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夜间卫星图对城市和建筑设计有什么作用?

卫星图像所显示的地球夜景是如此的绚烂多彩,但同时也显示了我们所遭受的污染问题。为什么我们浪费如此多的能源用来点亮不必要的地区? 高清的卫星图像显示出人类如何点亮夜空,也显示出城市化的进程,它成为了目前各种项目发展的一部分,因为生态、政治和社会现象可以通过夜间的卫星图像观察到。

Berlin at night, 2016. Earth Science and Remote Sensing Unit, NASA Johnson Space Center

比起卫星,低空飞行的扫描器(Low-flying scanner)可以生成更加清晰的高质量图像,但是工作效率过低。相比之下,卫星可以持续生成最新的地球图像。目前大众可以通过很多网络平台观测到卫星图像,比如谷歌地球(Google Earth),美国国家航空航天局(NASA)的 NASA Worldview,或者 Global Human Settlement Layer

这些具有详细信息的卫星图像是城市化和生态环境的指示器。城市的发展呈放射状展开。不过与此同时,过亮的城市照明使我们难以见到夜空中的繁星。地球上的灯光点亮了海岸线和道路网络,比如从莫斯科到海参崴的西伯利亚铁路线。卫星图像也清晰显示了美国油气田的燃烧的北海和波斯湾油气平台。但是有没有更加先进的 LED 技术可以有效的降低光污染呢?

我们正遭受着严重的 LED 照明的回弹效应

Earth at Night, 2016. Earth Science and Remote Sensing Unit, NASA Johnson Space Center

最近几年 LED 照明设备取代传统照明方式的措施遍及全世界。每个城市都节约了大量的能源。不幸的是,卫星图像显示光污染实际比原来严重。Scientific Advances 最近的研究揭示出一种回弹效应("rebound" effect)。

一些城市试图通过使用 LED 产品节约能源,但是从全球的角度来看,效果甚微。从2012到2015年间,大约60个国家增加了110%到150%的夜间照明水平。为了有效降低光污染的可能性,设计师和工程师需要重新思考 LED 的有效性及夜间照明的合理性

North and South Korea, 2012. White inset box shows light of fishing boats in Yellow Sea. NASA Earth Observatory image by Jesse Allen and Robert Simmon, using VIIRS Day-Night Band data from the Suomi National Polar-orbiting Partnership. Earth Science and Remote Sensing Unit, NASA Johnson Space Center

夜间照明并不总代表繁荣、安全和低犯罪率

Germany, Belgium and The Netherlands, 2016. Image via NASA Worldview

比较一下韩国和朝鲜的夜间照明,可以清晰的分辨出繁荣水平。但是如果我们对繁荣水平相似的德国和比利时进行比较,它们的夜间照明却显示出显著的不同。

根据光污染专家 Christopher Kyba 的研究,在德国,高速公路沿线鲜有路灯,城市区域的照明也相对保守。纽约时报(The New York Times)指出比利时的路灯系统揭示了政治家、供电和能源部门的复杂互利关系。

City lights shine brighter during the holidays in the United States when compared with the rest of the year, as shown using a new analysis of daily data from the NASA-NOAA Suomi NPP satellite. Dark green pixels are areas where lights are 50 percent brighter, or more, during December. Credits: NASA's Earth Observatory/Jesse Allen

当 Christopher Kyba 比较美国和德国时,他指出美国城市平均每人消耗了相比德国5倍多的能源。德国的拥有较低的犯罪率,盗窃率仅为荷兰的1/3,及比利时的1/2。就交通而言,德国的交通死亡数比美国或者比利时低了1/3. Christopher Kyba 认为过多的照明并不能确保低犯罪率和安全驾驶,而是会浪费能源和导致光污染。

全宇宙都知道我们正在庆祝节日

根据美国国家航空航天局的资料,无论是基督教还是穆斯林,都会利用各种形式的光来庆祝节日。在美国城市,圣诞节和新年夜的人工照明比平时提高了20%到50%。在中东地区,斋月时期所使用人工照明的比平时多出50%。文化和习俗在照明使用上也起到了很大的作用。

军事冲突破坏基础设施,减少照明区域

Puerto Rico after Hurricane Maria, September 27-28, 2017. NASA Earth Observatory images by Joshua Stevens, using data courtesy of Miguel Román, NASA GSFC, and Andrew Molthan, NASA MSFC. Earth Science and Remote Sensing Unit, NASA Johnson Space Center

在一些特殊地区,我们会发现夜间光照显著减少。这种变化并不是因为合理的使用能源,而是发生残酷的战争。在2012到2016年间,叙利亚和伊拉克的夜间照明显著减少,尤其是在叙利亚的城市阿勒波(Aleppo)。根据2015年 Voice of America 的报告,在过去几年中,叙利亚的夜间照明将近减少80%。

光照提供了有效营救地点

City lights of Africa, Europe and the Middle East, 2012. NASA Earth Observatory image by Robert Simmon, using Suomi NPP VIIRS data provided courtesy of Chris Elvidge (NOAA National Geophysical Data Center)

在诸如地震和飓风等各种灾害之后,救援团队遇到的最大挑战便是道路无法通行。一旦电网和通讯网络遭受到严重破坏之后,科学家可以利用卫星图像提供有效数据进行比对,寻找道路。

在2017年发生在波多黎各(Peurto Rico)的玛利亚飓风中,救援团队通过灾害前后的开源卫星图像准确的分析的道路位置。一份可靠的卫星图像是救援行动中重要的部分,它可以避免客观因素带来的错误,比如云层和月光。

Composite image of Europe at night, 2016. NASA Earth Observatory images by Joshua Stevens, using Suomi NPP VIIRS data from Miguel Román, NASA's Goddard Space Flight Center

在度假胜地享受美妙的夜空

什么地方可以观测到清晰的银河系?答案是格陵兰岛、非洲的丛林和南美的一些地方,它们所处的位置人工照明并不是那么显著。

为了可以找到合适的地点观测星系和建设未来的天文台,天文学家对于光污染较少的地区表现出了浓厚的兴趣。但感兴趣的不止是科学家。拥有较少光污染的城市和国家公园成为了娱乐和旅游胜地。

卫星图像勾勒出我们的城市和景观

夜间的卫星图像引起了国际间对于光污染的危机意识。因此,若干国家已经颁布了用电条例来减少能量损耗。意大利的伦巴第地区(Lombardy region)要求减少电路设施以减少夜间的光污染。 捷克甚至颁布了国家条例。 但是卫星图像显示这些立法却没有得到实际效果,光污染日益严重。相比之下,一些地区对减少光污染进行了有效合理的立法。光污染研究专家 Christopher Kyba 指出:“例如美国的图森市(Tuscon),它们合理设计的 LED 产品减少了大约2/3的光输出,但是对人的活动没有显著的影响。”

未来的实时回应系统设计

未来的遥感科技将会带来更加高清准确的夜间观测水平。卫星图像将被作为参考从而创造出更好的夜间环境。卫星图像每天不断的更新可以用来评估室外的光照条件。各类图像的综合运用可以为设计,研究和可视化提供更多的平台。当我们在不断的制定空气和水污染的条例时,光污染也需要被及时考虑。目前我们可以通过教育和社会活动提高大众对光污染的认识,并且以合理健康的方式享受 LED 产品带来的益处。

Light matters”是德国 Thomas Schielke 博士在《light and space》发表的专栏。他关注光在建筑中的研究,并且是照明设备公司 ERCO 的编辑。 Thomas Schielke博士发表了许多署名文章和专著,包括书籍“Light Perspectives”和“SuperLux”,更多信息可以查询 www.erco.comwww.arclighting.de 或者关注@arcspaces.

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引用: Thomas Schielke. "夜间卫星图对城市和建筑设计有什么作用?" 29 7月 2018. ArchDaily. Accesed . <https://www.archdaily.cn/cn/892799/ru-he-tong-guo-ye-jian-de-wei-xing-ying-xiang-li-jie-wo-men-de-cheng-shi-he-shi-jie>

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