從視覺角度討論夜晚天空光污染評價指標

姚其 史悅

(深圳大學建筑與城市規劃學院，廣東深圳518060)

1 引言

隨著人們生活水平的提高，城市夜景亮化工程大量建設，夜晚的城市雖然呈現了不同的風貌，但由此帶來的光污染問題得到越來越多人的關注。光污染包括一些可能對人的視覺環境和身體健康產生不良影響的事物。國際上一般將光污染分成3類，即白亮污染、人工白晝和彩光污染。

目前，大城市普遍、過多使用燈光，在夜晚，商場、酒店上的廣告燈、霓虹燈閃爍奪目，令人眼花繚亂。有些強光束甚至直沖云霄，使得夜晚如同白天一樣，即所謂人工白晝。夜晚的燈光使天空太亮，看不見星星，影響了天文觀測、航空等，很多天文臺因此被迫停止工作。據天文學統計，在夜晚天空不受光污染的情況下，可以看到的星星約為7000顆，而在路燈、背景燈、景觀燈亂射的大城市里，只能看到大約20～60顆星星。人們在享受夜生活的同時，也同時失去了星空。

建筑物燈具照明很多采用向上投光洗墻的照明方式，在把建筑物整體照亮的同時也就把近一半的光線送上了天空。天文觀測依賴于夜間天空的亮度和被觀測星體的亮度，夜空的亮度越低，就越有利于天文觀測的進行。由于空氣和大氣中懸浮塵埃的散射使夜空亮度增加，從而對天文觀測產生影響。夜空亮度 (從地上透過大氣層觀察星空時的背景亮度)的增大，意味著存在地區性的光環境問題。

對于夜晚星空觀看，主要受到觀測距離、空氣污染以及光污染等因素影響。空氣污染影響了光的傳輸，透過率降低，而光污染使天空背景亮了起來，從而造成對比度差異變小。

天文觀看時，采用星等來表示對于星光的觀測程度。整個天空肉眼能見到的6000多顆恒星。將肉眼可見的星分為6等。肉眼剛能看到的定為6等星，比6等亮一些的為5等，依次類推，亮星為1等，更亮的為0等以至負的星等。例如，太陽是－26.7等，滿月的亮度是－12.6等，金星最亮時可達－4.4等。星等差1等，其亮度差2.512倍。1等星的亮度恰好是6等星的100倍。

從視覺角度來評價觀看時，主要是通過亮度、對比度作為指標。人眼的視覺敏銳度與目標對比度也是密切相關的，目標與背景之間越是黑白分明，則越能看得清楚;反之，就會顯得模糊不清。對于背景為黑色或灰色，觀察目標為白色的情況，對比度的定義公式 (1)所示。

其中，C為對比度，Lo和Lb分別為目標和背景的亮度。

在有光污染的情況下，可以用星等進行評價，星等越高，說明光污染越嚴重，但對于研究光學的人來說，不是很直觀。因此本文提出從視覺角度討論夜晚光污染情況，將星等與通常的亮度、對比度評價進行對等轉換，便于與其它研究相統一。

2 視覺標準的評價指標

2.1 星等與亮度關系

星等是以肉眼剛能看到的亮度作為基準的，為6等星，星等差1等，其亮度差2.512倍，其與相對亮度關系如圖1所示。由于星等定義是以剛看到的亮度作為基準，因此天空背景本身被當作無亮度的參考;而在光污染的情況下，天空背景亮度提高，實際上再用星等表示，是對比度的概念。因此星等與亮度的關系，可以用相對亮度和對比度進行表示。

圖1 星等與相對亮度關系Fig.1 Relation between magnitude and relative luminance

2.2 視覺評價指標

從視覺角度評價對物體的觀看時，一般采用亮度和對比度。觀看物體時，主要與物體大小、物體亮度和對比度三個方面有關。采用視覺指標評價時，有利于光污染的相關研究和實驗的統一。而光污染不只是對于夜空星光的影響，也包括光侵入、建筑幕墻等，都是采用亮度、對比度進行評價的，而且從星等轉化為亮度和對比度是相對比較容易的。

3 小結

本文主要探討了光污染對于天空輝光的評價指標，一般對于夜空觀看情況，使用星等來評價，但不太容易與光學實驗對接。從視覺角度來講，亮度和對比度指標更為通用，而且光污染影響范圍較廣，為綜合考慮各種光污染帶來的影響，有必要采用統一的視覺指標進行評價。同時可以建立視覺評價指標與星等間的關系，可以方便的轉換。

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