在人类历史上，城市的夜晚一直被灯光照亮，但如今城市灯光不仅承载着实用需求，更成为社会、商业和文化活动的视觉象征。然而，人工光源的普及也带来了环境污染的新挑战——光污染。光污染已经被公认为一种广泛且影响深远的环境问题，尤其在城市区域表现得尤为明显。它不仅改变了自然夜空的面貌，也对生态系统、人类健康以及能源消耗产生了负面影响。本文基于2025年发表在《自然·城市》期刊上的公民科学研究“Citizen science illuminates the nature of city lights”，深入探讨了城市灯光的真实组成、灯光污染的复杂性，以及公民科学如何推动城市照明治理和可持续发展。 城市光源的多样性与认知误区 传统认知中，城市夜晚的灯光主要来源于街道照明，这是因为卫星俯瞰夜景时，街灯沿街道形成的光带最为明显，且多由公共机构直接管理，有较好的数据记录。
但新晋研究显示，这一认知存在明显偏差。公民科学项目利用“夜光观察”（Nachtlichter）应用程序组织志愿者在德国22平方公里范围内对超过23万个人工光源进行分类发现，广告和装饰灯光在市中心灯光总数中占据了超过街灯数量的份额。这意味着除了我们熟悉的公共照明外，商业招牌、橱窗灯以及私人住宅的灯光同样构成了城市夜间照明的重要部分。 这种多样化灯光源的存在，给城市光环境治理带来挑战。公共街灯虽然便于监管和改进，但私人与商业灯光的动态变化和复杂样式，使光污染控制难度剧增。例如，许多商业标牌在深夜仍保持照明，私人住宅中的灯光随居民活动时间而变动，而这些光源往往不在传统的公共光污染管控范围之内。
卫星数据与地面灯光实况的对比 地球夜景卫星成像为全球光污染研究提供了极具价值的数据支持。可见红外成像辐射仪套件(DNB)能够捕捉地表的夜间光辐射。然而，卫星观测在空间分辨率及光谱敏感度上存在一定局限，无法精确识别地面各类光源的具体类型和数量。通过公民科学数据与卫星夜光辐射的比对，研究发现两者虽有显著相关性，但不同光源对卫星辐射贡献的比例不尽相同。商业标牌的辐射贡献随城市密度变化而加速增长，而街道和路径照明的增长相对缓慢，显示城市不同区域的光源结构有较大差异。 此外，研究成果表明，德国境内午夜仍有超过七千八百万个灯光源持续亮起，这数量几乎接近全国人口总数，而德国公路及公共区域的街灯数量仅约九百万。
卫星数据虽能够反映城市整体光照强度和扩散范围，但地面详细的灯光类型和活动时间仍需借助公民科学细致采集的数据。 光污染的环境与社会影响 人工光夜晚扩展了自然光照的边界，改变了生态系统的昼夜节律。大量科学证据表明，夜间灯光不仅干扰了鸟类和昆虫的迁徙和繁殖，还影响了植物的生长发育及地下生物的行为模式。城市光污染还对天文观测构成威胁，使天空变得明亮模糊，许多星空细节不再清晰可见。 在人类健康层面，过度暴露于不适宜的夜间光线环境，与睡眠障碍、代谢疾病甚至心理问题相关。商业和私人灯光过度开放，扰乱了生物钟，同时也无形中增加了能源消耗和碳排放。
基于此，德国等国家已出台法律，规定深夜应关闭部分广告灯光，体现光污染治理的紧迫性和社会共识。 公民科学的独特价值与实践 公民科学通过动员大量公众参与，利用智能手机应用实现了大规模的地面灯光观测与分类。Nachtlichter项目通过培训规范观察标准，使非专业参与者能够准确判断灯光类型及其特性，如颜色、亮度及遮蔽程度。这种模式不仅丰富了科学数据，更提高了公众对光污染问题的意识和理解。 本项目中，观察者步行实地调研，横跨600公里的观测路径，累积观测时间超过500小时，覆盖不同城市区域及乡村地带。如此细致的数据，帮助科学家将抽象的卫星辐射单元转换为地面每平方公里安装灯具的数量，极大增强了数据的关联性和可读性。
研究发现包括街灯约有一半是全遮蔽设计，但建筑物侧壁、泛光灯及商业招牌等类灯光中无遮蔽设计居多，即浪费光线并加剧光污染。另有调查显示利用运动感应技术控制灯光仍不普及，尤其在工业和商业区。这些调研结果为未来政策提出了针对性建议。 未来城市照明政策的思考 传统的城市夜间照明政策大多聚焦街灯节能与照明质量提升，如推广LED灯具和智能控制。然而本研究强调光污染成因的多样性，表明仅依赖街灯管理无法根治光污染问题。未来的城市照明治理须整合商业照明标准、私人照明规范以及智能化技术的广泛应用。
例如，部分国家已要求广告牌深夜关闭，或建筑物内无人在场时关闭照明。个别社区鼓励居民使用窗帘遮光，减少室内灯光外泄。街道照明则通过安装全遮蔽灯具、采用智能感应开关及合理规划照度曲线来降低光污染。整体而言，政策应体现多方利益平衡，既保护夜间视觉体验和生态环境，也支持城市经济活力。 公民科学未来潜力与挑战 Nachtlichter的成功示范表明，融合大数据及公民参与具备改变城市环境研究范式的潜力。随着技术进步，将来高分辨率夜光卫星和更智能的地面传感器能够相辅相成，带来更加丰富和动态的光环境观测。
定期重复调查不仅监测政策效果，更能引导城市规划和公众行为转变。 然而，要将公民科学推广至其他国家和地区，面临语言、文化差异及基础设施配套等多重挑战。此类项目需要本地化团队协作，持续的志愿者招募与培训，以及有效的数据管理系统支持。此外，如何将科学发现转译成可操作的政策和措施，确保各利益相关方的接受和落实，也是未来的重要课题。 结语 城市的夜晚因灯光而璀璨，却也因为它们潜藏的光污染问题而蒙上阴影。公民科学以其实地观测与社会参与的双重优势，首次为城市灯光的组成和影响提供了具体而详实的证据。
通过这类综合性研究，科学家、政策制定者和公众能够更加全面理解城市光生态，构建更加绿色、健康和可持续的夜间环境。随着全球城市化进程持续推进，掌握城市灯光的本质并合理管理，将是保护夜空和维护生态平衡的重要课题。
