山火事の煙と日光のスペクトル: どれくらい新鮮か、それともどれくらい新鮮か古い煙は時間の経過とともに光を変化させます (そしてその補正方法)

山火事の煙と日光のスペクトル: 新鮮な煙と古い煙が時間の経過とともに光をどのように変化させるか (および補正する方法)

山火事が起きた日、あなたは外に出ます。オレンジ色の空です。正午でも夕日のような光が見えます。ほとんどの人はそこで立ち止まります。しかし、ソーラーパネルを稼働させたり、写真を撮ったり、屋内で植物を栽培したりする場合、そのオレンジ色の光は高価です。

煙による日光の変化だけが問題ではない。問題は、日光が煙によって常に変化することです。新しい煙の影響は、古い煙の影響とは異なります。-さらに、そのことはほとんどの論文では議論されていません。

このガイドによって次の 3 つのことが達成されます。

は、実際の数値を使用して、光のスペクトルに対する新鮮な煙の影響を示しています。

煙に吸収されるブルーライトの量が時間の経過とともに変化する理由を説明します。

段階的な照明計画を{0}}提供します。-

まずは実際に見えるところから始めましょう。

1. まず、日光は新たな山火事の煙によってどのような影響を受けるのでしょうか?

1.1 直接的な影響: オレンジ/赤色の光は残り、青色の光は遮断されます

太陽光は、晴れた空の下、正午に目に見えるすべての波長がバランスよく混合されています。煙が多い場合、そのバランスはオレンジと赤に大きくシフトします。
なぜ？短波長 (青と紫) は、長波長 (オレンジと赤) よりもはるかに頻繁に煙の粒子によって散乱および吸収されるためです。青色光を除去すると空がオレンジ色に見えるのですが、煙がオレンジ色だからではありません。

霞んだ日に外に出ると、まるで午後遅くのような気分になります。色は落ち着いています。白人は琥珀色の外観をしています。それが直接的な結果です。

1.2 実際のデータ: 新煙分光計測定 (3440K、SPD シフト)

いくつかの数字を載せてみましょう。
2020年9月にオレゴン州ポートランドで発生した山火事の際、ポータブル分光計が正午の日光を検出するために使用されました。典型的な正午の温度は 5500K から 6500K の間です。煙が多くなったときは3440Kまで下がりました。

紫、青、さらには一部の緑の波長は、スペクトル パワー分布 (SPD) の低下を明らかに示していました。光は次の方向に移動した580nm、明るい琥珀色。

3440K という数字を覚える必要はありません。青と緑のかなりの部分が新鮮な煙によって除去されることに注意してください。残るのは加熱された琥珀であり、植物のエネルギーが低い状態です。

1.3 レイリー散乱: 灰色の煙が琥珀色の光を生成する理由の説明

灰色の炭素-ベースの粒子が煙そのものを構成します。では、なぜ灰色の煙から琥珀色の光が生まれるのでしょうか?
レイリー散乱。長い波長 (赤) は、短い波長 (青) よりも散乱が少なくなります。太陽光が煙粒子の密な層を通過するとき、青色光は全方向に分散されます。その一部は太陽電池パネルや眼球に到達することはありません。通過する光の大部分はオレンジと赤です。

一方向に言うと、煙は空に浮遊する巨大な青い遮断フィルターとして機能します。{0}オレンジフィルターではありません。青は削除されるだけです。

ただし、レイリー散乱によって説明できるのは色の変化だけです。青色光の吸収量はそれだけでは説明できません。そのためには煙の化学的性質を調べる必要があります。

2. 答えのない質問: なぜ煙はブルーライトをこれほど吸収するのでしょうか?

2.1 主要な吸収体「ダークブラウンカーボン」(d-BrC) の紹介

煙の粒子は一つ一つ異なります。煤や黒いカーボンになっているものもあります。有機炭素はそれらの一部を構成します。そして、煙が青色光を多く吸収する主な原因は、暗褐色炭素 (d-BrC) として知られる特定の種類の有機炭素です。
通常の褐色炭素とは対照的に、d{0}}BrC は光退色に対して耐性があり、水に不溶です。大気中に存在している間も光を吸収し続けます。 Nature Geoscience に掲載された 2023 年の研究によると、d- BrC は米国西部の山火事からの煙プルームに含まれる主な短波吸収体です。

2.2 測定結果: ブルーライト吸収の 3/4 は d-BrC によるもの

同じ研究から得られた具体的な数字:

-短可視光吸収（青から緑）の 4 分の 3 は d-BrC によるものです。

長距離可視光線 (赤色) の吸収の 50% を担っています。

ブラックカーボンは、煙の多い日に観察されるブルーライト損失の主な原因ではありません。これは d-BrC に由来します。これらの粒子は非常に粘性が高く、小さく、球形です。科学文献では、それらはしばしば「タールボール」と呼ばれます。

2.3 タールボール: アンバースカイの微細な粒子

d-BrC は、電子顕微鏡で見ると丸いガラス状の粒子として見えます。それらの直径は140から200ナノメートルの範囲です。彼らはただくすぶっているだけではありません。高温の炎の際に形成されます。-

なぜ気にする必要があるのですか？タールボールの頑固さのせいで。漂白には時間がかかります。大気中に留まりながら、何日もブルーライトを吸収し続けます。このため、煙の多い空はかなりの時間オレンジ色のままになることがあります。しかし、無期限ではありません。

3. 煙は時間とともに変化する: ほとんどの記事では分からないこと

3.1 老化のプロセス: 光-散乱（白色）から光-吸収（茶色）へ

新鮮な煙の色は茶色です。短波放射を吸収して大気を暖めます。しかし、煙は熟成するにつれて、OH ラジカルや NO3 ラジカルなどの酸化剤と反応します。化学組成が変化します。粒子はより多く分散し始め、吸収が少なくなります。
古い煙は白くなります。それによって空気はそれほど暖められません。光はあらゆる方向に分散されます。地球に届く光にとって、これは重要です。

3.2 測定結果: 光吸収を最大 46% 削減

セントルイスのワシントン大学の研究者らによる2017年の研究結果（Environment Science & Technology Lettersに掲載）によると、新鮮な煙と比較して、熟成した煙は光の吸収を最大46％低下させる可能性がある。
それは大きな減少です。数日後、正午の空をオレンジ色にしたのと同じ煙が、より多くの青色光を通過させるようになります。

3.3 視覚的なタイムライン: 昼光スペクトルの進化 (0 時間 → 24 時間 → 72 時間以上)

現場での測定と実験室での経年劣化調査に基づいて、次のスケジュールはおおよそのものです。
0 ～ 12 時間 (新しい煙): CCT は 3400K ～ 3800K。緑と青の波長は強くミュートされます。空はオレンジから茶色に見えます。太陽は目に見えないことが多いです。

早期エージング (12 ～ 24 時間): CCT は 4000K ～ 4500K に上昇します。少し青い光が戻ってきます。空がオレンジ色ではなく黄色っぽくなります。

24 ～ 72 時間 (暫定): CCT は 4500K ～ 5000K です。ブルーライトはさらに改善されています。空は黄色がかったぼんやりした白に見えます。

72 時間後に CCT は 5000K ～ 5500K に近づきます (熟成煙)。スペクトルは正常に近づいていますが、散乱により全体の強度が低下する可能性があります。

天候、火災の種類、煙の密度はすべて、このスケジュールに影響します。ただし、方向は常に同じです。古い煙はより拡散して白くなりますが、新鮮な煙はよりオレンジ色になります。

4. 日常生活におけるこのタイムラインの重要性

4.1 栽培者および屋内植物の場合:PPFD回復とドロップカーブ

植物はコンパクトな発達と気孔の制御のために青色光を必要とします。新しい煙が存在すると、ブルーライトが 60 ～ 70% 減少する可能性があります。 PPFD (光合成光子束密度) は、多くの場合 30 ～ 50% 減少します。
商業栽培者にとって、これは収量の減少、伸び、成長の鈍化を伴います。良いニュースは、PPFD は煙が経つにつれて回復するということです。ただし、すべてが正常に戻るには時間がかかります。最初の 48 時間は、補助照明を毎日調整する必要があります。

4.2 写真家にとって毎日変わるホワイトバランスの悪夢

カメラの自動ホワイト バランスは、光源が D65、つまり日光に近いことを前提としています。新しい煙がある場合、カメラは 3440K で過剰補正されます。画像は過度に寒く、場合によっては紫色に見えることもあります。
さらに悪いことに、色温度は毎日変化します。午後 2 時までに、午前 10 時に設定されたカスタム ホワイト バランスが正しくなくなる可能性があります。煙が発生しているときに屋外で撮影する場合は、グレーカードを使用してください。数時間ごとにホワイトバランスを確認してください。あるいは、手動ケルビンに変更し、煙が成熟するにつれて調整します。

4.3 ソーラーパネルの所有者向け: 出力損失の日次変動

直接垂直放射照度 (DNI) は、新鮮な煙によって大幅に減少します。パネルからの拡散光は依然としてある程度の電力を生成しますが、全体の出力は 20 ～ 40% 減少する可能性があります。

煙が成熟して散乱が多くなるにつれて、拡散光は強くなります。ただし、プルームが消えるまで、総放射照度は平均を下回ったままになります。毎日の成果に注目してください。煙が発生しているときにパネルを頻繁に掃除することはあまり役に立ちません。煙が消えるまで待ってください。

4.4 他のすべての人々へ: 睡眠、気分、視覚的快適さに対する老化喫煙の影響

ブルーライトが少なく、色温度が低いと、眠気が感じられ、目覚めが悪くなります。それは創造性ではありません。概日リズムはブルーライトによって調節されます。 3400K の光の中で一日中過ごすと、体は夕暮れを感じるかもしれません。
屋内での作業を補うために、日中は 5000K の照明を使用します。あなたの目もきっと喜んでくれるでしょう。琥珀色の光の中で本を読むと、目が疲れやすくなります。

5. それを補う方法: 時間ベースの照明計画-

5.1 全体的なアイデア: 年齢に応じて欠けているものを再導入する

空は暖かく見えるので、暖かい光だけを追加しないでください。それが問題をさらに悪化させます。煙によって除去された青と緑の波長を再導入します。

補償はスモークステージに合わせて行う必要があります。新鮮な煙には最も強力な整流が必要です。古い煙ほど必要な量は少なくなります。

5.2 ステージ 1: フレッシュスモーク (0 ～ 24 時間): ブルーサプリメント +5000K～6500Kの高CRI

CCT: 5000K ～ 6500K

CRI: > 90

青色の補足: 植物を栽培する場合は、さらに 450 nm を追加します。

なぜ？新鮮な煙によってブルーライトが 50% 以上減少します。演色性を回復し、植物に適切な青を与えるには、高い CCT と高い CRI が必要です。

5.3 ステージ 2: 移行煙 (24 ～ 72 時間):フルスペクトルCCT: 4000K ～ 5000K

タイプ: フルスペクトルの LED

スペクトルは改善され始めています。濃い青色のサプリメントはもう必要ありません。通常は、4000K～5000K 領域の適切なフルスペクトル光で十分です。-

5.4 ステージ 3: 熟成煙 (72 時間以上): 3500K ～ 4500K、均一 CCT: 3500K ～ 4500K

優先順位: 最大強度ではなく均一な範囲

この時点では、スペクトルはほぼ典型的です。ただし、光はまだ通常よりも分散しています。ワークスペースが人工照明で均一に照らされていることを確認してください。

5.5 してはいけないこと: の使用「ウォームホワイト」(2700K)それだけで状況はさらに悪化します。

最も頻繁に起こるエラーはこれです。オレンジ色の空に「マッチ」させようとして、人々は暖かい白色の光を求めます。そのため、問題は2倍深刻になります。温白色電球 (2700K) の青色はすでに低下しています。煙の多い日と組み合わせると、ブルーライトのレベルがさらに減少します。
高 CCT と高 CRI のライトを使用してください。空に合わせようとしないでください。それを埋め合わせてください。

6. 大気中のヘイズはすべて同じというわけではない: 煙とその他

煙は化学的に老化するため、独特です。霞や雲はそうではありません。

7. 煙が発生したときに光の質を監視する方法

7.1 視覚的な手がかり: 各フェーズで空に何が見えるか

フレッシュ: オレンジから茶色の空、目に見えない太陽
移行期: 金色の空、ほとんど見えない太陽

熟成: 白い空、霞んでいるが目立つ太陽

視覚的な手がかりは解釈が困難です。簡単に推測するために使用してください。

7.2 ローテク リソース: スマートフォン用 CCT 推定アプリ

CCT は、Colorimeter や LightSpectrum Pro などのアプリを使用して携帯電話のカメラから推定できます。ラボグレードではありませんが、3500K か 5000K かを判断するには十分です。{1}

7.3 専門機器: ポータブル分光計

商業栽培や写真スタジオを経営している場合は、ハンドヘルド分光計に投資する価値があります。 1 回の測定で CCT、CRI、および完全な SPD を取得できます。煙の正確な段階を判断できるようになります。

よくある質問

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