[論文レビュー] The Propagation of Light Pollution in Diffusely Urbanised Areas

P. Cinzano|arXiv (Cornell University)|Nov 19, 1998

Advanced Sensor Technologies Research参考文献 4被引用数 10

ひとこと要約

本稿は、ガーツタンの放射線輸送技術を用いて、拡散的都市化地域における光Pollutionの伝播をモデル化し、距離dより遠くの光源からの人工的な空の輝度寄与 $b_d(d)$ を定量化する。遠方の光源が空の明るさに顕著に寄与していることが判明し、観測所の周囲に有効な光Pollution制御を実現するためには、広大な保護区域を設ける必要がある。また、コア半径パラメータは、輝度の空間的減衰をうまく捉えている。

ABSTRACT

The knowledge of the contribution $b_d(d)$ to the artificial sky luminance in a given point of the sky of a site produced by the sources beyond a given distance $d$ from it is important to understand the behaviour of light pollution in diffusely urbanized areas and to estimate which fraction of the artificial luminance would be regulated by norms or laws limiting the light wasted upward within protection areas of given radii. I studied the behaviour of $b_d(d)$ constructing a model for the propagation of the light pollution based on the modelling technique introduced by Garstang which allows to calculate the contribution to the artificial luminance in a given point of the sky of a site of given altitude above sea level, produced by a source of given emission and geographic position. I obtained $b_d(d)$ integrating the contribution to the artificial luminance from every source situated at a distance greater than $d$. I also presented an analitical expression for $b_d(d)$ depending mainly from one parameter, a core radius, well reproducing model's results. In this paper I present the results for $b_d(d)$ at some Italian Astronomical Observatories. In a diffusely urbanised territory the artificial sky luminance produced by sources located at large distances from the site is not negligible due at the additive character of light pollution and its propagation at large distances. Only when the core radius is small, e.g. for sites in the inner outskirts of a city, the sky luminance from sources beyond few kilometers is negligible. The radii of protection zones around Observatories needs to be large in order that prescriptions limiting upward light be really effective.

研究の動機と目的

• 拡散的都市化地域における遠方の人工的光源が空の輝度に与える寄与を定量化すること。
• 天文観測所の周囲に定められた保護区域内で上向き光の規制がどの程度効果的かを評価すること。
• 単一のコア半径パラメータに基づく、人工的空の輝度の空間的減衰を簡略化した解析的モデルを開発すること。
• イタリアの観測所からのデータを用いて、都市の拡大が光Pollutionの伝播に与える影響を評価すること。
• 政策立案を支援するため、数キロ離れた場所からの光Pollutionが依然として顕著であることを示し、大規模な緩和区域の必要性を示すこと。

提案手法

• ガーツタンの大気中光伝播モデルを改変し、光源の放射出力、高度、地理的位置に基づいて、特定の地点における人工的空の輝度を計算する。
• 距離 $d$ よりも遠くに位置するすべての光源からの寄与を統合し、$d$ より遠くの光源からの輝度 $b_d(d)$ を導出する。
• 大気中の散乱および地表面のアルベド効果を考慮した放射線輸送アプローチを採用する。
• イタリアの天文観測所から得られた観測された空の輝度データを用いて、モデルをキャリブレーションする。
• モデルの結果を近似するため、単一のコア半径パラメータに依存する $b_d(d)$ の解析的表現を導出する。
• 数値シミュレーションおよび観測データと照らし合わせて、モデルの予測を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 距離 $d$ より遠くの人工的空の輝度が、拡散的都市化地域における総空の明るさにどの程度寄与しているか？
• RQ2 遠方の光源からの光Pollutionの空間的減衰プロファイルはどのようなものか？また、これは単一のコア半径パラメータで捉えることができるか？
• RQ3 数キロ以上離れた都市部の光源が、観測所の地点における空の輝度にどの程度寄与しているか？
• RQ4 天文観測所の周囲で、上向き光Pollutionを効果的に低減するためには、どの程度の保護区域が必要か？
• RQ5 地形の標高や大気状態の変化が、人工的空の明るさの伝播にどのように影響するか？

主な発見

• 散乱光の累積的かつ長距離伝播特性のため、数キロ離れた場所からの人工的空の輝度は、拡散的都市化地域においても無視できない水準に留まる。
• コア半径が小さい都市の内側の周辺部に位置する地点では、数キロ以上離れた光源からの輝度寄与は無視できる。
• 単一のコア半径パラメータに基づく $b_d(d)$ の解析的表現は、さまざまな都市的配置においてもモデルの結果を正確に再現している。
• 本研究では、遠方の光源からの光Pollutionが空の明るさに顕著に影響を与え、小規模な保護区域では効果が薄いことが示された。
• 天文観測所の周囲の保護区域は、意味的に顕著な空の明るさ低減を実現するため、数十キロの規模である必要がある。
• イタリアの観測所でのモデルの検証により、20 kmを超える距離ですら、遠方の都市部の光源が空の輝度に顕著に寄与していることが確認された。