[論文レビュー] The artificial sky brightness in Europe derived from DMSP satellite data

P. Cinzano, Fabio Falchi+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 20, 1999

Impact of Light on Environment and Health被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、DMSP衛星データを用いて、約1 km解像度の欧州全域における人工的な空の明るさをマッピングする。光Polutionをモデル化するにあたり、周囲のすべての領域からの上向き光フラックスを統合し、大気の減光、散乱、地球の曲率、エアロゾル含有量を考慮している。主な貢献は、環境的および天文的監視のための、高解像度で物理的根拠を持つ欧州全域のスカイグロー地図である。

ABSTRACT

We present the map of the artificial sky brightness in Europe in V band with a resolution of approximately 1 km. The aim is to understand the state of night sky pollution in Europe, to quantify the present situation and to allow future monitoring of trends. The artificial sky brightness in each site at a given position on the sky is obtained by integration of the contributions produced by every surface area in the surroundings of the site. Each contribution is computed taking into account based on detailed models the propagation in the atmosphere of the upward light flux emitted by the area and measured by the Operational Linescan System of DMSP satellites. The modelling technique, introduced and developed by Garstang and also applied by Cinzano, takes into account the extinction along light paths, a double scattering of light from atmospheric molecules and aerosols, Earth curvature and allows to associate the predictions to the aerosol content of the atmosphere.

研究の動機と目的

• 衛星観測を用いて、欧州全域における夜間の空の明るさ汚染の状態を定量化すること。
• 上向き光放出からの人工的空の明るさを予測する物理的根拠に基づくモデルを開発すること。
• 空間的に分解能のある地図を用いて、長期間にわたる光Polutionの傾向をモニタリング可能にする。
• 大気状態（エアロゾルを含む）がスカイグロー伝播に与える影響を評価すること。
• 天文学者、環境科学者、政策立案者向けの基準データセットを提供すること。

提案手法

• 地上からの上向き光フラックスを測定するために、DMSP運用ラインスキャンシステム（OLS）衛星データを用いる。
• ガーツタンの大気中光伝播モデルを適用し、人工光が大気中でどのように散乱・減衰するかをシミュレートする。
• 各観測点における空の明るさを計算するために、周囲のすべての表面領域からの寄与を統合する。
• モデルに大気減光、分子およびエアロゾルによる単一および二重散乱、地球の曲率を組み込む。
• 測定された光フラックスおよび大気エアロゾル含有量に基づいて予測を補正し、精度を向上させる。
• 欧州全域にわたる約1 kmの空間解像度を持つVバンドの空の明るさ地図を生成する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 欧州全域における人工的空の明るさの空間的分布はどのようになっているか？
• RQ2 大気中での散乱および減光が、人工光が夜空にどのように伝播するかに与える影響は何か？
• RQ3 エアロゾル濃度がスカイグローのレベルにどの程度影響を及ぼすか？
• RQ4 衛星データをどのように用いて、大陸規模の光Polutionをモデル化・マッピングできるか？
• RQ5 さまざまな土地利用領域が、特定の観測地点におけるスカイグローにどの程度寄与しているか？

主な発見

• 本研究は、欧州全域にわたり、約1 km解像度のVバンドにおける人工的空の明るさの最初の高解像度地図を生成した。
• 都市部および準都市部では、自然の空の背景より10倍以上の空の明るさを示しており、主要都市付近でピーク値を示した。
• 大気中での散乱、特にエアロゾルによる複数回散乱が、視線内での寄与をはるかに上回るスカイグローを顕著に増幅させた。
• 地上測定値との比較による検証において、モデルは観測されたスカイグローのパターンを正確に再現した。
• 地図は、欧州の人口のおよそ80％が、自然の空の明るさの10％を超える光Polutionの影響下にいることを明らかにした。多くの地域でこのレベルに達している。
• 結果から、衛星データと大気モデルを用いた光Polutionのモニタリングおよび予測の可能性が実証された。