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城市景观照明光污染的产生、影响和治理

发布日期:2021-05-07 点击次数:320

城市景观照明光污染的产生、影响和治理

 

何秉(天津市照明学会 天津300193)

 

  

摘要 本文浅析了城市景观照明光污染的定义、现象及产生导因、分类、危害与控制治理。明确指出,防治光污染是一项社会系统工程,应以防为主,防治结合。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,政府约束行为与检测。

键词 照明 光污染 现象  危害 控制

 

 

 


 

1. 前言

 

随着人们对健康光环境的重视,照明对生态环境影响的研究已在诸多国家深入开展, 生态健康照明将成为照明领域研究与应用的方向。特别是城市景观照明的迅速发展,高强度气体放电光源在城市照明中得以大量应用,照明功率越来越大,光效越来越高,夜景照明的对象范围扩大,照明手段、照明方式的丰富多样,照明时间延长,使得城市照明在原来功能照明的基础上又有大幅度的提高。调研和调查测试结果表明,在功能照明和景观照明中,近年完成的城市照明项目, 越来越多地出现超标与攀比的现象,都有不同程度的体现。城市照明的迅速发展与不断提高,在产生许多积极意义的同时,也给城市光环境带来不利的影响。如眩光、光() 干扰、“光噪声”、光逸散、天空发亮而使天文观测能力下降等。“城市光污染”已在不同领域,从不同角度提出,并越来越成为城市光环境中不容乎视的一个重要问题。

 

2. 城市夜景光污染的定义

 

光污染的广义,是指过量的光辐射,包括可见光、紫外与红外辐射对人体健康和人类生存环境造成的负面影响的总称。

本文所指城市景观照明的光污染为夜间室外照明的光污染,是指建筑或构筑物的景观照明、道路与交通照明、广场或工地照明、广告标志照明和园林山水景观照明等所产生的溢散光、天空光、眩光和反射光形成的干扰光,“侵犯光”,“障害光”,对人体健康、交通运输、天文观察、动植物生长及生态环境等产生的负面影响或称危害、光害的总称。

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”。

目前,国内外对于光污染并没有一个明确的定义。现在一般认为,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。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。

广义的光污染还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,光污染所包含的范围之广由此可见一斑。在日常生活中,人们常见的光污染类型多为由镜面建筑反光导致的行人与司机的 眩晕感,以及夜晚不合理灯光给人体造成的不适。

与其它环境污染如“水、气、声、渣” 污染相比,人们对光污染的认识较晚。20 世纪 70 年代,国际上就对光污染问题引起了重视,开展了学术研究,提出了一些控制指标,如澳大利亚学者提出的对控制光干扰(污染)的光度参数最大值,包括垂直面照度(Ev)、灯具发射强度(I)、 限增量(TI)等;又如英国在限制区域光污染中控制不同区域向天空照射光线的比值UWLR,及进入窗户的照度Ev、灯射向无用方向的光强I、以及建筑表明亮度(L)等指标。

我国在此方面的研究较晚并且系统性不够,我们认为,对城市夜景环境的光污染问题应进行入系统地研究。

 

3. 城市“光污染”现象及导因分析

 

3.1 城市“光污染”现象

 

在我们常规的思维当中,每谈到环境污染自然会想到水污染、大气污染、噪声污染、固体废物污染这四大类污染。实际上,第五大污染“光污染”的危害不可忽视。有关专家指出,这一长期被人们忽视的污染源有可能成为 21 世纪直接影响人类身体健康的又一环境杀手。

现象 1:天空变亮

      “天空变亮”、“大地变亮”成为全球普遍性的光环境问题。

      

 

 

现象 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。

       国际照明委员会(CIE)虽有泛光照度标准,但超标者甚多。“亮度攀比” 使城市垂直面照度进一步提高。

       现象 3:光逸散

       过多的室外光通照射到室内,影响人的正常工作与休息。


           


 

 

现象 4视野中的眩光

      城市夜晚的眩光源:车灯、路灯、灯箱广告、建筑照明光源,无路灯情况下的车灯眩光, 有路灯情况下的车灯眩光,商业街中街灯太亮,并且汇聚在视觉中心,产生眩光。

      景观灯具的眩光:太亮(反差太大), 角度太低。

          

 

现象 5:色光干扰


色彩斑驳的背景下的色辨识:

在闪动的色光背景下识别交通信号灯, 造成识别困难。

在亮背景下识别交通信号灯,造成识别困难。

闪动的黄色信号灯与路灯交混不宜分辨; 路口导向不明显。

色彩与变幻的光环境下,人会有视觉不舒适。

借用“噪音”的叫法,人们把那些对视觉、对人体有害的光叫“噪光”。噪光带来的污染就叫光污染。国际上一般将光污染分成三类,即白亮污染、人工白昼和彩光污染。不少高档商店和建筑物用大块镜面式铝合金装饰的外墙、玻璃幕墙等形成的光污染属于白亮污染;夜间一些大酒店、大商场和娱乐场所的广告牌、霓虹灯、大城市中设计不合理的夜景照明等,强光直刺天空,使夜间如同白日,这属于人工白昼;舞厅、夜总会安装的黑光灯、旋转灯、荧光灯以及闪烁的彩色光源则构成了彩光污染。

最近,意大利和美国的科学家研究小组通过研究卫星提供的有关全球居民区和工业区光污染降低夜空能见度的资料后发现,全球有 2/3 地区的居民看不到星光灿烂的夜空, 尤其在西欧和美国,高达 99%的居民看不到星空。昔日儿歌中的“星光照亮大地”的歌词意义已不复存在,现在到处耀眼的路灯、建筑照明、灯箱广告等造成的光污染使得人们在夜晚已难以看到美丽的星空。

在我国,这种情况也不同程度地存在着, 越来越多的城市夜景绚丽多姿,然而夜景灯光在使城市变美的同时也给都市人的生活带来一些不利影响。在缤纷多彩的灯光环境呆的时间长一点,人们或多或少会感觉对心理和情绪上的影响。刺目的灯光让人紧张,人工白昼使人难以入睡,扰乱人体正常的生物钟。人体在光污染中首当其冲受害的则是直接接触光源的眼睛,光污染会导致视疲劳和视力急剧下降。同时,不适当的灯光设置对交通的危害更大,事故发生率会随之而增加人工白昼还会伤害鸟类和昆虫,强光可能破坏昆虫在夜间的正常繁殖过程,许多依靠昆虫授粉的植物也将受到不同程度的影响。

夜间室外照明的光污染主要来源包括以下几个方面:

1. 建筑或构筑物夜景照明产生的溢散光和反射光。

2. 各类道路照明产生的溢散光和反射光

3. 商业街以外地区的城市广告标志照明产生的溢散光和眩光。

4. 商业街的建筑物、店面和广告标志照明,特别是高亮度的霓虹灯,投光灯广告及灯箱广告照明产生的溢散光、眩光和反射光, 比如灯箱广告的画面亮度远远超过规定的标准。

5. 园林、绿地和旅游景点的景观照明产生的溢散光和干扰光。

6. 广场、体育场馆、工厂、工地、矿山、港口、码头及立交桥等大面积照明产生的溢散光、干扰光和反射光。

引起光污染的主要原因还包括很多人为的因素:城市夜间室外功能和景观照明发展的盲目性、无序性;部分城市或业主相互攀比,导致夜间照明越亮越好,亮度越来越高; 控制光污染的标准和规范不健全和实施力度不够;夜景照明规划、设计,特别是照明水平的确定,光源和灯具的选择,照明布灯方案等没有或不完全执行控制光污染的标准或规定及照明设施的管理制度和措施不健全等。

 

4. 光污染的分类

 

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三类,即白亮污染、人工白昼和彩光污染。

我国已故天津大学马剑教授则根据 光污染的发生和造成影响的时间为分类 标准,将光污染分为“昼光光污染”和“夜光光污染”。白亮污染即属于昼光光污染, 人工白昼和彩光污染则属于夜光光污染。

有些学者还根据光污染所影响的范围的 大小将光污染分为“室外视环境污染”、“室内视环境污染”和“局部视环境污染”。其中,

室外视环境污染包括建筑物外墙、室外照明等; 室内视环境污染包括室内装修、室内不良的光 色环境等;局部视环境污染包括书簿纸张和某 些工业产品等。

另外,激光污染也是光污染的一种特殊形式。由于激光具有方向性好、能量集中、颜色纯等特点,而且激光通过人眼晶状体的聚焦作用后,到达眼底时的光强度可增大几百至几万倍,所以激光对人眼有较大的伤害作用。激光光谱的一部分属于紫外和红外范围,会伤害眼结膜、虹膜和晶状体。功率很大的激光能危害人体深层组织和神经系统。近年来,激光在医学、生物学、环境监测、物理学、化学、天文学以及工业等多方面的应用日益广泛,激光污染愈来愈受到人们的重视。

红外线近年来在军事、人造卫星以及工业、卫生、科研等方面的应用日益广泛,因此红外线污染问题也随之产生。红外线是一种热辐射,对人体可造成高温伤害。较强的红外线可造成皮肤伤害,其情况与烫伤相似, 最初是灼痛,然后是造成烧伤。红外线对眼的伤害有几种不同情况,波长为 7500~13000 埃的红外线对眼角膜的透过率较高,可造成眼底视网膜的伤害。尤其是 11000 埃附近的红外线,可使眼的前部介质(角膜、晶体等)不受损害而直接造成眼底视网膜烧伤。波长 19000 埃以上的红外线,几乎全部被角膜吸收,会造成角膜烧伤混浊、白斑。波长大于 14000埃的红外线的能量绝大部分被角膜和眼内液所吸收,透不到虹膜。只是 13000 埃以下的红外线才能透到虹膜,造成虹膜伤害。人眼如果长期暴露于红外线可能引起白内障。

紫外线最早是应用于消毒以及某些工艺流程。近年来它的使用范围不断扩大,如用于人造卫星对地面的探测。紫外线对人体主要是伤害眼角膜和皮肤。造成角膜损伤的紫外线主要为 2500~3050 埃部分,而其中波长2880 埃的作用最强。角膜多次暴露于紫外线,并不增加对紫外线的耐受能力。紫外线对角膜的伤害作用表现为一种叫做畏光眼炎的极痛的角膜白斑伤害。除了剧痛外,还导致流泪、眼睑痉挛、眼结膜充血和睫状肌抽搐。紫外线对皮肤的伤害作用主要是引起红斑和小水疱,严重时会使表皮坏死和脱皮。人体胸、腹、背部皮肤对紫外线最敏感,其次是前额、肩和臀部,再次为脚掌和手背。不同波长紫外线对皮肤的效应是不同的,波长2800~3200 埃和2500~2600 埃的紫外线对皮肤的效应最强。

眩光污染也是一个不可忽视的类型。汽车夜间行驶时照明用的头灯,厂房中不合理的照明布置等都会造成眩光。某些工作场所, 例如火车站和机场以及自动化企业的中央控制室,过多和过分复杂的信号灯系统也会造成工作人员视觉锐度的下降,从而影响工作效率。焊枪所产生的强光,若无适当的防护措施,也会伤害人的眼睛。长期在强光条件下工作的工人(如冶炼工、熔烧工、吹玻璃工等)也会由于强光而使眼睛受害。

 

5. 光污染的危害

 

5.1 破坏夜空环境,严重影响天文观测

 

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。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。

据研究,自然夜空亮度只要增加十倍, 人们不仅会失去了繁星点点的美丽夜空,而且对天文观测也造成严重的影响。夜空亮度升高,致使望远镜仪器系统的观测能力下降。以致国内外不少地区,特别是那些所谓不夜城地区无法进行天文观测,迫使原有的天文台搬迁新址。

 

5.2 干扰人的生理节律,危害人体健康

 

当太阳光照射强烈时,城市里建筑物的玻璃幕墙、釉面砖墙、磨光大理石和各种涂料等装饰反射光线,明晃白亮、眩眼夺目。专家研究发现,长时间在白色光亮污染环境下工作和生活的人,视网膜和虹膜都会受到程度不同的损害,视力急剧下降,白内障的发病率高达 45%。还使人头昏心烦,甚至发生失眠、食欲下降、情绪低落、身体乏力等类似神经衰弱的症状。据测定,舞厅、夜总会安装的黑光灯、旋转灯、荧光灯以及闪烁的彩色光源构成了彩光污染。黑光灯所产生的紫外线强度大大高于太阳光中的紫外线, 且对人体有害影响持续时间长。人如果长期接受这种照射,可诱发流鼻血、脱牙、白内障,甚至导致白血病和其他癌变。彩色光源让人眼花缭乱,不仅对眼睛不利,而且干扰大脑中枢神经,使人感到头晕目眩,出现恶心呕吐、失眠等症状。科学家最新研究表明,彩光污染不仅有损人的生理功能,还会影响心理健康。

噪光污染正在损害严重损害着人们的眼睛。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。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。

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。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。

过度照明主要是对能源的无意义使用造成的浪费。美国每天由于“过度照明”所浪费掉的能源相当于 200 万桶石油!过强的光源影响了人的日常休息,夜间的灯火让人难以入睡。

 

5.3 对动植物的影响

 

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。人工白昼还会伤害鸟类和昆虫,强光可能破坏昆虫在夜间的正常繁殖过程。研究表明,除极少数在夜间活动的动物外,大多数动物在晚上安静不动,不喜欢强光照射。可是夜间室外照明产生的天空光、溢散光、干扰光和反射光往往把动物生活和休息环境照得很亮,打乱了动物昼夜生活的生物钟的节律,使之不能入睡和休息。对野生动物和鱼类动物,除了可见光影响外,照明器具发射出辐射能量对动物生活和成长也有影响。例如, 动物吸收照明辐射能量后,不仅引起温度变化, 而且动物细胞的电场和生活也会发生变化。当金鱼放入磁场中,磁场强度越强,鱼就越不想吃鱼铒。不均匀的光照会导致植物出现黄化现象或者扁冠,破坏植物生存的自然规律,扰乱了他们的“植物钟”。“夜间强烈的灯光导致如‘一点红’等短日照植物不会开花结果。夜间照明对植物开花周期也会产生影响,导致花期提前或延后。另外,夜间照明也会不同程度地影响植物其他生物规律。植物在白天利用阳光进行光合作用,但是在夜间也需要休息。光周期的变化在调节植物种子萌发、幼苗生长、茎的伸长、子叶伸展,直至开花控制、休眠等都起着关键性的作用。

 

5.4 对交通的影响

 

不同种类的光源混杂在一起,将严重影响被动接受者。并且可能导致车祸。更可怕的是,对于夜间飞行的飞行员,需要花精力在这些各式各样的光芒中寻找、辨认航空信号灯。从而引发交通事故。特别是眩光对汽车或火车的司机的视觉作业造成不良的影响, 黑暗中的强光也会使行人或者驾驶员短暂性“视觉丧失”,降低司售人员的工作效率, 甚至引发交通事故;对旅客的正常的视觉活动,如走路、识辨路标、路障及周围环境状况等也会造成影响;此外就是影响为交通运输作业提供视觉信息的信号灯、灯塔和灯光标志等的正常工作,降低其工作效能。

 

5.5 对城市环境和气候的影响

 

城市照明在美化城市的同时,也消耗了大量资源,并对城市环境造成严重的污染和负面影响。当大量室外照明开放时,在客观上提高了地面气流的上升速度。各种热源对气流加热,并和大气中的 CO2 结合,随之上升到空中,形成气云和“温室效应”,最后导致城市气候异常情况的发生。对生态环境产生破坏。

 

6. 城市夜景光污染的控制与治理

 防治光污染应是以防为主,防治结合。各国对于光污染关注程度不同,法律约束差别也非常大。在欧美许多国家,曾经有过城市亮化的兴盛期,亮化之后察觉到了危害,接受了深刻的教训。在欧美和日本,光污染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,专门与光污染做斗争。

我国应大力宣传过强的灯光所产生光污染的危害,提高人们防治光污染的意识,引起有关政府部门制定相关决策和景观照明设计工作人员的重视。尽快着手制订我国防治光污染的标准和规范,同时建议在国家或地区性环境保护法规中增加防治光污染内容。

要建立和健全监管机制,认真做好防治光污染监督与管理工作。为此,有关城建、环保和夜景照明建设管理部门要建立相应制度,制订相应的管理和监控办法,做好夜景工程的光污染审查、鉴定和验收工作。

要把好光源与灯具的设计与使用关。利用灯具抑制不舒适眩光是创造惬意的高品质环境的重要举措之一。应选用具有防眩光功能的灯具。采用先进的光学和照明原理优化设计,光线柔和,照度均匀,无重影,无刺眼,能有效地避免产生不适和疲劳感。要教育人们科学地合理使用灯光,在设计方案上,应合理选择光源;合理的确定照度、亮度指标。

夜景照明美化城市、丰富夜生活的同时, 城市管理者在城市规划中要立足生态环境的协调统一,对广告牌和霓虹灯应加以控制和科学管理,在建筑物和娱乐场所周围,要多植树、栽花、种草和增加水面,以便改善光环境,注意减少大功率强光源,力求使我们的城市风貌和谐自然,让人们能够生活在一个宁静、舒适、安全、无污染、无公害的优美环境中。

 

7. 结语


 城市景观照明已经进入了一个全新的历史阶段。从“亮化”到“靓”化,直至今日的“量化”,是形势发展的必然,也是照明设计实践成果与经验的积累。城市夜景照明要突出重点,不能把夜景照明简单理解为地毯式的城市全部亮化,要注重“点”与“面” 的结合。应放弃“不夜城”理念和反思“光污染”危害。国外许多城市的夜景照明,总的感觉不是亮化,而是“暗化”。一个城市全亮不如几个点亮,但“点亮”,也要亮得有依据,以人居是否适宜和与城市文化是否合拍为前提。商业街不一定非要搞成“灯光隧道”,这会使购物者有一种站在舞台上的不自在。应有意消除一种浮华和烦躁的灯红酒绿,给购物者一种朴实无华的“回家”感受。美丽星空是我们的宝贵自然资源,照明行业的可持续发展绝对不应以牺牲暗天空环境为代价, 同时低碳经济也要求我们每个照明人为此做出不懈努力。保护夜空环境,防治光污染, 倡导绿色照明,我们可以做到!

 

 

     参考文献

[1] 《夜间室外照明光污染及其防治》 肖辉乾“照明科技论坛”(天津)2003 四直辖市学术会议

[2] 《城市景观照明光污染小析》 何秉云 2012 第四届中国光文化照明论坛(天津)

 


 

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