Fumo degli incendi e spettro della luce diurna: quanto fresco vs. Il fumo invecchiato cambia la luce nel tempo (e come compensare)

Fumo degli incendi e spettro della luce diurna: come il fumo fresco e quello invecchiato cambiano la luce nel tempo (e come compensare)

In un giorno in cui c'è un incendio, esci. È un cielo arancione. Anche a mezzogiorno la luce sembra quella di un tramonto. È lì che la maggior parte delle persone si ferma. Ma quella luce arancione è costosa se si utilizzano pannelli solari, si scattano foto per vivere o si coltivano piante in casa.

L'alterazione della luce del giorno da parte del fumo non è l'unico problema. Il problema è che la luce del giorno è costantemente alterata dal fumo. L'impatto del fumo fresco è diverso da quello del fumo vecchio-del giorno. Inoltre, di questo non si parla nella maggior parte dei documenti.

Con questa guida si ottengono tre risultati:

dimostra gli effetti del fumo fresco sullo spettro luminoso utilizzando numeri reali.

spiega perché la quantità di luce blu assorbita dal fumo varia nel tempo.

ti fornisce un piano di illuminazione-passo-passo in modo che tu possa rimediare

Cominciamo con ciò che puoi effettivamente vedere.

1. Innanzitutto, in che modo la luce del giorno viene influenzata dal nuovo fumo degli incendi?

1.1 L'impatto diretto: la luce arancione/rossa rimane, la luce blu è bloccata

La luce solare ha una miscela equilibrata di tutte le lunghezze d'onda visibili a mezzogiorno sotto un cielo limpido. Questo equilibrio si sposta drasticamente verso l’arancione e il rosso quando c’è molto fumo.
Perché? Perché le lunghezze d'onda corte (blu e viola) vengono disperse e assorbite dalle particelle di fumo molto più frequentemente delle lunghezze d'onda lunghe (arancione e rosso). La rimozione della luce blu fa sì che il cielo appaia arancione, non perché il fumo sia arancione.

Sembra tardo pomeriggio quando esci in una giornata nebbiosa. I colori sono tenui. I bianchi hanno un aspetto ambrato. Questo è il risultato diretto.

1.2 Dati effettivi: misurazioni dello spettrometro di fumo fresco (3440K, spostamento SPD)

Mettiamo qualche cifra a riguardo.
Uno spettrometro portatile è stato utilizzato per rilevare la luce del giorno a mezzogiorno durante gli incendi del settembre 2020 a Portland, Oregon. La temperatura tipica del mezzogiorno è compresa tra 5500K e 6500K. È sceso a 3440K quando c'era molto fumo.

Le lunghezze d'onda viola, blu e persino alcune verdi indicavano chiaramente un declino nella distribuzione della potenza spettrale (SPD). La luce si mosse nella direzione di580 nm, una tonalità ambrata brillante.

Non è necessario ricordare il numero 3440K. Tieni solo presente che una parte significativa del blu e del verde viene eliminata dal fumo fresco. Ciò che rimane è l'ambra, riscaldata e povera di energia vegetale.

1.3 Diffusione di Rayleigh: una spiegazione del perché il fumo grigio produce luce ambrata

Le particelle grigie a base di carbonio- costituiscono il fumo stesso. Allora perché la luce ambrata può provenire dal fumo grigio?
Diffusione di Rayleigh. Le lunghezze d'onda più lunghe (rosso) si diffondono meno delle lunghezze d'onda più corte (blu). La luce blu viene dispersa in tutte le direzioni quando la luce solare attraversa un denso strato di particelle di fumo. Una parte di esso non arriva mai ai pannelli solari o ai bulbi oculari. La maggior parte della luce che passa è arancione e rossa.

Il fumo funziona come un enorme filtro blu-bloccato sospeso nel cielo, per dirla in un certo senso. Non è un filtro arancione. Il blu viene semplicemente eliminato.

Tuttavia, solo il cambiamento di colore può essere spiegato dallo scattering di Rayleigh. La quantità di assorbimento della luce blu non è spiegata da ciò. Per farlo dobbiamo esaminare la chimica del fumo.

2. La domanda senza risposta: perché il fumo assorbe così tanta luce blu?

2.1 Presentazione dell'assorbitore dominante, "Dark Brown Carbon" (d-BrC)

Le particelle di fumo differiscono l'una dall'altra. Alcuni sono fuliggine o nerofumo. Il carbonio organico ne costituisce alcuni. E la causa principale dell'elevato assorbimento della luce blu da parte del fumo è un particolare tipo di carbonio organico noto come carbonio marrone scuro (d-BrC).
A differenza del normale carbone bruno, il d-BrC è resistente al fotosbiancamento ed è insolubile in acqua. Continua ad assorbire la luce rimanendo nell'atmosfera. Secondo uno studio del 2023 pubblicato su Nature Geoscience, il d-BrC è l'assorbitore di onde corte predominante nei pennacchi di fumo provenienti dagli incendi negli Stati Uniti occidentali.

2.2 Misurato: 3/4 dell'assorbimento della luce blu è contribuito da d-BrC

Numeri concreti dallo stesso studio:

Tre-quarti dell'assorbimento della luce visibile breve (da blu a verde) sono attribuiti a d-BrC.

È responsabile del 50% dell'assorbimento della luce visibile lunga (rossa).

Il nerofumo non è la causa principale della perdita di luce blu che osservi in ​​una giornata fumosa. Ha origine da d-BrC. Queste particelle sono estremamente viscose, piccole e sferiche. Nella letteratura scientifica vengono spesso chiamate "palle di catrame".

2.3 Palline di catrame: le particelle microscopiche del cielo ambrato

d-BrC appare come particelle rotonde e vetrose se osservate al microscopio elettronico. Il loro diametro varia da 140 a 200 nanometri. Non semplicemente bruciano; si formano durante le fiamme-ad alta temperatura.

Perché dovresti fregartene? a causa della testardaggine delle palle di catrame. Ci vuole un po' per sbiancarsi. Continuano ad assorbire la luce blu per giorni rimanendo nell'atmosfera. Per questo motivo, un cielo fumoso potrebbe rimanere arancione per un periodo di tempo considerevole. Ma non indefinitamente.

3. Il fumo cambia nel tempo: ciò che la maggior parte degli articoli non ti dice

3.1 Il processo di invecchiamento: luce-diffusione (bianco) in luce-assorbimento (marrone)

Il colore del fumo fresco è marrone. Riscalda l'atmosfera assorbendo le radiazioni a onde corte. Tuttavia, il fumo reagisce con ossidanti come i radicali OH e NO3 mentre matura. La composizione chimica cambia. Le particelle iniziano a disperdersi di più e ad assorbire di meno.
Il fumo più vecchio diventa bianco. L'aria non viene riscaldata tanto. La luce è dispersa in ogni direzione. Per la luce che raggiunge la terra, questo è importante.

3.2 Misurato: riduzione dell'assorbimento della luce fino al 46%

Rispetto al fumo fresco, il fumo invecchiato può ridurre l’assorbimento della luce fino al 46%, secondo uno studio del 2017 condotto da ricercatori della Washington University di St. Louis (pubblicato su Environmental Science & Technology Letters).
Si tratta di un enorme calo. Dopo alcuni giorni, lo stesso pennacchio di fumo che ha reso arancione il cielo di mezzogiorno consentirà il passaggio di più luce blu.

3.3 Cronologia visiva: l'evoluzione dello spettro della luce diurna (0h → 24h → 72h+)

Sulla base delle misurazioni sul campo e della ricerca sull'invecchiamento in laboratorio, il seguente calendario è approssimativo:
0–12 ore (nuovo fumo): CCT tra 3400K e 3800K. Le lunghezze d'onda verde e blu sono fortemente attenuate. Il cielo sembra essere da arancione a marrone. Il sole è spesso invisibile.

Invecchiamento precoce (12–24 ore): il CCT sale a 4000K–4500K. Ritorna una piccola luce blu. Il cielo diventa giallastro invece che arancione.

24–72 ore (transitorio): CCT tra 4500K e 5000K. La luce blu sta ancora migliorando. Il cielo appare bianco sfocato con un accenno di giallo.

La CCT si avvicina a 5000K–5500K dopo 72 ore (fumo invecchiato). Sebbene lo spettro sia più vicino alla normalità, la diffusione può comunque comportare una diminuzione dell’intensità totale.

Il tempo, il tipo di incendio e la densità del fumo influenzano tutti questo calendario. La direzione però è sempre la stessa: il fumo invecchiato è più diffuso e bianco, mentre il fumo fresco è più arancione.

4. Il significato di questa sequenza temporale per la tua vita quotidiana

4.1 Per coltivatori e piante da interno:PPFDCurva di recupero e caduta

Per lo sviluppo compatto e il controllo stomatico, le piante richiedono la luce blu. La luce blu potrebbe diminuire del 60-70% in presenza di fumo fresco. La PPFD, o densità del flusso di fotoni fotosintetici, spesso diminuisce del 30-50%.
Per i coltivatori commerciali, ciò comporta una diminuzione dei rendimenti, uno stiramento e una crescita più lenta. La buona notizia è che il PPFD si ripristina man mano che il fumo invecchia. Ci vorrà però tempo perché tutto torni alla normalità. Durante le prime 48 ore, è necessario apportare modifiche giornaliere all'illuminazione supplementare.

4.2 Un incubo sul bilanciamento del bianco che cambia ogni giorno per i fotografi

Il bilanciamento automatico del bianco sulla tua fotocamera dipende dal fatto che la sorgente luminosa sia vicina alla D65 o alla luce del giorno. La fotocamera esegue una correzione eccessiva a 3440K quando c'è nuovo fumo. Le immagini appaiono eccessivamente fredde, a volte addirittura viola.
Ancora peggio, la temperatura del colore varia ogni giorno. Entro le 14:00, un bilanciamento del bianco personalizzato impostato alle 10:00 potrebbe non essere corretto. Usa un cartoncino grigio se stai sparando all'aperto durante un episodio di fumo. Ogni poche ore, controlla il bilanciamento del bianco. In alternativa, passa al Kelvin manuale e apporta le modifiche man mano che il fumo matura.

4.3 Per i proprietari di pannelli solari: variazioni giornaliere della perdita di potenza

L'irradiazione normale diretta (DNI) viene notevolmente ridotta dal fumo fresco. La luce diffusa dai pannelli genera comunque una certa potenza, sebbene la resa complessiva possa diminuire del 20–40%.

La luce diffusa si intensifica man mano che il fumo matura e diventa più diffuso. Tuttavia, finché il pennacchio non scompare, l’irradianza totale rimane al di sotto della media. Tieni d'occhio la tua produzione quotidiana. Non sarà molto utile pulire vigorosamente i pannelli durante la comparsa del fumo. Aspetta finché il fumo non si dirada.

4.4 Per tutti gli altri: l'impatto del fumo invecchiato sul sonno, sull'umore e sul comfort visivo

Una bassa luce blu e una bassa temperatura del colore possono farti sentire sonnolento e meno sveglio. Questa non è creatività. I ritmi circadiani sono regolati dalla luce blu. Il tuo corpo potrebbe vedere il crepuscolo se trascorri l'intera giornata con una luce a 3400K.
Utilizza un'illuminazione da 5000K durante il giorno per compensare il lavoro in ambienti chiusi. Anche i tuoi occhi lo apprezzeranno. Leggere con la luce ambrata fa sì che gli occhi si affatichino più rapidamente.

5. Come rimediare: un piano di illuminazione-basato sul tempo

5.1 Idea generale: reintrodurre ciò che manca in base all'età

Il cielo appare caldo, quindi non aggiungere solo luce calda. Ciò aggrava il problema. Reintrodurre le lunghezze d'onda blu e verdi eliminate dal fumo.

La compensazione dovrebbe essere in linea con lo stadio del fumo. Per il fumo fresco è necessaria la rettifica più vigorosa. Il fumo più vecchio richiede meno.

5.2 Fase 1: Fumo Fresco (0–24 ore): Supplemento Blu +5000K–6500K CRI elevato

CCT: tra 5000K e 6500K

CRI: > 90

Supplemento blu: se coltivi piante, aggiungi 450 nm extra.

Perché? La luce blu viene ridotta di oltre il 50% dal fumo fresco. Per ripristinare la resa cromatica e dare alle piante un blu adeguato, sono necessari un CCT elevato e un CRI elevato.

5.3 Fase 2: Fumo di transizione (24-72 ore):Spettro completoTDC: da 4000K a 5000K

Tipo: LED a spettro completo

Lo spettro comincia a migliorare. Gli integratori blu pesanti non sono più necessari. Di solito, è sufficiente una luce decente a spettro completo-nell'area 4000K–5000K.

5.4 Fase 3: Fumo invecchiato (72 ore+): 3500K–4500K, CCT uniforme: 3500K–4500K

Priorità: copertura uniforme anziché intensità massima

Lo spettro è quasi tipico a questo punto. La luce però è ancora più diffusa del normale. Assicurati che il tuo spazio di lavoro sia illuminato uniformemente dall'illuminazione artificiale.

5.5 Cosa non fare: utilizzo"Bianco caldo" (2700K)da solo peggiorerà la situazione.

L'errore più frequente è questo. Nel tentativo di "abbinare" un cielo arancione, le persone scelgono luci bianche calde. Ciò rende la questione due volte più seria. Il colore blu delle lampadine a luce bianca calda (2700K) è già basso. Il livello di luce blu diminuisce ancora di più se li abbini a una giornata fumosa.
Utilizza luci con CCT elevato e CRI elevato. Non cercare di abbinare il cielo. Risarciscilo.

6. Non tutta la foschia atmosferica è uguale: fumo contro altri

Il fumo è unico perché invecchia chimicamente. La foschia e le nuvole no.

7. Come tenere d'occhio la qualità della luce quando si forma il fumo

7.1 Segnali visivi: cosa vedere nel cielo in ogni fase

Fresco: cielo da arancione a marrone, sole invisibile
Di transizione: cielo dorato, sole appena visibile

Invecchiato: cielo bianco, sole fosco ma evidente

Gli indizi visivi sono difficili da interpretare. Usateli semplicemente per fare un'ipotesi veloce.

7.2 Risorse a bassa-tecnologia: app di stima CCT per smartphone

La CCT può essere stimata dalla fotocamera del tuo telefono utilizzando app come Colorimeter o LightSpectrum Pro. Sebbene non siano di livello di laboratorio-, sono sufficienti per determinare se sei a 3500K o 5000K.

7.3 Strumenti esperti: spettrometri portatili

Vale la pena investire in uno spettrometro portatile se gestisci una coltivazione commerciale o uno studio fotografico. Puoi ottenere CCT, CRI e l'SPD completo con un'unica misurazione. Sarai in grado di determinare lo stadio preciso del fumo.

Domande frequenti

Contatto
Kevin Rao

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