LED med fullt spektrum

Spektrum börjar förbättras. Tungblå kosttillskott är inte längre nödvändigt. Vanligtvis räcker det med ett anständigt fullt-ljus i området 4000K–5000K.

5.4 Steg 3: Åldrad rök (72h+): 3500K–4500K, Jämnhet CCT: 3500K–4500K

Prioritet: Jämn täckning snarare än maximal intensitet

Spektrum är nästan typiskt vid denna tidpunkt. Ljuset är fortfarande mer spritt än normalt. Se till att din arbetsyta är jämnt upplyst av din konstgjorda belysning.

5.5 Vad du inte ska göra: Använda"Varmvit" (2700K)ensam kommer att förvärra situationen.

Det vanligaste felet är detta. I ett försök att "matcha" en orange himmel, satsar folk på varma vita ljus. Det gör problemet dubbelt så allvarligt. Den blå färgen på varmvita lökar (2700K) är redan låg. Din blåljusnivå minskar ännu mer när du kombinerar dem med en rökig dag.
Använd lampor med hög CCT och hög CRI. Försök inte matcha himlen. Gör upp för det.

6. Inte all atmosfärisk dis är densamma: rök kontra andra

Rök är unik eftersom den åldras kemiskt. Dis och moln gör det inte.

7. Hur man håller ett öga på ljuskvaliteten när rök uppstår

7.1 Visuella signaler: Vad du ska se på himlen i varje fas

Fräscht: Orange till brun himmel, osynlig sol
Övergång: gyllene himmel, knappt synlig sol

Ålder: Vit himmel, disig men ändå märkbar sol

Visuella ledtrådar är svåra att tolka. Använd dem bara för att göra en snabb gissning.

7.2 Låg-Tekniska resurser: CCT-uppskattningsappar för smartphones

CCT kan uppskattas från telefonens kamera med appar som Colorimeter eller LightSpectrum Pro. Även om de inte är-labbklass, är de tillräckliga för att avgöra om du är på 3500K eller 5000K.

7.3 Expertinstrument: Bärbara spektrometrar

Att investera i en handhållen spektrometer är värt besväret om du sköter en kommersiell tillväxt eller en fotostudio. Du kan få CCT, CRI och hela SPD med en enda mätning. Du kommer att kunna bestämma det exakta skedet av röken.

FAQ

Kontakta
Kevin Rao

E-post:bwzm12@benweilighting.com

Tel/Whatsapp:+8619972563753