Температура солнечного света: Цветовая температура источника света | Electro Group

Содержание

Достаточно ли знать цветовую температуру Солнца, чтобы получить правильный баланс белого?

Во-первых, цветовая температура — это только одна ось того, что мы называем баланс белого или цветовой баланс. Цветовая температура основана на свете, излучаемом излучателями черного тела при различных температурах, выраженных с использованием шкалы Кельвина. Это бежит от янтарного / оранжевого на одном конце к сине-фиолетовому на другом. Примерно перпендикулярно янтару ← → синей осью является зеленая ← → пурпурная ось. Два источника света с одинаковой базовой цветовой температурой могут иметь радикально различный «оттенок», как мы часто называем зеленую ось ← → пурпурный.

С солнцем, единственное место, где оно всегда одинаково с точки зрения баланса белого, находится в космическом пространстве. Из любой точки земной поверхности атмосферные условия и угол наклона солнца на небе будут влиять на точную цветовую температуру и даже оттенок дневного света.

Даже при безоблачном небе все еще существуют такие факторы, как частицы в воздухе, которые могут изменить то, как атмосфера фильтрует проходящий через него солнечный свет.

Недавние извержения вулканов, даже на полпути по всему миру, могут иметь любой эффект — от незначительного до драматического. То же самое можно сказать о местных условиях из-за искусственных или природных источников пыли или других мелких частиц в воздухе. Это также включает количество водяного пара, который не конденсировался на твердых частицах, образуя облака. Точно так же положение человека относительно экватора и полюсов будет влиять на количество озона в верхних слоях атмосферы над положением наблюдателя, а концентрации озона также меняются для определенного местоположения с течением времени.

Затем на любые потенциальные объекты накладываются цветовые оттенки из-за отражения других вещей вокруг них. Свет от одного и того же неба будет сильно отличаться для одного и того же человека, стоящего на белом или бежевом песчаном пляже, чем если бы этот человек сделал несколько шагов к месту, где он стоит на пышной зеленой траве.

Какой свет для растений лучше всего подходит?

Красный, белый,

голубой синий? Выбирай себе любой! Как растения реагируют на разный спектр света и какое освещение действительно улучшает фотосинтез и плодоношение растений. В этой статье мы разберем ключевые особенности влияния света на растения.

Фотосинтез и свет

Солнечный свет необходим для растений на любой стадии развития. Основными характеристиками света являются его спектральный состав, интенсивность, суточная и сезонная динамика. Недостаток света – сокращение продолжительности светового дня и малая интенсивность освещения – приводят к гибели растения. Свет – единственный источник энергии, обеспечивающий функции и потребности зеленого организма. Для восполнения недостатка солнечного света применяется досветка растений. Наиболее распространенные инструменты – лампы ДНаТ и светодиодные светильники.

Фотосинтез – основа жизни растения. Энергия квантов света преобразует получаемые растением неорганические вещества в органические.

Свет разных длин волн по-разному влияет на интенсивность фотосинтеза. Первые исследования на эту тему были проведены еще в 1836 г. В. Добени. Физик пришел к выводу, что интенсивность фотосинтеза пропорциональна яркости света. Наиболее яркими лучами в то время считались желтые. Выдающийся российский ботаник и физиолог растений К.А. Тимирязев в 1871–1875 гг. установил, что зеленые растения наиболее интенсивно поглощают лучи красной и синей части солнечного спектра, а не желтые, как это считалось ранее. Поглощая красную и синюю часть спектра, хлорофилл отражает зеленые лучи, из-за чего и кажется зеленым. На основании этих данных немецкий физиолог растений Т. В. Энгельман в 1883 г. разработал бактериальный метод изучения ассимиляции углекислого газа растениями, который подтвердил, что разложение углекислого газа, (а, значит, и выделение кислорода) у зеленых растений наблюдается в дополнительных к основной окраске (т.е. зеленой) лучах – красных и синих. Данные, полученные на современном оборудовании, полностью подтверждают результаты, полученные Энгельманом более 130 лет назад.


Рис.1 – Зависимость интенсивности фотосинтеза зеленых растений от длины световой волны

Максимальная интенсивность фотосинтеза – под красным светом, но одного красного спектра недостаточно для гармоничного развития растения. Исследования показывают, что салат, выращенный под красным светом, имеет большую зеленую массу, чем салат, выращенный под комбинированным красно-синим освещением, но в его листьях значительно меньше хлорофилла, полифенолов и антиоксидантов.

 

ФАР и ее производные

Фотосинтетически активная радиация (ФАР, PPF — Photosynthetic Photon Flux) – та часть доходящей до растений солнечной радиации, которая используется ими для фотосинтеза. Измеряется в мкмоль/Дж. ФАР можно выражать в единицах энергии (интенсивность излучения, Ватт/м2).

Фотосинтетический фотонный поток (PPFD —  Photosynthetic Photon Flux Density) — суммарное число фотонов, излучаемых в секунду в диапазоне длин волн от 400 до 700 нм (мкмоль/с).

Значение ФАР не учитывает разницу между разными длинами волн в диапазоне 400 — 700 нм. Кроме того, используется приближение, что волны за пределами этого диапазона имеют нулевую фотосинтетическую активность.

Если известен точный спектр излучения, можно оценить усваиваемый растением поток фотонов (YPF — Yield Photon Flux), представляющий собой ФАР, взвешенную в соответствии с эффективностью фотосинтеза по каждой длине волны. YPF всегда несколько меньше PPF, но позволяет более адекватно оценивать энергетическую эффективность источника света. 

Для практических целей достаточно учесть, что зависимость почти линейна и PPF для 3000 К больше YPF примерно на 10%, а для 5000 К — на 15%. Что означает примерно на 5% большую энергетическую ценность для растения теплого света по сравнению с холодным при равной освещенности в люксах.


Эффективность белых светодиодов

Выделенный и очищенный хлорофилл invitro поглощает только красный и синий свет. В живой же клетке пигменты поглощают свет во всем диапазоне 400–700 нм и передают его энергию хлорофиллу.

Несколько фактов о белых светодиодах:

1.

      В спектре всех белых светодиодов, даже с низкой цветовой температурой и с максимальной цветопередачей, как и у натриевых ламп, очень мало дальнего красного (рис. 2).

 

Рис. 2. Спектр белого светодиодного (LED 4000K Ra = 90) и натриевого света (HPS)

в сравнении со спектральными функциями восприимчивости растения к синему (B),

красному (Ar) и дальнему красному свету (Afr)

 

В естественных условиях затененное пологом чужой листвы растение получает больше дальнего красного, чем ближнего, что у светолюбивых растений запускает «синдром избегания тени» — растение тянется вверх. Помидорам, например, на этапе роста (не рассады!) дальний красный необходим, чтобы вытянуться, увеличить рост и общую занимаемую площадь, и, следовательно, урожай в дальнейшем. Под белыми светодиодами и лампами ДНаТ растение чувствует себя как под открытым солнцем и вверх не тянется.

 

2. Синий свет обеспечивает фототропизм — «слежение за солнцем» (рис. 3).


Рис. 3. Фототропизм — разворот листьев и цветов, вытягивание стеблей

на синюю компоненту белого света

В одном ватте потока белого светодиодного света 2700К фитоактивной синей компоненты вдвое больше, чем в одном ватте натриевого света. Причем доля фитоактивного синего в белом свете растет пропорционально цветовой температуре. Если разместить рядом с растением лампу с интенсивным холодным светом – оно развернет соцветия в сторону лампы.

3. Энергетическая ценность света определяется цветовой температурой и цветопередачей и с точностью 5% может быть определена по формуле:

[эфф.мкмоль/Дж],
где η – светоотдача [Лм/Вт], 

Ra  – индекс цветопередачи, 

CCT – коррелированная цветовая температура [К]

 

Эта формула может быть использована для расчета освещенности, чтобы при заданной цветопередаче и цветовой температуре обеспечить требуемое значение YPF , например, 300 эфф. мкмоль/с/м2:


 

3000К

4000К

5000К

Ra=70

25 424

25 641

25 641

Ra=80

23 077

23 810

24 194

Ra=95

20 408

21 583

22 388

Табл. 1 – Освещенность (лк), соответствующая 300 эфф.мкмоль/с/м2

Из таблицы видно, что чем меньше цветовая температура и выше индекс цветопередачи, тем ниже необходимая освещенность. Однако, учитывая, что светоотдача светодиодов теплого света несколько ниже, ясно, что подбором цветовой температуры и цветопередачи нельзя энергетически значимо выиграть или проиграть. Можно лишь скорректировать долю фитоактивного синего или красного света.

4.      Для практических целей можно использовать правило: световой поток 1000 лм соответствует PPF=15мкмоль/с, а освещенность 1000 лк соответствует PPFD=15мкмоль/с/м2.

 

Более точно рассчитать PPFD можно по формуле:

PPFD = [мкмоль/с/м2],

где k – коэффициент использования светового потока (доля светового потока от осветительной установки, падающая на листья растений)

F – световой поток [клм],

S – освещаемая площадь [м2]

 

Но k – величина неопределенная, что увеличивает неточность оценки.

Рассмотрим возможные значения для основных типов осветительных систем:

    Воспользуйтесь нашим каталогом светодиодного освещения для растений. Здесь представлен широкий ассортимент продукции собственного производства. А профессиональный и точный светорасчет вам помогут сделать наши специалисты.

СВЕТОДИОДНОЕ ОСВЕЩЕНИЕ ДЛЯ РАСТЕНИЙ

Так же вам могут быть интересны:

Точечные и линейные источники.

Освещенность, создаваемая точечным источником на локальном участке, падает обратно пропорционально квадрату расстояния между этим участком и источником. Освещенность, создаваемая линейными протяженными источниками над узкими грядками, падает обратно пропорционально расстоянию. То есть, чем больше расстояние от светильника до растения – тем больше света попадает не на листья. Поэтому экономически нецелесообразно использовать для освещения одиночных протяженных грядок светильники, расположенные на высоте более 2м. Применение линз позволяет сузить световой поток светильника и направить на растение большую долю света. Однако сильная зависимость освещенности от расстояния и неопределенность эффекта применения оптики не позволяют определить коэффициент использования k в общем случае.

· Отражающие поверхности.

При использовании закрытых объемов с идеально отражающими стенками весь световой поток попадает на растение. Однако реальный коэффициент отражения зеркальных или белых поверхностей меньше единицы. Доля светового потока, падающего на растение, зависит от отражательных свойств поверхностей и геометрии объема. Определить k в общем случае невозможно.

·  Большие массивы источников над большими посадочными площадями

Большие массивы точечных или линейных светильников над большими площадями посадок энергетически выгодны. Квант, излученный в любом направлении, в итоге попадет на какое-либо растение, коэффициент k близок к единице.


  Итак, неопределенность доли света, идущего на растения, выше разницы между PPFD и YPFD, и выше погрешности, определяемой неизвестностью цветовой температуры и цветопередачи. Следовательно, для практической оценки интенсивности ФАР целесообразно выбирать достаточно грубую методику оценки освещенности, не учитывающую эти нюансы. И при возможности замерять фактическую освещенность люксметром.

Наиболее адекватная оценка фотосинтетически активного потока белого света достигается, если измерить освещенность E с помощью люксметра и пренебречь влиянием спектральных параметров на энергетическую ценность света для растения. Таким образом, оценивать PPFD белого светодиодного света можно по формуле:

PPFD = [мкмоль/с/м2]

Оценим по приведенным выше формулам применимость офисного светодиодного светильника DS-Office 60 для выращивания салата и его PPFD.

Cветильник потребляет 60Вт, имеет цветовую температуру 5000К, цветопередачу Ra =75 и светоотдачу 110 лм/Вт. При этом его эффективность составит 

YPF = (110/100) (1,15 + (3575 − 2360)/5000) эфф. мкмоль/Дж = 1,32 эфф. мкмоль/Дж,

что при умножении на потребляемые 60 Вт составит 79,2 эфф. мкмоль/с.

Если светильник расположить на высоте 30-50см над грядкой площадью 0,6×0,6м = 0,36, плотность освещения составит 79,2 эфф. мкмоль/с / 0,36м2 = 220 эфф. мкмоль/с/м2, что на 30% ниже рекомендованного показателя в 300 эфф. мкмоль/с/м2. Значит, мощность светильника нужно увеличить на 30%.

PPFD = 15×0,110клм/Вт×60Вт/0,36м2=275 мкмоль/с/м2

 

Эффективность фитосветильника DS-FitoA 75. (75Вт, 5000К, Ra = 95, 102 лм/Вт):

YPF = (102/100)(1,15 + (3595 − 2360)/5000) эфф. мкмоль/Дж = 1,37 эфф. мкмоль/Дж, или 102,75 эфф. мкмоль/с. При аналогичном расположении над грядкой плотность освещения составит 285 эфф. мкмоль/с/м2, что близко по значению к рекомендованному уровню.

PPFD = 15×0,102клм/Вт×75Вт/0,36м2=319 мкмоль/с/м2

 

Эффективность ДНаТ

Агропромышленные комплексы консервативны в вопросах освещения теплиц и предпочитают использовать проверенные временем натриевые лампы. Эффективность ДНаТ зависит от мощности и достигает максимума при 600 Вт. YPF при этом составляет 1,5 эфф. мкмоль/Дж. (рис.4). 1000 лм светового потока соответствуют PPF = ~12 мкмоль/с, а освещенность 1000 лк — PPFD = ~12 мкмоль/с/м2, что на 20% меньше аналогичных показателей белого светодиодного света. Эти данные позволяют пересчитывать для ДНаТ люксы в мкмоль/с/м2 и пользоваться опытом освещения растений в промышленных теплицах.


Рис. 4. Спектр натриевой лампы для растений (слева). Эффективность (лм/Вт и эфф.мкмоль/Дж) серийных натриевых светильников для теплиц (справа)

Любой светодиодный светильник, имеющий эффективность 1,5 эфф. мкмоль/Вт, является достойной альтернативой лампы ДНаТ.

 

Рис. 5. Сравнительные параметры типичного натриевого светильника 600Вт для теплиц, специализированного светодиодного фитосветильника и офисного светильника.

 

Обычный светильник общего освещения при досветке растений по энергетической эффективности не уступает специализированной натриевой лампе и красно-синему светильнику. По спектрам видно, что красно-синий фитосветильник не узкополосен, его красный горб широк и содержит гораздо больше дальнего красного, чем у белого светодиодного и натриевого светильника. В тех случаях, когда дальний красный необходим, использование такого светильника как единственного или в комбинации с другими вариантами может быть целесообразно.

 

В настоящее время используется освещение гидропонных ферм и красно-синим, и белым светом (рис. 6-8).


Рис. 6 – Ферма Fujitsu по выращиванию зелени


Рис. 7 – Гидропонная установка Toshiba


Рис.8 – Крупнейшая вертикальная ферма Aerofarms, поставляющая свыше 1000 тонн зелени в год

Опубликованных результатов прямых экспериментов по сравнению растений, выращенных под белыми и красно-синими светодиодами, крайне мало.

Основным направлением исследований сегодня является корректирование недостатков узкополосного красно-синего освещения добавлением белого света. Опыты японских исследователей показывают увеличение массы и питательной ценности салата и томатов при добавлении к красному свету белого.

 

Рис. 9. В каждой паре растение слева выращено под белыми светодиодами, справа — под красно-синими

(из презентации И. Г. Тараканова, кафедра физиологии растений МСХА им. Тимирязева)

 

Проект Фитекс представил результаты эксперимента по выращиванию различных культур в одинаковых условиях, но под светом различного спектра. Эксперимент показал, что спектр влияет на параметры урожая. Сравнить растения, выросшие под белым светом, под светом ДНаТ и узкополосным розовым вы можете на рис. 10:


Рис. 10 Салат, выращенный в одинаковых условиях, но под светом различного спектра.

Изображения из видеозаписи, опубликованной проектом «Фитэкс» в материалах конференции «Технологии Агрофотоники» в марте 2018г.

 

По численным показателям первое место занял уникальный небелый спектр под коммерческим названием Rose, который по форме не сильно отличается от испытываемого теплого белого света высокой цветопередачи Ra=90. Еще меньше он отличается от спектра теплого белого света экстравысокой цветопередачи Ra=98. Основное различие в том, что у Rose небольшая доля энергии из центральной части удалена (перераспределена к краям) (рис.11):


Рис.11 – Спектральное распределение для теплого белого света экстравысокой цветопередачи и света Rose

 

Перераспределение энергии излучения из центра спектра к краям не оказывает влияния на жизненные процессы растений, но свет становится розовым.


Влияние качества света на результат

Реакция растения на свет – интенсивность газообмена, потребления питательных веществ и процессов синтеза – определяется лабораторным путем. Отклики характеризуют не только фотосинтез, но и процессы роста, цветения, синтеза необходимых для вкуса и аромата веществ (рис.12).

 

Рис.12 — Влияние определенных цветов солнечного спектра

на различных стадиях развития растений

 

Обычный белый светодиодный свет и специализированный красно-синий при освещении растений обладают примерно одинаковой энергетической эффективностью. Однако широкополосный белый способствует комплексному развитию растения, не ограничивающемся только стимуляцией фотосинтеза. Удаление из полного спектра зеленого для получения фиолетового из белого – не более чем маркетинговый ход.

Красно-синий, розовый светодиодный свет или желтый свет ДНаТ может быть использован в промышленных теплицах. Но если досветка растений происходит при постоянном присутствии человека, необходим белый свет, не раздражающий зрительные и нервные рецепторы.

Выбор типа светодиодного светильника или лампы ДНаТ зависит от особенностей выращивания той или иной культуры, но в любом случае необходимо учитывать:

· Фотосинтетический фотонный поток PPFD и усваиваемый поток фотонов YPF. Теперь эти показатели можно рассчитать самостоятельно, зная световой поток светильника, индекс цветопередачи и цветовую температуру.

Рекомендуемое значение YPF=300 эфф. мкмоль/с/м2

· Степень защиты корпуса светильника от проникновения пыли и влаги. При IP ниже 54 внутрь могут попадать частицы почвы, пыльца, капли воды при поливе, что приведет к выходу светильника из строя.

· Присутствие людей в помещении с работающими лампами. Розовый, фиолетовый свет утомителен для глаз и может вызывать головные боли, желтый свет искажает цвета объектов.

· Лампы ДНаТ нагреваются при работе, их необходимо подвешивать на значительной высоте, чтобы избежать ожогов и пересушивания почвы. Световой поток газоразрядных ламп снижается через 1,5-2 года использования.

Грамотно подобранный свет обеспечивает быстрое и правильное развитие растений –укрепление корневой системы, увеличение зеленой массы, обильное цветение и ускоренное созревание плодов. Технологический прогресс выводит растениеводство на новый уровень – используйте его плоды!

«Огромная доза ультрафиолета»: поможет ли солнечный свет борьбе с коронавирусом

Что случилось. Власти США в пятницу рассказали о результатах исследования воздействия ультрафиолета и влажности на вирус, вызывающий COVID-19. Анализ проводился Национальным центром биозащитного анализа и контрмер в Мэрилэнде. Его результаты пока не опубликованы.

Что показало исследование. Вирус быстрее погибает при высокой температуре и влажности.

  • «Период полураспада» вируса SARS-CoV-2 (возбудителя COVID-19) на поверхности без солнечного света при температуре 21-24 градуса по Цельсию и влажности 20% составляет 18 часов, отмечается в презентации заместителя министра внутренней безопасности США по науке и технологиям Уильяма Брайана. 
  • При повышении влажности до 80% без солнца сила возбудителя снижается вдвое через 6 часов, а при росте температуры до 35 градусов  — за 1 час. «Вирус погибает гораздо быстрее только лишь при увеличении температуры и влажности», — отметил Брайан.
  • Сильнее всего вирус, по его словам, подавляет солнечный свет и ультрафиолетовое излучение. При температуре 21-24 градуса и 80-процентной влажности на летнем солнце период полураспада вируса на поверхностях составляет 2 минуты.
  • В аэрозоле — например, в выдыхаемом человеком воздухе — при температуре 21-24 градусов и влажности 20% период полураспада SARS-CoV-2 составляет около 60 минут, а на солнце — 1,5 минуты, следует из презентации. 

Почему это важно. Некоторые страны планируют ослаблять меры социального дистанцирования, поэтому важно понимать, как летняя жара повлияет на вирус и не случится ли осенью новая вспышка инфекции, как предполагают некоторые эксперты, отмечает Bloomberg. Погода и наличие ультрафиолета часто являются важными факторами для распространения инфекционных заболеваний. Например, передача вируса гриппа часто коррелирует с понижением температуры и уменьшением влажности воздуха.

Реклама на Forbes

В то же время Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) предупреждала об опасности обеззараживания каких-либо частей тела облучением ультрафиолетовыми лампами, потом что это может стать причиной раздражения кожи. Воздействие на организм солнца и температуры выше 25 градусов по Цельсию не является средством предотвращения COVID-19: коронавирусной инфекцией можно заболеть независимо от того, насколько солнечной или жаркой является погода, отмечает ВОЗ.

Как отреагировал Трамп? Прослушав презентацию, президент США Дональд Трамп, выглядел заинтригованным, отмечает Bloomberg. «Представьте, если на тело попадет огромная доза ультрафиолета или только очень мощный свет», — сказал Трамп, обращаясь к Уильяму Брайану. По словам Трампа, исследователи могут подать «свет внутрь организма через кожу, либо каким-то другим путем». «Я думаю, что это еще не проверено, но вы это протестируйте. Звучит интересно», добавил Трамп.

Возможно, убедившись, что подобные тесты могут состояться, президент США начал теоретизировать о преимуществах средств дезинфекции для борьбы с вирусом: «Когда я слышу, что дезинфектор убирает его за минуту — одну минуту — то есть ли способ сделать что-то подобное путем введения внутрь, фактически для очистки? Потому что вы видите, он попадает в легкие в огромных количествах. Так что было бы интересно проверить это». (цитата по The New York Times). На следующий день, как сообщает Bloomberg, Трамп попытался прояснить ситуацию и сказал, что его предположение об инъекции дезинфицирующего средства было «саркастическим».

Что говорят в России? С тем, что солнечный свет препятствует распространению коронавируса, соглашается и глава Минздрава России Михаил Мурашко. «Солнце действительно препятствует распространению коронавируса, но не при тех температурах, которые сегодня», — сказал Мурашко в ходе онлайн-трансляции в TikTok, писали РИА «Новости» 27 марта. По словам Мурашко, температура, которая тогда была в Москве (по прогнозу 11-13 градусов Цельсия) недостаточная, чтобы остановить распространение коронавируса. «Для него оптимальными режимами является температура в пределах 6-8 градусов, поэтому говорить о том, что сегодня климатические факторы способствуют инактивации вируса, пока нельзя», — отмечал министр.

Что говорят эксперты? То, что ультрафиолетовое облучение убивают частицы вируса в воздухе — это известный факт. Но, по словам докторов, способов для «освещения» ультрафиолетом инфицированных COVID-19 клеток внутри тела не существует, передает Reuters. «Вирус, который уже размножается во внутренних органах пациента, не убьет ни сидение на солнце, ни жара», — отметила профессор лондонского King`s College Пенелопа Уорд.

В словах Дональда Трампа все же есть здравая мысль: много солнца — это бактерицидный фактор, потому что там есть ультрафиолет, отмечает руководитель медицинского департамента сети лабораторий KDL Ольга Малиновская: «От ультрафиолета гибнет инфекция». «В принципе есть в этом резон, потому что вирус действительно нестойкий во внешней среде именно за счет того, что его структура, основанная на молекуле РНК более хрупкая, чем у других инфекционных агентов», — полагает она.

По словам Малиновской, нестойкие РНК-вирусы плохо выживают на поверхностях, когда становится сухо и тепло: для сохранности вируса хорошо, когда прохладно, сыро, а для передачи инфекции важна скученность людей: «Скорее всего, этот новый вирус с механизмом передачи при помощи близкого контакта, а не с помощью предметов. Сеть KDL, как и ряд других медлабораторий, с конца марта проводит исследования COVID-19, однако, отмечает Малиновская, компания проводит тесты для пациентов медицинских учреждений, и не тестирует жизнеспособность нового вируса на поверхностях или под солнечным светом.

«Коронавирусы сохраняются в продуктах питания при температуре холодильника, в то же время высокая влажность и высокая температура снижают активность возбудителей, рассказал кандидат биологических наук, исследователь истории эпидемий Михаил Супотницкий. По его словам, представленные США данные о живучести возбудителя COVID-19 были понятны специалистам в России ранее по аналогии с уже известными данными по живучести других коронавирусов. В то же время пандемия данного типа встречается впервые и заранее предсказать ее исход «очень сложно». «Я думаю, что вот сейчас мы на пике. Чисто мое субъективное мнение — месяц это еще продлится и будет хвост эпидемии», — сказал Михаил Супотницкий. Будет ли вторая волна COVID-10, по его словам, «никто не может сказать точно, потому что не разобрались с реальной эпидемиологией COVID-19».

Как это можно использовать. Например, компания из Калифорнии Dimer UCV Innovations считает ультрафиолет отличным способом стерилизации салонов самолетов, пишет Reuters. Чистящая машина, излучающая УФ-лучи, была разработанна в 2014 году, но только с наступлением пандемии коронавируса спрос на нее реально вырос. «Мы не хотим использовать пандемию для создания спроса в этой индустрии. Такова ситуация и мы создаем оборудование настолько быстро, насколько можем», — сказал президент и сооснователь Dimer UCV Innovations Эллиот Крейтенберг.

GISMETEO: Какая температура на Солнце? — События

Температура нашей ближайшей звезды неоднородна и значительно варьируется. В ядре солнца гравитационное притяжение производит огромное давление и температуру, которая может достигать 15 млн градусов Цельсия. Атомы водорода сжимаются и сливаются воедино, создавая гелий. Этот процесс называется термоядерной реакцией.

Термоядерная реакция производит огромные объемы энергии. Энергия исходит к поверхности солнца, атмосфере и далее. От ядра энергия движется к радиационной зоне, где она проводит до 1 млн лет, а потом движется к конвективной зоне, верхнему слою внутренней части Солнца. Температура здесь падает ниже 2 млн градусов Цельсия. Огромные пузыри горячей плазмы формируют «суп» из ионизированных атомов и двигаются вверх к фотосфере.

Фото хромосферы. © NASA

Температура в фотосфере равна почти 5,5 тысячи градусов Цельсия. Здесь солнечная радиация становится видимым светом. Солнечные пятна на фотосфере холоднее и темнее, чем в окружающей области. В центре больших солнечных пятен температура может опускаться до нескольких тысяч градусов Цельсия.

Хромосфера, следующий слой солнечной атмосферы, немного холоднее — 4320 градусов. Согласно Национальной солнечной обсерватории, хромосфера буквально означает «цветная сфера». Видимый свет от хромосферы обычно слишком слаб, чтобы быть видным на фоне более яркой фотосферы, но во время полных солнечных затмений, когда луна покрывает фотосферу, хромосфера видна как красный ободок вокруг Солнца.

«Хромосфера кажется красной из-за огромного объема водорода в ней», — пишет Национальная солнечная обсерватория на своем сайте.

Температура значительно повышается в короне, которая также может быть видна во время затмения, когда плазма притекает наверх. Корона может быть удивительно горячей по сравнению с телом солнца. Температура здесь варьируется от 1 млн градусов до 10 млн градусов Цельсия.

Когда корона остывает, теряя тепло и радиацию, вещество выдувается в виде солнечного ветра, который иногда пересекается с Землей.

Солнце — крупнейший и самый массивный объект в Солнечной системе. Он находится в 149,5 млн км от Земли. Это расстояние называется астрономической единицей и используется, чтобы измерять расстояния по всей Солнечной системе. Солнечному свету и теплу требуется около 8 минут, чтобы долететь до нашей планеты, поэтому есть другой способ определить расстояние до Солнца — 8 световых минут.

Параметры баланса белого

Баланс белого гарантирует отсутствие изменения цветов в зависимости от цвета источника освещения. Для большинства источников света рекомендуется автоматический баланс белого. Если желаемых результатов нельзя достичь с помощью автоматического баланса белого, выберите параметр из списка ниже или используйте предустановку баланса белого.

Баланс белого можно выбрать, нажав кнопку U и поворачивая главный диск управления до тех пор, пока нужная настройка не отобразится на панели управления.

Когда выбран параметр v (Авто) или I (Лампы дневного света), можно выбрать дополнительный параметр нажатием кнопки U и вращением вспомогательного диска управления.

Баланс белого также можно настроить при использовании параметра Баланс белого в меню режима фото- или видеосъемки (0 Баланс белого, Баланс белого), который также можно использовать для тонкой настройки баланса белого (0 Тонкая настройка баланса белого) или для управления предустановками баланса белого (0 Ручная настройка).

v (Авто) предлагает выбор параметров v0 (Сохр. белого (уменьш. теплых)), v1 (Нормальный) и v2 (Сохр. тепл. цветов освещ.). Благодаря параметру v0 (Сохр. белого (уменьш. теплых)) белые области, записанные при освещении лампами накаливания, выглядят белыми, а параметр v2 (Сохр. тепл. цветов освещ.) сохраняет теплые оттенки, которые мы обычно воспринимаем при освещении лампами накаливания.

D (Авто. для естеств. освещения) может не давать желаемых результатов при искусственном освещении. Выберите v (Авто) или параметр, который соответствует источнику света.

v (Авто) может не привести к желаемым результатам при использовании больших студийных вспышек. Используйте предустановку баланса белого или установите баланс белого в режим N (Вспышка) и используйте тонкую настройку, чтобы настроить баланс белого.

Для получения информации об изменении значения баланса белого на «брекетинг» текущего значения см. «Брекетинг» (0 Брекетинг).

Цвет, воспринимаемый человеком, зависит от особенностей его зрения и других условий. Цветовая температура – объективная мера цвета источника света, определяемая как температура объекта, при которой он излучает свет той же длины волны. Если источники света с цветовой температурой в границах 5000–5500 K воспринимаются белыми, то источники света с более низкой цветовой температурой, например, лампы накаливания, воспринимаются слегка желтоватыми или красноватыми. В свете источников с более высокой цветовой температурой присутствуют оттенки синего.

«Более теплые» (более красные) цвета «Более холодные» (более синие) цвета  

I (натриевые лампы): 2 700 K
J (лампы накаливания)/I (л-ы тепл. бел. днев. света): 3 000 K
I (л-ы белого света): 3 700 K
I (л-ы хол. бел. днев. света): 4 200 K
I (л-ы белого днев. света): 5 000 K
H (прямой солнечный свет): 5 200 K
N (вспышка): 5 400 K
G (облачно): 6 000 K
I (флуор. л-ы дневн. света): 6 500 K
I (ртут. л-ы с выс. цв. темп.): 7 200 K
M (тень): 8 000 K

Примечание: все значения приблизительны.

Динамика дневного света — Fagerhult (Россия)

Дневной свет — это свет, который естественно присутствует в светлую часть дня. Свет исходит от солнца и может состоять из прямого излучения, преломления или отражения. Для дневного света характерны, не в последнюю очередь для северного полушария, большие вариации условий освещения — как в течение дня, так и в течение года, но также в зависимости от погоды. Поэтому наше восприятие интенсивности и цветовой температуры дневного света постоянно меняется, и мы даже не задумываемся об этом.

Биологическое воздействие

Известно, что дневной свет оказывает положительное воздействие на организм человека. Естественный дневной свет помогает поддерживать баланс в  нервной системе и в производстве гормонов. Исследования показали, что дневной свет помогает человеку синхронизироваться с естественным ритмом жизни. Недостаток дневного света может повлиять на качество сна, повысить уровень стресса и вызвать перепады настроения. Продолжительное воздействие дневного света также может иметь положительный эффект для пациентов после операций. Важнейшее отличие дневного света от искусственного — он никогда не воспринимается как статичный или плоский. Цветовая температура, интенсивность и яркость меняются и заставляют нас бодрствовать. Именно эти живые сигналы из окружающего мира интерпретирует и обрабатывает наш организм.

Как ощущается свет?

Тысячи лет человек жил в естественной среде под открытым небом и дневным светом. Мы тесно связаны с естественным светом и его постоянными изменениями в течение дня, которые влияют на настроение и эмоции. И хотя во многом человек остаётся «биологическим существом»,   мы должны учитывать и психологическое влияние, которое свет оказывает на нас. Каким образом мы ощущаем воздействие разных вариантов естественного света? Какие эмоции вызывает у нас хмурый ноябрьский полдень в сравнении с солнечным апрельским утром?

Эти глубинные эмоции связаны с определенными условиями освещения и с динамикой дневного света. На понимании этих процессов основана концепция DDL.

 

Да будет свет! Как создать в квартире правильное освещение?

Интерьерное освещение чаще всего относят к этапу наведения красоты в квартире. Эта ступень ремонта обычно находится между декоративными аксессуарами и выбором текстиля — шторами и подушками. В итоге у многих складывается впечатление, что свет в доме — дело относительно второстепенное. А это совсем не так.

О вреде крайностей, или Береги зрение смолоду

Помните, из детства: не читай в темноте, включи свет, пока делаешь уроки, что тут за потемки — глаза сломаешь? От нехватки освещения глаза, конечно, не сломаешь, но испортить зрение — вполне реально. Недостаточная освещенность заставляет глаза находиться в постоянном напряжении, говорит Сергей Чуб, офтальмохирург клиники микрохирургии глаза «Я Вижу».

«Правильный расчет искусственного света зависит от назначения помещения. В комнатах с приглушенным светом (например, в спальне) это 10–11 Вт на 1 кв. м. В детской, кабинете, санузле (то есть в помещениях со средней освещенностью) — 15–18 Вт. В просторных комнатах (таких, как гостиная) лучше озаботиться более интенсивным освещением в 20–25 Вт на 1 кв. м», — советует Сергей Чуб.

Собеседник Циан.Журнала уточняет, что слишком яркий свет тоже вреден для глаз — именно поэтому его нужно рассеивать при помощи абажуров или непрозрачных плафонов.

Основной, наиболее сильный источник света лучше располагать на потолке, вне зоны прямой видимости. Остальные лампы создают уют на всех уровнях комнаты, главное — избегать слишком интенсивного свечения. 

Также надо позаботиться о том, чтобы в дневное время в помещениях было достаточно естественного света.

Что касается цвета освещения, то, подчеркивает Сергей Чуб, следует учитывать тип и назначение помещения: в комнатах для работы и другой активной деятельности больше подойдет холодный (синеватый, голубой) свет — он бодрит, поддерживает в тонусе и повышает работоспособность. 

В гостиной и спальне успокаивающее воздействие на зрение окажет мягкий желтый свет. Нейтральный белый свет обычно нужен в прихожей, над кроватью и вблизи зеркал. Цвета интерьера при работе таких ламп практически не изменяются.

Как обустроить рабочее место дома

Продумывая освещение, нельзя забывать об организации рабочего места. Тут, как ни странно, свою роль сыграет даже удобное кресло: оно позволяет сидеть перед монитором с ровной спиной, а осанка, оказывается, оказывает самое прямое влияние и на зрение.

«Рабочее место должно находиться у окна, чтобы вы давали глазам передышку — переводя взгляд на объекты, расположенные вдали. Взгляд должен быть направлен в центр экрана, а глаза находиться на расстоянии 50–70 см от него. Избегайте резких контрастов и цветовых переходов, ярких источников света за монитором», — рекомендует эксперт.

В светлое время суток на экран не должны падать отвлекающие взгляд блики. Ночью рабочее пространство должно освещаться не только светом монитора, но и настольной лампой. Следует подобрать источник света, который обеспечит мягкий переход от экрана к окружающему пространству. Удобным вариантом будет гибкий светильник на прищепке — его легко расположить в любой части стола.

Яркость самого экрана также должна быть адекватной освещенности помещения: ночью ее следует снижать, чтобы избегать сильного контраста.

Свет и психология

Психологическое здоровье — еще одна интереснейшая сфера, на которую влияет домашнее освещение. В темных квартирах нам обычно дискомфортно и хочется спать. В переосвещенных — тоже неуютно: под многочисленными софитами многие чувствуют себя не в своей тарелке, и, если речь идет о пребывании дома, полноценно отдохнуть не получится.

Психолог, гипнолог, эксперт по работе с подсознанием, действительный член Общероссийской профессиональной психотерапевтической лиги Ольга Валле напоминает, что существуют теплые и холодные световые спектры. К первому относятся красные и желтые оттенки света — они создают расслабленную, комфортную и уютную атмосферу. Второй вариант — оттенки синего и фиолетового цветов. Они бодрят, заряжают энергией.

В целом закономерность очень простая. Тысячелетиями теплый свет и цвет огня говорили нам о том, что день заканчивается и наступает время отдыха. В организме берет верх парасимпатический отдел нервной системы, отвечающий за сон и покой.

Ровно столько же мы привыкали к тому, что яркий дневной свет (солнечные лучи скорее белых оттенков, а дневное небо — синее и голубое) совпадает с периодом активности. Тут включается симпатический отдел — он, наоборот, не дает расслабиться, заставляет работать, бежать и проявлять активность.

Любопытно и то, что солнечный свет, а также его искусственные аналоги способствуют выработке эндорфинов — в простонародье их называют гормонами счастья. Ничего удивительного, что большинство людей так любят проводить отпуск на море — это не только жажда безделья, но и подсознательное стремление получить свою порцию эндорфинов.

Вместе с тем яркий свет способен сыграть и от обратного: если человек подавлен или у него депрессия, чрезмерная освещенность может усугубить его состояние.

А еще солнечный свет является поставщиком серотонина. Его тоже называют гормоном счастья, но работает в организме он несколько иначе, чем эндорфин. Если упрощать, то эндорфин отвечает за прилив бодрости, дает всплеск хорошего настроения и заряд энергии, а серотонин — гормон более длительного жанра — он влияет на уверенность в себе и своих способностях, на качество сна и здоровье внутренних органов.

При этом нехватка серотонина способна спровоцировать и дефицит мелатонина — именно этот гормон помогает людям высыпаться, а значит, хорошо чувствовать себя в течение дня и иметь сильный иммунитет.

Мелатонин обычно вырабатывается с 20 часов вечера, достигая своего пика с полуночи примерно до 3 часов ночи, но если в этот период человек находится в ярком освещении, выработка гормона приостанавливается, объясняет ведущий эксперт в области даосских практик и психоорганического анализа Алла Крылова.

Три светлых момента

Светодизайнер Валерия Горелова отмечает, что есть несколько моментов, которые следует учесть при выборе освещения в доме.

1. Источник света должен быть скрыт из поля зрения.

Даже диммируемая светодиодная лампа подчас становится слишком ярким пятном относительно окружения. Высокий световой контраст и слепимость (уровень прямого слепящего действия, которое нарушает или снижает основные функции зрения: остроту различения, контрастную чувствительность и другие) вызывают визуальный дискомфорт, провоцируют напряжение в глазных и окологлазных мышцах. При попадании прямого света в поле зрения на сетчатке глаза остается отпечаток по форме источника света, что на некоторое время ухудшает зрение.

«Для решения этой проблемы подойдут встраиваемые в потолок светильники с утопленным источником света или антибликовой сеткой. В таком случае источник света вы увидите, только если целенаправленно заглянете внутрь светильника», — объясняет Валерия Горелова.

Одним из самых комфортных световых решений является отраженный свет. Если высота потолков позволяет, хороший выбор — подвесные или настенные источники света с функцией uplight. Другой вариант — торшер или настольная лампа, которую при необходимости можно просто направить в потолок или на стену, говорит собеседница Циан.Журнала.

Третий вариант — модели с абажурами, которые полностью скрывают источник света и обеспечивают равномерное бестеневое светораспределение в пространстве, как в пасмурный день.

Но надо помнить, что абажуры имеют низкий коэффициент светопропускания — это ведет к использованию источников света (ламп) высокой мощности, указывает эксперт.

2. Цветовая температура не должна превышать 3000 К

При выборе источника света важно обращать внимание на показатель цветовой температуры. Для дома рекомендуется выбирать 2700 или 3000 К (цветовая температура привычной лампы накаливания — примерно 2800 К, поэтому тепло-белый свет свечения светодиодных ламп наиболее привычен глазу).

цветовая температура

Цветовая температура измеряется в градусах по шкале Кельвина (К). По европейским нормам все источники света по цветности разделены на три группы:

• теплый белый (цветовая температура ниже 3500 K)

• нейтральный белый или дневной (цветовая температура от 3500 до 5300 K)

• холодный белый (цветовая температура выше 5300 K).

«Источники света 4000 К содержат высокий показатель голубого (синего) спектра, который провоцирует выработку кортизола — гормона стресса. Повышенный уровень кортизола в крови мобилизует организм к высокой физической и умственной активности и в то же время мешает выработке мелатонина», — комментирует светодизайнер.

Если холодный свет необходим, чтобы взбодриться утром, используйте его в ванной. Но в этом случае следует предусмотреть дополнительный световой режим с теплым неярким светом для вечера, рекомендует специалист.

3. Яркость освещения должна регулироваться или надо предусмотреть разные типы источников освещения.

Планировки большинства современных домов далеки от совершенства, и жилые квартиры не обеспечены достаточной инсоляцией. В то же время преимущественно короткий световой день в северных широтах вынуждает использовать искусственные источники света постоянно. Наши квартиры и дома вмещают множество функций, так что при планировании освещения для поддержания циркадных ритмов важно предусмотреть опцию смены световых режимов.

«Для утренних часов в темное время суток используйте источники света на потолке или яркий отраженный от потолка свет, о котором упоминалось ранее. Психологически это будет имитировать положение солнца на небосводе днем и поможет организму мобилизоваться. Для вечерних часов больше подойдет теплый отраженный свет меньшей яркости, торшеры или бра. Это психологически будет воссоздавать образ заката или сумерек, настроит на полноценный отдых и позволит подготовиться ко сну».

Валерия Горелова,светодизайнер

Казалось бы, свет в квартире — дело простое: купили люстру и два торшера, и достаточно. Но освещение оказывает принципиальное влияние на качество жизни, так что пренебрегать им точно не стоит.

Я читал, что температура поверхности Солнца составляет около 6000 градусов по Цельсию, но что корона — солнечная атмосфера — намного горячее, на миллионы градусов. Как вся эта энергия попадает в корону, не нагревая поверхность?

Этот вопрос затрагивает одну из самых активных областей современной астрономии. исследовательская работа. Неудивительно, что несколько ученых написали свои ответы.

Дэвид Ван Блерком, профессор астрономии Массачусетского университета в Амхерст дает хороший обзор, сосредоточив внимание на второй части запроса:

«Тот факт, что крайняя область солнечной атмосферы находится на расстоянии миллионов градусов, а температура подстилающей фотосфера составляет всего 6000 кельвинов (градусов Цельсия).выше абсолютного нуля) вполне неинтуитивный. Можно было бы ожидать постепенного охлаждения по мере удаления от центральный источник тепла. Связанный с этим вопрос: почему, если корона такая горячая, она не нагревает фотосферу до тех пор, пока она не станет одинаково высокой температуры.

«Я отвечу на эти вопросы в обратном порядке. Давайте сначала спросим, ​​что это означает, что газ имеет высокую температуру. Ответ заключается в том, что температура мера средней кинетической энергии атомов газа, т. е. мера того, насколько быстро они движутся.Высокотемпературный газ имеет атомы с большим средним скорость выше, чем у низкотемпературного газа того же состава. Таким образом, мы делаем вывод, что атомы в короне движутся гораздо быстрее, чем в фотосфера.

«Чтобы корона повысила температуру фотосферы, корональный газ должен заставлять фотосферные атомы двигаться быстрее. Это могло бы быть сделано путем сталкиваясь и смешиваясь с более холодным газом и таким образом передавая часть своей кинетической энергия.Возможен и другой путь: при температуре в миллионы градусов газ в короне сильно ионизирован, то есть отрываются электроны нейтральные атомы и свободно перемещаются. Потому что электронов в тысячи раз меньше Массивнее атомов, горячие электроны имеют очень высокие скорости. Эти электроны может отправиться в фотосферный газ и снова столкнуться там с атомами увеличивая их скорости. Эти два механизма нагрева называются конвекцией. и проводимость соответственно.

«Газ при температуре в миллионы градусов также излучает энергию; большая часть ее излучается в в виде рентгеновских фотонов очень высокой энергии. Рентгеновские фотоны падают на Фотосфера также могла передавать энергию атомам газа. Это отопление механизм — излучение.

«Однако три традиционных метода обогрева не поднимают фотосферный температуры по простой причине. Предположим, в качестве мысленного эксперимента термометр, который мог измерять температуру в миллионы градусов, и поместил его в короне.Для измерения температуры корональные атомы или электроны должны ударить по термометру, или фотоны рентгеновского излучения должны столкнуться с ним. То корона, однако, имеет настолько низкую плотность, что термометр почти никогда не будет ударил. Таким образом, пока термометр технически находится в газе, температура 2 000 000 кельвинов, он этого не знает. Газ имеет высокую температуру, но низкую теплосодержание. Вокруг просто недостаточно атомов, чтобы нагреть нашу гипотетическую термометр или нижележащая фотосфера.

«Сложнее ответить на вопрос, почему корона имеет такую ​​высокую температуру. объяснить, и, вероятно, последнее слово о физическом механизме еще не сказано данный. Большинство астрономов предполагают, что газ нагревается магнитным полем, которое проникает в корону. Давно известно, что солнечное магнитное поле вызывает цикла солнечных пятен, а физическая форма и активность в короне также меняются в зависимости от цикл солнечных пятен. Известно, что магнитные поля способны переносить большие количества энергии в атмосферу Солнца, иногда со взрывом, как при вспышках.Огромный видно, что магнитные петли поднимаются далеко в корону, и это вполне правдоподобно. что солнечное магнитное поле является конечным источником физического нагревания корона».

Вик Пиццо из космической среды Center в Боулдере, штат Колорадо, повторяет, насколько таинственным является этот процесс:

«Точный механизм, с помощью которого корона, покрывающая солнечную поверхность, нагретый до температуры от одного до двух миллионов кельвинов, остается одним из нерешенные проблемы физики Солнца.Давно подозревали, что турбулентный движения в нижних слоях солнечной атмосферы распространяются наружу в виде волн в некоторых формы, которые в конечном итоге сотрясают разреженную атмосферу над поверхностью ( фотосфера). Таким образом, толчки рассеивают механическую энергию в волнах как нагревать. Когда силовые линии магнитного поля снова соединяются, они выделяют энергию; некоторые исследователи подозревают, что мелкомасштабные магнитные пересоединения над поверхностью Солнца обеспечивают энергия для нагрева короны.

«Какова бы ни была причина, некоторое количество тепла действительно уходит обратно к поверхности Солнца, но общее количество переносимой таким образом энергии в действительности очень мало и не может значительно повысить температуру фотосферы. Причиной этого является чрезвычайно быстрое падение плотности массы с высотой над поверхностью Солнца. То есть, хотя материал в короне очень горячий, он также очень разреженный. Таким образом, энергия, переносимая обратно к поверхности, рассеивается в все возрастающая масса материала по мере того, как он движется вниз, в то время как тепло транспортируется наружу, легко рассеивается в космическом вакууме. »

Лео Коннолли, заведующий кафедрой физики штата Калифорния. Университет Сан-Бернардино добавляет следующую информацию:

«Вы совершенно правы в том, что корона намного горячее фотосферы солнца.Фотосфера — это внешний слой Солнца, производящий видимый свет, который мы получаем. Корона представляет собой большой тонкий слой газа, Структура управляется магнитным полем Солнца. Газ в короне фактически убегая от Солнца, образуя солнечный ветер.

«Что ускоряет атомы газа до высокой скорости и температуры в корона? Вполне вероятно, что солнечное магнитное поле обеспечивает необходимую энергию, но механизм плохо изучен. В фотосфере температура около 6000 кельвинов. Интересующая область находится над верхней частью фотосферы, где температура действительно падает (примерно до 4500 кельвинов на уровне 500 километров над фотосферой). На 1500 км температура начинает поднимаются и на высоте 10 000 километров над фотосферой температура достигает миллионов кельвинов. Между 1500 км от вершины фотосферы и 10 000 километров — это область, называемая «переходной зоной», где атомы ускоряются.Корона начинается на высоте 10 000 километров и простирается до около 10 миллионов километров, где газ, наконец, покидает гравитацию Солнца и становится частью солнечного ветра.

«Мы знаем, что атомы, лишенные одного или нескольких электронов, захватываются магнитные поля и двигаться вдоль силовых линий. Но что заставляет эти атомы быть ускоренный, производящий высокие температуры короны, не понят. Все, что мы знаем, это то, что это определенно происходит в переходной зоне.»

И последнее, но не менее важное, Джей М. Пасачофф, заведующий кафедрой астрономии Уильямс-колледжа в Уильямстаун, штат Массачусетс, предлагает взгляд на некоторые из текущих попыток (в том числе и его собственный) разгадать загадку солнечной короны:

«Одно из преимуществ астрономии состоит в том, что вопросы, которые просто фразы часто оказываются глубокими. Как устроена солнечная корона нагревание до миллионов градусов Цельсия является одной из важных нерешенных проблем астрофизики.Я проводил эксперименты во время серии полных солнечных затмений, чтобы ответить на этот вопрос, и было проведено много теоретической работы в этот район недавно. Эта проблема широко обсуждалась на конференции перспективных исследований НАТО. Семинар по наблюдательным и теоретическим проблемам, связанным с солнечными затмениями, в Бухаресте, Румыния, в первую неделю июня 1996 г.; разбирательства этот семинар будет доступен через год или два.

«В принципе нельзя объяснить нагрев короны радиационным потока, поэтому мы думаем, что корона нагревается за счет какого-то магнитогидродинамического (МГД) волна, вытекающая из нижних уровней солнца. Изображения солнца вдали в ультрафиолете и в рентгеновских лучах (совсем недавно полученные Солнечной и гелиосферной обсерваторией космический корабль, спутник Yohkoh и ракеты NIXT) показывают, что нагрев короны локализуется в солнечных активных областях, что указывает на большую роль играет магнитное поле. Есть, пожалуй, дюжина конкретные модели, которые были предложены для объяснения высокой температуры корона. Эти модели включают МГД-волны быстрой моды, МГД-волны медленной моды, волны Альфрена. волны и так далее.Старая идея о том, что акустические волны, исходящие из нижних уровней корона была заброшена в 1970-х годах, когда Орбитальная солнечная обсерватория 8 не видел таких волн в хромосфере, слой чуть выше фотосфера (видимая «поверхность» Солнца в видимом свете). Это остается возможно, однако, что некоторые акустические волны могут формироваться на более высоких уровнях.

«Моя работа над проблемой нагрева короны подытожена в моей главе ‘Измерения колебаний короны с частотой 1 Гц во время полных затмений и их последствия для нагрева короны», в «Механизмах хромосферного и коронального Отопление (Материалы Гейдельбергской конференции), под редакцией П. Ульмшнайдер, Э. Р. Прист и Р. Рознер (Springer-Verlag, 1991). В книге также много другие теоретические и наблюдательные работы.

Разница между температурой воздуха в тени и на солнце | Главная Руководства

Температура воздуха вокруг ваших растений может означать разницу между повреждением растения морозом или нет. Температура также играет роль во многих факторах роста растений, таких как цветение, выход из периода покоя и прорастание. Знание того, какое значение имеет размещение ваших растений в тени с учетом температуры воздуха, может помочь вам стать лучшим садоводом, с растениями, которые живут дольше и являются более продуктивными.

Измерение температуры воздуха

Измерение температуры воздуха — это больше, чем просто размещение термометра в любом месте и снятие с него показаний. Температура воздуха всегда считывается в тени, так как солнечная радиация не влияет на показания температуры. Размещение термометра рядом с тротуарами, автомобилями или другими теплыми отражающими поверхностями может привести к неточным показаниям, поскольку тепло отражается от этих объектов и увеличивается, прежде чем термометр считывает показания. На термометры не влияет ветер, дующий на них, даже если ветер меняет то, как люди воспринимают температуру.

Солнечное излучение

Солнечное излучение может резко изменить температуру объекта, на который оно падает, нагревая его намного выше фактической температуры воздуха. Джек Уильямс, бывший метеорологический редактор «USA Today», стоял снаружи в тени, где воздух измерялся в 20 градусов по Фаренгейту, но термометр на солнце позади него показывал 80 градусов по Фаренгейту. Это крайний пример того, как солнечная радиация может привести к тому, что участки на солнце будут теплее, чем в тени. Обычно разница между солнцем и тенью составляет всего 10-15 градусов по Фаренгейту, говорит метеоролог на пенсии Джим Лушайн в интервью флоридской газете Sun Sentinal.«Перемещение горшечных растений под прямые солнечные лучи, когда прогнозируются небольшие заморозки, и укрытие растений на ночь помогает растениям использовать солнечное излучение, чтобы пережить холодные дни, а укрытие изолирует это тепло, помогая растению пережить холодную ночь.

Важность температуры для растений

Температура воздуха, будь то на солнце или в тени, запускает многие процессы в цикле роста растений, такие как покой, нарушение покоя, прорастание и цветение Фотосинтез также увеличивается до точки с повышением температуры.В то время как многие растения лучше всего растут под прямыми солнечными лучами, где температура может быть выше, слишком много тепла и солнечного света никогда не идут на пользу растениям. Температура листвы растения может быть выше температуры наружного воздуха, если растению не хватает влаги для испарения и охлаждения листьев. Признаки того, что растение получает слишком много тепла и недостаточно воды, включают изменение положения или скручивание листьев. Спасение чувствительных растений от холода должно включать в себя планирование места для выращивания, которое находится на стороне здания, защищенной от холодных ветров, и на полном солнце, чтобы растение было теплее в холодные зимние дни.Следите за обезвоживающим воздействием ветра на ваши растения, но охлаждение ветром не будет проблемой.

Влияющие факторы

Время года и время суток влияют как на угол падения солнечного света, так и на интенсивность солнечного излучения и температуру. Ветер является лишь фактором воспринимаемой разницы температур на солнце и в тени для человека, но не для растений.

Температура Солнца

Увеличение объема атмосферного воздуха при постоянном давлении, прямо пропорциональное приращению температуры, а коэффициент расширения равен 0.00203 для 1° по Фаренгейту, будет видно, что температура 3 272 000° по Фаренгейту. сообщенный земной атмосфере, уменьшил бы ее плотность до 1/6643 существующей плотности. Соответственно, если мы предположим, что высота нашей атмосферы составляет всего 42 мили, упомянутое повышение температуры вызвало бы расширение, увеличивающее ее высоту до 6643 × 42 = 279 006 миль. Следует отметить, что этот расчет не принимает во внимание уменьшение земного притяжения на больших высотах, которое, если его принять во внимание, значительно увеличило бы расчетную высоту. Предположим теперь, что атмосфера солнца заменена средой, подобной земной атмосфере, нагретой до температуры 3 272 000° и содержащей такое же количество вещества, как и земная атмосфера соответствующей площади. Очевидно, притяжение солнечной массы в этих условиях увеличило бы плотность и вес предполагаемой атмосферы почти в отношении 27,9 л; следовательно, его высота уменьшится до 279 006/27,9 = 10 000 миль. Но если атмосфера, увеличившаяся таким образом в плотности за счет превосходящего притяжения Солнца, состояла из составного газа, в основном водорода, скажем, 1.В 4 раза тяжелее чистого водорода, высота будет 14,7 × 10 000 = 100 000 миль. Давление, оказываемое этой предполагаемой атмосферой на поверхность фотосферы, очевидно, должно составлять примерно 14,7 × 27,9 = 410 фунтов на квадратный дюйм. Следовательно, если только глубина не превышает 100 000 миль и если нельзя показать, что средняя температура меньше 3 272 000° по Фаренгейту, следует принять важный вывод, что солнечная атмосфера содержит так мало вещества, что, несмотря на большое глубине он будет оказывать лишь незначительное сопротивление прохождению солнечных лучей. Теперь предполагаемая средняя температура, 3 272 000°, далеко не слишком высока, но окажется значительно заниженной. Напомним, что температура на поверхности фотосферы, определяемая по установленной интенсивности солнечного излучения на границе земной атмосферы, несколько превышает 4 035 000°. Следовательно, поскольку уменьшение интенсивности, вызванное рассеиванием лучей, будет обратно пропорционально выпуклым участкам фотосферы и сферы, образованной границей солнечной оболочки, т.е., 1,52:1, температура на указанной границе будет 4 035 000°/1,52 = 2 654 600°. Следовательно, истинное среднее значение будет 3 344 800° вместо 3 272 000° по Фаренгейту; Солнечная атмосфера имеет глубину более 100 000 миль или содержит меньше вещества, чем земная атмосфера для соответствующей площади. Далее будет показано, что замедление лучей, исходящих от границы фотосферы, вследствие увеличения глубины солнечной атмосферы (которое должно быть основной причиной наблюдаемого уменьшения энергии вблизи лимба Солнца) не может заметно уменьшить Интенсивность лучистого тепла. Степень уменьшения плотности газов, составляющих солнечную атмосферу, на последующих высотах представлена ​​на рис.5, на котором длина ординат кривой a d b показывает степень разреженности в определенных точках над фотосферой. Эта кривая построена в соответствии с теорией, согласно которой плотности на разных высотах или, что то же самое, вес масс, находящихся в следующих друг за другом точках, уменьшается в геометрической прогрессии по мере того, как высота над основанием увеличивается в арифметической прогрессии. Вертикальная линия а с разделена на 42 равные части, чтобы облегчить сравнение с земной атмосферой, относительная плотность которой на соответствующих высотах, очевидно, столь же правильно представлена ​​на этой диаграмме, как и плотность солнечной атмосферы.Верно, что из-за большей высоты последней по сравнению с силой притяжения солнечной массы верхние слои земной атмосферы будут притягиваться относительно сильнее, чем верхние слои гораздо более глубокой солнечной атмосферы. Таким образом, ординаты кривой a d b не будут точно отображать плотность в обоих случаях. Однако несоответствие, возникающее из-за относительно слабого притяжения массы Солнца на границе его атмосферы, будет почти нейтрализовано увеличением плотности по направлению к этой границе вследствие значительного понижения температуры — целых 1 380 000° по Фаренгейту.— вызвано рассеиванием солнечных лучей перед входом в космос. Можно добавить, что, представляя относительную высоту и давление земной атмосферы, a c на нашей диаграмме указывает на сорок две мили, а b c указывает на давление 14,7 фунта на квадратный дюйм; и что, представляя солнечную атмосферу, a c указывает на 100 000 миль, а b C на 410 фунтов на квадратный дюйм. Принимая во внимание высокую температуру и малый удельный вес, крайняя разреженность в верхних областях солнечной атмосферы будет понятна простым рассмотрением нашей диаграммы.Уже на полпути к предполагаемой границе плотность солнечной атмосферы настолько уменьшена, что она содержит только 1/152000 количества вещества, содержащегося в равном объеме атмосферы у поверхности земли.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее распространенные причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

Анализ влияния окружающей среды на температуру листа под действием солнечного света, натрия высокого давления и светоизлучающих диодов

Abstract

Обычно считается, что использование светодиодной технологии приводит к значительно более низкой температуре листа, чем натриевая технология высокого давления.Чтобы оценить величину этого эффекта, мы измерили излучение, падающее на лист и поглощаемое им при четырех источниках излучения: солнечном свете ясного неба в поле, солнечном свете в стеклянной теплице и комнатных растениях под воздействием натрия высокого давления или светодиодов. Затем мы применили общую механистическую модель энергетического баланса, чтобы сравнить разницу температур листьев и воздуха между источниками излучения и окружающей средой. Наши результаты показывают, что при одинаковом потоке фотосинтетических фотонов влияние водного режима растений и испарительного охлаждения листьев намного больше, чем влияние источника излучения.Если растения не испытывали водного стресса, температура листьев во всех четырех источниках излучения обычно была в пределах 2°C от температуры воздуха. В условиях ясного неба низкие температуры неба означают, что листья в поле всегда холоднее, чем оранжерейные или комнатные растения, когда поток фотосинтетических фотонов, устьичная проводимость, скорость ветра, дефицит давления пара и размер листьев эквивалентны. По мере увеличения водного стресса и уменьшения охлаждения за счет транспирации температура листьев может значительно превысить температуру воздуха. В почти наихудшем сценарии водного стресса и слабого ветра наша модель показывает, что температура листьев увеличится на 6°, 8°, 10° и 12°C по сравнению с температурой воздуха в полевых, светодиодных, тепличных и HPS-сценариях соответственно. Поскольку светодиодные светильники излучают большую часть своего тепла за счет конвекции, а не радиационного охлаждения, они приводят к несколько более низкой температуре листьев, чем листья в теплицах и под светильниками HPS, но влияние светодиодной технологии на температуру листьев меньше, чем часто предполагается. Количественная оценка термодинамических характеристик этих ламп и их физиологических последствий позволит как исследователям, так и садоводам принимать обоснованные решения при использовании этих технологий.

Образец цитирования: Нельсон Дж. А., Багби Б. (2015) Анализ воздействия окружающей среды на температуру листа под действием солнечного света, натрия высокого давления и светоизлучающих диодов.ПЛОС ОДИН 10(10): e0138930. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0138930

Редактор: Чжун-Хуа Чен, Университет Западного Сиднея, АВСТРАЛИЯ

Поступила в редакцию: 16 мая 2015 г. ; Принято: 5 сентября 2015 г.; Опубликовано: 8 октября 2015 г.

Авторские права: © 2015 Nelson, Bugbee. Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника

Доступность данных: Все соответствующие данные находятся в пределах документ и его вспомогательные информационные файлы.

Финансирование: У авторов нет поддержки или финансирования для отчета.

Конкурирующие интересы: Авторы заявили об отсутствии конкурирующих интересов.

Введение

Светоизлучающие диоды (СИД) зарекомендовали себя как прорывная технология во всех областях освещения. Большие (> 200 Вт) светодиодные светильники стали коммерчески доступными как для единственного источника (камера для выращивания), так и для дополнительного (теплица) освещения растений. В то же время более традиционная натриевая технология высокого давления (HPS) также повысила эффективность на целых 60% [1].Хотя спектральные эффекты различных источников света были изучены, было проведено мало исследований термодинамики этих новых систем освещения. Тепловые свойства светильников имеют значение как для исследователей, поскольку различия в температуре листьев и транспирации могут изменить результаты экспериментов, так и для садоводческой промышленности, поскольку затраты на отопление и охлаждение могут быть разными для разных источников, а горячие лампы могут повредить ткани растений.

Энергетический баланс листьев давно изучается в полевых условиях, и для определения транспирации и температуры листьев в широком диапазоне условий окружающей среды, включая контролируемые среды, используется хорошо разработанное семейство моделей [2–5].Эти модели хорошо разработаны и используются для прогнозирования значений, которые трудно измерить напрямую, таких как температура листа и эвапотранспирация [6]. Модели также дают возможность сравнивать отдельные параметры, сохраняя при этом все остальные условия окружающей среды точно такими же. Это облегчает сравнение источников излучения.

Хотя линеаризация моделей энергетического баланса, таких как уравнение Пенмана-Монтейта, широко используется, современные вычисления позволяют получить более точные численные решения для температуры листа.Видмозер [7] обсуждает преимущества использования численных решений.

Недавний анализ показал, что эффективность преобразования электричества в фотосинтетические фотоны наиболее эффективных светодиодных светильников коммерческого масштаба была равна наиболее эффективным светильникам HPS при 1,7 мкмоль фотосинтетических фото на джоуль подводимого электричества [1]. Таким образом, они генерируют одинаковое количество тепловой энергии на фотосинтетический фотон. Светодиодные светильники, однако, рассеивают большую часть своего тепла от плоскости, которую они освещают, в то время как светильники HPS рассеивают больше тепла в направлении плоскости, которую они освещают.

Повышенная температура сокращает срок службы светодиодов, поэтому они термически связаны с радиаторами, где тепловая энергия удаляется за счет естественной конвекции или конвекции с помощью вентилятора и направляется в сторону от растений, которые они освещают.

И наоборот, лампы HPS работают при более высоких температурах и, таким образом, генерируют более длинноволновое излучение в том же направлении, что и фотосинтетическое излучение. Это тепловое излучение можно уменьшить с помощью барьера, такого как стекло, но это снижает фотосинтетическое излучение примерно на 10% (S1 рис.) и, таким образом, снижает эффективность светильника.

Разница в том, как светодиоды и HPS-технологии рассеивают тепловую энергию, указывает на то, что использование светильников HPS приведет к более высокой температуре створок. Легко недооценить величину этого эффекта, потому что лампы HPS являются гораздо более концентрированным источником света, чем светодиоды. Сравнение необходимо проводить на основе равного фотосинтетического потока фотонов (PPF).

По сравнению с солнечным светом и натриевыми лампами светодиодные светильники почти не излучают ближний инфракрасный диапазон (NIR; 700–3000 нм), но это излучение плохо поглощается листьями растений.Фотосинтетическое (от 400 до 700 нм) и длинноволновое (от 3000 до 100000 нм) излучение поглощается примерно на 95%, но нефотосинтетическое солнечное БИК-излучение поглощается только примерно на 20% и оказывает меньшее влияние на нагрев листьев. Непоглощенное излучение либо передается, либо отражается.

Наша цель состояла в том, чтобы использовать хорошо зарекомендовавшую себя модель энергетического баланса для сравнения разницы температур листа и воздуха в четырех сценариях излучения в различных средах.

Материалы и методы

Источники излучения

Мы измерили излучение от четырех источников: солнце при ясном небе в поле, солнце при ясном небе в теплице и светильники HPS или LED в помещении (без солнечного света).Были использованы наиболее эффективные из имеющихся в продаже натриевых и светодиодных светильников (1,7 мкмоль / Дж ; [1]). Светильник HPS включал двухцокольную лампу мощностью 1000 Вт (MASTER GreenPower, Philips Lighting, Нидерланды) в эффективном (менее 10% потерь) светильнике (ePapillon, Lights Interaction, Нидерланды). Светодиодный светильник мощностью 400 Вт, красно-синий, с пассивным охлаждением (VividGro, Lighting Science Group, FL, USA). Для количественной оценки радиационных условий, при которых термические и фотосинтетические компоненты наиболее интенсивны, измерения солнечного света при ясном небе проводились около солнечного полудня в ясный летний день в Логане, штат Юта, США.Измерения солнечного света в теплице проводились при ясном небе в типичной стеклянной теплице. Все измерения были пересчитаны в PPF для учета различий в высоте крепления. По мере приближения навеса к светильнику увеличиваются все виды излучения.

Поглощение коротковолнового излучения

Мы измерили поглощение коротких волн как долю света, которая не передается и не отражается листом.

Поглощение листьев определяли путем измерения отражения и пропускания в диапазоне 350–2500 нм с использованием спектрорадиометра (FieldSpec Pro, ASD Inc. , Боулдер, Колорадо, США) и галогенный источник света. Передачу измеряли через один лист под углом 90° к поверхности листа. Отражение производилось над большой черной полостью с небольшим отверстием, имитирующим черное тело, опять же под углом 90° к поверхности листа. Поглощение усреднялось по четырем видам: томат (S. lycopersicum), перец (C. annuum), базилик (O. basilicum) и брокколи (B. oleracea) (рис. 1), чтобы включить ряд типов листьев. Для каждого вида измеряли три отдельных листа. Среднее поглощение было почти идентично ранее опубликованным значениям для нескольких видов и различных сред [8, 9].Представленное среднее поглощение подтвердило данные Noda et al. [10], в который вошли листья 22 видов.

Рис. 1. Среднее поглощение (красная линия) листьями помидоров, перца, базилика и брокколи.

Различия между видами обусловлены различиями в отражательной способности листьев. Лист брокколи имел немного более высокую отражательную способность PAR, чем другие виды. Все растения выращивались в теплице.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0138930.g001

Относительная спектральная яркость каждого источника излучения измерялась с использованием того же спектрорадиометра, что и выше (рис. 2).Измерения входящей коротковолновой (350–2500 нм) и длинноволновой (>3000 нм) радиации для каждого сценария излучения проводились с помощью сетчатого радиометра (CNR1, Kipp & Zonen, Нидерланды). Измерения потока фотосинтетических фотонов (PPF; в молях на м 2 в с) были выполнены с использованием недавно откалиброванного квантового датчика (LI-190, LI-COR, Lincoln, NE, USA) и преобразованы в фотосинтетически активное излучение (PAR; в ваттах на м 2 ) с использованием спектральных данных для каждого источника света и уравнения Планка ( E = hc / λ ).Поглощенное излучение нормировали на равный падающий PPF для каждого источника излучения.

Рис. 2. Спектр излучения от четырех источников излучения (черная линия) и среднее поглощение листьев (красная линия).

Электрические лампы (натриевые и светодиодные) излучают большую часть своего излучения в областях фотосинтеза. Солнечный свет имеет значительное излучение в ближней инфракрасной области, но оно плохо поглощается листьями.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0138930.g002

Поскольку УФ и фотосинтетическое излучение имеют гораздо большее поглощение, чем БИК, коротковолновое излучение было разделено на три диапазона: ультрафиолетовый (УФ, 350–400 нм), ФАР. (400–700 нм) и ближней инфракрасной области (БИК, 700–2500 нм).УФ-излучение с длиной волны ниже 350 нм является минимальным компонентом всех источников излучения и не учитывалось при анализе.

Входящее и исходящее длинноволновое излучение

Длинноволновое излучение было разделено на три компонента: длинноволновое излучение неба, длинноволновое излучение источника и длинноволновое излучение. Длинноволновое излучение неба — это излучение, испускаемое либо чистым небом (обычно 300 Вт / м 2 или около -1 °C), либо потолком контролируемой среды (предположительно 452 Вт / м). 2 или около 28°C для всех корпусов для помещений).Длинноволновое излучение источника определяется как входящее длинноволновое излучение либо от светодиода, либо от светильника HPS, и измерялось с помощью пиранометра абсолютно черного тела (часть приведенного выше сетевого радиометра). Приходящее длинноволновое излучение при наличии приспособления вычиталось из приходящего длинноволнового излучения при отсутствии приспособления. Исходная длинная волна была масштабирована с помощью PPF. Излучаемая длинноволновая энергия рассчитывается с использованием закона Стефана-Больцмана, как описано ниже. Мы предполагаем, что лист имеет ту же температуру, что и поверхности под листом, и, таким образом, нет чистого длинноволнового переноса.

Модель энергетического баланса

Мы смоделировали один верхний лист, потому что самые верхние листья поглощают около 75% падающего излучения и имеют самые большие перепады температур.

Температура листа была рассчитана с использованием модели энергетического баланса, которая была подробно описана Кэмпбеллом и Норманом [11], а также Монтейтом и Ансуортом [12]. (1) где,

Предполагая, что система находится в устойчивом состоянии, поглощенное излучение ( R абс ) должно равняться сумме испускаемого излучения ( R испускаемого ), явного ( C ) 9016 λE ) теплообмен.Поглощенное излучение измеряли, как описано в предыдущих подразделах. Испускаемое излучение определяется законом Стефана-Больцмана, (2) где,

Перенос явного тепла ( C ) посредством конвекции определяется как функция разницы между температурой листьев и воздуха и проводимостью пограничного слоя таким образом, что (3) где,

Пограничный слой проводимости (4) где,

Латентная теплопередача ( λe ) определяется как функция дефицита давления пара () и проводимости пара ( г v в моль / м 2 с ) такой, что (5) где,

проводящий паров ( г V ) представляет собой комбинацию обоих паровых границ ( г VA ) и стоматал ( г против ) проводки (как в C) тот, (6)

Устьичная проводимость ( г против ) обычно варьируется от 0. 1 MoL / / M 2 S S Для засухи подчеркнутые растения и 0.5 MOL / M 2 S для высоких траншающих растений. Проводимость границы пара определяется аналогично уравнению (4) с немного другими константами, (7)

Эти компоненты составляют все важные энергетические пути. Другие источники и поглотители энергии включают фотосинтез и дыхание, которыми в этих условиях можно пренебречь.Объединение уравнений (1), (2), (3) и (5) дает всесторонний обзор модели. (8)

Уравнение было решено для температуры листьев ( T листьев ) с использованием итерационного приближения. Результаты представлены в виде разницы между температурой листьев и воздуха ( T листьев T воздуха ), поскольку температура листьев имеет значение только в контексте окружающей среды.

Часть энергии, поглощаемой листьями, используется для связывания CO 2 в сахарозу в процессе фотосинтеза.Использование фотосинтетической энергии в полевых условиях обычно составляет менее 4% от общей поглощаемой энергии и поэтому не учитывается в моделях энергетического баланса. Однако, предполагая оптимальную воду и азот, умеренную PPF и физиологически оптимальное обогащение СО 2 , можно увеличить квантовый выход фотосинтеза до 0,08 молей СО 2 , зафиксированных на моль поглощенных фотонов. Если предположить, что дыхание составляет 30% фотосинтеза, чистый метаболизм может использовать около 8% поглощенной коротковолновой энергии [6].Это все же небольшой вклад в общий энергетический баланс, и он будет одинаковым для всех источников излучения.

Код для выполнения модели можно найти в дополнительной информации (файл S1).

Анализ чувствительности

За исключением поступления радиации уравнение (8) в конечном счете является функцией семи переменных окружающей среды: температуры воздуха, относительной влажности/дефицита давления пара, скорости ветра, размера листьев, температуры неба, устьичной проводимости и атмосферного давления. Значения по умолчанию для каждого параметра были выбраны для отражения типичных условий выращивания (как показано в подписях к рисункам).

Температуру воздуха поддерживали на уровне 25°C, что является обычным заданным значением для теплиц и ростовых камер. Предполагается, что конвективная теплопередача от осветительных приборов и окружающего воздуха контролируется системой контроля температуры до того, как она повлияет на температуру листа. Когда другие условия окружающей среды в модели постоянны, температура воздуха от 15° до 35°C оказывает минимальное влияние на разницу между листьями и воздухом (рис. 3).

Рис. 3. Реакция температуры листа на температуру воздуха.

Дефицит давления паров поддерживается постоянным. Расчет основан на среднем поглощении четырех измеренных видов. Различия между видами биологически незначимы.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0138930.g003

Параметры окружающей среды варьировались в биологически значимом диапазоне.

Результаты и обсуждение

Наибольшие различия между источниками в падающем излучении были в ближнем инфракрасном (БИК) и длинноволновом диапазонах (таблица 1).NIR плохо поглощается листьями, поэтому поглощенная NIR составляла менее 30% поглощенной энергии PAR для всех источников.

Таблица 1. Падающее излучение, поглощенная доля и общее поглощенное излучение для каждого источника.

Поглощенное излучение было нормализовано к PPF 1000 мкмоль на м 2 в секунду для каждого источника излучения. Это не приводит к абсолютно одинаковой ФАР (в ваттах на м 2 ) из-за спектральных различий между источниками излучения. Полное поглощенное излучение для каждого источника показано жирным шрифтом.Температуру листьев поддерживали постоянной на уровне 25°С. Чистый длинноволновый обмен с нижними листьями или поверхностями принимался равным нулю.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0138930.t001

Внутренняя среда (светодиод, ДНаТ и теплица) имела чистое положительное длинноволновое излучение, а прибор ДНАТ был значительно выше, чем другие источники. Влияние УФ на поглощенное излучение составило менее 10% от поглощенной энергии ФАР для всех источников.

Влияние окружающей среды на разницу температур листьев и воздуха

Разница температур листьев и воздуха во всех сценариях радиации составляла менее 2 °C, за исключением случаев, когда параметры приближались к своим экстремальным значениям (рис. 4).Относительный порядок не изменился, независимо от условий окружающей среды: ДНаТ > солнце в теплице > светодиод > солнечный свет при ясном небе.

Смоделированные нами почти наихудшие условия (водяной стресс, высокая PPF и слабый ветер; рис. 5) увеличили различия между источниками освещения. Результаты показывают, что температура листьев в почти наихудших условиях может повышаться на 6–12 °C по сравнению с температурой воздуха в зависимости от сценария радиации.

Рис. 5. Расчетное влияние PPF на разницу между температурой листьев и температурой воздуха при четырех сценариях радиации в почти наихудших условиях водного стресса и слабого ветра.

Расчет основан на среднем измерении поглощения четырех видов. Различия между видами биологически незначимы.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0138930.g005

Различия в поглощении излучения

Между источниками наблюдались значительные различия в соотношении NIR и PPF, но длины волн NIR плохо поглощаются листьями (таблица 1), поэтому влияние NIR на температуру листа относительно невелико. Бланшар и Ранкл [13] обнаружили, что температура листьев равна 0.От 7° до 1,5°C ниже для окрашенного стекла, отражающего БИК, по сравнению с окрашенным стеклом с нейтральным отражением с аналогичными условиями PPF (около 1100 мкмоль / мкм 2 с ), хотя большая часть этой разницы Вероятно, это было связано с разницей в температуре воздуха, которая была в среднем на 0,8°C выше под нейтральной отражающей краской. Это также показывает, что, хотя NIR является значительным источником энергии, его влияние на отдельные листья невелико.

Длинноволновое излучение значительно варьировалось в зависимости от источника излучения и оказывало наибольшее влияние на температуру листа.Поскольку поступающее длинноволновое излучение в условиях ясного неба значительно меньше, чем излучение с потолка в контролируемых условиях, растения, выращенные на открытом воздухе, имеют более низкое поглощенное чистое излучение. Даже в пасмурные дни поступающее длинноволновое излучение в полевых условиях обычно ниже, чем в контролируемой среде.

Наш анализ включает в себя два наиболее эффективных светильника. Увеличение или уменьшение эффективности, вероятно, вызовет небольшие различия в исходном длинноволновом излучении, но влияние изменений в эффективности приспособления будет относительно небольшим по сравнению с эффектом различий между двумя технологиями.

Экстраполяция биофизических моделей для прогнозирования полевых характеристик

Простые измерения в сочетании с биофизическими моделями часто с уверенностью используются в крупномасштабных физиологических экспериментах, таких как использование ковариации вихрей и спутникового дистанционного зондирования для измерения потока скрытого тепла в экосистеме и чистого обмена в экосистеме. Основываясь на хорошо изученных основных принципах, простых измерениях, таких как температура воздуха, поглощение листьев, а также входящее и исходящее излучение, мы можем вывести более сложные взаимосвязи, такие как транспирация и температура листьев.Здесь мы сообщаем о смоделированных отношениях между условиями окружающей среды, устьичной проводимостью и температурой листа.

Влияние источника света на транспирацию

Повышенная температура листьев вызывает усиление транспирации. Когда поступающая радиация и поглощение радиации культурой одинаковы, скорость испарения культур в защищенной среде, таким образом, выше, чем у тех же культур в поле.

Однако в полевых условиях потеря воды за счет испарения с поверхности почвы может сделать комбинацию испарения и транспирации выше, чем комбинацию испарения и транспирации в контролируемой среде.Если убрать эффект поверхностного испарения и учесть транспирацию только листьев, то у культур в теплице уровень транспирации будет на 35% выше, чем у идентичных культур, выращенных в поле, исходя из параметров нашей модели.

На основе представленной нами модели и параметров по умолчанию (рис. 4) пониженная температура листа под светодиодными светильниками уменьшит испарение на 17% по сравнению с светильниками HPS. Это потенциально значительное снижение транспирации, но различия в поверхностном испарении между культурными системами обычно оказывают большее влияние на потребность растений в воде, чем тип лампы.Например, капельное орошение может уменьшить испарение с поверхности и снизить потребность растений в воде на 30–70 % как в теплицах, так и в поле [14].

Влияние повышенного содержания CO

2

В контролируемых средах часто добавляют дополнительный CO 2 , который может снизить устьичную проводимость на 10–40% [15, 16] и повысить температуру листа. Представленная модель показывает, что снижение устьичной проводимости на 30% в ответ на повышенный уровень CO 2 повысит температуру листа на 1°C во всех сценариях радиации.

Влияние источника света на температуру кончиков побегов

Температура кончиков побегов часто используется для прогнозирования времени цветения и темпов развития растений [17]. Наш подход к моделированию аналогичен тому, который использовали Shimizu et al. [5] и Faust и Heins [18] для прогнозирования температуры кончика побега, оба из которых обнаружили, что более 83% смоделированных значений находятся в пределах 1°C от измеренных значений. Поскольку наши модели похожи, выбор технологии освещения, скорее всего, повлияет на температуру кончиков побегов, время до цветения и развитие растений.

Влияние источника света на температуру плодов и цветов

Наш анализ почти наихудшего случая, вероятно, будет репрезентативным для цветов, фруктов и толстых, плотных частей растений с низким уровнем транспирации, включая такие ценные продукты, как помидоры, клубника и цветы конопли . Эти более толстые структуры поглощали бы больше радиации, чем тонкий лист. Наши измерения показывают, что в то время как только 63% коротковолнового излучения HPS поглощается первым листом, структура, в десять раз более продуманная, поглощает более 80%.Светодиодная технология может уменьшить нагрев этих толстых структур растений с низкой паропроницаемостью.

Выводы

Представленная модель показывает, что использование светодиодной технологии снижает температуру листьев примерно на 1,3°C по сравнению с технологией HPS в типичных условиях выращивания в помещении. Хотя это значительная разница для некоторых приложений, разница меньше, чем разница между листьями внутри и снаружи. Из-за различий в чистом длинноволновом излучении лист в контролируемой среде будет теплее, чем лист в поле при ясном небе, при условии равной PPF и аналогичных условиях окружающей среды.В условиях, когда листья выигрывают от обогрева, например, в теплице в прохладном климате, технология HPS более эффективно передает тепло навесам.

Благодарности

Мы благодарим Питера Нельсона, Саундру Роудс и Алека Хэя за их самоотверженную техническую работу.

Вклад авторов

Задумал и разработал эксперименты: JN BB. Выполняли опыты: Ю.Н. Проанализированы данные: JN BB. Предоставленные реагенты/материалы/инструменты для анализа: BB. Написал статью: JN BB.

Каталожные номера

  1. 1. Нельсон Дж. А., Багби Б. Экономический анализ освещения теплиц: светодиоды и газоразрядные светильники высокой интенсивности. ПЛОС ОДИН. 2014 июнь;9(6):e99010. Доступно по адресу: http://dx.plos.org/10.1371/journal.pone.0099010. пмид:24

    5
  2. 2. Бэйл М., Бэйл А., Дельмон Д. Микроклимат и транспирация тепличных культур роз. Сельскохозяйственная и лесная метеорология. 1994 г., октябрь; 71 (1–2): 83–97. Доступно по адресу: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0168192394
    5.
  3. 3. Kichah A, Bournet PE, Migeon C, Boulard T. Измерение и CFD-моделирование характеристик микроклимата и транспирации горшечных растений недотроги в теплице. Биосистемная инженерия. 2012 г., май; 112 (1): 22–34. Доступно по адресу: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1537511012000207.
  4. 4. Сегинер И. О ночном испарении тепличных роз под стеклянным или полиэтиленовым покрытием. Сельскохозяйственная метеорология. 1984 г., январь; 30 (4): 257–268. Доступно по адресу: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/00021571845.
  5. 5. Симидзу Х., Ранкл Э.С., Хейнс Р.Д. Стационарная модель для прогнозирования температуры кончиков побегов пуансеттии. Журнал Американского общества садоводческих наук. 2004;129(3):303–312.
  6. 6. Блонквист Дж. М., Норман Дж. М., Багби Б. Автоматическое измерение устьичной проводимости кроны на основе инфракрасной температуры.Сельскохозяйственная и лесная метеорология. 2009 г., декабрь; 149 (12): 2183–2197. Доступно по адресу: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S01681923029.
  7. 7. Видмозер П. Обсуждение уравнения Пенмана-Монтейта и его альтернатива. Сельскохозяйственное управление водными ресурсами. 2009 г., апрель; 96 (4): 711–721. Доступно по адресу: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0378377408002643.
  8. 8. Джонс ХГ. Растения и микроклимат: количественный подход к физиологии растений окружающей среды. Издательство Кембриджского университета; 2013.
  9. 9. Маккри К.Дж. Спектр действия, поглощение и квантовый выход фотосинтеза у сельскохозяйственных растений. Сельскохозяйственная метеорология. 1972;9(0):191–216. Доступно по адресу: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0002157171

    7.

  10. 10. Нода Х.М., Мотохка Т., Мураками К., Мураока Х., Насахара К.Н. Спектры отражения и пропускания листьев и побегов 22 видов сосудистых растений и спектры отражения стволов и ветвей 12 видов деревьев в Японии.Экологические исследования. 2014;29(2):111–111.
  11. 11. Кэмпбелл Г.С., Норман Дж.М. Введение в биофизику окружающей среды. Спрингер; 1998.
  12. 12. Монтейт Дж.Л., Ансворт М.Х. Принципы физики окружающей среды. 2-е изд. Эдвард Арнальд; 1990.
  13. 13. Бланшар М.Г., Ранкл Э.С. Влияние затеняющей краски, отражающей NIR, на условия теплицы, температуру растений, рост и цветение клумбовых растений. Сделки ASABE. 2010;53(3):939–944.
  14. 14. Лагерь КР. Подпочвенное капельное орошение: обзор. Сделки ASAE. 1998;41(5):1353–1367.
  15. 15. Эйнсворт Э.А., Роджерс А. Реакция фотосинтеза и устьичной проводимости на повышение уровня СО 2 : механизмы и взаимодействие с окружающей средой: реакция фотосинтеза и устьичной проводимости на повышение уровня СО 2 . Растение, клетка и окружающая среда. 2007 март; 30 (3): 258–270. Доступно по адресу: http://doi.wiley.com/10.1111/j.1365-3040.2007.01641.х.
  16. 16. Уиллер Р.М., Маковяк С.Л., Йорио Н.К., Сагер Д.К. Влияние CO 2 на проводимость устьиц: открываются ли устьица при очень высоких концентрациях CO 2 ? Анналы ботаники. 1999;83(3):243–251. Доступно по адресу: http://aob.oxfordjournals.org/content/83/3/243.short. пмид:11541549
  17. 17. Фауст Дж. Э., Хайнс Р. Д. Моделирование развития листьев африканской фиалки (Saintpaulia ionantha Wendl. ). Журнал Американского общества садоводческих наук.1993;118(6):747–751. Доступно по адресу: http://journal.ashspublications.org/content/118/6/747.short.
  18. 18. Фауст Дж. Э., Хайнс Р. Д. Моделирование температуры кончиков побегов в условиях теплицы. Журнал Американского общества садоводческих наук. 1998;123(2):208–214.

NWS JetStream — слои океана

Эпипелагическая зона

Этот поверхностный слой также называется зоной солнечного света и простирается от поверхности до 200 метров (660 футов).Именно в этой зоне находится большая часть видимого света. Со светом приходит нагрев от солнца. Этот нагрев обусловливает большие изменения температуры, происходящие в этой зоне как по широте, так и по сезонам.

Температура поверхности моря колеблется от 97°F (36°C) в Персидском заливе до 28°F (-2°C) вблизи Северного полюса.

Взаимодействие с ветром поддерживает перемешивание этого слоя и, таким образом, позволяет распределять солнечное тепло по вертикали. В основании этого слоя смешения находится начало термоклина.

Термоклин представляет собой область, где температура воды быстро снижается с увеличением глубины и переходным слоем между смешанным слоем на поверхности и более глубокой водой.

Типичный профиль температуры морской воды с увеличением глубины.

Глубина и сила термоклина меняется от сезона к сезону и от года к году. Он наиболее силен в тропиках и уменьшается до нуля в полярный зимний сезон.

Мезопелагическая зона

Ниже эпипелагической зоны находится мезопелагическая зона, простирающаяся от 200 метров (660 футов) до 1000 метров (3300 футов). Мезопелагическую зону иногда называют сумеречной зоной или средней зоной, поскольку солнечный свет на такой глубине очень слаб. Наибольшие изменения температуры в этой зоне, так как это зона с термоклином.

Из-за недостатка света именно в этой зоне у жизни начинает проявляться биолюминесценция.Глаза у рыб больше и, как правило, направлены вверх, скорее всего, они видят силуэты других животных (для еды) на фоне тусклого света.

Батипелагическая зона

Глубины от 1000 до 4000 метров (от 3300 до 13100 футов) составляют батипелагическую зону. Из-за постоянной темноты эту зону также называют полуночной зоной . Единственный свет на этой глубине (и ниже) исходит от биолюминесценции самих животных.

Температура в батипелагической зоне, в отличие от мезопелагиали, постоянна. Температура никогда не колеблется далеко от леденящих 39°F (4°C). Давление в батипелагической зоне является экстремальным и на глубине 13 100 футов (4000 метров) достигает более 5850 фунтов на квадратный дюйм! Тем не менее, кашалоты могут нырять на этот уровень в поисках пищи.

Абиссопелагическая зона

Абиссопелагическая зона (или абиссальная зона) простирается от 13 100 футов (4 000 метров) до 19 700 футов (6 000 метров).Это черный как смоль нижний слой океана.

Название (бездна) происходит от греческого слова, означающего «без дна», потому что они думали, что океан бездонен. На эту зону приходится три четверти площади глубоководного дна океана.

Температура воды постоянно близка к нулю, и на этих сокрушительных глубинах можно найти лишь несколько существ.

Хадалпелагическая зона

Самая глубокая зона океана, адальпелагическая зона простирается от 19 700 футов (6 000 метров) до самого дна на высоте 36 070 футов (10 994 метра) в Марианской впадине у побережья Японии.

Постоянная температура чуть выше точки замерзания. Вес всей воды над головой в Марианской впадине составляет более 8 тонн на квадратный дюйм.

Даже на самом дне существует жизнь. В 2005 году крошечные одноклеточные организмы, называемые фораминиферами, разновидностью планктона, были обнаружены в желобе Бездны Челленджера к юго-западу от Гуама в Тихом океане. Самая глубокая рыба, когда-либо найденная, Abyssobrotula galatheae , находилась в желобе Пуэрто-Рико на высоте 8 372 метра (27 460 футов).

Почему летом жарко, а зимой холодно?

« Вернуться на страницу Метеорология, Климатология

Ответить

Потому что земная ось наклонена.

Земля в начале каждого сезона. С веб-сайта Национальной метеорологической службы, Национального управления океанических и атмосферных исследований.

Все дело в наклоне земной оси. Многие люди считают, что температура меняется, потому что Земля ближе к солнцу летом и дальше от солнца зимой.На самом деле Земля дальше всего от Солнца в июле и ближе всего к Солнцу в январе!

Летом солнечные лучи падают на Землю под крутым углом. Свет не распространяется так сильно, что увеличивает количество энергии, попадающей в любое заданное место. Кроме того, длинный световой день дает Земле достаточно времени, чтобы достичь теплых температур.

Зимой солнечные лучи падают на Землю под небольшим углом. Эти лучи более рассредоточены, что сводит к минимуму количество энергии, попадающей в любое заданное место.Кроме того, длинные ночи и короткие дни мешают Земле нагреваться. Итак, у нас зима!

По часовой стрелке сверху слева:
Зима в Йеллоустонском национальном парке. Веб-сайт Службы национальных парков.
Сельская Алабама весной. Коллекция Кэрол М. Хайсмит, Библиотека Конгресса.
Соевые и кукурузные поля готовы к уборке в конце лета в округе Кэрролл, штат Индиана. Коллекция Кэрол М. Хайсмит, Библиотека Конгресса.
Долина реки Делорес в Колорадо осенью.Коллекция Кэрол М. Хайсмит, Библиотека Конгресса.

Опубликовано: 19.11.2019. Автор: Справочно-научный отдел Библиотеки Конгресса

.

Связанные веб-сайты

Дополнительное чтение

  • Азимов, Исаак. Путеводитель Айзека Азимова по земле и космосу . Нью-Йорк, Рэндом Хаус. 1991. 285 с. (Вопросы и ответы).
  • Кэмпбелл, Анн-Жанетт. Невероятная Земля Нью-Йоркской публичной библиотеки: книга ответов для детей .
  • Gutsch, William A. Jr. 1001 Вещи, которые каждый должен знать о вселенной .

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *