在现代城市的夜晚，灯光如同点点繁星般铺展于城市天空，形成了地球夜间从太空望去那片著名的光海。然而，尽管夜晚的城市灯光图像已经成为家喻户晓的视觉代表，我们对于这些人工光源的具体构成、数量及其环境影响的理解依旧不够深入。城市灯光的种类繁多，不仅包括传统的路灯，还有广告灯箱、建筑装饰灯、私人住宅灯光乃至绿化装饰灯等。对这些不同类型灯光资源的了解，不单是科学研究的需要，也是制定合理城市照明政策、保护城市夜间环境的关键。公民科学项目“夜光者”（Nachtlichter）正是在这样的背景下诞生，利用大众力量采集和分类大量灯光数据，通过与卫星观测数据的结合，首次深度揭示了德国多个城市乃至社区的灯光实况，为全球城市的夜间光环境监测提供了宝贵的范例。公民科学的参与不仅扩大了数据采集的覆盖面和深度，也增强了公众对光污染问题的认识和关注。
在2021年，“夜光者”app吸引了超过250名注册参与者，他们深入德国33个社区，共计走访3868条测量路径，分类统计了超过23万盏灯光。通过持续的培训和标准化操作，参与者能够较准确地识别和记录灯光类别，包括街道灯、商业铺面灯、私人窗户灯、广告牌、广场装饰灯等多达18种不同类型。这一庞大且细致的数据量为研究人员提供了一个前所未有的地面光源组成数据库，弥补了卫星遥感数据因分辨率限制而无法区分具体灯源的不足。研究表明，城市中心地带的灯光并非仅由街灯主导，广告和装饰性灯光反而数量更多。具体来说，在德国城市中心，用于广告和美化目的的灯光总数超过街道照明灯数。此发现对于城市夜景设计和环保政策提出了新挑战，也启示治理重点需超越传统街灯管理。
光污染作为现代环境问题之一，对生态系统及人类健康均有深远影响。城市中过量且不合理的人工照明不仅导致夜空光辉泛滥，还干扰了动植物的行为节律，影响生态平衡和生物多样性。例如，大量诱导鸟类迁徙轨迹偏离，甚至造成拟栖种群死亡。此外，人工夜光直接关联能源消耗和碳排放，为应对气候变化带来压力。“夜光者”项目测算显示，仅德国境内午夜时分仍亮着的光源数量多达七千万盏，远超该国公共路灯总数的数倍，标识着节能减排的巨大潜力。研究团队针对不同光源特性进行了时序分析，发现多种光源的亮灯时间存在显著变化。
私家窗户及商业窗户的关灯时间较早，而街道照明多保持至深夜。广告牌和建筑装饰灯的亮灯时间也呈多样变化，反映出不同社会生活节奏和商业需求。通过建立数学模型，团队使用逻辑函数拟合光源关停时序，为不同时间点灯光总量的换算提供依据。这不仅优化了卫星观测与地面调查数据的结合，也为未来城市光照动态监测奠定基础。卫星遥感作为大范围夜间光照观测利器，能够快速反映地表夜光辐射强度。然而，卫星探测受限于空间分辨率和光谱敏感性，难以分辨具体光源类型。
通过公民科学地面观测数据的校对与补充，研究实现了卫星辐射数据向“每平方公里安装灯具数”的转化，为政策制定者量化照明资源分布及光污染贡献度提供了直观指标。研究中德国范围内卫星夜间辐射与灯具密度呈显著正相关，初步估算发现，每纳瓦每平方厘米每球面度的卫星测得辐射强度对应约219盏灯具每平方公里。城市照明的空间分布与城市结构密切相关，连续的城市用地、多商业区和住宅区皆表现出不同的灯光类型组合。研究进一步详细解析了灯具的遮光设计、亮度与颜色特征。德国街灯中近半安装有完全遮光设施，减少光线向上散射，抑制光污染扩散，而建筑安装灯则遮光程度较低，向上照射较为常见。光色方面，街灯多呈现橙黄色，私家窗户灯光色彩更为多元，商业灯光则偏白色，反映不同照明技术和照明用途。
与之相关，智能照明技术如感应开灯的普及率在郊区和小镇普遍较市中心高，显示出地域和照明目标的差异化需求。城市夜间照明政策传统关注公共路灯的节能与控制合理性，然而本研究的数据明确指出，街灯仅是城市人工光源的一部分，其他类别灯光的贡献更为突出。因此，未来制定城市夜间照明管理策略，必须涵盖商业广告灯光窗口灯及私人住宅灯光等多样类型，并注重灯光使用时段和遮光措施。实际案例中，如法国相关法规已开始要求广告灯在夜间特定时段关闭，建筑物内灯光在无人时关闭，初显政策调控效果。光污染的控制不仅有利于环境与生态保护，并且节省能源，有助于整个社会走向可持续发展。此外，公民科学项目增强了公众对照明问题的意识，配合政策推广形成良性互动，对于未来城市的“智慧照明”升级和“健康城市”建设意义非凡。
值得注意的是，尽管“夜光者”项目取得重要进展，研究者也强调了方法的局限性，包括德国特定城市样本对其他国家城市通用性的有限性，城市高层建筑区域及私人道路区域的观测空白，以及车辆前灯等动态光源未被涵盖等问题。未来可进一步结合城市立体结构数据、土地利用信息及更高分辨率卫星数据，完善光源加权模型，从而更准确反映实际光源对观测辐射量的贡献。连续多年的定点观测与时序数据积累，将有利于量化城市照明变化趋势，评估政策效果，为减少夜间光污染提供长效监测手段。随着智慧城市理念推广，动态感应照明、时段调控与光强自动调整技术将成为主流，有望在不影响城市安全与生活品质的前提下，最大限度降低光污染及能源浪费。同时，鼓励居民合理使用窗帘和室内灯具控制，也被视为减少夜光泄露的有效途径。本次公民科学项目不仅开拓了照明光环境研究新方法，也促使政策制定者和公众正视多样城市灯光背后的环境影响。
展望未来，借助技术升级与大众参与的协同推进，城市夜间照明将迈向更加科学、环保和人性化的发展道路，缔造沁人心脾又星光璀璨的夜空美景。
