随着城市化进程的不断加快，人工照明已经成为现代城市生活中不可或缺的一部分。夜晚被城市灯光照亮的美景彰显了人类文明的进步，但同时城市灯光也带来了光污染问题，影响生态系统、人体健康和能源消耗。尽管人们习惯于从卫星夜间亮度图像观察城市灯光，真正了解灯光的组成、来源及其环境影响却始终存在信息盲点。近日，一项基于公民科学的研究突破了这一瓶颈，为我们打开了一扇玻璃窗，透视城市灯光的本质与多样性。公民科学团队利用专门设计的“ Nachtlichter”应用程序，动员大众参与收集地面灯光数据，涵盖德国及周边地区的22平方公里面积，累计记录了超过23万个灯光源。该研究不仅揭示了城市灯光的复杂成分，还推动了城市光污染缓解的方法创新，为相关决策制定提供了科学依据。
传统的遥感技术例如可见红外成像辐射计（Day–Night Band, DNB）卫星传感器能够捕捉广阔的地表夜间辐射亮度，但分辨率有限，难以区分不同照明类型，如街灯、广告灯箱、私人住宅窗户灯光等。卫星影像通常以辐射亮度数值反映城市灯光强度，然而这与地面实际安装的光源数量及性质之间缺乏直接关联，阻碍了对光污染具体成因和改进路径的深刻理解。公民科学打破了以往研究的限制，利用人类观察力与分类能力，深入实地统计各种类型的灯光源，发展出了基于地面调查数据的城市灯光地图和统计模型。 研究表明，德国城市中心的灯光并非仅仅以公共街灯为主导，实际上广告照明和美化用途的光源数量要超过街灯数量。这一发现挑战了过去政策和管理重点仅聚焦于街道路灯的传统观点。统计估计，在德国全国范围内，午夜时分仍有大约7800万个个体灯光源处于点亮状态，远远超过官方统计的街道路灯数目，这暴露了极大的减排和节能潜力。
窗口灯光和商业用灯也占据了夜间灯光总量的重要份额，其时序开关特征与街灯不同，后者常常保持通宵点亮，而前者则随人类生活节奏有所变化。 通过将地面灯光数量与卫星观测辐射亮度进行关联分析，研究团队建立了二者之间的换算关系，将卫星辐照度数字转换成单位面积内的灯光数量。这种“翻译”意义重大，既使公众与政策制定者能够更加直观认知城市夜光的规模，也促使科学家厘清光的来源、类型、色温和遮蔽程度等关键参数，从而设计更精准的天空光污染模型。此外，统计数据显示，约半数的德国街灯和大量建筑物上的灯光没有配备全遮蔽灯具，造成大量向上无效光照射，加剧光污染和能源浪费。加强灯具遮蔽设计成为降低城市光污染的有效策略。 公民科学不仅赋能研究，同时激发了市民环保意识和参与感。
参与者通过手机应用步行调查路线，按照预定义的18种灯光类别进行观察和分类，保证了数据的一致性和高质量。训练教程和反复测验确保观察结果具备科学严谨性。多次调查和时间修正机制解决了夜间不同光源关闭时间的影响，使数据更具代表性。通过收集大量细化数据，研究团队能够分析城市不同区域、不同土地利用类型下的照明结构差异，为未来城市规划与节能减排提供针对性建议。 研究同时揭示了多个亟需解决的挑战。灯光的光谱特性、亮度等级和布局差异较大，使得简单的线性模型难以准确估算每种灯光对卫星观测数据的辐射贡献。
这表明未来需引入更多地理信息系统数据，例如建筑高度、街道宽度和土地利用多样性等，融合复杂模型精准解码城市灯光。另一方面，不同国家和地区的灯光使用习惯存在显著差异，公民科学方法的跨境复制和本地化至关重要。语言、文化和技术支撑是推广的关键，且未来高分辨率遥感技术的迭代也将让地面调查站点选择更具策略性和高效。 社会环境层面，城市灯光对生态系统的干扰日益得到重视。鸟类迁徙路径被灯光吸引产生致命风险，夜空亮度改变了动植物的生理行为，甚至对城市居民的睡眠和健康产生潜在负面影响。城市灯光与气候变化密切相关，因为不必要的光照增加了能源消耗。
德国和其他国家近期因能源安全问题实施的户外照明限制措施，同时也体现出光污染控制的多重效益。公民科学提供的数据可助力审视这些政策措施的成效，实现可持续光环境的目标。 未来城市照明管理应从单一街灯控制延伸到涵盖商业广告、私宅照明甚至装饰灯具的综合调控策略。法国已实施广告灯光定时关闭和办公楼无人在场时关闭内部灯光的法规，取得了良好成效。智能照明系统的引入，例如基于运动感应和时间预设的灯光调节，可显著减少无效照明，提升能源利用率。鼓励居民采用窗帘遮光措施也是减少私人照明外泄的有效手段。
公民科学将在评估这些措施执行及效果中发挥独特优势。 尽管本次研究实现了重要突破，仍存在一定不足。德国以外国家较少参与，导致结论的外推性有限。高层建筑密集区及私人工业园灯光未纳入调查，存在数据缺口。车辆灯光和短时照明切换特性未完全覆盖。随着技术进步和项目推广，未来有望开展长期、多区域、多时段的系统性灯光变迁监测，追踪城市照明的演变轨迹。
公民科学驱动的“ Nachtlichter”项目证明，汇集公众力量能够实现大规模、细致入微的环境数据收集，彻底改变传统灯光研究范式。它不仅为控制光污染提供了科学依据，更激励公众参与环境治理，促进城市向智慧、绿色和健康的方向转型。城市之光不应仅是视觉的享受，更应成为推动可持续发展的助力。随着更多城市迈向数字与生态融合的新时代，深入理解并合理管理城市灯光，将成为构筑美好夜间环境的关键。
