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人類眼睛對於可見光譜的感受度並非一致的,
而是在波長 555 nm 的黃綠色區域感受最強。
人類眼睛對於波長 430 nm 的藍光和波長 690 nm 的暗紅光,
敏感度只有百分之一(參見圖一和圖二)。
圖一:
圖二:
為了讓光學數據能表達出對人類的作用,
便將光譜中的輻射量 Xe,λ,
以人眼在日間視覺的光譜明亮感受度 V(λ) 來評估。
我們便得到了數值如每平方米的燭光(cd/qm)或光照強度 Lux。
如何進行評估?
光譜之輻射物理量 Xe,λ 的數值,
將和評估功能的數值 V(λ) 在 λ 的位置相乘,
並且在所期望的光譜範圍內相加,
然後把所獲得的數值再與常數 Km 相乘(參見圖三)。
在本評估當中,
Xe,λ 是單指的燈泡的輻射功率在波長 λ 時的量,
這個數值可由廠商所提供的燈泡資料圖表中讀取。
數學的算式寫起來如下:
這個光學數值和單位運用在植物上會有個問題,
光合作用的色素對於光照的反應和人眼完全不同。
葉綠素的吸收光譜在藍光和紅光的光譜區域是最大的,
而在之間則是最小的,
但此處卻又是人眼最敏感的區域(參見圖四)。
圖三:
圖四:
於是我們就決定了,
要以光合作用有效能量(PAR, Photosynthetic Active Radiation)來說明,
PAR 的單位有三種:
(1)在每單位面積每單位時間內,
介於波長 400 至 700 nm 光譜範圍內的照射光能。
單位為 PAR J/(s·m^2) 或 PAR W/m^2。
McCree 在 1972 年指出,
光子的數量表示方式,
比起光度計的測量值 Lux 或 Lumen,
是更好的光合作用效能測量方式。
底下的定義是用來計算光量子的。
一莫耳光子(6.022*10^23)稱為一愛因斯坦(Einstein),
愛因斯坦是光電效應的發現者,
因此以 E(Einsten)的單位來紀念他。
(2)由光源所送出在波長 400 至 700 nm 光譜範圍內的光子,
稱為光合作用光量子 PAR PPF(Photosynthetic Photon Flux),
單位是 μmol/s 或 μE/s。
(3)在單位面積所接受到波長 400 至 700 nm 光譜範圍內的光子,
稱為光合作用光量子密度 PAR PPFD (Photosynthetic Photon Flux Density),
單位是 μmol/(m^2*s) oder μE/(m^2*s)。
光合作用有效能量並不顧及光合作用器官的光子吸收,
所以並非如同圖四所顯示出來的曲線。
光合作用有效能量將每個光子一視同仁來計算,
可是植物對於對於不同的光子(也就是不同波長)之吸收能量其實並不相同。
我的想法於是形成,
為光合作用進行一次評估,
就如同光度計的測量是一樣的。
對於評估功能的選擇方面,
我是依據 2000 年三月德國工業標準(DIN, Deutsches Institut für Normung)所出版的 DIN 5031「視覺範圍的輻射物理與光學技術」中的第十部分「光合作用有效能量」。
文中包含了一個列表,
針對光照中不同波長對於光合作用的相對作用,
做出了整理。
作用最強者以數值 1 來表示,
圖五是我將列表數值以圖型的方式來表示。
對於這個準則我們要有個很清楚的認知,
這個曲線絕對不可套用至所有植物上的。
圖五:
因此我根據 DIN 5032-1 的光度計評估公式,
把光譜明亮感受度 V(λ) 以相對的光合作用感受度 s(λ)sy 來取代。
現在公式中還缺少的,
是類似針對人類眼睛的常數 Km。
不過對於只是在比較不同燈泡而言,
常數 Km 是無關緊要的。
對此我想到了一個方式,
姑且稱之為 syn。
我使用 syn/W 來取代 Km,
以保持正確的單位。
Ich danke Herrn Robert Miehle für die Zustimmung der chinesischen Übersetzungen.