城市光污染初探
——以昆明市二環(huán)路以內(nèi)區(qū)域?yàn)槔?/h1>
2019-03-23 04:33李海旺
智能城市 2019年3期
李海旺
（云南省民族中等專業(yè)學(xué)校，云南 昆明 650100）
1 光污染的概念、分類及特點(diǎn)
（1）過量的光輻射對人類生活和生產(chǎn)環(huán)境產(chǎn)生有害影響的現(xiàn)象謂之光污染。
（2）國際上通常分為3類，即為白亮污染、人工白晝、彩光污染。
（3）光污染是物理性的污染，其特點(diǎn)一是局部性，光污染會隨距離的增長而快速消減。二是沒有殘余性，在環(huán)境中不留下任何殘余物，污染隨光源消失而立即消失。三是相對性，光污染是相對于環(huán)境背景說的；噪光是否是光污染，不同的人有不同的結(jié)論。
2 昆明市二環(huán)路以內(nèi)區(qū)域光污染現(xiàn)狀分析
光具有波粒二象性，是由光速運(yùn)動的光子組成，視網(wǎng)膜因受光子刺激而產(chǎn)生視覺。強(qiáng)光刺激通過視神經(jīng)的傳導(dǎo)，擾亂整個神經(jīng)中樞，造成心理煩躁、精神壓抑、生理紊亂等人體傷害。
2.1 白亮污染現(xiàn)狀分析
2.1.1 從物理學(xué)角度分析白亮光產(chǎn)生的原理
假設(shè)太陽是發(fā)光圓盤，其半徑為R，光亮度為B，到地面距離為L，由于L＞＞2R，因此可將太陽看作點(diǎn)光源，太陽光也可近似看作是平行光。
（1）目標(biāo)亮度的計(jì)算。太陽光由直射光和天空光兩部分組成，因此，目標(biāo)亮度也由兩部分組成，即直射光和天空光照射到反射面上的亮度疊加。根據(jù)點(diǎn)光源直射照度的距離平方反比定理、距離平方反比余弦定理，即：
可推算出直射光和天空光在玻璃幕墻等反射面上的照度公式為：
式中：Edv——玻璃幕墻等反射面上直射日光照度（lx）；
Es——直射光在地面上產(chǎn)生的照度（lx）；
Eα——天空光晴天在地面上的照度（lx）；
α——太陽入射角度(°)。
（2）根據(jù)反射材料亮度計(jì)算公式 ，玻璃幕墻等反射面上的亮度為：
式中：B——玻璃幕墻等表面的亮度（cd/m2）；
ρ——反射率。
由式（3）、式（4）得，反射面上亮度與反射率成正比。由于玻璃幕墻等反射面的反射率都比較高，因此，極易形成鏡面反射，鏡面光源發(fā)出的強(qiáng)光，若射入人眼便形成反射眩光，會使人出現(xiàn)視覺喪失的現(xiàn)象，射向地面便增大地面上的光照度，從而形成白亮污染。
2.1.2 白亮污染形成的主要原因
白亮污染是一種鏡面光反射，形成白亮污染要具備以下條件：
首先要具備自然條件，即有強(qiáng)烈的太陽光作為入射光線。昆明市年均日照時間長達(dá)2 200 h以上，PM2.5常年小于50。因此，光量子在傳播過程中能量損失較小，其穿透性和輻射能力極強(qiáng)。
其次是人為因素，即有光滑的反射面，玻璃幕墻、釉面磚墻和淺色涂料層等的反射率較高。昆明市二環(huán)路以內(nèi)區(qū)域用玻璃幕墻等表面光滑的建筑材料作為外墻的高聳建筑物鱗次櫛比，在高反射率的視覺環(huán)境中，人眼所受傷害是不言而喻的。
再次是受害者處于特定環(huán)境中。受害者處于反射光線輻射的環(huán)境中，就會受到太陽光和反射光等的雙重甚至多重輻射，該環(huán)境的光照度將大大超出視網(wǎng)膜承受的程度，同時溫度也將急劇攀升。
可見，昆明市二環(huán)路以內(nèi)區(qū)域極其容易形成白亮污染。
2.2 人工白晝現(xiàn)狀分析
在昆明市二環(huán)路以內(nèi)區(qū)域，絢麗多彩的霓虹燈及耀眼的路燈等光源越來越多，高聳建筑物夜間射出的強(qiáng)光直射云霄。戶外LED廣告屏已把昆明市二環(huán)路以內(nèi)區(qū)域照耀得華麗多彩。然而，其發(fā)出的耀光卻形成了人工白晝。
地表太陽光亮度一般在2 000 cd/m2左右，室外全彩屏亮度須大于1 500 cd/m2才能確保畫面的清晰。目前市場上LED戶外顯示屏的亮度通常達(dá)5 000 cd/m2，甚至更高。如果顯示屏的亮度超過太陽光亮度的兩倍及以上時，人眼直視顯示屏便會感覺不舒服，甚至?xí)谷顺霈F(xiàn)短暫性視覺喪失，影響人們的生活等，還會引發(fā)各種意外事故。
昆明市二環(huán)路以內(nèi)區(qū)域，造成人工白晝的污染源可分為3類，一是以LED顯示屏為主的廣告牌、燈箱等，LED顯示屏造成的污染最為嚴(yán)重，主要集中在商業(yè)街、娛樂場所、廣場和城市主干道交叉口等處；二是夜間照明系統(tǒng)發(fā)出的強(qiáng)光，如路燈、夜景照明、工地照明等；三是交通工具的燈光，主要是以汽車燈光為主，特別是改裝了大功率大燈（如氙氣燈）的汽車燈光，以及駕駛員使用燈光不當(dāng)也會造成白亮污染。
2.3 彩光污染現(xiàn)狀分析
昆明市二環(huán)路以內(nèi)區(qū)域夜市已出現(xiàn)一片繁忙景象。每當(dāng)夜幕降臨時，商業(yè)街的霓虹燈、燈箱廣告等也爭先恐后般發(fā)出強(qiáng)光。各種燈光標(biāo)志已遍及大街小巷，且亮度越來越高，加速了昆明市二環(huán)路以內(nèi)區(qū)域彩光污染的形成。
昆明市二環(huán)路以內(nèi)區(qū)域造成彩光污染的光源主要有黑光燈、旋轉(zhuǎn)燈、熒光燈和閃爍的彩光等。其中，黑光燈、旋轉(zhuǎn)燈、熒光燈在舞廳、夜總會、夜間游樂場所使用最為普遍，也是形成彩光污染的罪魁禍?zhǔn)?。閃爍的彩光已是遍地開花，夜以繼日地在閃爍，長時間影響人們的生產(chǎn)和生活。
3 城市光污染的危害
3.1 城市白亮污染的危害
（1）引發(fā)意外事故。大面積的玻璃幕墻、釉面磚墻等的外圍若呈凹形，會產(chǎn)生反射光聚焦，焦點(diǎn)處的溫度將愈積愈高，會導(dǎo)致火災(zāi)。駕駛員在烈日下駕車，眼睛受到玻璃幕墻等的反射光的刺激，會形成短暫視覺喪失，導(dǎo)致車禍的發(fā)生。
（2）傷害身體健康。白亮污染會誘發(fā)白內(nèi)障的發(fā)生，傷害眼睛的角膜和虹膜，會引起視力急劇下降。長期待在白亮污染環(huán)境中，會導(dǎo)致人體內(nèi)正常細(xì)胞的衰亡，導(dǎo)致血壓升高、心急燥熱等類似神經(jīng)衰弱的癥狀發(fā)生。
（3）間接造成經(jīng)濟(jì)損失。白亮污染還會誘發(fā)各種疾病的發(fā)生，嚴(yán)重威脅到了人類的健康生活及工作效率，使生活和生產(chǎn)環(huán)境不斷惡化。在整治白亮污染、恢復(fù)生產(chǎn)環(huán)境等，給人們間接造成了無法估量的經(jīng)濟(jì)損失。
3.2 城市人工白晝的危害
（1）對人身健康的危害。眼花繚亂的光源，會干擾到大腦的中樞神經(jīng)，導(dǎo)致惡心嘔吐、頭暈?zāi)垦Ｒ约笆叩壬砦蓙y癥狀的出現(xiàn)。兒童經(jīng)常在人工白晝環(huán)境中生活，受光照過多，松果體褪黑激素分泌會減少，性腺發(fā)育的控制受到影響，性器官會過早發(fā)育，出現(xiàn)兒童性早熟。
（2）破壞生態(tài)平衡。人工光照破壞了動植物的生理周期和生活習(xí)慣，影響了它們的新陳代謝，刺眼的光源是殘害昆蟲及鳥類的罪魁禍?zhǔn)?，昆蟲在夜間的正常繁殖會遭到強(qiáng)光的破壞，打破生態(tài)平衡。
3.3 城市彩光污染的危害
（1）影響人的生理功能。黑光燈所產(chǎn)生的紫外線（250～320 nm），光強(qiáng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出太陽光中的紫外線，長時間遭受這種紫外線的輻射，將導(dǎo)致脫牙和鼻出血等癥狀的發(fā)生，癌癥和白血病等疾病也會發(fā)生。彩光污染不僅會擾亂人體的內(nèi)部平衡，還會引起光害綜合征。
（2）影響人的心理健康。科學(xué)家研究表明，人的心理健康會受彩光污染的影響，長時間待在五彩繽紛的燈光環(huán)境下，情緒和心理上多少會受到影響。
4 城市光污染的防治措施
昆明，應(yīng)避免重蹈“先污染、后治理”的覆轍，須實(shí)施行之有效的防治措施。
4.1 白亮污染的防治措施
（1）使用低反射率的建筑材料。用反熱反光弱的材料做建筑物外墻，普及新型亞光外墻材料，在受光污染危害的區(qū)域增設(shè)隔光措施。
（2）提高城市綠化率。多建綠地、多植樹，利用平面綠化與立體綠化相結(jié)合的方式，可大大減弱白亮污染。
（3）健全法規(guī)，嚴(yán)格執(zhí)法。規(guī)范反光、反熱的建筑材料的使用辦法，加強(qiáng)從規(guī)劃設(shè)計(jì)便開始進(jìn)行管理控制。
4.2 人工白晝的防治措施
（1）合理規(guī)劃，科學(xué)照明。城市規(guī)劃與夜景照明應(yīng)當(dāng)協(xié)調(diào)統(tǒng)一在生態(tài)環(huán)境之中，計(jì)劃建設(shè)的夜景照明項(xiàng)目要防止光污染，對電子顯示屏、霓虹燈和燈箱須加以管理和控制。
（2）制定防治人工白晝污染的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。在相關(guān)法律法規(guī)中增設(shè)防止人工白晝污染的條目，光源設(shè)置要合理，首選光束發(fā)散角小和環(huán)保節(jié)能的燈具，采用在燈具上加隔片或遮光罩等措施來減少光污染的產(chǎn)生。
（3）加強(qiáng)宣傳教育和技術(shù)研究。加強(qiáng)人工白晝污染的教育工作和公益宣傳，實(shí)現(xiàn)綠色和節(jié)能照明。對人工白晝污染的整治，須有法可依、執(zhí)法必嚴(yán)、違法必究。
4.3 彩光污染的防治措施
（1）在源頭上嚴(yán)格控制。城市照明首選綠色照明產(chǎn)品，使用環(huán)?？茖W(xué)的夜景光源，科學(xué)合理地分布光度，建設(shè)符合生態(tài)的“綠色照明”環(huán)境。
（2）規(guī)范行為準(zhǔn)則。對黑光燈、旋轉(zhuǎn)燈、熒光燈和閃爍的彩光源應(yīng)加以科學(xué)管理和嚴(yán)格控制，減少大功率強(qiáng)光源的使用。在娛樂場所等建設(shè)的時候，要多栽花草樹木等來減弱彩光污染。
（3）增設(shè)遮光設(shè)備?？赏ㄟ^增設(shè)遮光窗簾、百葉窗等來避免彩光污染，在彩光污染嚴(yán)重的區(qū)域可設(shè)遮光棚等來減小污染。
光污染，已悄無聲息地潛入我們的生活和生產(chǎn)中，其危害不可輕視。我們要做到未雨綢繆，警鐘長鳴，增強(qiáng)防范意識，提高防治能力。
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（1）過量的光輻射對人類生活和生產(chǎn)環(huán)境產(chǎn)生有害影響的現(xiàn)象謂之光污染。
（2）國際上通常分為3類，即為白亮污染、人工白晝、彩光污染。
（3）光污染是物理性的污染，其特點(diǎn)一是局部性，光污染會隨距離的增長而快速消減。二是沒有殘余性，在環(huán)境中不留下任何殘余物，污染隨光源消失而立即消失。三是相對性，光污染是相對于環(huán)境背景說的；噪光是否是光污染，不同的人有不同的結(jié)論。
2 昆明市二環(huán)路以內(nèi)區(qū)域光污染現(xiàn)狀分析
光具有波粒二象性，是由光速運(yùn)動的光子組成，視網(wǎng)膜因受光子刺激而產(chǎn)生視覺。強(qiáng)光刺激通過視神經(jīng)的傳導(dǎo)，擾亂整個神經(jīng)中樞，造成心理煩躁、精神壓抑、生理紊亂等人體傷害。
2.1 白亮污染現(xiàn)狀分析
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假設(shè)太陽是發(fā)光圓盤，其半徑為R，光亮度為B，到地面距離為L，由于L＞＞2R，因此可將太陽看作點(diǎn)光源，太陽光也可近似看作是平行光。
（1）目標(biāo)亮度的計(jì)算。太陽光由直射光和天空光兩部分組成，因此，目標(biāo)亮度也由兩部分組成，即直射光和天空光照射到反射面上的亮度疊加。根據(jù)點(diǎn)光源直射照度的距離平方反比定理、距離平方反比余弦定理，即：
可推算出直射光和天空光在玻璃幕墻等反射面上的照度公式為：
式中：Edv——玻璃幕墻等反射面上直射日光照度（lx）；
Es——直射光在地面上產(chǎn)生的照度（lx）；
Eα——天空光晴天在地面上的照度（lx）；
α——太陽入射角度(°)。
（2）根據(jù)反射材料亮度計(jì)算公式 ，玻璃幕墻等反射面上的亮度為：
式中：B——玻璃幕墻等表面的亮度（cd/m2）；
ρ——反射率。
由式（3）、式（4）得，反射面上亮度與反射率成正比。由于玻璃幕墻等反射面的反射率都比較高，因此，極易形成鏡面反射，鏡面光源發(fā)出的強(qiáng)光，若射入人眼便形成反射眩光，會使人出現(xiàn)視覺喪失的現(xiàn)象，射向地面便增大地面上的光照度，從而形成白亮污染。
2.1.2 白亮污染形成的主要原因
白亮污染是一種鏡面光反射，形成白亮污染要具備以下條件：
首先要具備自然條件，即有強(qiáng)烈的太陽光作為入射光線。昆明市年均日照時間長達(dá)2 200 h以上，PM2.5常年小于50。因此，光量子在傳播過程中能量損失較小，其穿透性和輻射能力極強(qiáng)。
其次是人為因素，即有光滑的反射面，玻璃幕墻、釉面磚墻和淺色涂料層等的反射率較高。昆明市二環(huán)路以內(nèi)區(qū)域用玻璃幕墻等表面光滑的建筑材料作為外墻的高聳建筑物鱗次櫛比，在高反射率的視覺環(huán)境中，人眼所受傷害是不言而喻的。
再次是受害者處于特定環(huán)境中。受害者處于反射光線輻射的環(huán)境中，就會受到太陽光和反射光等的雙重甚至多重輻射，該環(huán)境的光照度將大大超出視網(wǎng)膜承受的程度，同時溫度也將急劇攀升。
可見，昆明市二環(huán)路以內(nèi)區(qū)域極其容易形成白亮污染。
2.2 人工白晝現(xiàn)狀分析
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地表太陽光亮度一般在2 000 cd/m2左右，室外全彩屏亮度須大于1 500 cd/m2才能確保畫面的清晰。目前市場上LED戶外顯示屏的亮度通常達(dá)5 000 cd/m2，甚至更高。如果顯示屏的亮度超過太陽光亮度的兩倍及以上時，人眼直視顯示屏便會感覺不舒服，甚至?xí)谷顺霈F(xiàn)短暫性視覺喪失，影響人們的生活等，還會引發(fā)各種意外事故。
昆明市二環(huán)路以內(nèi)區(qū)域，造成人工白晝的污染源可分為3類，一是以LED顯示屏為主的廣告牌、燈箱等，LED顯示屏造成的污染最為嚴(yán)重，主要集中在商業(yè)街、娛樂場所、廣場和城市主干道交叉口等處；二是夜間照明系統(tǒng)發(fā)出的強(qiáng)光，如路燈、夜景照明、工地照明等；三是交通工具的燈光，主要是以汽車燈光為主，特別是改裝了大功率大燈（如氙氣燈）的汽車燈光，以及駕駛員使用燈光不當(dāng)也會造成白亮污染。
2.3 彩光污染現(xiàn)狀分析
昆明市二環(huán)路以內(nèi)區(qū)域夜市已出現(xiàn)一片繁忙景象。每當(dāng)夜幕降臨時，商業(yè)街的霓虹燈、燈箱廣告等也爭先恐后般發(fā)出強(qiáng)光。各種燈光標(biāo)志已遍及大街小巷，且亮度越來越高，加速了昆明市二環(huán)路以內(nèi)區(qū)域彩光污染的形成。
昆明市二環(huán)路以內(nèi)區(qū)域造成彩光污染的光源主要有黑光燈、旋轉(zhuǎn)燈、熒光燈和閃爍的彩光等。其中，黑光燈、旋轉(zhuǎn)燈、熒光燈在舞廳、夜總會、夜間游樂場所使用最為普遍，也是形成彩光污染的罪魁禍?zhǔn)?。閃爍的彩光已是遍地開花，夜以繼日地在閃爍，長時間影響人們的生產(chǎn)和生活。
3 城市光污染的危害
3.1 城市白亮污染的危害
（1）引發(fā)意外事故。大面積的玻璃幕墻、釉面磚墻等的外圍若呈凹形，會產(chǎn)生反射光聚焦，焦點(diǎn)處的溫度將愈積愈高，會導(dǎo)致火災(zāi)。駕駛員在烈日下駕車，眼睛受到玻璃幕墻等的反射光的刺激，會形成短暫視覺喪失，導(dǎo)致車禍的發(fā)生。
（2）傷害身體健康。白亮污染會誘發(fā)白內(nèi)障的發(fā)生，傷害眼睛的角膜和虹膜，會引起視力急劇下降。長期待在白亮污染環(huán)境中，會導(dǎo)致人體內(nèi)正常細(xì)胞的衰亡，導(dǎo)致血壓升高、心急燥熱等類似神經(jīng)衰弱的癥狀發(fā)生。
（3）間接造成經(jīng)濟(jì)損失。白亮污染還會誘發(fā)各種疾病的發(fā)生，嚴(yán)重威脅到了人類的健康生活及工作效率，使生活和生產(chǎn)環(huán)境不斷惡化。在整治白亮污染、恢復(fù)生產(chǎn)環(huán)境等，給人們間接造成了無法估量的經(jīng)濟(jì)損失。
3.2 城市人工白晝的危害
（1）對人身健康的危害。眼花繚亂的光源，會干擾到大腦的中樞神經(jīng)，導(dǎo)致惡心嘔吐、頭暈?zāi)垦Ｒ约笆叩壬砦蓙y癥狀的出現(xiàn)。兒童經(jīng)常在人工白晝環(huán)境中生活，受光照過多，松果體褪黑激素分泌會減少，性腺發(fā)育的控制受到影響，性器官會過早發(fā)育，出現(xiàn)兒童性早熟。
（2）破壞生態(tài)平衡。人工光照破壞了動植物的生理周期和生活習(xí)慣，影響了它們的新陳代謝，刺眼的光源是殘害昆蟲及鳥類的罪魁禍?zhǔn)?，昆蟲在夜間的正常繁殖會遭到強(qiáng)光的破壞，打破生態(tài)平衡。
3.3 城市彩光污染的危害
（1）影響人的生理功能。黑光燈所產(chǎn)生的紫外線（250～320 nm），光強(qiáng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出太陽光中的紫外線，長時間遭受這種紫外線的輻射，將導(dǎo)致脫牙和鼻出血等癥狀的發(fā)生，癌癥和白血病等疾病也會發(fā)生。彩光污染不僅會擾亂人體的內(nèi)部平衡，還會引起光害綜合征。
（2）影響人的心理健康。科學(xué)家研究表明，人的心理健康會受彩光污染的影響，長時間待在五彩繽紛的燈光環(huán)境下，情緒和心理上多少會受到影響。
4 城市光污染的防治措施
昆明，應(yīng)避免重蹈“先污染、后治理”的覆轍，須實(shí)施行之有效的防治措施。
4.1 白亮污染的防治措施
（1）使用低反射率的建筑材料。用反熱反光弱的材料做建筑物外墻，普及新型亞光外墻材料，在受光污染危害的區(qū)域增設(shè)隔光措施。
（2）提高城市綠化率。多建綠地、多植樹，利用平面綠化與立體綠化相結(jié)合的方式，可大大減弱白亮污染。
（3）健全法規(guī)，嚴(yán)格執(zhí)法。規(guī)范反光、反熱的建筑材料的使用辦法，加強(qiáng)從規(guī)劃設(shè)計(jì)便開始進(jìn)行管理控制。
4.2 人工白晝的防治措施
（1）合理規(guī)劃，科學(xué)照明。城市規(guī)劃與夜景照明應(yīng)當(dāng)協(xié)調(diào)統(tǒng)一在生態(tài)環(huán)境之中，計(jì)劃建設(shè)的夜景照明項(xiàng)目要防止光污染，對電子顯示屏、霓虹燈和燈箱須加以管理和控制。
（2）制定防治人工白晝污染的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。在相關(guān)法律法規(guī)中增設(shè)防止人工白晝污染的條目，光源設(shè)置要合理，首選光束發(fā)散角小和環(huán)保節(jié)能的燈具，采用在燈具上加隔片或遮光罩等措施來減少光污染的產(chǎn)生。
（3）加強(qiáng)宣傳教育和技術(shù)研究。加強(qiáng)人工白晝污染的教育工作和公益宣傳，實(shí)現(xiàn)綠色和節(jié)能照明。對人工白晝污染的整治，須有法可依、執(zhí)法必嚴(yán)、違法必究。
4.3 彩光污染的防治措施
（1）在源頭上嚴(yán)格控制。城市照明首選綠色照明產(chǎn)品，使用環(huán)?？茖W(xué)的夜景光源，科學(xué)合理地分布光度，建設(shè)符合生態(tài)的“綠色照明”環(huán)境。
（2）規(guī)范行為準(zhǔn)則。對黑光燈、旋轉(zhuǎn)燈、熒光燈和閃爍的彩光源應(yīng)加以科學(xué)管理和嚴(yán)格控制，減少大功率強(qiáng)光源的使用。在娛樂場所等建設(shè)的時候，要多栽花草樹木等來減弱彩光污染。
（3）增設(shè)遮光設(shè)備?？赏ㄟ^增設(shè)遮光窗簾、百葉窗等來避免彩光污染，在彩光污染嚴(yán)重的區(qū)域可設(shè)遮光棚等來減小污染。
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