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光污染

  光污染包括一些可能对人的视觉环境和身体健康产生不良影响的事物,包括生活中常见的书本纸张、墙面涂料的反光甚至是路边彩色广告的"光芒"亦可算在此列,光污染所涉及的范围之广由此可见一斑。在日常生活中,人们常见的光污染的状况多为由镜面建筑反光所导致的行人和司机的眩晕感,以及夜晚不合理灯光给人体造成的不适感。

 

光污染

 

  基本信息


  一、简介

  光污染的定义:

  1、过量的光辐射对人类生活和生产环境造成不良影响的现象。包括可见光、红外线和紫外线造成的污染。

  2、影响光学望远镜所能检测到的最暗天体极限的因素之一。通常指天文台上空的大气辉光、黄道光和银河系背景光、城市夜天光等使星空背景变亮的效应。

  光污染问题最早于二十世纪三十年代由国际天文界提出,他们认为光污染是城市室外照明使天空发亮造成对天文观测的负面的影响。后来英美等国称之为“干扰光”,在日本则称为“光害”。

  光污染泛指影响自然环境,对人类正常生活、工作、休息和娱乐带来不利影响,损害人们观察物体的能力,引起人体不舒适感和损害人体健康的各种光。人的眼睛由于瞳孔的调节作用,对于一定范围内的光辐射都能适应,但光辐射增至一定量时,将会对于人体健康产生不良影响,这称为“光污染”。从波长十纳米至一毫米的光辐射,即紫外辐射,可见光和红外辐射,在不同的条件下都可能成为光污染源。

  二、分类

  依据不同的分类原则,光污染可以分为不同的类型。

  国际上一般将光污染分成4类,即白亮污染、眩光污染、人工白昼和彩光污染。

 

光污染

 

  危害


  一、使夜空失色

  据美国一份最新的调查研究显示,夜晚的华灯造成的光污染已使世界上五分之一的人对银河系视而不见。 这份调查报告的作者之一埃尔维奇说:“许多人已经失去了夜空,而正是我们的灯火使夜空失色”。他认为,现在世界上约有三分之二的人生活在光污染里。

  在远离城市的郊外夜空,可以看到两千多颗星星,而在大城市却只能看到几十颗。

  在欧美和日本,光污染的问题早已引起人们的关注。美国还成立了国际黑暗夜空协会,专门与光污染作斗争。

  二、损害眼睛

  近视与环境有关,人们都知道水污染、大气污染、噪声污染对人类健康的危害,却没有发觉身边潜在的威胁--噪光污染,正严重损害着人们的眼睛。

  近年来,环境污染日益加剧。无数悲剧的发生,让人们越来越懂得环境对人类生存健康的重要性。人们关注水污染、大气污染、噪声污染等,并采取措施大力整治,但对光污染却重视不够。其后果就是各种眼疾,特别是近视比率迅速攀升。据统计,我国高中生近视率达60%以上,居世界第二位。

  如果长时间受强光刺激,会导致视网膜水肿、模糊,严重的会破坏视网膜上的感光细胞,甚至使视力受到影响。“光照越强,时间越长,对眼睛的刺激就越大。”建筑物的玻璃幕墙就像一面巨大的镜子,反射光进入高速行驶的汽车内,会造成人突发性暂时失明和视力错觉,易导致交通事故的发生。

  为此,我国每年都要投入大量资金和人力用于对付近视,见效却不大,原因就是没有从改善视觉环境这个根本入手。有关卫生专家认为,视觉环境是形成近视的主要原因,而不是用眼习惯。

  据有关专家介绍,视觉环境中的噪光污染大致可分为三种:一是室外视环境污染,如建筑物外墙;二是室内视环境污染,如室内装修、室内不良的光色环境等;三是局部视环境污染,如书簿纸张、某些工业产品等。

  随着城市建设的发展和科学技术的进步,日常生活中的建筑和室内装修采用镜面、瓷砖和白粉墙日益增多,近距离读写使用的书簿纸张越来越光滑,人们几乎把自己置身于一个“强光弱色”的“人造视环境”中。

  目前,很少有人认识到噪光污染的危害。据科学测定:一般白粉墙的光反射系数为69-80%,镜面玻璃的光反射系数为82-88%,特别光滑的粉墙和洁白的书簿纸张的光反射系数高达90%,比草地、森林或毛面装饰物面高10倍左右,这个数值大大超过了人体所能承受的生理适应范围,构成了现代新的污染源。经研究表明,噪光污染可对人眼的角膜和虹膜造成伤害,抑制视网膜感光细胞功能的发挥,引起视疲劳和视力下降。

  据有关卫生部门对数十个歌舞厅激光设备所做的调查和测定表明,绝大多数歌舞厅的激光辐射压已超过极限值。这种高密集的热性光束通过眼睛晶状体再集中于视网膜时,其聚光点的温度可达到摄氏70度,这对眼睛和脑神经十分有害。它不但可导致人的视力受损,还会使人出现头痛头晕、出冷汗、神经衰弱、失眠等大脑中枢神经系统的病症。

  三、彩光污染

  科学家最新研究表明说,彩光污染不仅有损人的生理功能,而且对人的心理也有影响。“光谱光色度效应”测定显示,如以白色光的心理影响为100,则蓝色光为152,紫色光为155,红色光为158,黑色光最高,为187。要是人们长期处在彩光灯的照射下,其心理积累效应,也会不同程度地引起倦怠无力、头晕、性欲减退、阳痿、月经不调、神经衰弱等身心方面的病症。

  视觉环境已经严重威胁到人类的健康生活和工作效率,每年给人们造成大量损失。为此,关注视觉污染,改善视觉环境,已经刻不容缓。

  四、人工白昼

  人工白昼夜幕降临后,商场、酒店上的广告灯、霓虹灯闪烁夺目,令人眼花缭乱。有些强光束甚至直冲云霄,使得夜晚如同白天一样,即所谓人工白昼。在这样的“不夜城”里,夜晚难以入睡,扰乱人体正常的生物钟,导致白天工作效率低下。还可伤害昆虫和鸟类、因为强光可破坏夜间活动昆虫的正常繁殖过程。[2]同时,昆虫和鸟类可被强光周围的高温烧死。

  光污染还会破坏植物体内的生物钟节律,有碍其生长,导致其茎或叶变色,甚至枯死;对植物花芽的形成造成影响,并会影响植物休眠和冬芽的形成。

  五、光污染对宝宝的伤害

  宝宝开着灯睡觉时,在睡眠中如果有过强或者是过亮的光线,都会影响到宝宝的免疫力,同时还可能会给宝宝的视力带来伤害。造成视力下降。

  有美国宾州大学专门为此做了一个健康调查,通过对479名2岁-16岁的孩子中发现,如果两岁前的孩子在睡觉的时候都是关过灯的,那么近视率在10%左右,相反一直习惯开灯睡觉的近视率都高达55%了。

  眼科专家发现,0-3岁是幼儿眼睛视力发育的关键期,所以在这段时期里宝宝对光线的要求其实是很高的,最重要的一点就是在睡眠的时候,宝宝的眼睛千万不能受到任何光线刺激,尽管人在闭眼的时候,眼皮能够起到屏蔽光线的作用,如果光源太强的话,光线还是会穿透眼皮,伤害眼睛,这样一来人的睫状肌据会一直处于紧张状态,极其容易造成视网膜的损害。

 

光污染

 

  污染防治


  一、光污染的防治主要有以下几点:

  1.加强城市规划和管理,改善工厂照明条件等,以减少光污染的来源。

  2.对有红外线和紫外线污染的场所采取必要的安全防护措施。

  3.采用个人防护措施,主要是戴防护眼镜和防护面罩。光污染的防护镜有反射型防护镜、吸收型防护镜、反射-吸收型防护镜、爆炸型防护镜、光化学反应型防护镜、光电型防护镜、变色微晶玻璃型防护镜等类型。

  二、防治范畴

  它的危害显而易见,并在日益加重和蔓延。因此,人们在生活中应注意,防止各种光污染对健康的危害,避免过长时间接触污染。

  光对环境的污染是实际存在的,但由于缺少相应的污染标准与立法,因而不能形成较完整的环境质量要求与防范措施.防治光污染,是一项社会系统工程,需要有关部门制订必要的法律和规定,采取相应的防护措施。

  首先,在企业、卫生、环保等部门,一定要对光的污染有一个清醒的认识,要注意控制光污染的源头,要加强预防性卫生监督,做到防患于未然;科研人员在科学技术上也要探索有利于减少光污染的方法。在设计方案上,合理选择光源。要教育人们科学地合理使用灯光,注意调整亮度,不可滥用光源,不要再扩大光的污染。

  其次对于个人来说要增加环保意识,注意个人保健。个人如果不能避免长期处于光污染的工作环境中,应该考虑到防止光污染的问题,采用个人防护措施:戴防护镜、防护面罩、防护服等。把光污染的危害消除在萌芽状态。已出现症状的应定期去医院眼科作检查,及时发现病情, 以防为主,防治结合。

  三、治理反光

  染国立华侨大学建筑学院冉茂宇教授主要研究建筑室内外物理热、声、光的环境,对建筑物玻璃幕墙产生光污染颇有研究。冉教授分析,建筑物玻璃幕墙与阳光照射时间、角度有直接关系,很多建筑物为了时尚、美观,纷纷运用玻璃幕墙来装饰,处于东南边的房子日照强,要减少或避免使用玻璃幕墙来装饰,而北边的房子日照较弱、时间较短,比较好安装玻璃幕墙。针对防止玻璃幕墙反光的问题,冉教授提出:

  第一,选材要选用毛玻璃等材质粗糙的,而不应使用全反光玻璃;[2]第二,要注意玻璃幕墙安装的角度,尽量不要在凹形、斜面建筑物使用玻璃幕墙;第三,可以在玻璃幕墙内安装双层玻璃,在内侧的玻璃贴上黑色的吸光材料,这样能大量地吸收光线,避免反射光影响市民。

  减少光害可以由很多方面做起,如减少天空辉光、减少令人目眩的光线、减少光害骚扰及减少杂乱。根据不同的光害产生的问题,解决方法亦会有所不同。可能的解决方法包括:

  改善固定光源的照射,使其可以准确地照射到需要的地方,而不是向四周漫射。

  改善光源的种类,使得光波较不容易产生光害问题。

  重新评估现在的照明计划,及重新设计部份或全部这类型计划,使得只有真正需要照明的地方才会受到光线照射,其他地方则尽可能关掉光源。

  四、改善照明

  很多社会运动家主张尽量使用密闭式的固定光源,使得光线不会被散射。此外,改善光源的发射方法及方向使得所有光线皆射得其所,以尽量减少照明系统的开启。

  密闭式照明系统在正确安装后,可以减少光线泄漏至发射平面以上空间的可能。而照射至下面的光线往往正是射得其所,因为当光线向上射至大气层后,便会产生天空辉光。部份政府及组织正在考虑或实行街灯及露天体育场的照明系统改为密闭式照明系统。

  密闭式照明系统可以防止不必要的光线泄漏,并能减少天空辉光,同时亦可减少眩目的光线,因为光线不再散射,人们受到不必要光线影响的情况变少。而且计划推行者亦指出密闭式照明系统能更有效运用能量,因为光线会被照射到需要的地方而非不必要地散射至天空。

  密闭式固定光源使得使用低能量消耗的灯炮变得更亮,有时效果比起使用高能量消耗但散射的灯泡更好。不过在任何照明系统里,天空辉光都有可能会因为地面反射光线而生成,这种反射应尽量减少,如尽量减少使用高能量消耗的照明系统及两个照明系统间尽量相距较远。

  最普遍的关于密闭式固定照明系统的批评是其美学价值不足。此外历史上固定照明系统并非大型市场,可说是无利可图。基于其特别的照射方向,密闭式固定照明系统有时亦需要专业技师来安装以达致最佳效果。

  不同照明系统有不同的特性及效能,但经常出现的情况是照明系统错配,而这便会造成光害。通过重新选取恰当的照明系统,光害的影响便可尽量减少。

  部份照明系统,依照能量消耗效率排例:

 

光污染

 

  很多天文学家向其所在的社会推荐使用低压钠蒸汽灯,这是因为其单波长的特性使其释出的光线极易隔滤,而且价格不高。在1980年,美国加利福尼亚州圣荷西所有街灯均改为使用低压钠蒸汽灯,这大大方便了其附近的利克天文台的观星活动。现在美国亚利桑那州及夏威夷州也在推行相似的计划。

  但使用低压钠蒸汽灯的固定照明系统会较其他的体积为大,颜色亦不能分辨,这是因为低压钠蒸汽灯所释出的为单波长的光线,此外还与黄色的交通灯光线发生冲突。因此,很多政府部份均使用更容易控制的高压钠蒸汽灯来作为街灯提供照明。

  在部份情况,重订现有的照明计划会更有效率,如关掉非必要的户外照明系统及只在有人的露天大型运动场打开照明系统,这样亦能减少光害。

  现实上亦有国家开始重订照明计划,如英国,其首相已提出了详细的郊区照明计划以保护环境。

  加拿大亚伯达省卡加利在2002年至2005年间亦大部份住宅区的街灯换成更高效率的类型。这个计划是为了节省开支及保护环境,安装费用估计到2011年或2012年便被会节省的开支抵消。

 

光污染

 

  相关知识


  一、照度标准

  在工作和学习中,我们能否看清一个物体,或能否辨别物体上的细微部分,都与物体表面的被照程度有关系。为了表明物体被照明的程度,人们引进了照度的物理量, 照度是反映光照强度的一种单位,其物理意义是照射到单位面积上的光通量,照度的单位是每平方米的流明(Lm)数,也叫做勒克司(Lux):1Lux=1Lm/m2。上式中,Lm是光通量的单位,其定义是纯铂在熔化温度(约1770℃)时,其1/60平方米的表面面积于1球面度的立体角内所辐射的光量。

  下表中所列的是几种不同工作情况下的标准照度值:

 

光污染

 

  一般而言,居家空间到底适用何种光源,除依据室内的整体规划外,也应考虑用电之效率及各场所所需之应有照度。每一不同使用目的的场所,均有其合适的照度来配合。例如:起居间所需之照明照度为150-300Lux;一般书房照度为100Lux,但阅读时所需之照明照度则为600Lux,所以最好再使用台灯作为局部照明。

 

光污染

 

  为了对照度的量有一个感性的认识,下面举一例进行计算,一只100W的白炽灯,其发出的总光通量约为1200Lm,若假定该光通量均匀地分布在一半球面上,则距该光源1m和5m处的光照度值可分别按下列步骤求得:半径为1m的半球面积为2π×12=6.28 m2, 距光源1m处的光照度值为:1200Lm/6.28 m2=191Lux。同理,半径为5m的半球面积为:2π×52=157 m2, 距光源5m处的光照度值为:1200Lm/157 m2=7.64Lux。一般情况:夏日阳光下为100000Lux;阴天室外为10000Lux;室内日光灯为100Lux;距60W台灯60cm桌面为300Lux;电视台演播室为1000Lux;黄昏室内为10Lux;夜间路灯为0.1Lux;烛光(20cm远处)10~15Lux。

  二、照度参考表 :

  表一

光污染

 

  表二

光污染

 

  室内刚能辨别人脸的轮廓,照度为20LX,下棋打牌的照度为150LX,看小说约需250LX,即25瓦白炽灯离书30-50厘米,书写约需要500LX,即40瓦白炽灯离书30-50厘米,看电视约需30LX,用一支3瓦的小灯放在视线之外就行了。

  保持合适的照度,对提高工作和学习效率都有很大的好处;在过于强烈或过于阴暗的光线照射下工作学习,对眼睛都是有害的。

  三、光污标准

  CIE TC5.12主要以英国《降低光污染指南书》为依据,按下四个环境区域,确定限制光污染的标准值。

  E1区为天然暗环境区,如国家公园和自然保护区等。

  E2区为低亮度环境区,如乡村的工业或居住区等。

  E3区为中等亮度环境区,如城郊工业或居住区等。

  E4区为高亮度环境区,如城市中心和商业区等。

  对于低亮度光环境区域(E2区),在熄灯时段(Curfew)之后,CIE技术委员会(TC5—12)采纳了德国建筑物窗面垂直照度为1lx的建议。此标准是基于对德国41个地方的调查,考虑了大多数住民对窗户垂直照度的反应。

  1.从测试房间的亮度与危害健康两方面分析,发现当窗户垂直照度达到1lx时,开始反应不满。

  2.窗侧的垂直面照度大于31x时,对房间过亮不满者显著增加,达到51x以上时,感到危害健康的人群,以相对的比例急增。

  对熄灯时段(curfew)之前,在中等亮度环境区域(E3区)的101x。CIE主要参考了澳大利亚里斯本市议会的防止光污染条例。该条例根据实际经验,窗户的垂直面照度限制为81x。同时参考了澳大利亚1997年制定的防治光污染标准AS4282—1997《control of the obtrusive effects outdoor lighting》。该标准也规定为101x。另外,和英国《降低光污染指南书》规定的标准比,熄灯时段前和英国标准完全相同,只是熄灯时段后,要求更严了。

  在一些大城市,尤其是商业区或建筑工地附近,若是以此作标准,我们估计附近居民区的窗侧的垂直面照度可能大于31x甚至更高。

  四、天文要求

  根据1985年国际天文学联合会(IAU)的建议,世界级的高质量天文台人为光的背景增加应少于10%,即人为光的背景的增加不超过0.1等,国家级的不超过0.2等,即光污染的比例只能小于20.2%。而1998年的一份对上海天文台佘山观测站周围光污染的测试表明,光污染比例高达591%。专家说,现在的光污染肯定比那时候还要严重,虽然近几年天文台也在更换更好的观测器,但是观测效果依然不尽如人意。

 

光污染

 

  光害等级


  一、1级

  完全黑暗的天空。黄道光,黄道带,以及对日照都能看到。黄道光达到醒目的程度,而且黄道带延伸到整个天空。甚至仅使用肉眼,M33也是一个极为清晰的天体。天蝎座和人马座中的银河区域可以在地面上投下淡淡的影子。裸眼的极限星等可达到7.6至8.0等;天空中的木星或金星甚至会影响肉眼对黑暗的适应程度。气辉(一种一般出现在地平线上15°的天然辉光)也稳定可见。使用32cm的望远镜,经过努力可以看到暗至17.5等的恒星,使用50cm的望远镜在中等倍率下可以达到19等。如果你在由树木围绕的草地上观测,那你几乎无法看到你的望远镜、同伴和你的汽车。这里是观测者的天堂。

  二、2级

  典型的真正黑暗观测地。沿着地平线气辉微弱可见。M33可以被很容易的看到。夏季银河具有丰富的细节,在普通的双筒镜中其最亮的部分看起来接像有着纹路的大理石。在黎明前或黄昏后的黄道光仍很明亮,可以投下暗弱的影子,与蓝白色的银河比较它呈现很明显的黄色。任何在天空中出现的云就好像是星空中的一个空洞。除非在星空的照耀下,你仅能模糊的看到你的望远镜和周围的事物。梅西耶天体中许多球状星团都是用肉眼就能直接看到的目标。裸眼的极限星等可达到7.1至7.5等,32cm望远镜则可达到16至17等。

  三、3级

  乡村的星空。在地平线方向有一些光污染的迹象。云在地平线处会被微微的照亮,但在头顶方向则是暗的。银河仍然富有结构,M4、M5、M15和M22等球状星团仍是肉眼明显可见的目标。M33也很容易被看到。黄道光在春季和秋季很明显,但它的颜色已难以辨别。距离你6到9米的望远镜已变得模糊。裸眼的极限星等可达到6.6至7.0等,32cm反射望远镜则可达到16等。

  四、4级

  乡村/郊区的过渡。在人口聚集区的方向光污染可见。黄道光较清晰,但延伸的范围很小。银河仍能给人留下深刻的印象,但是缺少大部分的细节。M33已难以看到,只有在地平高度大于50°时才勉强可见。云在光污染的方向被轻度照亮,在头顶方向仍是暗的。你能在一距离内辨认出你的望远镜。肉眼的极限星等可达到6.5等,32cm望远镜在中等放大倍率下可以达到15.5等。

  五、5级

  郊区的天空。仅在春秋季节最好的晚上才能看到黄道光。银河非常的暗弱,在地平向方向不可见。光源在大部分方向都比较明显,在大部分天空,云比天空背景要亮。肉眼的极限星等为5.5至6.0等,32cm反射望远镜则为14.5至15等。

  六、6级

  明亮郊区的天空。甚至在最好的夜晚,黄道光也无法被看到。仅在天顶方向的银河才能看见。天空中的地平高度35°以下的范围都发出灰白的光。天空中的云在任何地方都比较亮。你可以毫不费力的看到桌上的目镜和一旁的望远镜。没有双筒镜M33已不可能看到,对于肉眼来说M31也仅仅是比较清晰的目标。肉眼极限星等5.5等,32cm望远镜在中等放大倍率下可以看到暗至14.0至14.5等的恒星。

  七、7级

  郊区/城市过渡。整个天空呈现模糊的灰白色。在各个方向强光源都很清晰。银河已完全不可见。M44或M31肉眼勉强可见且不十分明显。云比较亮。甚至使用中等大小的望远镜,最亮的梅西耶天体仍显得苍白。在真正的尝试之后,肉眼极限星等为4.5~5.0等,32cm反射望远镜勉强可以达到14.0等。

  八、8级

  城市天空。天空发出白色、灰色或橙色的光,你能毫不困难的阅读报纸。M31和M44只有在最好的夜晚才能被有经验的观测者用肉眼看到。用中等大小的望远镜仅能找到最亮的梅西耶天体。一些熟悉的星座已无法辨认或是整个消失。在最佳情况下,肉眼极限星等为4.0~4.5等,32cm反射望远镜则为13等。

  九、9级

  市中心的天空。整个天空被照的通亮,甚至在天顶方向也是如此。许多熟悉的星座已无法看见,巨蟹座、双子座等暗弱的星座根本看不到。也许除了昴星团,肉眼看不到任何的梅西耶天体。只有月亮、行星和一些明亮的星团才能给观星者带来一些乐趣(如果能观测到的话)。肉眼极限星等为3.0~4.0等或更小。

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