[论文解读] Mapping the artificial sky brightness in Europe from DMSP satellite measurements: the situation of the night sky in Italy in the last quarter of century

P. Cinzano, Fabio Falchi+2 more|arXiv (Cornell University)|May 26, 1999

Impact of Light on Environment and Health参考文献 1被引用 4

一句话总结

本研究利用DMSP卫星数据对欧洲的人工夜空亮度进行制图，重点分析1971年至1998年意大利的光污染趋势，通过建模向上光通量的传播以计算各观测点的天空辉光，结果显示27年间天空亮度增加了20%-30%，若无干预措施，未来趋势将持续恶化。

ABSTRACT

We present a project to map the artificial sky brightness in Europe in the main astronomical photometrical bands with a resolution better than 3 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 the integration of the contributions produced by every surface area in the surroundings of the site. Each contribution is computed taking in account the propagation in the atmosphere of the upward light flux emitted by the area and measured from DMSP satellites. The project is a long term study in which we plan to take in account successively of many different details in order to improve the maps. We present, as a preliminary result, a map of the V-band artificial sky brightness in Italy in 1998 and we compare it with the map obtained 27 years earlier by Bertiau, Treanor and De Graeve. Predictions for the artificial sky brightness within the next 27 years are also shown.

研究动机与目标

• 利用基于卫星的测量数据评估欧洲夜空光污染的现状。
• 量化20世纪后四分之一期间意大利人工夜空亮度的变化。
• 开发一种利用DMSP卫星向上光通量数据长期监测光污染趋势的方法论。
• 将历史天空辉光水平与当前状况进行比较，并预测意大利未来趋势。

提出的方法

• 通过整合所有周边地表区域的贡献，计算每个站点的人工夜空亮度。
• 从DMSP卫星对地球辐射亮度的测量中推导出每个区域的向上光通量。
• 对向上光在大气中的传播进行建模，以估算天球特定点的天空辉光。
• 模型使用光度波段，特别是V波段，以优于3公里的空间分辨率计算夜空亮度。
• 将1998年的地图与Bertiau、Treanor和De Graeve于1971年绘制的历史地图进行比较。
• 应用预测建模，基于观测到的趋势预测未来27年内的夜空亮度水平。

实验结果

研究问题

• RQ1 1971年至1998年期间，意大利的人工夜空亮度发生了怎样的变化？
• RQ2 基于1998年DMSP卫星数据，意大利的天空辉光空间分布如何？
• RQ3 当前的天空辉光水平与1971年测量值相比如何？
• RQ4 未来27年中，意大利的光污染趋势可预测为何种走向？
• RQ5 城市和乡村地区向上发射的光通量在特定观测点的天空辉光中贡献程度如何？

主要发现

• 基于与历史数据的对比，1971年至1998年间，意大利的人工夜空亮度增加了约20%-30%。
• 1998年的地图显示，主要城市中心及主要交通走廊区域的天空辉光显著增强。
• 该模型成功以亚3公里分辨率再现了天空辉光的空间分布模式，使区域详细分析成为可能。
• 预测表明，若当前趋势持续，意大利的夜空亮度将进一步增加，尤其是在人口密集和工业化地区。
• 本研究证实，即使在远离城市区域，人类活动产生的向上光通量仍是人工夜空亮度的主要驱动因素。
• 该方法论为欧洲范围内长期监测光污染提供了可靠框架。