ここ数か月、山火事が米国西部を荒廃させ、広範囲にわたる荒廃と損害を引き起こしています。 山火事の煙は、西海岸沿いの事実上すべての町や都市に影響を与え、太陽を覆い隠し、青い空を不気味な茶色がかったオレンジ色に変えています.
照明の専門家が自然光のスペクトル特性に取りつかれているため、煙やもやが昼光のカラー メトリックとスペクトルにどのように影響するかについて、興味を持たずにはいられませんでした。
次の投稿では、2020 年 9 月にオレゴン州ポートランドの大都市圏で行われた実際のスペクトル測定について説明します。 また、観察したスペクトルと色の変化の潜在的な説明を結び付ける理論的分析も行います。
定性的および逸話的な観察
スペクトル テスト データを共有して結果について説明する前に、これらの測定を行ったときに観察した照明条件の定性的な説明と認識を可能な限り共有したいと思います。
煙の状態が異なれば、スペクトル データも異なることはほぼ間違いありません。また、「煙のような昼光」の標準化された技術的定義が存在しないため、私たちが行った測定値は、私たちの視覚的観測のコンテキストで 1 セットのデータ ポイントとしてのみ取得できます。 . 以下の説明が、分光器のデータが示すものと比較して、視覚的に見たものを読者が理解するのに役立つことを願っています.
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山火事の煙が 9 月上旬に急速に空を満たし始めたので、この時期に典型的な夏の終わりの澄んだ青い空を見失い始めました。 煙は柔らかく拡散した黄色がかった茶色の光をどこにでも投げかけ始めました。
太陽がより赤く見え、空の黄色、オレンジ色、赤色が特に顕著である、異常に強烈または鮮やかな夕日を観測しました。
煙がどんどん濃くなり、真昼でも太陽が見えなくなってしまいました。 上の写真は、雲ひとつない日の昼頃に撮ったものです。
色温度に関しては、確実に「暖色」の方向へのシフトが感じられました。 しかし同時に、この色は、色温度が低い早朝や午後遅くの日差しに見られる自然光を連想させるものではありませんでした。 説明するのは難しいですが、煙でフィルターされた昼光は、低角度の太陽光から見られる暖かい金色の輝きとは著しく異なる、余分な琥珀色の色合いを持っていました.
スペクトル測定の概要
ハンドヘルド分光計を使用して、正午頃にいくつかの測定を行いました (完全なレポートをダウンロードするには、ここをクリックしてください)。 測定した光の分光分布図を以下に示します。
スペクトルは可視スペクトル全体にわたって完全で滑らかですが、紫、青、シアン、および緑の波長の非常に顕著な減少が見られます。
色温度は、CIE 1931 の xy 座標 (0.4134, 0.4046) で 3440K と測定されました。 このカラー ポイントは +0.0032 の Duv 値に対応し、これは黒体曲線より上の大幅なシフトを示します。
CIE 1931 チャートにプロットすると、正午に約 D65 のカラー ポイントであると通常予想されるものから、対応する強い琥珀色で大幅に変更されたカラー ポイントへと、大幅なカラー シフトが発生したことが確認できます。 580ナノメートルの波長まで。
スペクトル パワー分布の比較
測定された SPD を典型的な D65 スペクトルの SPD に対してプロットすると、スミレ、青、さらには一部の緑の波長など、短波長エネルギーの量が大幅に減少していることがはっきりと観察できます。
2 つのチャートを正規化すると、波長と透過率の明確な関係を示す相対透過率比を作成できます。 言い換えれば、波長が長いほど、本質的に空全体を覆う巨大な光フィルターを通過する光が多くなります。
山火事の煙とその光への影響の理論的考察
山火事の煙は、主に炭素ベースの灰で構成されており、中間色の灰色の粒子で構成されています。 しかし、もしそうだとすれば、昼光色が琥珀色に大きく変化したことをどのように説明できるでしょうか?
これを調整するために、レイリー散乱効果に目を向けます。これは、直径が可視光の波長よりも大幅に小さい微細な粒子を通過する際の光の色の変化を説明します。 具体的には、波長が短いほど光子の散乱が大きくなるため、紫と青の波長が最も散乱され、オレンジと赤の波長はそれほど散乱されないことになります。
レイリー効果は、粒子自体の実際の色ではなく、大気中の粒子の量と直径に依存します。 したがって、山火事の煙の微粒子自体は反射率によって琥珀色を呈しませんが、日光がそのかなりの量を通過すると、結果として生じる光線は、より短い波長のエネルギー (つまり、スミレと青) の減衰により、強い琥珀色になります。
経験的に導き出された「透過率曲線」を見ると、波長と透過率の間に正の関係があり、レイリー散乱原理との一貫性が維持されていることがわかります。
日中の山火事の煙の理論と応用についてさらに読むには、David K. Lynch1 と Lawrence S. Bernstein による「山火事の煙の色」を参照することをお勧めします。
結論は
私たちのテストとデータ測定は幾分さりげなく行われましたが、視覚的観察、分光計測定、科学的理論と原理の間の一貫性を検証することができました。
他のさまざまなブログ投稿で、一般的に同意されている自然光の定義を定義および標準化することの難しさについて説明してきました。
制御されていない山火事は生命と財産に重大な脅威をもたらす可能性がありますが、山火事自体、および山火事の煙の延長は、確かに私たちの惑星とそのさまざまな生態系の自然な部分です.
山火事の煙の下での日光は確かに自然であるという議論を確かに行うことができ、自然日光という用語を定義することは確かに簡単な作業ではないという私たちの主張を助長するだけです.
