自人类发明电灯开始，各种各样的人造光源照亮了夜空，给人类的生活和生产提供了极大的便利，成为了现代文明的象征之一。然而，在给人类带来光明的同时，人工照明也产生了新的环境问题——夜间光污染。国际暗夜组织将光污染定义为“不合适的或者过度使用的人工照明，对人类、野生动物和气候有着严重的环境后果”^[1]。随着现代科技与经济的发展，各种各样的人造光源数量迅速增加，光污染逐渐成为传统的大气污染、水污染、固体废弃物污染以及噪声污染之外的另外一种环境污染，并且变得越来越严峻，已成为“最迅速增加的改变自然环境的问题之一”^[2]。

近年来，我国十分重视生态环境保护和生态文明建设^[3]，但夜间光污染作为环境问题，尚未得到足够重视，缺少夜间光污染的监测和防治措施。为了推进生态环境保护、建设美丽中国，需要提高对于夜间光污染危害的认知，大力开展夜间光污染的监测和管控，营造出人与自然和谐发展的夜间光环境。

1 夜间光污染的危害 1.1 对天文观测的影响

最早认识到光污染问题的是天文学家^[4]。夜晚的人工光源经过大气散射，造成了夜间天空亮度的升高，对天文台的观测工作造成困扰。20世纪70年代天文界首先提出了光污染的概念，并将天文台从城市搬迁到了光污染轻微的偏远地区^[4]。除了天文学家之外，夜间光污染降低了夜间的能见度，影响了人们对夜间星空的观察，甚至已很难见到满天星辰，造成这样后果的主因除了雾霾等大气污染外，光污染也是重要的干扰因素。研究表明，全世界80%的人生活在光污染的环境下，有1/3的人看不到银河^[5]。

1.2 对人类健康的影响

夜间光污染不仅阻碍人类对夜空的观测，而且对人类的健康也有一定影响。可见光的污染会伤害人的眼睛，长期受到强光刺激会带来视网膜伤害，导致视力下降，严重地会灼伤皮肤。夜间过于明亮的环境会干扰人类的生物钟，降低褪黑素的分泌，导致一系列的生理和心理问题，包括睡眠质量下降^[6]、情绪低落、焦虑^[7]、代谢紊乱^[8]、体重增加^[9]、白内障和癌症等发病率的提高等^[10]。不合理的夜间照明也会造成交通安全的隐患，过于明亮的照明环境会对司机的视觉造成不良影响，引起视觉疲劳，降低交通安全性，甚至引发交通事故^[11]。

1.3 对生态环境的影响

人工照明改变了夜间黑暗的自然环境，影响了动物的繁殖、生长发育和迁徙等。研究表明，昆虫、鸟类、哺乳动物、两栖动物乃至鱼类等都会受到光污染的不良影响^[12-14]。以海龟为例，澳大利亚、以色列和美国的研究表明人工光源会影响母龟的产卵行为，并导致刚孵化的小海龟迷失方向，使其无法顺利返回大海^[15-17]。光污染同样会扰乱植物的昼夜节律，在一定程度上光对植物的影响比气温更大，影响其发芽、开花、休眠、落叶等行为，进而影响到生态系统的平衡^[12]。

1.4 对资源能源的影响

多余或者不必要的夜间照明还造成了电力的过度消耗，造成了能源的浪费，与节能减排的政策相背离。据国际暗夜组织估算，由于不合适的照明方案导致美国约30%的户外照明被白白浪费，造成了每年33亿美元的浪费以及2 100万t二氧化碳(CO₂)的排放^[18]。各种照明设备排放的热量也造成了温度升高，导致城市“热岛效应”。考虑到我国火电占比超过60%^[19]，我国发电过程产生的CO₂、二氧化硫(SO₂)等污染物对大气的影响也不容忽视。

2 夜间光污染的监测方法 2.1 实地测量

实地测量主要是利用照度计、数码相机等设备获取特定观测地点的夜间亮度信息。Unihedron公司生产的夜空质量仪(SQM)具有灵敏度高的优点，在夜间光污染观测中得到了广泛应用。Kyba等^[20]利用SQM在德国柏林开展了夜空亮度观测，并分析了云覆盖对于城市夜间光污染的影响。中国香港建设了一个由18个观测站点所构成的夜空亮度观测网，在每个站点布设1台SQM对附近光污染情况进行业务化检测^[21]。Dobler等^[22]利用一台数码相机对美国曼哈顿同一个地点拍了22个夜晚的70 560张照片，基于这些照片分析了该地区夜间光照强度的变化。除了定点观测以外，将照度计和GPS设备结合起来可以开展移动观测，获取观测路线上的光污染信息。Katz等^[23]将3台SQM固定在自行车上开展移动观测，获取了以色列耶路撒冷市几条典型路线上的夜空亮度信息。其他学者在西班牙马德里市、澳大利亚珀斯市、中国台湾省台中市利用SQM开展了移动观测^[24-26]。我国也开展了一些夜间光污染监测，但是都未使用SQM仪器。陈亢利等^[27]利用TES-1332A照度计对苏州市区几个代表性区域夜间环境照度进行了观测，发现商业区存在过度照明的状况，夜间光污染比较严重。王东等^[28]利用CL-200A型亮度计对深圳市典型公众活动区域的夜间光照度进行了观测，结果表明监测的区域存在不同程度的光污染。实地观测具有准确可靠的优点，但是只能开展点尺度的观测，而夜间光照环境具有空间差异明显的特点，仅仅依靠实地观测无法获取准确的空间分布信息。

2.2 遥感监测

卫星遥感的发展为夜间光污染监测提供了一条新的途径，几种典型夜光遥感传感器的技术参数见表 1。美国DMSP卫星搭载的OLS传感器能够在夜间探测到地表微弱的亮光，因而能够被用于监测大尺度夜间亮度的空间分布。Cinzano等^[29]利用DMSP/OLS数据绘制了第一张全球尺度的人造夜空亮度地图，揭示了世界各地光污染的程度。Bennie等^[30]利用DMSP/OLS数据研究了1995—2010年期间欧洲的光污染时空变化趋势。此外，西班牙、意大利希腊等地也都基于DMSP/OLS数据开展了光污染监测研究^[31-33]。2012年，美国NPP卫星搭载的新一代的夜光遥感传感器VIIRS投入使用。相比于DMSP/OLS(空间分辨率5 km，辐射分辨率6位)，NPP/VIIRS具有更高的空间分辨率(750 m)和辐射分辨率(14位)，能够更好地监测夜间灯光的分布状况^[33]。Rybnikova等^[34]基于DMSP/OLS和NPP/VIIRS分析了以色列光污染程度与乳腺癌发病率之间的关系，结果表明NPP/VIIRS与乳腺癌发病率的相关性明显高于DMSP/OLS。Falchi等^[5]基于NPP/VIIRS数据绘制了新的全球尺度人造夜空亮度地图。李旭文等^[35]基于NPP/VIIRS数据分析了江苏区域夜间灯光强度与经济、人口的关系。我国武汉大学研制的“珞珈一号”夜光遥感卫星，于2018年6月2日成功发射升空，其搭载的夜光遥感传感器分辨率将达到130 m，能够为光污染监测提供更好的遥感数据源。

相比于实地观测，遥感观测的准确性略有不足，但是能够提供宏观范围的夜间光污染空间分布细节。两者相互结合起来，优势互补，能够更全面有效地对夜间光污染进行监测和评价。此外，还可以通过飞机或者无人机搭载高分辨率相机开展更细致的夜间光污染航空调查。与卫星遥感观测相比，航空遥感观测成本高、限制多，但是能够获取分辨率远高于卫星遥感的夜间灯光数据。已有学者在德国柏林市和英国伯明翰市开展了夜间人工照明的航空遥感观测实验，获得了很好的观测效果^[36-37]。

2.2.1 基于DMSP/OLS数据光污染监测

DMSP/OLS夜间灯光数据主要有3种产品：稳定灯光数据、辐射标定夜间灯光强度数据、非辐射标定夜间灯光强度数据。其中使用最广泛的是全球稳定灯光产品，是标定夜间平均灯光强度的年度栅格影像，较真实反映人类生产和消费活动，但该数据要经过校正才能使用^[31]。校正后可通过大尺度范围灯光变化动态数据，监测城市光污染强度及进行时空分析。

2.2.2 基于NPP/VIIRS数据光污染监测

VIIRS专门设计了可以观测区域夜间灯光的DNB波段^[35]，可利用DNB波段获取的DN值数据，经过辐射定标、地理重定位、背景噪声值去除等预处理后得到夜间辐亮度，从而开展光污染研究，也可根据美国国家地球物理数据中心制作的月度夜间灯光影像集进行分析。

2.2.3 基于珞珈一号数据光污染监测

通过获取的影像经过几何精校正、裁切、掩膜和辐射定标等预处理工作，得到区域夜间辐射亮度遥感影像，根据实测光照度与遥感辐亮度之间的关系，基于一元线性模型、二阶多项式模型、三阶多项式模型、指数模型和对数模型等夜间照度遥感反演模型得到研究区域夜间光照度空间分布图，从而分析光污染空间分布特征，重点分析光污染程度较重的区域，以及其对居民区的影响。

3 光污染的防治措施 3.1 完善法律法规

与欧美及日本等发达国家相比，我国在光污染立法方面比较滞后。在国家层面，缺乏环境保护领域的变化光污染防治法律法规，只有住建部发布的照明设计行业标准中针对光污染防治作了一些要求。但是，照明行业的行业标准对于夜间光污染的防治缺乏针对性和强制性。一些省市(如山东、上海、江西等)制定的地方环境保护条例中对控制光污染也作了一些规定，但是缺乏具体管理措施和配套的管理规章，导致可操作性欠缺^[38]。为了保护人体健康、改善人居环境和生态环境，需要尽快着手制定相关法律法规和技术标准，将光污染纳入环境保护相关法律的范畴，通过立法来规范人们和相关机构的行为。

3.2 开展监测和评价

我国光污染统计数据极其匮乏，导致很难对夜间光污染状况进行准确的评价。国内目前夜间光污染监测与研究工作开展得很少，而且主要是由建筑领域的机构开展，生态环境领域的机构需要加强这方面的工作，将光污染纳入生态环境监测范畴。通过实地调查与遥感观测相结合的方式，大力开展夜间光污染的监测工作，获取各个城市夜间光污染的准确和详细资料。在此基础上，制定科学合理的评价体系，对各个城市夜间光污染现状进行评价，为夜间光污染的防治和应对提供科学参考。

3.3 健全监管体系

我国在光污染方面还没有责权明确的监管体系，导致光污染难以进行有效的日常监管。为了对夜间光污染进行有效的监督管理，需要建立完备的监管体系，明确与光污染相关的管理部门，如生态环境部门、城建部门和规划部门等的职责和责任，建立相应的管理监控办法和执法程序，开展户外夜间照明监督管理。

为了防治夜间光污染，可采取的管理措施包括：(1)加强夜间光污染管理制度，对于不合理的夜间照明进行管理和控制；(2)合理规划夜间照明，根据城市区位的性质和功能进行环境亮度分区，对不同分区制定不同的光环境标准，除了少数重要景观区之外，尽可能限制“灯光亮化”工程和商业照明的亮度；(3)提高绿化率，树木可以有效减缓光污染的强度，减少光污染的影响；(4)在户外灯具生产和采购方面进行监督和控制，采用科学的照明灯具和智能灯具等。

3.4 推动宣传和教育

目前人们普遍没有认识到夜间光污染的危害，甚至未将其看作为一种环境问题。因此需要加强夜间光污染的宣传和教育，在学校课堂中增加有关“光污染”的教学内容，并且通过网络、手机、电视、广播等多种媒介向民众进行光污染科普宣传。通过宣传提升公众对于夜间光污染的认知和理解，使得大家能够认识到光污染的危害，采取措施降低夜间光污染的影响，比如关灯睡觉(尤其是婴儿)、采用遮光性好的窗帘、举报不合理的户外照明设施等，从自身做起营造合适的夜间光照环境。

4 结语

夜间光污染是伴随着科技与社会发展产生的一种新的环境问题，正影响着人们的生活和生态环境，并且呈现出加剧的趋势。目前，政府和公众对于夜间光污染的认识还不足，光污染尚没有被真正纳入环境保护工作的范畴。为了保护身体健康、改善人居环境和生态环境，需要大力发展遥感与地面监测手段相结合的夜间光污染监测与评价技术，切实开展夜间光污染的监测和防治工作，营造人与自然和谐发展的夜间环境，建设美丽中国。