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    學術論壇

    城市景觀照明光污染的產生、影響和治理

    發布時間:2022-10-25 09:50:30

    城市景觀照明光污染的產生、影響和治理

     

    何秉(天津市照明學會 天津300193)

     

      

    摘要 本文淺析了城市景觀照明光污染的定義、現象及產生導因、分類、危害與控制治理。明確指出,防治光污染是一項社會系統工程,應以防為主,防治結合。需要有關部門制訂必要的法律和規定,采取相應的防護措施,政府約束行為與檢測。

    鍵詞 照明 光污染 現象  危害 控制

     

     

     


     

    1. 前言

     

    隨著人們對健康光環境的重視,照明對生態環境影響的研究已在諸多國家深入開展, 生態健康照明將成為照明領域研究與應用的方向。特別是城市景觀照明的迅速發展,高強度氣體放電光源在城市照明中得以大量應用,照明功率越來越大,光效越來越高,夜景照明的對象范圍擴大,照明手段、照明方式的豐富多樣,照明時間延長,使得城市照明在原來功能照明的基礎上又有大幅度的提高。調研和調查測試結果表明,在功能照明和景觀照明中,近年完成的城市照明項目, 越來越多地出現超標與攀比的現象,都有不同程度的體現。城市照明的迅速發展與不斷提高,在產生許多積極意義的同時,也給城市光環境帶來不利的影響。如眩光、光(干擾、“光噪聲”、光逸散、天空發亮而使天文觀測能力下降等?!俺鞘泄馕廴尽币言诓煌?/span>領域,從不同角度提出,并越來越成為城市光環境中不容乎視的一個重要問題。

     

    2. 城市夜景光污染的定義

     

    光污染的廣義,是指過量的光輻射,包括可見光、紫外與紅外輻射對人體健康和人類生存環境造成的負面影響的總稱。

    本文所指城市景觀照明的光污染為夜間室外照明的光污染,是指建筑或構筑物的景觀照明、道路與交通照明、廣場或工地照明、廣告標志照明和園林山水景觀照明等所產生的溢散光、天空光、眩光和反射光形成的干擾光,“侵犯光”,“障害光”,對人體健康、交通運輸、天文觀察、動植物生長及生態環境等產生的負面影響或稱危害、光害的總稱。

    光污染問題最早于二十世紀三十年代由國際天文界提出,他們認為光污染是城市室外照明使天空發亮造成對天文觀測的負面的影響。后來英美等國稱之為“ 干擾光”,在日本則稱為“光害”。

    目前,國內外對于光污染并沒有一個明確的定義?,F在一般認為,光污染泛指影響自然環境,對人類正常生活、工作、休息和娛樂帶來不利影響,損害人們觀察物體的能力,引起人體不舒適感和損害人體健康的各種光。從波長十納米至一毫米的光輻射,即紫外輻射,可見光和紅外輻射,在不同的條件下都可能成為光污染源。

    廣義的光污染還包括一些可能對人的 視覺環境和身體健康產生不良影響的事物, 包括生活中常見的書本紙張、墻面涂料的反光甚至是路邊彩色廣告的“光芒”亦可算在此列,光污染所包含的范圍之廣由此可見一斑。在日常生活中,人們常見的光污染類型多為由鏡面建筑反光導致的行人與司機的 眩暈感,以及夜晚不合理燈光給人體造成的不適。

    與其它環境污染如“水、氣、聲、渣” 污染相比,人們對光污染的認識較晚。20 世紀 70 年代,國際上就對光污染問題引起了重視,開展了學術研究,提出了一些控制指標,如澳大利亞學者提出的對控制光干擾(污染)的光度參數最大值,包括垂直面照度(Ev)、燈具發射強度(I)、 限增量(TI)等;又如英國在限制區域光污染中控制不同區域向天空照射光線的比值UWLR,及進入窗戶的照度Ev、燈射向無用方向的光強I、以及建筑表明亮度(L)等指標。

    我國在此方面的研究較晚并且系統性不夠,我們認為,對城市夜景環境的光污染問題應進行入系統地研究。

     

    3. 城市“光污染”現象及導因分析

     

    3.1 城市“光污染”現象

     

    在我們常規的思維當中,每談到環境污染自然會想到水污染、大氣污染、噪聲污染、固體廢物污染這四大類污染。實際上,第五大污染“光污染”的危害不可忽視。有關專家指出,這一長期被人們忽視的污染源有可能成為 21 世紀直接影響人類身體健康的又一環境殺手。

    現象 1:天空變亮

          “天空變亮”、“大地變亮”成為全球普遍性的光環境問題。

          

     

     

    現象 2:垂直面照度(亮度)提高

    夜景照明使城市垂直面亮度大幅度提高, 路未做泛光照明的建筑表面照度:10-1101lx,

          已做泛光照明的建筑表面照度:101 ~ 103lx。

           國際照明委員會(CIE)雖有泛光照度標準,但超標者甚多?!傲炼扰时取?使城市垂直面照度進一步提高。

           現象 3:光逸散

           過多的室外光通照射到室內,影響人的正常工作與休息


     

    現象 4視野中的眩光

          城市夜晚的眩光源:車燈、路燈、燈箱廣告、建筑照明光源,無路燈情況下的車燈眩光, 有路燈情況下的車燈眩光,商業街中街燈太亮,并且匯聚在視覺中心,產生眩光。

          景觀燈具的眩光:太亮(反差太大), 角度太低。

       

    現象 5:色光干擾


    色彩斑駁的背景下的色辨識:

    在閃動的色光背景下識別交通信號燈, 造成識別困難。

    在亮背景下識別交通信號燈,造成識別困難。

    閃動的黃色信號燈與路燈交混不宜分辨; 路口導向不明顯。

    色彩與變幻的光環境下,人會有視覺不舒適。

    借用“噪音”的叫法,人們把那些對視覺、對人體有害的光叫“噪光”。噪光帶來的污染就叫光污染。國際上一般將光污染分成三類,即白亮污染、人工白晝和彩光污染。不少高檔商店和建筑物用大塊鏡面式鋁合金裝飾的外墻、玻璃幕墻等形成的光污染屬于白亮污染;夜間一些大酒店、大商場和娛樂場所的廣告牌、霓虹燈、大城市中設計不合理的夜景照明等,強光直刺天空,使夜間如同白日,這屬于人工白晝;舞廳、夜總會安裝的黑光燈、旋轉燈、熒光燈以及閃爍的彩色光源則構成了彩光污染。

    最近,意大利和美國的科學家研究小組通過研究衛星提供的有關全球居民區和工業區光污染降低夜空能見度的資料后發現,全球有 2/3 地區的居民看不到星光燦爛的夜空, 尤其在西歐和美國,高達 99%的居民看不到星空。昔日兒歌中的“星光照亮大地”的歌詞意義已不復存在,現在到處耀眼的路燈、建筑照明、燈箱廣告等造成的光污染使得人們在夜晚已難以看到美麗的星空。

    在我國,這種情況也不同程度地存在著, 越來越多的城市夜景絢麗多姿,然而夜景燈光在使城市變美的同時也給都市人的生活帶來一些不利影響。在繽紛多彩的燈光環境呆的時間長一點,人們或多或少會感覺對心理和情緒上的影響。刺目的燈光讓人緊張,人工白晝使人難以入睡,擾亂人體正常的生物鐘。人體在光污染中首當其沖受害的則是直接接觸光源的眼睛,光污染會導致視疲勞和視力急劇下降。同時,不適當的燈光設置對交通的危害更大,事故發生率會隨之而增加人工白晝還會傷害鳥類和昆蟲,強光可能破壞昆蟲在夜間的正常繁殖過程,許多依靠昆蟲授粉的植物也將受到不同程度的影響。

    夜間室外照明的光污染主要來源包括以下幾個方面:

    1. 建筑或構筑物夜景照明產生的溢散光和反射光。

    2. 各類道路照明產生的溢散光和反射光。

    3. 商業街以外地區的城市廣告標志照明產生的溢散光和眩光。

    4. 商業街的建筑物、店面和廣告標志照明,特別是高亮度的霓虹燈,投光燈廣告及燈箱廣告照明產生的溢散光、眩光和反射光, 比如燈箱廣告的畫面亮度遠遠超過規定的標準。

    5. 園林、綠地和旅游景點的景觀照明產生的溢散光和干擾光。

    6. 廣場、體育場館、工廠、工地、礦山、港口、碼頭及立交橋等大面積照明產生的溢散光、干擾光和反射光。

    引起光污染的主要原因還包括很多人為的因素:城市夜間室外功能和景觀照明發展的盲目性、無序性;部分城市或業主相互攀比,導致夜間照明越亮越好,亮度越來越高; 控制光污染的標準和規范不健全和實施力度不夠;夜景照明規劃、設計,特別是照明水平的確定,光源和燈具的選擇,照明布燈方案等沒有或不完全執行控制光污染的標準或規定及照明設施的管理制度和措施不健全等。

     

    4. 光污染的分類

     

    依據不同的分類原則,光污染可以分為不同的類型。

    國際上一般將光污染分成三類,即白亮污染、人工白晝和彩光污染。

    我國已故天津大學馬劍教授則根據 光污染的發生和造成影響的時間為分類 標準,將光污染分為“晝光光污染”和“夜光光污染”。白亮污染即屬于晝光光污染, 人工白晝和彩光污染則屬于夜光光污染。

    有些學者還根據光污染所影響的范圍的 大小將光污染分為“室外視環境污染”、“室內視環境污染”和“局部視環境污染”。其中,

    室外視環境污染包括建筑物外墻、室外照明等; 室內視環境污染包括室內裝修、室內不良的光 色環境等;局部視環境污染包括書簿紙張和某 些工業產品等。

    另外,激光污染也是光污染的一種特殊形式。由于激光具有方向性好、能量集中、顏色純等特點,而且激光通過人眼晶狀體的聚焦作用后,到達眼底時的光強度可增大幾百至幾萬倍,所以激光對人眼有較大的傷害作用。激光光譜的一部分屬于紫外和紅外范圍,會傷害眼結膜、虹膜和晶狀體。功率很大的激光能危害人體深層組織和神經系統。近年來,激光在醫學、生物學、環境監測、物理學、化學、天文學以及工業等多方面的應用日益廣泛,激光污染愈來愈受到人們的重視。

    紅外線近年來在軍事、人造衛星以及工業、衛生、科研等方面的應用日益廣泛,因此紅外線污染問題也隨之產生。紅外線是一種熱輻射,對人體可造成高溫傷害。較強的紅外線可造成皮膚傷害,其情況與燙傷相似, 最初是灼痛,然后是造成燒傷。紅外線對眼的傷害有幾種不同情況,波長為 7500~13000 埃的紅外線對眼角膜的透過率較高,可造成眼底視網膜的傷害。尤其是 11000 埃附近的紅外線,可使眼的前部介質(角膜、晶體等)不受損害而直接造成眼底視網膜燒傷。波長 19000 埃以上的紅外線,幾乎全部被角膜吸收,會造成角膜燒傷混濁、白斑。波長大于 14000埃的紅外線的能量絕大部分被角膜和眼內液所吸收,透不到虹膜。只是 13000 埃以下的紅外線才能透到虹膜,造成虹膜傷害。人眼如果長期暴露于紅外線可能引起白內障。

    紫外線最早是應用于消毒以及某些工藝流程。近年來它的使用范圍不斷擴大,如用于人造衛星對地面的探測。紫外線對人體主要是傷害眼角膜和皮膚。造成角膜損傷的紫外線主要為 2500~3050 埃部分,而其中波長為 2880 埃的作用最強。角膜多次暴露于紫外線,并不增加對紫外線的耐受能力。紫外線對角膜的傷害作用表現為一種叫做畏光眼炎的極痛的角膜白斑傷害。除了劇痛外,還導致流淚、眼瞼痙攣、眼結膜充血和睫狀肌抽搐。紫外線對皮膚的傷害作用主要是引起紅斑和小水皰,嚴重時會使表皮壞死和脫皮。人體胸、腹、背部皮膚對紫外線最敏感,其次是前額、肩和臀部,再次為腳掌和手背。不同波長紫外線對皮膚的效應是不同的,波長2800~3200 埃和2500~2600 埃的紫外線對皮膚的效應最強。

    眩光污染也是一個不可忽視的類型。汽車夜間行駛時照明用的頭燈,廠房中不合理的照明布置等都會造成眩光。某些工作場所, 例如火車站和機場以及自動化企業的中央控制室,過多和過分復雜的信號燈系統也會造成工作人員視覺銳度的下降,從而影響工作效率。焊槍所產生的強光,若無適當的防護措施,也會傷害人的眼睛。長期在強光條件下工作的工人(如冶煉工、熔燒工、吹玻璃工等)也會由于強光而使眼睛受害。

     

    5. 光污染的危害

     

    5.1 破壞夜空環境,嚴重影響天文觀測

     

    據美國一份最新的調查研究顯示,夜晚的華燈造成的光污染已使世界上五分之一的人對銀河系視而不見。這份調查報告的作者之一埃爾維奇說“許多人已經失去了夜空, 而正是我們的燈火使夜空失色”。他認為, 現在世界上約有三分之二的人生活在光污染里。在遠離城市的郊外夜空,可以看到兩千多顆星星,而在大城市卻只能看到幾十顆。光污染的問題早已引起人們的關注。美國還成立了國際黑暗夜空協會,專門與光污染作斗爭。

    據研究,自然夜空亮度只要增加十倍, 人們不僅會失去了繁星點點的美麗夜空,而且對天文觀測也造成嚴重的影響。夜空亮度升高,致使望遠鏡儀器系統的觀測能力下降。以致國內外不少地區,特別是那些所謂不夜城地區無法進行天文觀測,迫使原有的天文臺搬遷新址。

     

    5.2 干擾人的生理節律,危害人體健康

     

    當太陽光照射強烈時,城市里建筑物的玻璃幕墻、釉面磚墻、磨光大理石和各種涂料等裝飾反射光線,明晃白亮、眩眼奪目。專家研究發現,長時間在白色光亮污染環境下工作和生活的人,視網膜和虹膜都會受到程度不同的損害,視力急劇下降,白內障的發病率高達 45%。還使人頭昏心煩,甚至發生失眠、食欲下降、情緒低落、身體乏力等類似神經衰弱的癥狀。據測定,舞廳、夜總會安裝的黑光燈、旋轉燈、熒光燈以及閃爍的彩色光源構成了彩光污染。黑光燈所產生的紫外線強度大大高于太陽光中的紫外線, 且對人體有害影響持續時間長。人如果長期接受這種照射,可誘發流鼻血、脫牙、白內障,甚至導致白血病和其他癌變。彩色光源讓人眼花繚亂,不僅對眼睛不利,而且干擾大腦中樞神經,使人感到頭暈目眩,出現惡心嘔吐、失眠等癥狀??茖W家最新研究表明,彩光污染不僅有損人的生理功能,還會影響心理健康。

    噪光污染正在損害嚴重損害著人們的眼睛。各種眼疾,特別是近視比率迅速攀升。據統計,我國高中生近視率達 60%以上,居世界第二位。為此,我國每年都要投入大量資金和人力用于對付近視,見效卻不大,原因就是沒有從改善視覺環境這個根本入手。有關衛生專家認為,視覺環境是形成近視的主要原因。

    隨著城市建設的發展和科學技術的進步, 日常生活中的建筑和室內裝修采用鏡面、瓷 磚和白粉墻日益增多,近距離讀寫使用的書 簿紙張越來越光滑,人們幾乎把自己置身于 一個“強光弱色”的“人造視環境”中。據 科學測定:一般白粉墻的光反射系數為 69- 80%,鏡面玻璃的光反射系數為 82-88%, 特別光滑的粉墻和潔白的書簿紙張的光反射 系數高達 90%,比草地、森林或毛面裝飾物面高 10 倍左右,這個數值大大超過了人體所能承受的生理適應范圍,構成了現代新的污 染源。經研究表明,噪光污染可對人眼的角 膜和虹膜造成傷害,抑制視網膜感光細胞功 能的發揮,引起視疲勞和視力下降。

    過度照明主要是對能源的無意義使用造成的浪費。美國每天由于“過度照明”所浪費掉的能源相當于 200 萬桶石油!過強的光源影響了人的日常休息,夜間的燈火讓人難以入睡。

     

    5.3 對動植物的影響

     

    夜幕降臨后,商場、酒店上的廣告燈、霓虹燈閃爍奪目,令人眼花繚亂。有些強光束甚至直沖云霄,使得夜晚如同白天一樣, 即所謂人工白晝。人工白晝還會傷害鳥類和昆蟲,強光可能破壞昆蟲在夜間的正常繁殖過程。研究表明,除極少數在夜間活動的動物外,大多數動物在晚上安靜不動,不喜歡強光照射??墒且归g室外照明產生的天空光、溢散光、干擾光和反射光往往把動物生活和休息環境照得很亮,打亂了動物晝夜生活的生物鐘的節律,使之不能入睡和休息。對野生動物和魚類動物,除了可見光影響外,照明器具發射出輻射能量對動物生活和成長也有影響。例如, 動物吸收照明輻射能量后,不僅引起溫度變化, 而且動物細胞的電場和生活也會發生變化。當金魚放入磁場中,磁場強度越強,魚就越不想吃魚鉺。不均勻的光照會導致植物出現黃化現象或者扁冠,破壞植物生存的自然規律,擾亂了他們的“植物鐘”?!耙归g強烈的燈光導致如‘一點紅’等短日照植物不會開花結果。夜間照明對植物開花周期也會產生影響,導致花期提前或延后。另外,夜間照明也會不同程度地影響植物其他生物規律。植物在白天利用陽光進行光合作用,但是在夜間也需要休息。光周期的變化在調節植物種子萌發、幼苗生長、莖的伸長、子葉伸展,直至開花控制、休眠等都起著關鍵性的作用。

     

    5.4 對交通的影響

     

    不同種類的光源混雜在一起,將嚴重影響被動接受者。并且可能導致車禍。更可怕的是,對于夜間飛行的飛行員,需要花精力在這些各式各樣的光芒中尋找、辨認航空信號燈。從而引發交通事故。特別是眩光對汽車或火車的司機的視覺作業造成不良的影響, 黑暗中的強光也會使行人或者駕駛員短暫性“視覺喪失”,降低司售人員的工作效率, 甚至引發交通事故;對旅客的正常的視覺活動,如走路、識辨路標、路障及周圍環境狀況等也會造成影響;此外就是影響為交通運輸作業提供視覺信息的信號燈、燈塔和燈光標志等的正常工作,降低其工作效能。

     

    5.5 對城市環境和氣候的影響

     

    城市照明在美化城市的同時,也消耗了大量資源,并對城市環境造成嚴重的污染和負面影響。當大量室外照明開放時,在客觀上提高了地面氣流的上升速度。各種熱源對氣流加熱,并和大氣中的 CO結合,隨之上升到空中,形成氣云和“溫室效應”,最后導致城市氣候異常情況的發生。對生態環境產生破壞。

     

    6. 城市夜景光污染的控制與治理

     防治光污染應是以防為主,防治結合。各國對于光污染關注程度不同,法律約束差別也非常大。在歐美許多國家,曾經有過城市亮化的興盛期,亮化之后察覺到了危害,接受了深刻的教訓。在歐美和日本,光污染問題早已引起人們的關注,美國還成立了國際黑暗夜空協會,專門與光污染做斗爭。

    我國應大力宣傳過強的燈光所產生光污染的危害,提高人們防治光污染的意識,引起有關政府部門制定相關決策和景觀照明設計工作人員的重視。盡快著手制訂我國防治光污染的標準和規范,同時建議在國家或地區性環境保護法規中增加防治光污染內容。

    要建立和健全監管機制,認真做好防治光污染監督與管理工作。為此,有關城建、環保和夜景照明建設管理部門要建立相應制度,制訂相應的管理和監控辦法,做好夜景工程的光污染審查、鑒定和驗收工作。

    要把好光源與燈具的設計與使用關。利用燈具抑制不舒適眩光是創造愜意的高品質環境的重要舉措之一。應選用具有防眩光功能的燈具。采用先進的光學和照明原理優化設計,光線柔和,照度均勻,無重影,無刺眼,能有效地避免產生不適和疲勞感。要教育人們科學地合理使用燈光,在設計方案上,應合理選擇光源;合理的確定照度、亮度指標。

    夜景照明美化城市、豐富夜生活的同時, 城市管理者在城市規劃中要立足生態環境的協調統一,對廣告牌和霓虹燈應加以控制和科學管理,在建筑物和娛樂場所周圍,要多植樹、栽花、種草和增加水面,以便改善光環境,注意減少大功率強光源,力求使我們的城市風貌和諧自然,讓人們能夠生活在一個寧靜、舒適、安全、無污染、無公害的優美環境中。

     

    7. 結語


     城市景觀照明已經進入了一個全新的歷史階段。從“亮化”到“靚”化,直至今日的“量化”,是形勢發展的必然,也是照明設計實踐成果與經驗的積累。城市夜景照明要突出重點,不能把夜景照明簡單理解為地毯式的城市全部亮化,要注重“點”與“面” 的結合。應放棄“不夜城”理念和反思“光污染”危害。國外許多城市的夜景照明,總的感覺不是亮化,而是“暗化”。一個城市全亮不如幾個點亮,但“點亮”,也要亮得有依據,以人居是否適宜和與城市文化是否合拍為前提。商業街不一定非要搞成“燈光隧道”,這會使購物者有一種站在舞臺上的不自在。應有意消除一種浮華和煩躁的燈紅酒綠,給購物者一種樸實無華的“回家”感受。美麗星空是我們的寶貴自然資源,照明行業的可持續發展絕對不應以犧牲暗天空環境為代價, 同時低碳經濟也要求我們每個照明人為此做出不懈努力。保護夜空環境,防治光污染, 倡導綠色照明,我們可以做到!

     

     

         參考文獻

    [1] 《夜間室外照明光污染及其防治》 肖輝乾“照明科技論壇”(天津)2003 四直轄市學術會議

    [2] 《城市景觀照明光污染小析》 何秉云 2012 第四屆中國光文化照明論壇(天津)

     


     





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