城市夜间光污染

随着城市现代化进程的发展，城市光环境建设已经成为城市整体建设的一项重要内容，优秀的城市照明规划不仅能满足城市基础设施照明功能，提高人民居住质量，减少交通事故和犯罪行为的发生，更能够提升城市形象和品位，延长城市居民夜间活动时间，促进旅游业发展，带来城市夜景经济增长。但是当城市夜间照明对人和生态环境产生负面影响时就变成了光污染，同其他形式的城市污染一样会给城市的绿色可持续发展带来阻碍。城市夜间光污染问题的研究、预防和治理在近年来已经成为备受关注的全球性环境问题。

本书介绍了多种光污染产生的原理、我国城市光环境发展状态以及若干光污染监测方法，分别对城市夜天空发亮、溢散型光污染、动态干扰光等主要形式的光污染进行了理论研究、调查分析、测量分析与评价分析,并初步形成了光污染评价、检测技术指标和评价程序，为建立一个较为完备的光污染防治、监测和检测体系做了积极地探讨。对环境部门进行城市环境监测提供了良好的依据和方法。

本书分为7章，第1章绪论，介绍了什么是光污染，对其表现形式和发展动态进行了概述；第2章主要介绍夜天空发亮的原因与机理，以及天空发亮对天文观测的影响；第3章主要探究城市中的各种溢散光以及城市表面对光的反射特征；第4章借助新型技术手段，研究了遥感与地理信息系统在光环境监测中的应用；第5章介绍城市夜间光色环境立体观测与分布规律；第6章探讨了全天空光污染分布规律，分析了单色光与复合光对城市整体的影响；第7章是城市照明中光污染的评价指标与评价程序。

开展城市夜天空保护行动，提出城市夜间光污染问题的评价指标和程序，积极探讨如何建立一个立体的、全方位的城市夜间光环境观测方法和城市夜间光污染监测、防治体系。其目的是为城市夜间光环境的低碳运行以及保护城市夜间生态环境提供科学化的评价手段和规划方法，具有十分重要的意义和作用。本书内容涉及专业广泛，如建筑设计、城市规划、景观设计、环境科学、天文学等诸多专业；面向对象广泛，涉及上述专业的研究人员、设计人员、政府职能人员、企事业单位。

本书凝结了研究团队多年来对光污染的研究与总结，主要参与撰写的工作人员及分工如下：第1章由大连理工大学刘鸣、刘清源、栗一伟、马辉负责编写和审阅；第2章由大连理工大学刘鸣、唐建、于辉、杨鑫鑫负责编写和审阅；第3章由大连理工大学刘鸣、刘郁川、祝培生负责编写和审阅；第4章由中国水利水电科学研究院江威、中国科学院空天信息创新研究院焦伟利、刘慧婵、大连理工大学刘小双负责编写和审阅；第5、6章由东北大学张九红、大连理工大学张宝刚、李维珊、郭晓炜、郝庆丽负责编写和审阅；第7章由中国科学院空天信息创新研究院焦伟利、大连理工大学刘鸣、雒童、刘玥负责编写和审阅。

本书凝练了国家自然科学基金项目和国家重点研发计划项目政府间国际科技创新合作重点专项的研究成果。本书得到了国家自然科学基金项目（51678103）和国家重点研发计划项目政府间国际科技创新合作重点专项（2017YFE0125900）以及大连市人民政府资助出版。

城市夜间灯光污染监测在国内尚处于起步阶段，我们的研究也是进行了有益探索，但也不可避免存在一些不足之处，敬请专家、读者指正。此外，本书中引入的参考文献恕未一一列出，谨向有关作者致谢。

编著者

2021年7月

本书介绍了多种光污染产生的原理、我国城市光环境发展状态以及若干光污染监测方法，分别对城市夜天空发亮、溢散型光污染、动态干扰光等主要形式的光污染进行了理论研究、调查分析、测量分析与评价分析，并初步形成了光污染评价、检测技术指标和评价程序，为建立一个较为完备的光污染防治、监测和检测体系作了积极地探讨。对环境部门进行城市环境监测提供了良好的依据和方法。。本书内容涉及光学、建筑学、城市规划、景观设计、环境科学、天文学等诸多领域；面向对象广泛，适合上述各类专业的研究人员、设计人员、管理人员参考使用。

第1章 绪论 001

1.1 什么是光污染 002

1.2 光污染的表现形式 002

1.2.1 主要形式 002

1.2.2 其他形式 004

1.3 光污染对城市的影响 005

1.4 国际研究机构及主要成果 006

1.5 光污染研究发展动态 010

1.5.1 光污染理论模型研究 010

1.5.2 光污染图谱分析研究 011

1.5.3 地理信息系统在光环境中的应用 013

1.5.4 卫星遥感技术在光环境中的应用 014

1.5.5 光污染对沿海环境的影响 017

1.5.6 光污染对其他生态系统的影响 020

1.6 光污染防控对环境的意义 022

第2章 夜天空发亮的理论研究 025

2.1 夜天空发亮与大气散射 026

2.1.1 夜天空发亮的影响因素 028

2.1.2 夜天空亮度监测的技术和方法 037

2.2 夜天空发亮的理论模型 040

2.2.1 夜天空发亮的城市参量数值模型 040

2.2.2 夜天空发亮的散射数值模型 043

2.3 夜天空发亮对观测的影响 047

2.3.1 夜天空发亮的理论分析 047

2.3.2 夜天空发亮对天文观测的影响 049

2.3.3 夜天空的分类 049

第3章 城市照明中的光溢散 053

3.1 城市照明中光溢散的特点 054

3.1.1 城市光溢散现状 054

3.1.2 城市光溢散形式 056

3.1.3 城市人工光源溢散特征 056

3.2 灯具对光溢散防治的影响 059

3.2.1 灯具形式与光溢散防治 059

3.2.2 灯具安装与光溢散防治 062

3.3 城市表面对光污染的影响分析 063

3.3.1 城市表面的反射特性研究 063

3.3.2 被照面的表面颜色与光谱反射特性 066

第4章 遥感在光环境监测中的应用 070

4.1 夜光遥感卫星介绍 071

4.2 长时序DMSP/OLS夜光遥感卫星数据校正方法 075

4.2.1 模型建立 076

4.2.2 影像校正 077

4.3 我国城市人工夜光长时序遥感分析 078

4.3.1 线性趋势分析方法和夜间灯光指标构建 079

4.3.2 我国夜间灯光污染总体变化特征 079

4.3.3 我国夜间灯光污染分区变化特征 081

4.3.4 我国夜间灯光污染分省变化特征 083

4.3.5 全国重点城市光环境现状 085

4.4 珞珈一号夜光遥感卫星在城市人工夜光调查中的应用 090

4.4.1 珞珈一号夜间灯光数据源和影像预处理 090

4.4.2 珞珈一号探测室外夜光的能力评估 091

4.4.3 珞珈一号用于城市人工夜光源识别 094

4.4.4 珞珈一号用于大连市光环境分析 098

4.5 本章小结 107

第5章 城市夜间光污染立体监测 109

5.1 夜空层监测方案 110

5.1.1 夜空层监测背景 110

5.1.2 夜空层监测方法 111

5.2 夜空层亮度变化特征 111

5.2.1 典型晴朗夜天空光环境 112

5.2.2 夜天空光与月亮周期变化 118

5.2.3 夜天空光与云层影响 123

5.2.4 夜天空光与大气影响 130

5.3 立体空间夜间光色变化特征 138

5.3.1 立体空间的实测划分 138

5.3.2 立体空间光色变化特征 139

5.4 本章小结 146

第6章 全天空光污染分布规律 148

6.1 区域全天空光污染产生原因 149

6.2 区域环境单色光污染亮度监测 150

6.2.1 单色光污染监测方法 150

6.2.2 单色光亮度分布规律 151

6.3 区域全天空亮度分布规律 155

6.3.1 典型气象条件下全天空光污染实测分析 155

6.3.2 区域全天空光污染监测模型 157

6.3.3 亮度整体分布规律 159

6.3.4 亮度方向性规律 161

6.3.5 亮度轴线分布规律 164

6.3.6 亮度全色块分布 168

6.4 本章小结 169

第7章 城市照明中光污染评价研究 172

7.1 光污染的评价与监测指标 173

7.1.1 总体评价指标 173

7.1.2 监测技术指标 175

7.2 夜间光环境风险治理措施 178

7.2.1 城市管理策略 178

7.2.2 建筑设计策略 178

7.3 城市光污染分布可视化方法 181

参考文献 184

 随城市现代化进程的发展，城市光环境建设已经成为城市整体建设的一项重要内容，好的城市照明规划不仅能满足城市基础设施照明功能，提高人民居住质量，减少交通事故和犯罪行为的发生，更能够提升城市形象和品位，延长城市居民夜间活动时间，促进旅游业发展，带来城市夜景经济增长。但是当城市夜间照明对人和生态环境产生负面影响时就变成了光污染，同其他形式的城市污染一样会对城市的绿色可持续发展带来阻碍。城市夜间光污染问题的研究、预防和治理在近年来已经成为备受关注的全球性环境问题。

而这方面的研究在国内尚处于起步阶段，该书的出版将成为一种有益的探索。