Waldbrandrauch und Tageslichtspektrum: Wie frisch vs. Alter Rauch verändert das Licht im Laufe der Zeit (und wie man das kompensiert)

Waldbrandrauch und Tageslichtspektrum: Wie frischer und gealterter Rauch das Licht im Laufe der Zeit verändert (und wie man das kompensiert)

An einem Tag, an dem es einen Waldbrand gibt, geht man nach draußen. Es ist ein orangefarbener Himmel. Selbst zur Mittagszeit scheint das Licht ein Sonnenuntergang zu sein. Da hören die meisten Leute auf. Aber dieses orangefarbene Licht ist teuer, wenn Sie Solaranlagen betreiben, Ihren Lebensunterhalt mit Fotografieren verdienen oder Pflanzen in Innenräumen kultivieren.

Die Veränderung des Tageslichts durch Rauch ist nicht das einzige Problem. Das Problem ist, dass das Tageslicht ständig durch Rauch verändert wird. Die Wirkung von frischem Rauch unterscheidet sich von der von tages-altem Rauch. Darüber hinaus wird dies in den meisten Arbeiten nicht thematisiert.

Mit diesem Leitfaden werden drei Dinge erreicht:

demonstriert die Auswirkungen von frischem Rauch auf das Lichtspektrum anhand tatsächlicher Zahlen.

erklärt, warum die Menge des vom Rauch absorbierten blauen Lichts im Laufe der Zeit variiert.

bietet Ihnen einen Schritt-{0}}für-Beleuchtungsplan, damit Sie dies nachholen können

Beginnen wir mit dem, was Sie tatsächlich sehen können.

1. Erstens: Wie wird das Tageslicht durch neuen Waldbrandrauch beeinflusst?

1.1 Die direkte Auswirkung: Orange/rotes Licht bleibt bestehen, blaues Licht wird blockiert

Das Sonnenlicht hat zur Mittagszeit bei klarem Himmel eine ausgewogene Mischung aller sichtbaren Wellenlängen. Dieses Gleichgewicht verschiebt sich drastisch in Richtung Orange und Rot, wenn viel Rauch vorhanden ist.
Warum? Denn kurze Wellenlängen (blau und violett) werden weitaus häufiger von Rauchpartikeln gestreut und absorbiert als lange Wellenlängen (orange und rot). Die Entfernung des blauen Lichts führt dazu, dass der Himmel orange erscheint, nicht weil Rauch orange ist.

Es fühlt sich an wie später Nachmittag, wenn man an einem diesigen Tag nach draußen geht. Die Farben sind gedämpft. Weiße haben ein bernsteinfarbenes Aussehen. Das ist das direkte Ergebnis.

1.2 Tatsächliche Daten: Frischrauchspektrometermessungen (3440K, SPD-Verschiebung)

Lassen Sie uns ein paar Zahlen dazu sagen.
Während der Waldbrände im September 2020 in Portland, Oregon, wurde ein tragbares Spektrometer verwendet, um mittags Tageslicht zu erfassen. Die typische Mittagstemperatur liegt zwischen 5500 K und 6500 K. Bei starker Rauchentwicklung fiel sie auf 3440 K.

Violette, blaue und sogar einige grüne Wellenlängen zeigten deutlich einen Rückgang der spektralen Leistungsverteilung (SPD). Das Licht bewegte sich in die Richtung580 nm, ein heller Bernsteinton.

Sie müssen sich die Zahl 3440K nicht unbedingt merken. Bedenken Sie jedoch, dass ein erheblicher Teil des Blaus und Grüns durch frischen Rauch entfernt wird. Was übrig bleibt, ist bernsteinfarben, erhitzt und hat einen geringen Pflanzenenergiegehalt.

1.3 Rayleigh-Streuung: Eine Erklärung, warum grauer Rauch bernsteinfarbenes Licht erzeugt

Graue, kohlenstoffbasierte-Partikel bilden den Rauch selbst. Warum kann also bernsteinfarbenes Licht aus grauem Rauch entstehen?
Rayleigh-Streuung. Längere Wellenlängen (rot) streuen weniger als kürzere Wellenlängen (blau). Blaues Licht wird in alle Richtungen gestreut, wenn Sonnenlicht durch eine dichte Schicht aus Rauchpartikeln dringt. Ein Teil davon gelangt nie zu Ihren Sonnenkollektoren oder Augäpfeln. Der Großteil des durchtretenden Lichts ist orange und rot.

Der Rauch fungiert, um es anders auszudrücken, als riesiger blauer Blockfilter, der über dem Himmel schwebt. Es ist kein Orangenfilter. Blau ist gerade eliminiert.

Allerdings kann nur die Farbänderung durch Rayleigh-Streuung erklärt werden. Die Menge der blauen Lichtabsorption lässt sich dadurch nicht erklären. Dazu müssen wir die Chemie des Rauches untersuchen.

2. Die unbeantwortete Frage: Warum absorbiert Rauch so viel blaues Licht?

2.1 Einführung des dominanten Absorbers „Dunkelbrauner Kohlenstoff“ (d-BrC)

Rauchpartikel unterscheiden sich voneinander. Einige bestehen aus Ruß oder Ruß. Ein Teil davon besteht aus organischem Kohlenstoff. Und die Hauptursache für die hohe Absorption von blauem Licht durch Rauch ist eine bestimmte Art von organischem Kohlenstoff, der als dunkelbrauner Kohlenstoff (d-BrC) bekannt ist.
Im Gegensatz zu gewöhnlichem Braunkohlenstoff ist d-BrC resistent gegen Photobleichung und unlöslich in Wasser. Es absorbiert weiterhin Licht, während es in der Atmosphäre verbleibt. Laut einer 2023 in Nature Geoscience veröffentlichten Studie ist d-BrC der vorherrschende Kurzwellenabsorber in Rauchwolken von Waldbränden im Westen der Vereinigten Staaten.

2.2 Gemessen: 3/4 der Blaulichtabsorption trägt d-BrC bei

Harte Zahlen aus derselben Studie:

Drei-Viertel der kurzen Absorption sichtbaren Lichts (blau bis grün) werden d-BrC zugeschrieben.

Es ist für 50 % der Absorption des lang sichtbaren Lichts (rot) verantwortlich.

Ruß ist nicht die Hauptursache für den Blaulichtverlust, den Sie an einem rauchigen Tag beobachten. Es stammt von d-BrC. Diese Partikel sind extrem viskos, klein und kugelförmig. In der wissenschaftlichen Literatur werden sie häufig als „Teerbälle“ bezeichnet.

2.3 Teerkugeln: Die mikroskopisch kleinen Partikel des Bernsteinhimmels

d-BrC erscheint unter einem Elektronenmikroskop als runde, glasartige Partikel. Ihr Durchmesser liegt zwischen 140 und 200 Nanometern. Sie glimmen nicht nur; Sie entstehen bei Hochtemperaturflammen.

Warum sollte es dir egal sein? aufgrund der Hartnäckigkeit der Teerkugeln. Es dauert eine Weile, bis sie ausbleichen. Sie absorbieren weiterhin tagelang blaues Licht, während sie in der Atmosphäre verbleiben. Aus diesem Grund kann ein rauchiger Himmel längere Zeit orange bleiben. Aber nicht auf unbestimmte Zeit.

3. Rauch verändert sich im Laufe der Zeit: Was Ihnen die meisten Artikel nicht sagen

3.1 Der Alterungsprozess: Licht-Streuung (Weiß) zu Licht-Absorption (Braun)

Die Farbe von frischem Rauch ist braun. Es erwärmt die Atmosphäre, indem es kurzwellige Strahlung absorbiert. Allerdings reagiert Rauch im Laufe seiner Reifung mit Oxidationsmitteln wie OH- und NO3-Radikalen. Die chemische Zusammensetzung verändert sich. Die Partikel verteilen sich stärker und absorbieren weniger.
Älterer Rauch wird weiß. Die Luft wird dadurch nicht so stark erwärmt. Das Licht wird in alle Richtungen gestreut. Für das Licht, das die Erde erreicht, ist dies wichtig.

3.2 Gemessen: Reduzierung der Lichtabsorption um bis zu 46 %

Laut einer Studie von Forschern der Washington University in St. Louis aus dem Jahr 2017 (veröffentlicht in Environmental Science & Technology Letters) kann gealterter Rauch im Vergleich zu frischem Rauch die Lichtabsorption um bis zu 46 % verringern.
Das ist ein gewaltiger Rückgang. Nach ein paar Tagen lässt die gleiche Rauchwolke, die Ihren Mittagshimmel orange gemacht hat, mehr blaues Licht durch.

3.3 Visuelle Zeitleiste: Die Entwicklung des Tageslichtspektrums (0h → 24h → 72h+)

Basierend auf Feldmessungen und Laboralterungsuntersuchungen ist der folgende Zeitplan ungefähr:
0–12 Stunden (neuer Rauch): CCT zwischen 3400 K und 3800 K. Grüne und blaue Wellenlängen werden stark gedämpft. Der Himmel scheint orange bis braun zu sein. Die Sonne ist oft unsichtbar.

Frühe Alterung (12–24 Stunden): CCT steigt auf 4000–4500 K. Ein wenig blaues Licht kommt zurück. Der Himmel verfärbt sich gelblich statt orange.

24–72 Stunden (Übergang): CCT zwischen 4500 K und 5000 K. Blaues Licht wird immer besser. Der Himmel erscheint flauschig weiß mit einem Hauch von Gelb.

CCT nähert sich nach 72 Stunden 5000–5500 K (gealterter Rauch). Obwohl das Spektrum eher normal ist, kann die Streuung dennoch zu einer Abnahme der Gesamtintensität führen.

Wetter, Feuerart und Rauchdichte beeinflussen diesen Zeitplan. Die Richtung ist jedoch immer die gleiche: Gealterter Rauch ist diffuser und weißer, während frischer Rauch eher orange ist.

4. Die Bedeutung dieser Zeitleiste für Ihren Alltag

4.1 Für Züchter und Zimmerpflanzen:PPFDErholungs- und Abfallkurve

Für eine kompakte Entwicklung und Spaltöffnungskontrolle benötigen Pflanzen blaues Licht. Bei frischem Rauch kann das blaue Licht um 60–70 % abnehmen. PPFD oder photosynthetische Photonenflussdichte nimmt häufig um 30–50 % ab.
Für kommerzielle Züchter bedeutet dies geringere Erträge, Dehnung und langsameres Wachstum. Die gute Nachricht ist, dass PPFD sich mit zunehmender Rauchentwicklung erholt. Es dauert jedoch einige Zeit, bis sich alles wieder normalisiert. Während der ersten 48 Stunden müssen Sie Ihre Zusatzbeleuchtung täglich anpassen.

4.2 Ein Weißabgleich-Albtraum, der sich für Fotografen jeden Tag ändert

Der automatische Weißabgleich Ihrer Kamera basiert darauf, dass sich die Lichtquelle in der Nähe von D65 oder Tageslicht befindet. Die Kamera führt bei 3440K eine Überkorrektur durch, wenn neuer Rauch vorhanden ist. Bilder erscheinen übermäßig kühl, manchmal sogar violett.
Schlimmer noch: Die Farbtemperatur variiert täglich. Um 14:00 Uhr könnte ein benutzerdefinierter Weißabgleich, der auf 10:00 Uhr eingestellt war, falsch sein. Verwenden Sie eine Graukarte, wenn Sie während eines Rauchvorfalls im Freien fotografieren. Überprüfen Sie alle paar Stunden Ihren Weißabgleich. Wechseln Sie alternativ zu manuellem Kelvin und nehmen Sie Anpassungen vor, während der Rauch reift.

4.3 Für Besitzer von Solarmodulen: Tägliche Schwankungen im Leistungsverlust

Die direkte Normalbestrahlung (DNI) wird durch Frischrauch stark reduziert. Streulicht von Ihren Panels erzeugt immer noch etwas Strom, obwohl die Gesamtleistung um 20–40 % sinken kann.

Diffuses Licht wird mit zunehmender Rauchentwicklung intensiver und wird stärker gestreut. Bis die Wolke verschwindet, bleibt die Gesamtbestrahlungsstärke jedoch unter dem Durchschnitt. Behalten Sie Ihre tägliche Leistung im Auge. Es wird nicht sehr hilfreich sein, Ihre Paneele während der Rauchentwicklung gründlich zu reinigen. Warten Sie, bis sich der Rauch verzieht.

4.4 Für alle anderen: Die Auswirkungen von Altersrauch auf Schlaf, Stimmung und Sehkomfort

Wenig blaues Licht und eine niedrige Farbtemperatur können dazu führen, dass Sie sich schläfrig und weniger wach fühlen. Das ist keine Kreativität. Der zirkadiane Rhythmus wird durch blaues Licht reguliert. Ihr Körper sieht möglicherweise die Dämmerung, wenn Sie den ganzen Tag im Licht von 3400 K verbringen.
Nutzen Sie tagsüber eine 5000K-Beleuchtung, um das Arbeiten in Innenräumen auszugleichen. Auch Ihre Augen werden es zu schätzen wissen. Wenn Sie bei bernsteinfarbenem Licht lesen, ermüden Ihre Augen schneller.

5. Wie man das wieder gut macht: Ein zeitbasierter Beleuchtungsplan

5.1 Gesamtidee: Fehlendes dem Alter entsprechend wieder einführen

Der Himmel erscheint warm, also fügen Sie nicht nur warmes Licht hinzu. Das verschärft das Problem. Führen Sie die blauen und grünen Wellenlängen wieder ein, die durch den Rauch beseitigt wurden.

Die Entschädigung sollte im Einklang mit der Rauchstufe stehen. Für Frischrauch ist die stärkste Rektifikation erforderlich. Älterer Rauch erfordert weniger.

5.2 Stufe 1: Frischer Rauch (0–24 Stunden): Blue Supplement +5000K–6500K Hoher CRI

CCT: zwischen 5000K und 6500K

CRI: > 90

Blauer Zuschlag: Wenn Sie Pflanzen kultivieren, fügen Sie zusätzlich 450 nm hinzu.

Warum? Blaues Licht wird durch frischen Rauch um mehr als 50 % reduziert. Um die Farbwiedergabe wiederherzustellen und den Pflanzen ausreichend Blau zu verleihen, benötigen Sie einen hohen CCT und einen hohen CRI.

5.3 Stufe 2: Übergangsrauch (24–72 Stunden):Volles SpektrumCCT: 4000K bis 5000K

Typ: LED mit Vollspektrum

Das Spektrum beginnt sich zu verbessern. Schwere Blaupräparate sind nicht mehr notwendig. Normalerweise reicht ein ordentliches Vollspektrumlicht im Bereich von 4000 K–5000 K aus.

5.4 Stufe 3: Alter Rauch (72h+): 3500K–4500K, Gleichmäßigkeit CCT: 3500K–4500K

Priorität: Gleichmäßige Abdeckung statt maximale Intensität

Das Spektrum ist an dieser Stelle fast typisch. Das Licht ist jedoch immer noch stärker gestreut als normal. Stellen Sie sicher, dass Ihr Arbeitsplatz durch die künstliche Beleuchtung gleichmäßig ausgeleuchtet ist.

5.5 Was Sie nicht tun sollten: Verwendung„Warmweiß“ (2700K)allein wird die Situation verschlimmern.

Der häufigste Fehler ist dieser. Um eine „Anpassung“ an einen orangefarbenen Himmel zu erreichen, entscheiden sich die Menschen für warmweißes Licht. Das macht das Problem doppelt so ernst. Die Blaufärbung warmweißer Glühbirnen (2700 K) ist bereits gering. Ihr Blaulichtanteil nimmt noch mehr ab, wenn Sie sie mit einem rauchigen Tag kombinieren.
Verwenden Sie Leuchten mit hohem CCT und hohem CRI. Versuchen Sie nicht, sich an den Himmel anzupassen. Machen Sie das wieder gut.

6. Nicht jeder atmosphärische Dunst ist gleich: Rauch vs. andere

Rauch ist einzigartig, weil er chemisch altert. Dunst und Wolken gibt es nicht.

7. So behalten Sie die Lichtqualität im Auge, wenn Rauch auftritt

7.1 Visuelle Hinweise: Was es in jeder Phase am Himmel zu sehen gibt

Frisch: Orangefarbener bis brauner Himmel, unsichtbare Sonne
Übergang: goldener Himmel, kaum sichtbare Sonne

Gealtert: Weißer Himmel, dunstige, aber spürbare Sonne

Visuelle Hinweise sind schwer zu interpretieren. Benutzen Sie sie einfach, um eine schnelle Vermutung anzustellen.

7.2 Niedrig-Technische Ressourcen: CCT-Schätzungs-Apps für Smartphones

Der CCT kann anhand der Kamera Ihres Telefons mithilfe von Apps wie Colorimeter oder LightSpectrum Pro geschätzt werden. Obwohl sie nicht Laborqualität haben, reichen sie aus, um festzustellen, ob Sie bei 3500 K oder 5000 K sind.

7.3 Experteninstrumente: Tragbare Spektrometer

Die Investition in ein Handspektrometer lohnt sich, wenn Sie einen kommerziellen Anbau oder ein Fotostudio betreiben. Sie können CCT, CRI und den vollständigen SPD mit einer einzigen Messung ermitteln. Sie können den genauen Zustand des Rauchs bestimmen.

FAQ

Kontakt
Kevin Rao

E-Mail:bwzm12@benweilighting.com

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