照明光污染防治現(xiàn)狀及對中國的建議

郝 影 賈大功 劉圣春 鄭皓皓 白 煜 李憲同#

(1.天津市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心,天津 300191;2.天津大學精密儀器與光電子工程學院,微光機電系統(tǒng)技術(shù)教育部重點實驗室(天津大學),天津 300072;3.天津商業(yè)大學機械工程學院,天津 300134;4.中國環(huán)境監(jiān)測總站,北京 100012;5.中國環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會,北京 100037)

人工照明是世界的重要發(fā)明之一,給社會帶來了諸多便利。然而,照明技術(shù)的發(fā)展,也帶來了光污染問題。光污染研究至今至少已有幾十年歷史,從最初只是觀測對生物的負面影響,逐步向?qū)ι鷳B(tài)系統(tǒng)和人體健康的影響拓展[1-6],研究技術(shù)從觀測發(fā)展到了模型模擬、衛(wèi)星遙感等[7-8],研究技術(shù)的進步為政策措施制定與實施提供了依據(jù)和保障[9-13]。如國際暗天空協(xié)會和北美照明工程協(xié)會聯(lián)合制定《照明示范條例》來推廣合理照明技術(shù)。國際照明委員會(CIE)制定《室外照明設(shè)施干擾光影響限制指南》來限制光污染,并定義光污染為“因特定環(huán)境下光照的數(shù)量、方向或者光譜分布而導(dǎo)致人煩惱、不舒適、精神渙散或者減低人識別環(huán)境中重要信息能力的光行為。”

目前,光污染還沒有統(tǒng)一的分類方法,根據(jù)不同的目的可以進行不同的分類,國際上比較流行的分類方法有兩種。一是CIE按照光色和晝夜時段進行的分類,包括白亮污染、人工白晝和彩光污染,其污染光來源可分為自然光源(太陽光)和人造光源兩類[14]。二是國際暗天空協(xié)會根據(jù)光污染對人和環(huán)境的影響進行的分類,包括眩光、天空輝光、光入侵和雜散光[15]。以上兩種分類既有對應(yīng)又有交叉。我國主要針對不同照明用途進行具體分類,如媒體立面墻、發(fā)光二極管(LED)廣告屏、景觀照明、道路照明等光污染。

隨著照明技術(shù)的迅速發(fā)展和應(yīng)用,我國人造光源造成的污染問題日益嚴峻,光污染的形式也更加多種多樣[16-17],照明光污染正在成為我國城市光污染防治的新領(lǐng)域[18-19]。因此,本研究先重點調(diào)研國外由照明導(dǎo)致的光污染防治政策,然后結(jié)合我國現(xiàn)有光污染法律法規(guī)和標準,為我國現(xiàn)階段開展照明光污染管理提出對策與建議,以期統(tǒng)籌推進光污染防治,盡快建立國家光環(huán)境監(jiān)管機制。

1 照明光污染研究進展

照明來源不同,導(dǎo)致光污染現(xiàn)象和污染特征不同。國際暗天空協(xié)會認為,光污染會對人類、野生動物和生態(tài)環(huán)境造成嚴重的后果。光污染無論在廣域還是局域,都能夠帶來較大的負面影響。在廣域方面,天空輝光會導(dǎo)致天空發(fā)亮,影響天文觀測和研究,最早被認定為光污染。學者為構(gòu)建和完善天空輝光污染傳播模型開展了長期的研究。光入侵、眩光等可認為是局域光污染,其產(chǎn)生的交通安全、身體健康、能源浪費等問題不容忽視。

1974年,TURNROSE[20]測量了天空輝光污染并初步建立了傳播的模擬模型。20世紀末,“衛(wèi)星圖像和世界人工夜天空亮度圖集”問世,以天空圖集為基礎(chǔ)的地空光污染大尺度區(qū)域建模開始被廣泛研究[21-22],之后又有研究發(fā)現(xiàn)光污染強度與人口密度呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系[23]。2018年,DURISCOE等[24]提出了建立天空大區(qū)域光污染模擬的3個主要任務(wù)和高置信度評估流程。2020年,KOLLTH等[25]提出了利用數(shù)碼相機測量夜空光污染的新方法,以及對不同成像系統(tǒng)的校正方法,并驗證了該方法的科學性。GALLAWAY等[26]指出,光污染與其他類型的污染類似,人口和國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)都是重要的解釋變量。QUEK等[27]推薦采用混合指標調(diào)查和評價光環(huán)境。CZARNECKA等[28]通過比較發(fā)現(xiàn),光源數(shù)量是造成廣域光污染的主要因素,影響強度取決于照明時長、燈具數(shù)量和預(yù)防措施;色溫、主波長、峰值波長和光感受器的刺激則是描述局域光污染的重要數(shù)據(jù)。ALAMS等[29]指出,人眼高度處接收的光譜輻照度是人類夜間暴露于人造光并對健康產(chǎn)生影響程度的主要評估指標。

光污染被認為是一種能量污染,能量污染的局域性、瞬時性和可感受性等特點決定了其不同于水、氣、土等環(huán)境污染要素的管理模式,然而光污染產(chǎn)生的廣域影響又使其不同于噪聲、振動等能量污染,因此學者們對光污染的防治策略展開了持續(xù)的討論。VOTSI等[30]首次提出了分區(qū)域控制光污染的方法,提出有人區(qū)域與無人區(qū)域,需要照明區(qū)域與無需照明區(qū)域分類控制思想,既關(guān)注光污染對人的影響,也關(guān)注光污染對無人區(qū)的生態(tài)影響。BAR等[31]則提出了更明確的光污染管控總體思路:建議政府將紅線(可以是光環(huán)境質(zhì)量限值)作為國家或地區(qū)的光環(huán)境宏觀管理目標,進行總量控制,結(jié)合光源特點進行控制(如夜間限制光源發(fā)光的最大允許值),實施國家牽頭、地方落實的自上而下的光污染防治政策體系。因此,光污染的管理政策一般都需要考慮光污染的廣域和局域雙重影響,需要從對人和生態(tài)的兩個方面影響進行控制。

2 國外管理經(jīng)驗借鑒

調(diào)研國外先進國家或地區(qū)的光污染管理經(jīng)驗發(fā)現(xiàn),盡管不同地域的管控方式有所不同,但總體思路都是結(jié)合了廣域和局域兩個方面,形成了分類管控、立法先行的普遍共識。

2.1 源頭控制光污染

2011年,歐盟修訂了道路照明和交通信號的綠色公共采購(GPP)標準,通過控制源頭光線排放,制定統(tǒng)一的道路照明和交通信號產(chǎn)品采購標準,達到控制光污染的目的。GPP標準要求照明設(shè)備的色溫必須低于3 000 K,必須具備自動調(diào)光和熄燈程序;要求在生態(tài)敏感區(qū)域,燈具的G指標不低于1.5,在天文臺附近則至少達到2.0。

2.2 國家立法

一些歐洲國家根據(jù)本國實際較早頒布了光污染防治相關(guān)法律法規(guī)或管理措施。2003年,捷克實施的《大氣保護法》在全球率先規(guī)定了光害防治條款,明令禁止任何個人與機構(gòu)使用或裝配超過規(guī)定標準的照明設(shè)備,建筑物的反射光或者照明光不得影響周圍居住者的個人生活空間和工作空間,禁止光源不按規(guī)定照向天空[32]。2005年,英國發(fā)布的《清潔鄰舍及環(huán)境法令》增加了“人為光線滋擾”相關(guān)條款,保障受光入侵困擾的人能夠得到賠償,在實踐中注重對民用建筑、停車場、體育設(shè)施等可能產(chǎn)生光污染的地方進行管理,如要求后半夜關(guān)燈,要求地方管理部門重視光污染等[33]。

綜合立法方面,法國是光污染管理做得較好的國家之一。2010年法國《環(huán)境法典》納入光污染要素[34],設(shè)置《光污染的預(yù)防》章節(jié),要求成立協(xié)會制定相關(guān)標準規(guī)范,針對特定區(qū)域,如自然空間和天文觀測站點等,提出較為嚴格的要求;設(shè)置《廣告、標志和預(yù)標志》章節(jié),針對照明廣告和照明標志進行管控。2011年,法國又制定了《關(guān)于防止和限制光污染法令》。2012年,該法令中還增加了照明標志和廣告的光污染限制。2019年,法國生態(tài)和包容性轉(zhuǎn)型部進一步頒布實施了《關(guān)于預(yù)防、減少和限制光污染法》,旨在預(yù)防、減少和限制光污染對人、動物、植物及生態(tài)系統(tǒng)的過度干擾,對能源的浪費,對夜空觀測的負面影響,共有兩個部分組成: 一是強制執(zhí)行標準,規(guī)定了戶外照明裝置的設(shè)計和操作技術(shù)要求;二是對法國的11個天文觀測站點進行了最高級別的光環(huán)境保護[35]。

專門立法方面,斯洛文尼亞為保護夜空不受光污染侵害,2007年制定了世界上首部國家光污染防治專門法案,該法規(guī)定所有的照明設(shè)備必須有燈罩遮擋,一方面對光照起到攔截作用,遏制其肆意地射向天空、保護星空,另一方面使光照在一定范圍內(nèi)集聚,最大程度地減少能源浪費[36]。韓國也對光污染進行了專門立法,并且配套制定了相關(guān)標準規(guī)范。2013年,韓國出臺了《人工照明光污染防治法》,分別于2017、2020年進行了兩次修訂,規(guī)定了國家、地方政府和國民的責任,國家負責制定綜合政策,地方政府采取防治措施,國民參與配合光污染防治。該法以行為限制和罰款為主,對夜間照明光污染采取嚴厲手段,局域管控上明確了大型照明設(shè)施的位置、亮度、運行時間等,廣域管控上要求地方政府制定并實施光污染預(yù)防計劃,根據(jù)地區(qū)的生態(tài)價值和國民意愿進行照明區(qū)域劃分,實現(xiàn)光環(huán)境分區(qū)管理,并執(zhí)行光輻射容許標準[37]。

日本主要通過制定標準規(guī)范、技術(shù)指南等進行光污染防治,并提出進行天空輝光監(jiān)測,從標準規(guī)范層面加強對室外照明引發(fā)的光污染管控。日本對光污染危害的認識比較早,1994年頒布的《環(huán)境基本計劃》就對光污染概念進行了明確[38]。1998年,日本環(huán)境省頒布了《光害對策指南》,并跟隨CIE的《室外照明設(shè)施干擾光影響限制指南》的修訂分別于2006、2021年進行了兩次修訂,新修訂的指南依據(jù)CIE對城市光環(huán)境的四級分區(qū)管理,嚴格限制燈具光強、居民窗口的垂直照度、屋外顯示物照明燈的亮度最大值等,并通過限制上射光通比達到減少天空輝光和節(jié)省能源的目的。2001年,日本環(huán)境省頒布了《防治光污染制度指南》,全面介紹了光污染的防治工作。2002年,日本燈具工業(yè)會為減少光污染編寫了《合理使用燈具指南》,對道路、街道、公園、廣場和投光燈具的合理使用分別作了規(guī)定[39]。

2.3 地方立法

意大利有15個大區(qū)制定并實施了適用于本區(qū)的光污染防治法律,涵蓋了超過三分之二的意大利人口和主要城市(如羅馬、米蘭、威尼斯、佛羅倫薩、博洛尼亞、那不勒斯)。此外,意大利還有3項技術(shù)標準中直接或間接地涉及到光污染防治[40]。這些地方法律法規(guī)大都規(guī)定了禁止過度照明,并對照明裝置光照射方向和亮度進行了限制,旨在減輕光污染。

美國也沒有從國家層面針對光污染防治進行立法,而是由州等地方政府制定。目前,美國至少有19個州及哥倫比亞特區(qū)和波多黎各制定了減少光污染的法律,如猶他州的《光污染防治法》、印第安納州的《戶外照明污染防治法》、密歇根州的《室外照明法案》、新墨西哥州的《夜空保護專門法》、康涅狄格州的《黑夜天空法》、阿肯色州的《夜間天空保護法》等。此外,新罕布什爾州將“保護黑暗天空”作為優(yōu)先發(fā)展的鄉(xiāng)村特色;佛羅里達州考慮到海濱照明對鳥類和海洋生物的影響,制定了保護海龜孵化的政策[41-42]。

地方立法的依據(jù)一般是國家標準或國際上通用的條例,立法的主要內(nèi)容根據(jù)目的不同而不同,大多是為了節(jié)能降耗、公共安全、審美興趣和天文研究,通常采用的管理措施包括控制夜間建筑設(shè)施或公共道路上的戶外照明設(shè)備。

3 我國光污染防治管理現(xiàn)狀及問題

3.1 我國光污染防治管理現(xiàn)狀

我國在《環(huán)境保護法》第四十二條中明確了光輻射為環(huán)境污染的具體形式之一,表明我國已關(guān)注到光對環(huán)境的污染和危害。生態(tài)環(huán)境部開展了“光污染政策研究”系列項目,取得了很多進展[43-44]?？傮w而言,我國的光污染較為嚴重,光污染來源主要包括商業(yè)顯示牌和LED顯示屏、場館和道路照明、建筑物表面反光、城市夜景照明和裝飾霓虹燈、工業(yè)電焊切割、戶外彩光舞臺、行駛車輛燈光、路燈卡口和道路標志牌等。我國主要基于CIE的《室外照明設(shè)施干擾光影響限制指南》制定了一些標準規(guī)范,但還不成熟,如對于“光污染”的定義,《室外照明干擾光限制規(guī)范》(GB/T 35626—2017)定義為人工光各種有害影響總和的通稱;《室外作業(yè)場地照明設(shè)計標準》(GB 50582—2010)定義為干擾光或過量的光輻射(含可見光、紫外線和紅外光輻射)對人和生態(tài)環(huán)境造成的負面影響的總稱;《城市夜景照明設(shè)計規(guī)范》(JGJ/T 163—2008)定義為干擾光或過量的光輻射(含可見光、紫外和紅外光輻射)對人、生態(tài)環(huán)境和天文觀測等造成的負面影響的總稱。

我國現(xiàn)行法律法規(guī)鮮有針對光污染防治的專門立法[45]。不少地方省份也僅在環(huán)境保護相關(guān)條例中提到防止光污染,但缺少具體的可以落地實施的管理細則。值得一提的是,2022年實施的《上海市環(huán)境保護條例》明確了光污染的執(zhí)法主體和監(jiān)管內(nèi)容,開創(chuàng)了國內(nèi)光污染納入專門立法的先河。此外,北京、天津、上海、廣州、深圳、浙江等地也針對城市景觀照明、玻璃幕墻、廣告牌等出臺了照明、建筑設(shè)計、廣告牌設(shè)置等方面的管理辦法或規(guī)定。如上海印發(fā)了《上海市景觀照明總體規(guī)劃》《上海市戶外顯示設(shè)施設(shè)置陣地規(guī)劃》,體現(xiàn)了光污染防治須“規(guī)劃先行”的思想;浙江頒布的《浙江省城市市容和環(huán)境衛(wèi)生管理條例》中規(guī)定,城市照明燈光、廣告燈光、景觀燈光和建筑物、構(gòu)筑物外墻玻璃的設(shè)置應(yīng)當符合城市容貌標準和環(huán)境保護要求;澳門于2008年制定了《廣告招牌、建筑物裝飾燈和戶外電子顯示屏光污染控制指引》,又于2011、2014年進行了兩次修訂,增加了相關(guān)發(fā)光設(shè)施的控制要求及可測量的標準,提高了可操作性和控制成效。

我國針對室外照明、廣告和標識、LED顯示屏以及玻璃幕墻等的光污染防治制定了較多國家、行業(yè)、團體和地方標準,現(xiàn)總結(jié)于表1中。這些標準一定程度上支撐了我國光污染防治工作的開展。

表1 我國光污染相關(guān)標準匯總Table 1 Summary of light pollution standards in China

3.2 我國光污染防治工作中存在的主要問題

我國雖然已在法律法規(guī)和標準方面開始關(guān)注光污染問題,但是相比國外的光污染防治工作還存在很多不足,具體表現(xiàn)在:

(1) 照明規(guī)劃領(lǐng)域的光污染控制落后于國外先進水平。首先,我國的光環(huán)境分區(qū)標準與國際相關(guān)要求不符。其次,我國各地城市規(guī)劃中的分區(qū)方法差異較大。第三,光源的全生命周期管控措施缺失。我國的光源大多是基于照明亮度是否滿足環(huán)境要求而進行設(shè)計的,在城市光源設(shè)計的前期規(guī)劃、中期建設(shè)和后期維護管理中,雖然一定程度上考慮了光污染,但缺少具體的防治規(guī)定,特別是突出光污染源如商業(yè)顯示牌、LED顯示屏、道路卡口等。

(2) 國家監(jiān)管體系尚未建立。與歐洲、美國、日本、韓國等發(fā)達國家或地區(qū)相比,我國在光污染立法方面比較滯后。國家層面缺乏光污染防治專章和專門立法。光污染的定義不統(tǒng)一,導(dǎo)致光輻射要素的環(huán)境管理配套政策缺失,部門間管理職責難以厘清,無法形成協(xié)同管理體系。這也造成了地方一些城市先試先行取得的進展有限,難以發(fā)揮統(tǒng)籌監(jiān)管的作用。

(3) 國家環(huán)境監(jiān)管標準尚不完備。我國目前的標準體系光環(huán)境分區(qū)方法不統(tǒng)一,導(dǎo)致不同環(huán)境分區(qū)的光污染標準限值有較大爭議[46];尚未制定適用于綜合保護生態(tài)環(huán)境的光污染限制標準,數(shù)據(jù)缺少質(zhì)量保證和質(zhì)量控制要求;現(xiàn)有標準在監(jiān)測實施、污染指標控制、限值定量、光環(huán)境分區(qū)以及監(jiān)測設(shè)備使用上,同國外發(fā)達國家存在較大差距。

4 對策與建議

(1) 規(guī)劃先行和產(chǎn)品源頭控制光污染

光污染造成能源的巨大浪費,我國應(yīng)盡快統(tǒng)一光環(huán)境保護、光污染控制和照明規(guī)劃設(shè)計等領(lǐng)域的管控目標,實現(xiàn)光環(huán)境科學規(guī)劃和管理。在碳達峰、碳中和背景下,借鑒發(fā)達國家經(jīng)驗,以減少碳排放、降低光污染影響為主要目的,推動照明規(guī)劃領(lǐng)域光污染控制工作,如開展照明工程的環(huán)境后評估,對高耗能照明實施LED照明替代計劃等。

(2) 推進建立光污染防治監(jiān)督管理體系

建議開展光污染管理政策研究,特別是要研究綜合立法或?qū)ｉT立法的可行性,從而推進光污染防治立法進程,本研究提出我國光污染防治管理體系框架如圖1所示,建議在光污染問題突出的經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)進行試點,通過分析典型案例,梳理出當前城市光污染管理的主要職責和內(nèi)容,在結(jié)合各地先試先行進展和地方政策、法律法規(guī)的實施效果基礎(chǔ)上,逐步建立起光污染防治監(jiān)管體系,適時出臺國家光污染防治指導(dǎo)意見。

圖1 我國光污染防治體系框架Fig.1 Framework of light pollution prevention and control system for China

(3) 推動光污染標準完善和監(jiān)測新技術(shù)研究

完善現(xiàn)有標準中的數(shù)據(jù)質(zhì)量保證和質(zhì)量控制要求,提升監(jiān)測的質(zhì)量和效率。系統(tǒng)研發(fā)適合戶外監(jiān)測的光污染自動監(jiān)測儀器設(shè)備,持續(xù)開展光污染基礎(chǔ)監(jiān)測,掌握污染機理,通過工作試點,制定夜間光環(huán)境監(jiān)測方案。

5 結(jié) 語

目前,中國對照明光污染防治的監(jiān)管還較為薄弱,尚未對光污染防治專門立法。上位法的缺失導(dǎo)致相關(guān)標準規(guī)范頒布滯后,執(zhí)行效果大打折扣,因此光污染的社會源頭預(yù)防就不足,難以達成治理共識。調(diào)研歐洲、北美洲及亞洲一些主要發(fā)達國家或地區(qū)的光污染防治進展發(fā)現(xiàn),這些發(fā)達國家或地區(qū)大都根據(jù)自身情況制定了光污染防治或光環(huán)境保護法律法規(guī)或政策,頒布了可能產(chǎn)生光污染的產(chǎn)品技術(shù)標準和排放干擾光的限制標準,有的還進行了細致的光環(huán)境分區(qū)管控,甚至在光環(huán)境重點保護區(qū)域設(shè)立暗天空公園。因此,中國應(yīng)積極借鑒國外光污染防治先進經(jīng)驗來解決城市化快速發(fā)展過程中帶來的光污染問題,營造舒適、綠色、和諧的光環(huán)境。