意大利帕多瓦大学、广州大学地理科学与遥感学院和华南城市生态与人居环境研究中心联合在地理学、环境科学领域期刊《Global Environmental Change》在线发表了针对非洲保护区夜间光污染监测的论文，该研究定量的评估了过去26年间保护区内光污染特征并对探索了人类活动对保护区内光污染的作用阈值。
研究背景
作为保护生物多样性的基石，保护区的核心价值在于维持区域内部的自然条件（包括白天和黑夜），规避、缓解人类活动对生物、环境所可能造成的干扰。尽管保护区价值已经被世人所认可，但这些地区仍遭受着各种人类活动的影响。据统计，全球范围内有超过600万平方公里的保护区暴露在强烈的人类压力之下，超过50%的保护区经历着人类压力的增加。人工照明设备的迅速装备和应用正重新塑造地球夜间光环境。夜间广泛使用人造光改善了人类的生活质量的同时也扰乱了自然界的光-暗循环。因此，开展保护区内夜间光辐射的时空分布及定量评估对于监控人类活动、评估人为照明的影响以及维护保护区生态至关重要。本研究联合多源夜间灯光影像定量分析了1992-2018年间非洲保护区人造灯光辐射强度变化，探索了人类活动强度对保护区内光污染作用的距离阈值并明确了保护区内光污染特征的三种类型，研究有助于人们更好了理解保护区内的光污染模式。
图1 非洲不同类型保护区的分布图
Highlights
（1）对1992年至2018年非洲保护区的光污染动态进行了量化。
（2）讨论了人类活动对保护区内光污染的影响。
（3）提出了非洲保护区光污染的三种模式。
研究方法
（1）长时序一致性灯光影像数据集的构建
来源于DMSP/OLS和NPP/VIIRS的灯光数据无论在时间覆盖范围和分辨率、空间分辨率、辐射分辨率等都存在明显的差异，因此在联合它们进行长周期的光污染研究就需要对灯光数据进行必要的预处理。总的来说，生成长时间序列、一致的灯光数据包括以下步骤：1）DMPS/OLS年度数据的年际校准；2）合成年度的VIIRS灯光数据产品；3）拟合VIIRS年度灯光数据以对齐DMSP/OLS灯光数据。具体的方法可以参见论文“Methods”部分。
（2）保护区灯光变化检测
夜间灯光的强度和灯光像素数量能够有效的度量地区的人造光源排放量，本文分别使用了灯光强度总值 (TSOL)、平均灯光强度(MNTLI)和灯光区面积占比(POLA)来表征保护区范围内光污染水平。此外，我们使用了Theil-Sen Median趋势分析和Mann-Kendall检验来评估灯光污染的趋势变化。
研究结果
（1）非洲保护区总体光污染变化
在过去26年中，只有0.87%的保护区光污染得到了缓解，18.06%的保护区的光辐射没有变化，81.07%的保护区面临着光污染加剧的压力。在经历了光污染增加的2419个保护区中，大约82%在1992年没有遭受光污染，但在2018年观测到光污染（初次污染），大约18%的保护区在1992年就已经观察到光污染，而在2018年检测到更高的光辐射（二次污染）。
图2 非洲保护区灯光辐射强度的变化及聚集特征
（2）保护区的光污染水平差异
保护区类型间的光污染差异结果表明所有类型的保护区灯光辐射均值都发生了增长，其中Scenic site和Wetland reserve的增幅最显著，Natural reserve和World Heritage site的增幅最小。
此外我们的结果表明当前非洲保护区内光污染强度与保护区管制等级间相关性较低，灯光污染正无差别的向各种管制级别的保护区渗透。
图3 不同保护区类型和管制强度下的非洲保护区内灯光辐射强度
（3）人类活动对保护区内光污染的影响
我们基于土地利用数据和灯光数据合成了非洲大陆人类活动热力图层。该图层包含日间光学遥感和夜间灯光遥感对地表人类活动的观测信息，能够比较准确、综合的度量地区的人类活动强度。结果表明，保护区周边人类活动强度与保护区内部的灯光污染有着显著的相关性，这种正向作用关系随着缓冲距离的不断延伸而越来平稳，并在245km达到平衡点。
图4 不同距离内的人类活动和保护区内的光污染之间的相关性
（4）保护区灯光污染类型特征
当前保护区的光污染入侵大致可以划分为三类：1）外部入侵型，该类型的保护区通常在城市周边（甚至在城市内部），保护区内部人类活动强度较低，但由于城市灯光的晕染效应和辐射效应，会导致保护区内的灯光辐射处于较高水平。2）内部源生型，该类型的保护区周边没有城市为代表的高光污染源，但保护区内存在部分人类活动，例如建筑、农业设施等所引起的保护区内部光污染。3）混合污染型，该类型综合了上述两种类型的特点，保护区在收到周边高强度灯光胁迫的同时，保护区内部也出现了明显的人类活动。
图5 保护区不同类型的灯光污染入侵类型
研究总结
本研究聚焦非洲大陆的各类型保护区，通过联合多源夜间灯光数据以实现长时间跨度的非洲保护区人类活动强度和光污染监测，定量评估了非洲保护区的光污染变化特征及其与人类活动的相关性，能够有助于我们更深入的了解保护区光污染特征和诱因，为后续的保护区规划和管理提供参考信息。
引用信息
