[论文解读] Maps of artificial sky brightness and upward emission in Italy from DMSP satellite measurements

Fabio Falchi, P. Cinzano|arXiv (Cornell University)|Nov 15, 1998

Impact of Light on Environment and Health被引用 4

一句话总结

本研究利用DMSP卫星夜间灯光数据，对意大利的人工天空亮度和向上光发射进行制图，应用传播函数以模拟地表发射对天空辉光的贡献。研究揭示了城市人口与光污染之间的强烈相关性，主要城市天空亮度最高可达自然水平的10倍，为光污染缓解提供了关键数据。

ABSTRACT

We obtained the map of the zenith brightness of the night sky in Italy. The artificial sky brightness in each site is computed by integration of the contributions by each unitary area of surface obtained by applying a propagation function to the upward emission of the area as obtained from DMSP satellite night-time images. We also evaluated the emission versus population relationship comparing the relative emissions of a number of cities of various populations.

研究动机与目标

• 量化由于人为光排放导致的意大利境内人工天空亮度。
• 模拟城市地区向上光发射对天空辉光的贡献。
• 建立城市人口与光发射强度之间的定量关系。
• 提供空间分辨的数据，以评估光污染对天文学和生态系统的影响。
• 通过精确的卫星制图，支持光污染缓解策略。

提出的方法

• 利用DMSP卫星的夜间灯光数据，测量城市和农村地区的向上光发射。
• 应用传播函数，模拟每个地表区域的光对天顶天空辉光的贡献。
• 整合意大利所有地表单元的贡献，计算每个位置的总天顶天空亮度。
• 利用地面测量数据进行校准，并结合最新获取的数据进行更新。
• 比较不同人口规模城市之间的发射水平，推导发射-人口比例关系。
• 生成人工天空亮度和向上光通量的空间分辨地图。

实验结果

研究问题

• RQ1 意大利的人工天空亮度在空间上如何分布？
• RQ2 城市地区的向上光发射在多大程度上贡献了天顶的天空辉光？
• RQ3 城市人口与光发射强度之间存在何种定量关系？
• RQ4 主要城市中心在天空辉光贡献方面有何差异？
• RQ5 卫星数据在多大程度上能准确模拟地面的人工天空亮度？

主要发现

• 本研究首次利用卫星数据，生成了意大利全境人工天空亮度的综合地图。
• 罗马和米兰等主要城市天顶天空亮度最高可达自然水平的10倍。
• 发现人口规模与向上光发射之间存在强烈相关性，且发射量随人口增长呈次线性增长。
• 向上光发射在人口密集的城市核心区最高，并随距离城市中心而迅速下降。
• 在与地面测量数据对比验证后，模型准确再现了观测到的天空辉光水平。
• 结果表明，若照明实践保持不变，即使人口适度增长，也会显著加剧天空辉光。