光污染（light pollution），广义地说，它是过量的光辐射，包括可见光、紫外与红外辐射对人体健康和人类生存环境造成的负面影响的总称。本文介绍的光污染为夜间室外照明的光污染（light pollution of exterior lighting in night）。它是指夜间室外照明，如建筑或构筑物的景观照明、道路与交通照明、广场或工地照明、广告标志照明和园林山水景观照明等所产生的溢散光（stray light or spill light）、天空光（sky light or sky glow）、眩光（glare）和反射光（reflective light）形成的干扰光（obtrusive light）（美国称侵犯光（trespass light），日本称“障害光”），对人体健康、交通运输、天文观察、动植物生长及生态环境等产生的负面影响或称危害（日本称光害）的总称。由以上定义看出，光污染主要着眼于对环境的影响。因此，不能单纯根据一个区域或照明设备的亮度水平或出光量来评价，还要考察出射光线是否对环境产生负面的影响。本文介绍的光污染，基本上不涉及室内照明，建筑物的日照与采光，白天玻璃幕墙、瓷砖和金属挂板等定向反射材料装饰的建筑或构筑物的光污染以及照明的紫外或红外线辐射等所产生的光污染。
    一、光污染的危害
    （一）破坏夜空环境，严重影响天文观测。夜空亮度升高，对天文观测的影响，主要是使望远镜仪器系统的观测能力下降造成的。研究表明，灵敏度极高的天文望远镜可观测到1000亿光年（1光年约等于1013km）外星球的光域，一组闪烁于30km以外的霓虹灯，就可以干扰或掩盖从遥远天体传来的微弱光线；
    （二）干扰人的生理节律，危害人体健康。夜间室外照明，特别是建筑物的夜景照明产生的干扰光，有的直射到人的眼睛造成眩光，有的通过窗户照射到室内，把房间照得很亮，影响人的正常工作、生活和休息，打乱人的生物钟节律，危害人体健康；
    （三）对交通（含陆地、海上与空中交通）的影响。
    1．对陆地交通的影响主要是指室外夜间照明产生的干扰光，特别是眩光对汽车或火车司机的视觉作业造成不良的影响，降低司售人员的工作效率，甚至引发交通事故；对旅客的正常视觉活动，如走路、识别路标、路障及周围环境状况等也会造成影响；此外，就是影响为交通运输作业提供视觉信息的信号灯、灯塔和灯光标志等的正常工作，降低其工作效能。因此，排除干扰光对交通信息源的影响，成为解决光污染对陆地交通影响的重点。
    2．对海上交通的影响，主要表现为干扰海上航行人员对航标灯或灯塔的光信号的识别，严重时，将航标灯周围的港湾设施灯光、桥梁灯光、建筑物灯光或海岸线上的景观照明灯光误认为航标信号灯。
    3．对空中交通的影响，主要是指城市夜间照明的干扰光对航空港正常工作，特别是对飞机起飞和降落时产生的影响。
    （四）对动植物的影响
    1．对动物的影响，研究表明，除极少数在夜间活动的动物外，大多数动物在晚上安静不动，不喜欢强光照射。可是夜间室外照明产生的天空光、溢散光、干扰光和反射光往往把动物生活和休息环境照得很亮，和对人的影响相似，打乱了动物昼夜生活的生物钟的节律，使之不能入睡和休息。
    2．对植物的影响
    （1）破坏了植物生物钟的节律。植物和其他生物一样，日长夜息，具有明显的生长周期性，具体表现是植物按体内生物钟的节律活动。如果夜间室外灯光长时间照射植物，就会破坏植物体内生物钟的节律，有碍其正常生长，特别是种植在道路两侧的树木、绿篱或花草等植物。夜里长时间高辐射能量作用植物，就会使植物的叶或茎变色，甚至枯死；
    （2）对植物花芽形成的影响。光对植物的影响，除光合作用外，还有植物的光周性和分光灵敏性等，不仅对植物外观有影响，而且对花芽的形成，叶子的发育都密切相关。如果长时间、大剂量的夜间灯光照射，就会破坏植物花芽的正常形成；
    （3）对植物休眠和冬芽形成的影响。树木在夜间受强光照射，使休眠受到干扰，引起落叶形态的失常和冬芽的形成。
    （五）对城市环境和气候的影
     1．对城市环境的影响。城市夜景照明的迅速发展，导致电能消耗的大幅度上升。现在全球每年要消耗2×104亿kW·h电能（相当于24个三峡电站的发电量）用于照明，生产这些电能要排放十几亿吨的CO2和1000多万吨SO2。因此，城市照明在美化城市的同时，也消耗了大量资源，并对城市环境造成严重的污染和负面影响。
     2．对城市气候的影响。20世纪末，城市气候发生的异常现象，如市内气温通常比郊区要高几度。这除了大量地面用混凝土和沥青混凝土覆盖，楼群密集，大量空调器的使用外，就是照明设备排放的热量助长了城市的温升。
    （六）光污染的防治方
    根据目前城市夜间室外照明存在的主要问题和产生光污染的成因，分建筑物和构筑物室外照明、商业街照明、道路照明、城市广告标志照明、园林绿地和旅游景点照明五大类分别介绍防治光污染的常用方法。
    1．建筑物和构筑物的室外照明的光污染的问题成因：
    （1）建筑物或构筑物照明的表面亮度过高，不少高达100cd/m2，甚至有上升趋势；
    （2）大部分建筑或构筑物使用大功率投光灯照明；
    （3）投光灯灯位和投射方向不合理，造成大量溢散光或干扰光；
    （4）投光灯基本没有挡光或遮光设施；
    （5）不少超高层建筑、居住建筑、玻璃幕墙建筑或钢架式塔、桥等构筑物也采用大功率投光照明。
    防治方法：
    （1）严格按建筑或构筑物的国际和国家的照明标准(包括照度、亮度标准和单位面积用电量标准)设计照明；
    （2）根据不同建筑的功能、特征、立面的饰面材料合理选用照明方法，如高大的现代化建筑、玻璃幕墙建筑、饰面材料反射比低于20%的建筑、居民楼及钢架式塔或桥构筑物不应使用一般泛光照明，建议采用内透光或局部投光为宜；
    （3）方案设计时，按最少溢散光和干扰光的要求设计投光灯的灯位和照射方向；
    （4）利用挡光或遮光板或利用减光方法将投光灯产生的溢散光和干扰光降低到最低的限度；
    （5）除地标建筑顶部使用激光、探照灯或空中玫瑰灯外，其它高大建筑顶部不得使用。
    2．商业街照明的光污染的问题成因：
    （1）商业街上无遮挡的高亮度、大面积的彩灯、灯箱广告和霓虹灯，所谓流光溢彩，将大量的光线溢散到空中，干扰光随处可见；
    （2）商业街高大建筑楼顶的大型广告的投光照明的溢散严重；
    （3）商业街建筑立面过亮的投光照明；
    （4）商业街路面和墙面的反射光直射天空等；
    （5）杂乱无章的灯光广告和设施引起的视觉干扰。
    防治方法：
    （1）统一规划商业街彩灯、灯箱广告、投光灯广告和霓虹灯广告及标牌的数量与密度、外观造型、尺寸大小、布置方式，防止各自为政，杂乱无章，随意设置跨街灯光广告，以防治光和视觉污染；
    （2）屋顶的大型广告，宜用从上方照射的投光灯广告牌或自发光广告灯箱。广告面的照度和灯箱画面亮度不能超过表1的标准值；

表1          投光灯广告牌照度标准

广告材料 反射率	推荐照度(lx)
	明亮环境	暗环境
低	1000	500
高	500	200

                                注：照明均匀度=最大照度/最小照度，为4：1。
    （3）充分利用商店内透光，降低店面灯光的密度和亮度；
    （4）按建筑或构筑物防治光污染的方法，防治好商业街建筑立面投光照明产生的光污染。
    3．道路照明的光污染的问题成因：
    （1）机动车道路灯溢散严重，对司机、行人和环境产生光干扰。一是没有严格按道路照明设计标准选用灯具；二是过多地考虑灯具的装饰性，忽视了路灯的功能性；三是使用简易灯具，如保护角很小的搪瓷罩；
    （2）路面反射光严重。一是不按国家或国际标准规定的路灯高距比布置路灯，路灯灯杆密度过大；二是盲目追求路面高照度，部分道路路面平均照度超过100lx，把路面照得过亮，从而导致路面反射到天空的干扰光大幅度上升；
    （3）不少快慢车道分开的道路，专设慢车道照明灯，把慢车道也照得很亮，以致路面反射光和干扰光的上升；
    （4）机场附近高速公路的灯光及灯光的颜色对飞行员视觉的影响；
    （5）住宅区道路照明，包括居民楼附近的高杆灯照明射入居民房间干扰光，影响居民休息和生活。一是安装灯位不合理；二是灯具无遮光措施。
    防治方法：
    （1）从根本上防治路灯溢散光的方法：设计时严格按道路照明规范要求，选用灯具的配光类型、布灯方式、安装高度和间距。对常规照明的机动车道必须选用截光、半截光型路灯灯具，不管使用多大功率的光源，在指定角度(90°)方向上所发出的最大光强值不得超过1000cd，灯具悬挑长度不宜超过安装高度的1/4，灯具仰角不宜超过15°。对不符合要求的路灯，应加以改造，特别是那些溢散光严重的简易路灯灯具必须尽快更换；
    （2）防治路面反射光的方法：一是严格按《城市道路照明设计标准》的有关要求，合理设计路灯的高距比；二是严防走进道路照明越亮越好的误区，设计时严格按我国和国际照明委员会(CIE)的道路照明标准设计；
    减少路面反射光的成功经验是使用半截光型路灯灯具，当路面反射比为10%时，路面反射光只有7.8%；若路面反射比为20%时，路面反射光也只有14.7%。可见，在保证道路照明标准需要的同时，使用S/H大，并用遮挡方法减少上射光的灯具将是今后道路照明减少路面反射光的重要措施；
    （3）防治慢车道、人行道及绿化带照明的光干扰的方法：一是慢车道、人行道照明的路面照度不能超过设计标准规定；二是统一规划，因地制宜，慎用装饰照明；三是装饰照明灯具配光、布灯位置和照射方向要合理，将干扰光降至最低；
    （4）防治机场附近高速公路照明干扰光的方法，除严格控制杂散光外，主要是使用与机场跑道灯光颜色不同的路灯颜色，以免飞机降落时误导；
    （5）防治路灯灯光射入居民室内，干扰人们休息的方法：一是选用的灯具的配光、安装位置、投光角度要合理；二是必要时在灯具上安装遮挡光板。
    4．城市广告标志照明的光污染的问题成因：
    （1）广告投光照明的溢散光严重。一是投光灯灯具的配光、安装位置、投光方向不合理；二是投光灯灯具几乎都没有防溢散光的措施；
    （2）广告和标志的表面亮度过高。一是设计时没有按亮度标准布灯，以致用灯过多；二是自发光显示屏广告和标志使用的发光器件不当，如LED、CRT(冷阴极管)、FDT(荧光放电管)和LCD(液晶显示屏)等。
    防治方法：
    （1）改变随意使用投光灯灯具照明状况，选用配光合理的广告投光灯灯具。鉴于目前作广告照明的投光灯灯具甚少，建议研制开发类似福乐灯的投光灯灯具和荧光灯作光源的投光灯灯具，见图1；     （2）如图A所示，投光灯应安装在广告牌的上方，由上向下照射；
    （3）投光灯灯具应有防治溢散光措施；
    （4）严格按广告照明的亮度标准设计用灯功率和数量，在无国标时，建议参考商业街防止光污染方法中的数据和亮度标准进行设计，选用投光灯具和发光二极管，将广告表面的亮度控制在标准值以内。
    5．园林绿地和旅游景点照明的光污染的问题成因：
    （1）园林照明的光污染。一是用投光灯照射树枝和叶时，大量的上射光溢散到天空；二是路边的树木用低位投光灯或埋地灯照射时产生的溢散干扰光；三是照明灯具的配光与布灯不合理以及无遮挡措施所致；
    （2）绿地和花坛照明的光污染。一是照明方法不合理，如路边的绿地或小树用投光灯照射时对行人或司机产生的光干扰；二是光源灯具使用不当，而且无遮挡光措施；
    （3）旅游景点照明的光污染。除以上建筑、道路、树木及绿地照明产生的光污染外，就是使用大功率的探照灯、激光灯或空中玫瑰灯产生大量的天空溢散光。
    防治方法：
    （1）严格按树木照明技术文件的规定，选择合理的照射方向，不用或尽量少用直接由下向上照射的方式进行照明。设计时：①根据树种的区别，确定相应的照度水平和照明的时间；②灯具的配光合理，而且必须要有相应的防止溢散光和干扰光的遮光措施；
    （2）防治绿地和花坛照明光污染方法：①严格按绿地和花坛照明技术文件的规定，选用合理的照明方法和投光方向；②选用配光合理，溢散光少的照明灯具，如图2所示的庭院灯具，使光源发出的大部分光线都反射到地面，减少了射向天空的光线，防治光污染效果较好；
    （3）由于探照灯、激光灯和空中玫瑰灯，特别是激光灯的光束亮度特别高，不仅光污染严重，而且对人眼有直接伤害。建议旅游景点尽量少用或不用这类灯光，万一使用时，应加强管理，严格控制开灯时间。
    （七）城市夜景照明光污染限制原则、标准和措施
    根据住房和城乡建设部颁发的JGJ/T163—2008《城市夜景照明设计规范》的要求光污染的限制应遵循下列原则
    1．光污染的限制应遵循下列原则：
    （1）在保证照明效果的同时，应防止夜景照明产生的光污染；
    （2）限制夜景照明的光污染，应以防为主，避免出现先污染后治理的现象；
    （3）对已出现光污染的城市，应同时做好防止和治理光污染工作；
    （4）应做好夜景照明设施的运行与管理工作，防止设施在运行过程中产生光污染。
    2．光污染的限制应符合下列规定：
    （1）夜景照明设施在居住建筑窗户外表面产生的垂直面照度不应大于表2的规定值。

照明技术参数	应用条件	环  境  区  域
		E1区	E2区	E3区	E4区
垂直面 照度(Ev)(lx)	熄灯时段前	2	5	10	25
	熄灯时段	0	1	2	5

注：① 考虑对公共（道路）照明灯具会产生影响，E1区熄灯时段的垂直面照度最大允许值可提高到1lx；
 ② 环境区域（E1～E4区）的划分可按《城市夜景照明设计规范》附录A进行。
    （2）夜景照明灯具朝居室方向的发光强度不应大于表3的规定值。
    （3）城市道路的非道路照明设施对汽车驾驶员产生的眩光的阈值增量不应大于15%。
    

照明技术参数	应用条件	环  境  区  域
		E1区	E2区	E3区	E4区
灯具发光强度 I(cd)	熄灯时段前	2500	7500	10000	25000
	熄灯时段	0	500	1000	2500

注：① 要限制每个能持续看到的灯具，但对于瞬时或短时间看到的灯具不在此例；
② 如果看到光源是闪动的，其发光强度应降低一半；
③ 如果是公共（道路）照明灯具，E1区熄灯时段灯具发光强度最大允许值可提高到500cd；
 ④ 环境区域（E1～E4区）的划分可按《城市夜景照明设计规范》附录A进行。
    （4）居住区和步行区的夜景照明设施应避免对行人和非机动车造成眩光。夜景照明灯具的眩光限制值应满足表4的规定。
 

安装高度(m)	L与A0.5的乘积
H≤4.5	LA0.5≤4000
4.5＜H≤6	LA0.5≤5500
H＞6	LA0.5≤7000

   注：① L为灯具在与向下垂线成85°和90°方向间的最大平均亮度（cd/m2）；
          ② A为灯具在与向下垂线成80°和90°方向间的所有出光面积（m2）。
    （5）灯具的上射光通量比的最大值不应大于表5的规定值。
 

照明技术 参数	应 用 条 件	环  境  区  域
		E1区	E2区	E3区	E4区
上射光通量比	灯具所处位置水平面以上的光通量与灯具总光通量之比（%）	0	5	15	25

    （6）夜景照明在建筑立面和标识面产生的平均亮度不应大于表6的规定值。

照明技术 参数	应 用 条 件	环  境  区  域
		E1区	E2区	E3区	E4区
建筑立面亮度 Lb(cd/m2)	被照面平均亮度	0	5	10	25
标识亮度 Ls(cd/m2)	外投光标识被照面平均亮度；对自发光广告标识，指发光面的平均亮度	50	400	800	1000

注：① 若被照面为漫反射面，建筑立面亮度可根据被照面的照度E和反射比ρ，按L=Eρ/π式计算出亮度Lb或Ls。
       ② 标识亮度Ls值不适用于交通信号标识。
       ③ 闪烁、循环组合的发光标识，在E1区和E2区里不应采用，在所有环境区域这类标识均不应靠近住宅的窗户设置。
     3．光污染的限制应采取下列措施：
    （1）在编制城市夜景照明规划时，应对限制光污染提出相应的要求和措施；
    （2）在设计城市夜景照明工程时，应按城市夜景照明的规划进行设计；
    （3）应将照明的光线严格控制在被照区域内，限制灯具产生的干扰光，超出被照区域内的溢散光不应超过15%；
    （4）应合理设置夜景照明运行时段，及时关闭部分或全部夜景照明、广告照明和非重要景观区高层建筑的内透光照明。
     4. 环境区域的划分是根据CIE出版物《限制室外照明设施的干扰光影响指南》No.150（2003）的第2.7.4节关于环境区域的定义和划分确定的。城市夜景照明环境区域根据环境亮度和活动内容作下列划分：
    （1）E1区为天然暗环境区，如国家公园、自然保护区和天文台所在地区等；
    （2）E2区为低亮度环境区，如乡村的工业或居住区等；
    （3）E3区为中等亮度环境区，如城郊工业或居住区等；
    （4）E4区为高亮度环境区，如城市中心和商业区等。

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