國家公園的一半是暗夜：暗夜星空研究的美國經(jīng)驗(yàn)及中國路徑

鐘樂 楊銳 趙智聰

暗夜星空（Night Skies）是亟待保護(hù)的重要自然資源之一。國際夜空協(xié)會（International Dark-Sky Association）在暗夜星空保護(hù)方面做了大量努力，并設(shè)立了專門的國際夜空保護(hù)地，但囿于其本身是國際合作機(jī)構(gòu)，并非實(shí)體管理單位，因此在真正的管理實(shí)踐操作方面相對欠缺。相比國際夜空保護(hù)協(xié)會，作為實(shí)體管理機(jī)構(gòu)的美國國家公園管理局在暗夜星空的保護(hù)和利用上做出的大量卓有成效的工作和取得的經(jīng)驗(yàn)更值得研究和借鑒。如：成立了專門的自然之聲與暗夜星空司（Natural Sounds and Night Skies Division），更邀請?zhí)煳膶W(xué)家、藝術(shù)家、攝影師泰勒 諾德格倫（Tyler Nordgren）創(chuàng)作了51張國家公園暗夜星空的宣傳海報并在其中使用了頗具號召力的口號，即“國家公園的一半是暗夜”（half the park is after dark）。這一口號得到了美國國家公園管理局的充分認(rèn)可及大力宣揚(yáng)。顯然，對于美國國家公園管理局而言，暗夜星空所具有的重要價值足以令其成為“國家公園的一半”。

暗夜星空對于中國而言同樣重要。但目前中國對于暗夜星空的研究較少，為數(shù)不多的研究聚焦于國際夜空保護(hù)協(xié)會的夜空公園介紹[1]、夜空公園的建設(shè)與開發(fā)[2]、夜空亮度測量[3-4]，以及夜空光污染問題[5-6]，敞未展開以美國國家公園暗夜星空為對象的研究。筆者對美國國家公園的暗夜星空實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)展開深入剖析，以期為中國提供借鑒。

1 背景

1.1 暗夜星空概念緣起

1988年，美國《國家公園管理政策（1988）》中指出國家公園的資源和價值“包含了各種有形的自然和文化特征，……它們也有一些無形的特質(zhì)，如自然的寂靜、孤獨(dú)、空間、風(fēng)景、歷史感、自然之聲以及清澈的暗夜星空”[7]，首次明確出現(xiàn)暗夜星空一詞；同年，國際夜空協(xié)會成立，并明確自己的目標(biāo)是“倡導(dǎo)保護(hù)暗夜星空”“教育公眾和政策制定者有關(guān)暗夜星空保護(hù)的知識”。其后，暗夜星空的概念不僅在國家公園管理局和國際夜空協(xié)會的相關(guān)政策、文件中反復(fù)重現(xiàn)，也被學(xué)者和大眾所熟知。

1.2 暗夜星空定義

雖然國家公園管理局和國際夜空協(xié)會均未給出暗夜星空的定義，但綜合兩者對各自目標(biāo)、工作、活動、組織等的相關(guān)介紹，可以明確的是暗夜星空是不被光污染的夜間天空，具有如下特征：1）不被光污染；2）是重要的自然資源；3）具有自然、文化等多重價值；4）是可恢復(fù)的瀕危資源。

1.3 暗夜星空保護(hù)需求

目前，暗夜星空已經(jīng)成為一項(xiàng)亟待保護(hù)的瀕危資源。截至2016年，已有超過1/3的全球人口、60%的歐洲人和80%的美國人看不見銀河[8]。北美從1947—2000年光照每年增長約6%，而意大利北部地區(qū)的年均光照增長率為10%[9]。人工光產(chǎn)生的光污染是暗夜星空最大的威脅[10]。光污染不僅威脅暗夜星空，更帶來如下惡果：1）危害所有夜行性動物的生活習(xí)性；2）影響人類的晝夜節(jié)律；3）過度的照明造成資金和能源浪費(fèi)；4）過度的人工照明加劇氣候變化。

2 暗夜星空價值

2.1 自然價值

暗夜星空的自然價值包含風(fēng)景審美價值、生態(tài)系統(tǒng)價值、空氣質(zhì)量指示價值等。暗夜星空的風(fēng)景審美價值已得到廣泛認(rèn)可，吸引了無數(shù)觀星愛好者。黑暗對于維持整個生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行不可或缺[11]，晝夜交替是植物生長發(fā)育、完成物候和夜行性動物生存必不可少的因素。暗夜星空還可以指示空氣質(zhì)量。空氣中的顆粒能降低恒星的能見度并加劇城市燈光的散射，令夜空出現(xiàn)灰色外觀。

2.2 歷史價值

暗夜星空一直是人類歷史密不可分的重要組成。星座劃分、天文歷、航海導(dǎo)航等都與暗夜星空密切關(guān)聯(lián)。黑夜環(huán)境還構(gòu)成了許多美國國家公園的歷史[12]，如美國總統(tǒng)西奧多 羅斯福、《沙鄉(xiāng)年鑒》的作者奧爾多 利奧波德、著名詩人卡爾 桑德堡都曾在黑夜中與國家公園結(jié)緣。

2.3 經(jīng)濟(jì)價值

暗夜星空的經(jīng)濟(jì)價值在兩方面得以體現(xiàn)：1）通過“天文旅游”創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)收益；2）通過控制光照節(jié)約資金。天象景觀是人類最好奇的自然現(xiàn)象之一[13]，觀星活動吸引更多訪客停留更長的時間，因此創(chuàng)造更多經(jīng)濟(jì)利益。而為了保護(hù)星空，需要消除散射到夜空中的無用光線，這一舉措可以節(jié)約大量的能源耗費(fèi)和資金浪費(fèi)。據(jù)研究，使用更加友好的戶外照明方案，每年可節(jié)約20～100億美元[14]。

2.4 荒野價值

暗夜星空是荒野區(qū)域的一項(xiàng)重要特質(zhì)。荒野區(qū)域作為大面積自然原貌得到基本保留或只被輕微改變的區(qū)域，是人類開發(fā)程度和控制程度相對最低的自然區(qū)域，因而具有最高的原真性和重要的保護(hù)價值[15]。光污染在某種程度上反映了人類活動的強(qiáng)度，是對荒野區(qū)域產(chǎn)生威脅的主要因素之一。因此，擁有高質(zhì)量的暗夜星空是荒野區(qū)域的重要標(biāo)準(zhǔn)之一，暗夜星空具有重要的荒野價值。

3 美國國家公園對暗夜星空的保護(hù)

3.1 優(yōu)勢

由于美國大多數(shù)的國家公園體系單位①，特別是分布其中的荒野區(qū)，都保留了最高的原真性并執(zhí)行了最為嚴(yán)格的人類活動管控，具有最暗的夜空，因此成為暗夜星空保護(hù)的天然載體及絕佳的天象觀察點(diǎn)。

3.1.1 擁有最暗的星空

國家公園體系單位擁有全美最暗的星空。波特爾夜空分類法（Bortle Dark-Sky Scale）根據(jù)裸眼觀星和望遠(yuǎn)鏡觀星所看到的星象的不同將夜空分為9個類別[16-17]，天空質(zhì)量計(jì)（Sky Quality Meters）被用于測度某地點(diǎn)暗度，其值越大代表越暗，大多數(shù)人無法裸眼看到值≥21的地方[18]。根據(jù)對部分國家公園的實(shí)地測度（表1、圖1），它們多數(shù)擁有典型、真正甚至杰出的黑暗。

3.1.2 絕佳的天象觀察點(diǎn)

國家公園體系單位往往是絕佳的天象觀察點(diǎn)，不僅可以進(jìn)行常規(guī)觀星，還可以在特定單位看到特殊的天象奇觀，如北極光，流星雨，金星、地球、火星的氣候變化等。在特殊天象偶發(fā)時，國家公園體系單位還會組織額外的觀察盛典，如2017年的日全食就有21個國家公園單位和7條國家步道為民眾提供觀察機(jī)會。

3.2 舉措

3.2.1 星空監(jiān)測

從2001年開始，自然之聲和暗夜星空司就使用便攜式儀器對國家公園體系單位進(jìn)行夜空的亮度監(jiān)測（圖2），每張圖均為上北左東拍攝，和人們凝視天空時的方位一致。正中間是位于洛杉磯和馬里布之間的圣塔莫尼卡山國家休閑區(qū)，是郊區(qū)夜空的典型代表。他們使用CCD相機(jī)（帶電荷耦合的研究級數(shù)碼相機(jī)）[19]系統(tǒng)地測量116個國家公園超過317個地點(diǎn)的夜空亮度。每一份完整的監(jiān)測數(shù)據(jù)報告都包括如下內(nèi)容：公園名、監(jiān)測地名、經(jīng)緯度、海拔高度、監(jiān)測時間、監(jiān)測相機(jī)、監(jiān)測者、空氣溫濕度、裸眼可見的極限星、波特爾夜空分類、全天空測度質(zhì)量指標(biāo)等。通過夜空亮度監(jiān)測項(xiàng)目，國家公園管理局掌握了大量一手?jǐn)?shù)據(jù)，能隨時察覺到任何可能產(chǎn)生的光污染，并及時做出應(yīng)對措施。

表1 波特爾夜空分類與天空質(zhì)量計(jì)測量指標(biāo)表及部分美國國家公園的測度值Tab. 1 Bortle Dark-Sky Scale & Sky Quality Meters measurement index table and some U.S. national parks’ measurements

1 美國國家公園體系單位與夜空亮度的關(guān)系示意圖（圖中紅色細(xì)線為國家公園體系單位邊界；顏色由冷趨暖表示光照的亮度，黑色表示無光照，白色表示光照強(qiáng)度最大）The relationship between U.S. national park system units and brightness of night skies (The red line is the national park system units boundary. The color difference represents difference in illumination brightness, the black means no light, the white means maximum light intensity）

3.2.2 規(guī)劃設(shè)計(jì)

國家公園管理局認(rèn)為應(yīng)通過3步規(guī)劃來實(shí)現(xiàn)暗夜星空保護(hù)：1）正確識別暗夜星空的價值；2）平衡暗夜星空保護(hù)和照明需求，進(jìn)行合理的功能區(qū)劃；3）實(shí)現(xiàn)戶外照明的最佳管理實(shí)踐。提出國家公園體系單位在具體的管理實(shí)踐中應(yīng)遵守的6點(diǎn)建議：1）只在必須地點(diǎn)使用照明；2）使用感應(yīng)裝置，只在必須時間使用照明；3）使用指向地面的燈罩避免燈光向四射；4）使用暖色燈具；5）減少照明功率以降低照度；6）使用現(xiàn)代化、高效的、最節(jié)能的照明設(shè)備。同時還指出并非所有的節(jié)能照明都對夜空友好，應(yīng)綜合天空質(zhì)量測量、戶外照明能源使用統(tǒng)計(jì)及其他數(shù)據(jù)來進(jìn)行規(guī)劃效果跟蹤，并反饋指導(dǎo)未來行動。

3.2.3 訪客管理

為實(shí)現(xiàn)向訪客提供最佳暗夜星空體驗(yàn)的目標(biāo)，許多國家公園體系單位提出參加暗夜星空活動時的照明友好要求，以實(shí)現(xiàn)最小化人工光照干擾。這些要求集中于：1）優(yōu)先使用紅光設(shè)備；2）禁止使用白光，包含手電、頭燈、手機(jī)；3）改造照明設(shè)備，使用屏蔽式照明；4）降低照明功率；5）使用LED或感應(yīng)式照明。

3.2.4 活動組織

眾多國家公園體系單位也開展了暗夜星空活動，活動主要有4類：1）一年四季均可進(jìn)行的觀星活動；2）常在夏季開展的滿月遠(yuǎn)足活動；3）一年一度的天文節(jié)，包含講座、匯演、觀星等活動；4）須使用特殊的太陽望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行的觀日活動。此外，還有部分國家公園開展特色項(xiàng)目，如大盆地國家公園的“列車觀星之旅”，拉森火山國家公園的“少年夜間游俠”等。

3.2.5 價值展示

美國國家公園管理局通過官方網(wǎng)站、海報、郵票、出版物等多種方式對暗夜星空的價值進(jìn)行展示和宣傳。暗夜星空的價值、光學(xué)知識、光景觀的管理、探索途徑及暗夜星空的照片、視頻、地圖等在國家公園管理局的官方網(wǎng)站得到大篇幅介紹。其中宣傳介紹國家公園的暗夜星空的海報就有51張（圖3）。2016年雷尼爾山國家公園的星軌照入選慶祝國家公園管理局成立100周年的16張紀(jì)念郵票。以上充分顯示了暗夜星空對國家公園的價值。此外，《暗夜中的公園：國家公園觀星初學(xué)者指南》（Parks After Dark: A Beginner's Guide to Stargazing in The National Parks）[20]《星星在上，大地在下——國家公園天文學(xué)指南》（Stars Above, Earth Below: A Guide to Astronomy in the National Parks）《天文探險和假期——如何在休閑時間最大限度地學(xué)習(xí)天文學(xué)》（Astronomy Adventures and Vacations: How to Get the Most out of Astronomy in your Leisure Time）[21]更是向大眾普及國家公園暗夜星空的利器，幫助人們更深入、生動地了解國家公園的暗夜星空知識。

3.3 保障

3.3.1 法律保障

國家公園的保護(hù)對象是《1916國家公園組織法》中規(guī)定的“風(fēng)景資源、自然和歷史資源、野生動物資源”[22]，雖然在這項(xiàng)奠基性的法案中并未特別針對暗夜星空做出規(guī)定，但暗夜星空在自然、歷史、經(jīng)濟(jì)、荒野等方面所具有的價值決定了它是保護(hù)“風(fēng)景資源、自然和歷史資源、野生動物資源”不受損害的前提之一，兩者在保護(hù)目標(biāo)上具有天然的一致性。為保護(hù)好暗夜星空，國家公園管理局頒布了一系列政策（表2）。隨著時間的推移，國家公園管理局更加重視暗夜星空，尤其重視暗夜星空在滿足訪客體驗(yàn)、科普宣教方面的功能。

3.3.2 國際合作

為更好地保護(hù)暗夜星空，美國國家公園體系單位還與國際夜空保護(hù)協(xié)會展開了密切合作。目前國際夜空保護(hù)協(xié)會共認(rèn)定了來自14個國家的62個國際夜空公園，美國以44個位列全球第一；而美國的夜空公園中有20個為國家公園體系單位③（表3）。

4 中國暗夜星空研究的必要性與可行性

4.1 必要性

暗夜星空是中國重要的自然資源之一，具有豐富且突出的自然價值、經(jīng)濟(jì)價值、荒野價值、文化價值。以文化價值為例，因?yàn)橹袊凭玫? 000年文明史而更彰顯分量，與天文相關(guān)的星野星宿、七政四余、二十四節(jié)氣等早已融入中華民族的文化基因，不僅如此，中國古人將科技體系分為“農(nóng)、醫(yī)、天、算”四門，暗夜星空正是天文的重要組成部分，可見暗夜星空對中國文明的重要性。

暗夜星空同樣是中國亟待保護(hù)的自然資源，中國高速的城市建設(shè)正不斷蠶食著暗夜星空，人們正日益遠(yuǎn)離夜空。據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2004—2017年中國城市建成區(qū)面積從30 406.19 km2增長至56 225.38 km2，增加了25 819.19 km2；城區(qū)面積從2008年的178 110.28 km2到2017年的198 357.17 km2，增加了20 246.89 km2；顯然，伴隨著城鎮(zhèn)的擴(kuò)張，人工燈光正不斷蠶食暗夜星空。與此同時，中國的城鎮(zhèn)化率從1998年的33.35%上升到2017年的58.52 %，充分表明越來越多的人群進(jìn)入城市生活，逐漸失去體驗(yàn)夜空的機(jī)會。

4.2 可行性

2 美國國家公園管理局暗夜星空團(tuán)隊(duì)制作的9個國家公園體系單位夜空亮度圖（每張圖均為上北左東拍攝，和人們凝視天空時的方位一致）。正中間是位于洛杉磯和馬里布之間的圣塔莫尼卡山國家休閑區(qū)，是郊區(qū)夜空的典型代表[12]Nine all-sky brightness mosaics made by the U.S. NPS Night Sky Team (for each, North is up and East is left to match the view when looking up at the sky). The central image is the sky over the Santa Monica Mountains National Recreation Area between Los Angeles and Malibu. This is a fairly typical representation of a suburban sky[12]

3 部分美國國家公園暗夜星空宣傳海報Night sky posters of some U.S. national park system units

表2 美國國家公園管理局對暗夜星空的各項(xiàng)政策要求Tab.2 The U.S. National Park Service’s policy requirements for night skies

表3 列入國際夜空公園的美國國家公園體系單位Tab. 3 The U.S. National Park system units certified as the international dark sky parks

4 中國國家公園體制試點(diǎn)區(qū)和中國光照亮度的耦合關(guān)系The coupling relationship between China’s pilot project of national park system and illumination intensity

5 中國主要國家級自然保護(hù)地和中國光照亮度的耦合關(guān)系The coupling relationship between China’s national natural protected areas and illumination intensity

6 中國國家公園暗夜星空研究框架Research framework of night skies of China’s national parks

自2015年啟動國家公園體制試點(diǎn)工作以來，中國已設(shè)立11個國家公園體制試點(diǎn)區(qū)，其中青海三江源、東北虎豹、祁連山、大熊貓、湖北神農(nóng)架、浙江錢江源、福建武夷山、云南普達(dá)措、湖南南山、海南熱帶雨林以保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)為首要目標(biāo)，均與中國最暗的天空所在地有著高度的耦合性（圖4）。目前，中國已設(shè)立國家級自然保護(hù)區(qū)474處，國家級風(fēng)景名勝區(qū)244處，國家森林公園880處，國家級地質(zhì)公園272處④，各類自然保護(hù)地也均與中國最暗的天空有著高度的空間耦合性（圖5）。此外，中國荒野制圖[23]也顯示出中國暗夜星空分布與荒野地分布之間存在較強(qiáng)的相關(guān)性。顯然，在中國的國家公園和其余各類自然保護(hù)地中開展暗夜星空研究是高度可行的。

當(dāng)下，中國的國家公園體制建設(shè)不斷深入，《建立國家公園體制總體方案》的頒布，“建立以國家公園為主體的自然保護(hù)地體系”的提出，自然資源部、國家公園管理局的成立不僅是國家公園體制發(fā)展的契機(jī)，更是暗夜星空保護(hù)的“東風(fēng)”。

5 中國暗夜星空研究的可能路徑

暗夜星空是宇宙賜予人類的獨(dú)特資源，是維持生態(tài)系統(tǒng)不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在國家公園和其余各類自然保護(hù)地中，暗夜星空應(yīng)該持續(xù)惠及那些需要黑夜的動物、植物和人類。保護(hù)和管理好暗夜星空是國家公園應(yīng)盡之責(zé)，是風(fēng)景園林學(xué)的應(yīng)盡之責(zé)。這也與“為了保持或提高生存、生產(chǎn)、生活和生態(tài)品質(zhì)，人類個體或群體營造特定土地的過程”的“境其地”理論有高度耦合性[24]。因此，借鑒“境其地”理論，對中國國家公園暗夜星空研究的可能路徑進(jìn)行預(yù)測。

總體而言，中國國家公園暗夜星空研究可從“筑境之道”“營境之理”“成境之術(shù)”3方面展開。1）“筑境之道”是從認(rèn)識論方面研究暗夜星空的概念與內(nèi)涵，包括暗夜星空概念的界定，暗夜星空各類價值的識別等，是構(gòu)筑暗夜星空研究領(lǐng)域的基礎(chǔ)。2）“營境之理”是暗夜星空研究領(lǐng)域中所有自然科學(xué)和人文科學(xué)規(guī)律的集合，是暗夜星空理論研究，包括理論體系框架的搭建和暗夜星空的相關(guān)保護(hù)理論、利用理論等。尤其是在中國高度重視生態(tài)文明建設(shè)的背景下，暗夜星空與自然保護(hù)、環(huán)境保護(hù)及治理等的聯(lián)動研究，如夜空亮度與空氣質(zhì)量、人口密度之間的關(guān)聯(lián)，夜空亮度制圖與荒野制圖之間的互為依據(jù)、互為作證，夜空亮度對植被、夜行性動物甚至對生態(tài)系統(tǒng)的影響等，是夯實(shí)暗夜星空研究領(lǐng)域的重中之重。3）“成境之術(shù)”是所有與“境”相關(guān)的技藝和方法概念的集合，屬于暗夜星空研究領(lǐng)域中的實(shí)踐探索，包括國家公園暗夜星空體驗(yàn)地的規(guī)劃建設(shè)研究、燈光控制研究等，前者又包含體驗(yàn)地的選址、規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則、訪客行為導(dǎo)則、解說教育導(dǎo)則等，后者則包含星空監(jiān)測、制圖、數(shù)據(jù)庫建設(shè)等方法和技術(shù)體系構(gòu)建、道路基礎(chǔ)設(shè)施、人類聚居點(diǎn)、科教設(shè)施等的燈光控制導(dǎo)則。在此基礎(chǔ)上，大膽預(yù)測，從前述方面展開的中國國家公園暗夜星空研究能夠產(chǎn)生一批高質(zhì)量的研究成果，主要服務(wù)于兩類人群：1）國家公園管理者，有助于制定國家公園暗夜星空管理政策、保護(hù)指南、規(guī)劃指南等；2）訪客和社區(qū)，有助于形成國家公園暗夜星空保護(hù)手冊、環(huán)境教育手冊。對于中國國家公園的主管部門和管理機(jī)構(gòu)而言，1）應(yīng)確立暗夜星空對于國家公園的價值，2）應(yīng)鼓勵、支持并組織各方力量參與到暗夜星空的保護(hù)與研究中，3）在國家公園里布局、引領(lǐng)暗夜星空體驗(yàn)活動。上述框架只是初步構(gòu)想，還存在更多可能性，亟待有識之士共同去深入研究、發(fā)掘。

注釋(Notes)：

① 根據(jù)美國國家公園管理局官方網(wǎng)站介紹，國家公園管理局管理著包含國家公園、國家紀(jì)念地、國家海岸等20個分類共418個獨(dú)立單位。

② 光度/平方角秒，角秒：一度的1/3 600。

③ 根據(jù)國際夜空保護(hù)協(xié)會官方網(wǎng)站https://www.darksky.org/our-work/conservation/idsp/parks/的數(shù)據(jù)整理。

④ 各類國家級自然保護(hù)地?cái)?shù)量來自國家林業(yè)和草原局自然保護(hù)地管理司所提供數(shù)據(jù)。

圖表來源(Sources of Figures and Tables)：

圖1、4～6由江西農(nóng)業(yè)大學(xué)園林與藝術(shù)學(xué)院風(fēng)景園林專業(yè)碩士研究生鐘鵬、陳小敏繪制；圖1數(shù)據(jù)來源引自參考文獻(xiàn)[8]，美國國家公園體系單位邊界數(shù)據(jù)來源為：美國國家公園管理局，https://irma.nps.gov/DataStore/Reference/Profile/2224545?lnv=Truehttps://irma.nps.gov/DataStore/Reference/Profile/2224545?lnv=True；圖 4數(shù)據(jù)來源：地理國情監(jiān)測云平臺，2013年DMSP/OLS中國夜間燈光影像，http://www.dsac.cn/DataProduct/Detail/201116（影像的像元DN值代表平均燈光強(qiáng)度，其范圍為0-63，采用自然斷點(diǎn)法進(jìn)行燈光強(qiáng)度的分級，數(shù)值并非實(shí)際天空質(zhì)量計(jì)測量值）；圖4、5中國地圖底圖來源為國家基礎(chǔ)地理信息中心（https://www.cehui8.com/e/wap/show.php?classid=42&id=205），審圖號為GS(2013)1879，國家公園和各國家級自然保護(hù)地空間點(diǎn)位數(shù)據(jù)由作者根據(jù)各方資料矢量化；圖2引自參考文獻(xiàn)[12]；圖3引自http://www.tylernordgren.com/milky-way-posters/arches-nationalpark；表1根據(jù)參考文獻(xiàn)[12]由作者整理；表2根據(jù)NPS發(fā)布的歷年政策文件整理；表3數(shù)據(jù)來源：https://www.darksky.org/our-work/conservation/idsp/parks/。