據中國科學院消息，中科院空天信息研究院中國遙感衛星地面站博士江威等首次利用國產“珞珈一號”夜光遙感衛星數據，開展了夜光污染調查工作，未來結合地面調查數據，可開展全球高分辨率夜光污染制圖研究。本版特約研究者向讀者介紹有關情況。

上世紀70年代開始夜光遙感監測

隨著社會經濟的發展，夜間照明設施逐漸普及。夜晚燈光的強弱，直接彰顯了人類活動區域的發達程度。基于這個特點，夜光遙感的作用開始凸顯。

簡單地說，夜光遙感就是利用遙感技術從太空觀測夜間地球的光芒。夜光遙感最早起源于上世紀70年代美國軍事氣象衛星計劃，該計劃的初衷是希望捕捉夜間云層反射的微弱月光，從而獲取夜間云層分布信息，但意外發現該衛星可以捕捉到無云情況下夜間城市區域發光。科研人員意識到了這一作用，通過對每天衛星采集的影像進行合成處理，研制出了無云的夜光遙感數據，這個數據被全球的科學家廣泛應用，從而促使夜光遙感逐漸成為遙感領域發展一個活躍的分支。

世界上第一顆夜光衛星（DMSP-OLS）是由美國國防部主導發射，而后該系列衛星一直延續到2013年，提供了迄今最長時間序列（1992年-2013年）的年度夜光遙感數據。隨著NPP-VIIRS衛星2011年發射成功，該衛星能夠獲取新的夜光遙感影像，空間分辨率也提高到500米左右，而且發布了月度合成產品。這兩個夜光數據由美國海洋大氣局開展處理分發，并免費開放獲取，這樣就促使更多科學家加入到了夜光遙感研究中，并不斷拓展其應用領域。

除了這兩套夜光遙感數據，美國、阿根廷、以色列等國的衛星及國際空間站也能獲取夜光遙感衛星數據，但這些數據較少，且不易獲取。

近年來我國頻頻發射了夜光遙感衛星，突破了夜光遙感數據源依賴國外的局面，其中“吉林一號”是國內首顆能夠獲取夜光影像的商業衛星，其分辨率可達到亞米級，而今年6月發射成功的“珞珈一號”是我國首顆專業夜光遙感衛星，理論上15天就能獲取一期全球較高分辨率的夜光影像。

夜光遙感影像直接彰顯人類活動

一帶一路夜間燈光合成圖

相比于大多數白天成像的可見光衛星和雷達衛星，夜光遙感衛星通過獲取地表發射的可見光-近紅外電磁波信息，主要反映的是地表人類活動狀況，最主要的是人類夜間燈光照明，同時也包括石油天然氣燃燒、海上漁船燈光、森林火災以及火山爆發等來源。相比于普通的遙感衛星影像，夜光遙感能夠提供以人類活動為中心的獨特視角，能夠直接揭示地表人類活動的潛在規律，因此在社會科學領域有廣泛的應用。

例如，科研人員利用夜光遙感影像所直觀反映的社會經濟發展差異，進行社會經濟參量估算。利用DMSP-OLS時序夜光遙感合成全球夜光圖，其中白色亮區為經濟發展水平較高區域，而黑色則是經濟發展水平較低或者無人類居住區。從圖上，可直觀看到北美、歐洲、印度、中國和日本的夜光亮度較大，反映出經濟發展水平較高，而南美、非洲、中亞則大部分區域處于黑暗中，整體經濟水平較低。由此，科學家利用夜光數據開展了較多社會經濟參量估算，如人口、GDP、能源消耗、碳排放、貨運量和貧困度。使用夜光遙感數據估算社會經濟參量，具有空間細節豐富、時效快和統計口徑一致等優勢。

城市監測是夜光遙感的典型應用領域。由于城鎮在夜間利用照明設施發出亮光，夜光遙感能夠有效捕捉燈光輻射信息，中國遙感衛星地面站的科研人員利用夜光遙感影像能夠快速重建“一帶一路”沿線國家城市化過程。利用多時相合成的“一帶一路”地區夜光遙感圖，白色表示夜光燈光不變區，紅色表示夜間燈光擴展區，藍色和綠色表示夜間燈光下降區。從該圖可以看出，日本和西歐發達國家夜間燈光較穩定，而中國、印度以及東歐發展中國家夜間燈光呈明顯增長趨勢，因此，利用夜光遙感可直觀反映城市化空間擴展過程，有助于分析城市群和城市空間結構演化規律，此外，利用歷史時序數據可重建過去20年“一帶一路”沿線國家城市化發展歷程，為沿線國家城市化規劃和區域城市網絡體系發展提供科學支撐。

中國遙感衛星地面站的科研人員還利用夜光遙感影像評估戰爭危機等。例如也門戰爭發生后，導致夜光發生驟變。通過時序夜光遙感數據挖掘分析也門戰爭前后的夜光變化，可以發現夜光下降明顯。通過定量化分析，也門戰爭前后夜光總值減少了7成，其中下降幅度最大是2015年3月到4月，該時間與沙特空襲也門時間（2015年3月26日開始）一致，下降區域主要位于中東部省份。通過夜光遙感能夠客觀準確評估戰爭造成也門人道主義危機的范圍和程度，有助于國際社會開展援助。

夜光污染問題不可忽視

全球夜光污染變化趨勢制圖

隨著全球城市化進程加快，城市夜間照明設施的快速發展，為城市居民生活和出行帶來了極大方便。但與此同時，整夜被燈光所籠罩的“不夜城”，也將導致不可避免的夜光污染，不僅造成了能源的浪費，還會對人類健康、動植物的棲息繁殖和天文觀測等活動造成一定的負面影響。有調查表明，過度夜光照射可能增加人類健康風險，并可改變動植物生長習性等。例如可能增加乳腺癌、前列腺癌發病風險，可能改變海龜的繁殖習慣和影響鳥類飛行軌跡。夜光遙感影像也為健康風險評價提供了科學數據。

中國遙感衛星地面站衛星數據深加工團隊在國內較早開展了利用夜光遙感監測夜光污染的工作。研究發現，全球夜光污染主要在北半球中高緯度，東亞、歐洲和北美是夜光污染高值區。亞洲和南美洲在近20年夜光污染增速較快，全球大部分國家夜光污染在增加，部分國家如美國、烏克蘭和敘利亞夜光污染處于下降趨勢。

中國夜光污染高值主要集中在經濟發達地區，但經濟欠發達地區夜光污染增長速度更快，中國東西部夜光污染差異性較大。

保護區建設對于生態多樣性和生態系統可持續發展具有重要意義，現有研究表明夜光污染會直接或間接影響生態系統。因此，該團隊調查了中國保護區夜光污染變化特征。發現我國超過一半的保護區處于夜光污染增加趨勢，主要集中于華東、華中地區和西部局部地區。41%的保護區屬于穩定夜光污染或無夜光污染，而高增長高密度夜光污染的保護區占所有保護區的9%。結合高分辨率光學衛星遙感數據和社會經濟統計數據，發現中國保護區夜光污染增加主要因為礦產開發、旅游發展和臨近城市。這項工作的開展有助于了解目前我國保護區夜光污染現狀，并為今后保護區的夜光污染防治和治理提出科學支撐。

“珞珈一號”

能捕捉更細微夜光空間信息

中國遙感衛星地面站衛星數據深加工團隊率先利用最新國產“珞珈一號”數據開展了夜光污染應用潛力研究。通過研究發現，“珞珈一號”與NPP-VIIRS空間一致性較高，但“珞珈一號”能夠觀測捕捉到更為細微的夜光空間信息。夜光污染在不同土地利用類型的平均亮度差異較大，其中高污染主要位于商業服務區、機場和工業區等，而夜光較少的地區主要是農田、水庫和農村居民點，城市道路的夜光污染則是距離道路越遠越顯著下降。通過對武漢、首爾、海法和墨西哥4個城市夜光污染格局的調查，發現首爾夜光高值區大于墨西哥，武漢和海法夜光污染面積較小，結合社會經濟數據，發現夜光污染面積與國民生產總值呈正相關。這項研究有助于為相關領域科學家應用“珞珈一號”數據開展研究提供參考。

盡管科學家利用夜光遙感技術在夜光污染調查和夜光污染對人類和自然界動植物影響評估方面開展了較多研究，但目前夜光遙感數據分辨率粗，定量化程度還不夠高，一定程度影響了評估的精度。另外，夜光污染的風險閾值還缺乏大量的實證研究，未來需要結合衛星遙感觀測和地面調查開展夜光污染定量風險評估研究，并探索夜光污染對人類和自然界動植物的影響機理。通過相關研究，可為城市基礎照明設施建設提供科學合理建議，在服務好城市居民生活的同時，也守護好城市夜空的寧靜。（江威）