Μέθοδοι αξιολόγησης και παρακολούθησης της φωτορύπανσης γύρω από οικολογικά ευαίσθητες περιοχές
Από RemoteSensing Wiki
Πρωτότυπος Τίτλος: Methods for Assessment and Monitoring of Light Pollution around Ecologically Sensitive Sites
Συγγραφέας: John C. Barentine - International Dark-Sky Association, Consortium for Dark Sky Studies, University of Utah
Πηγή: Journal of Imaging MDPI
URL: https://www.mdpi.com/2313-433X/5/5/54
Εισαγωγή:
Εδώ και έναν αιώνα, που η ανθρωπότητα έχει τη δυνατότητα να παράξει φωτισμό μέσω του ηλεκτρισμού, ένα νέο είδος ρύπανσης έχει αρχίσει να απασχολεί την επιστημονική κοινότητα, αυτό της φοτορύπανσης. Με απλά λόγια, φωτορύπανση ονομάζουμε τον υπερβολικό νυχτερινό φωτισμό δρόμων κτιρίων και οικισμών σε αστικά κέντρα, με δυσμενείς επιπτώσεις στην επιστήμη, την οικονομία, την υγεία, αλλά και το οικοσύστημα. Συγκεκριμένα ο υπερβολικός νυχτερινός φωτισμός, αποτελεί ένα σημαντικό πρόβλημα στη διατήρηση του σκοτεινού ουρανού, δυσκολεύοντας τους επιστήμονες να πραγματοποιούν αστρονομικές παρατηρήσεις και μελέτες στο οπτικό φάσμα. Αναφορικά με το οικοσύστημα, πολλοί οργανισμοί που χρησιμοποιούν το φως της ημέρας για ορισμένες δραστηριότητες τους, μπερδεύονται λόγο τις φοτορύπανσης δημιουργώντας στο ζωικό βασίλειο έντονες επιπτώσεις. Επιδράσεις της φωτορύπανσης έχουν παρατηρηθεί σε πτηνά, ψάρια, θηλαστικά, ερπετά , ασπόνδυλα, και φυτά, με συνέπειες στις βιολογικές διεργασίες που βασίζονται στην καθημερινότητα και στους εποχιακούς ρυθμούς, συμπεριλαμβανομένων της αναζήτησης της τροφής, ακόμα και της αναπαραγωγής.
Ιδιαίτερα ανησυχητικό είναι το γεγονός ότι με την πάροδο των ετών το πρόβλημα γίνεται όλο και πιο έντονο μιας και οι ενδείξεις φωτισμού όπως φαίνεται από το διάστημα, έχουν αυξηθεί τα τελευταία χρόνια με παγκόσμιο ετήσιο ρυθμό ~ 2% ετησίως. Ένα ποσοστό ανθρώπων δεν βιώνει ποτέ συνθήκες φυσικού νυχτερινού φωτισμού, μιας και ο τεχνητός φωτισμός δεν πέφτει ποτέ κάτω από τα επίπεδα που αντιπροσωπεύουν τη φωτεινότητα ενός σκοτεινού ουρανού μετά τη δύση του Ηλίου.
Μεθοδολογία:
Η ανάγκη για τη μείωση του φαινομένου είναι πλέον αισθητή και για τον ίδιο λόγο έχουν δημιουργηθεί αρκετοί φορείς που προσπαθούν να διασφαλίσουν την ποιότητα του σκοτεινού ουρανού όπως το International Dark-Sky Association (IDA), και το International Dark Sky Places Program. Κάθε φορέας και κάθε πρόγραμμα χρησιμοποιεί τις δικές του μεθόδους προκειμένου να προσδιορίσει το πρόβλημα της φωτορύπανσης σε μια τοποθεσία, και αντίστοιχα για να το εξαλείψει. Κάποιες τεχνικές ωστόσο αποτελούν βασικές μεθόδους εξέτασης του φαινομένου όπως η παρακολούθηση της Γης με τροχιακή τηλεπισκόπηση αλλά και η παρατήρηση του νυχτερινού ουρανού από την επιφάνεια της Γης με διάφορους φωτογραφικούς αισθητήρες.  Οι πρώτες παρατηρήσεις με τηλεπισκόπηση έγιναν τη δεκαετία του 1960 ενώ το 1970 η ικανότητα απεικόνισης του φαινομένου έγινε ακόμα πιο ακριβής με την ανάπτυξη του προγράμματος του Αμερικάνικού Μετεωρολογικού Δορυφόρου ΆΆμυνας (DMSP) όπου σε πρώτη φάση κατέγραφε τα φώτα της γης με φωτογραφική ταινία (film) και στις αρχές της δεκαετίας του 1990 οι καταγραφές του DMSP γινόντουσαν ψηφιακά. Το DMSP συμπεριλαμβάνει το Operational Linescan System (OLS) ένα ραδιόμετρο σάρωσης που χρησιμοποιεί έναν φωτοπολλαπλασιαστή που δίνει ευαισθησία στο εύρος μήκους κύματος 0,44-0,94 μm, με γωνιακή ανάλυση ~ 3 km pixel − 1 (στην επιφάνεια της Γης), Υπάρχει μεγάλη ανάγκη για τηλεπισκόπηση για την παρατήρηση των νυχτερινών φώτων σε περιοχές που ζητούν την πιστοποίηση φορέων όπως οι παραπάνω για την ποιότητα του νυχτερινού ουρανού τους, διότι όργανα που έχουν χρησιμοποιηθεί για να βοηθήσουν στον εντοπισμό πηγών φωτορύπανσης, έχουν σημαντικά μειονεκτήματα όπως την αδυναμία ανίχνευσης νυχτερινών φώτων που οφείλονται σε πηγές φωτισμού στερεάς κατάστασης (SSL) στο έδαφος, και ιδιαίτερα αυτές που περιλαμβάνουν φωτισμό φωσφόρου «λευκής» δίοδος εκπομπής φωτός (LED) που πλέον είναι ιδιαίτερα συνηθισμένος.
Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι αυτό του ορυχείου μολυβδαινίου Thompson Creek, στο Αϊντάχο των Η.Π.Α. Τα δεδομένα του προγράμματος Visible Infrared Imaging Radiometer Suite-Day/Night Band (VIIRS-DNB) που υπάγονται στο δορυφόρο Σουόμι NPP, είναι καταγραφές μιας ημέρας στο ορατό οπτικό φάσμα της περιοχής. Μια σημαντική μείωση των εκπομπών φωτός από νυχτερινές δραστηριότητες στο ορυχείο σημειώθηκε μεταξύ του 2014 και του 2015, όταν το ορυχείο διέκοψε την πρωτογενή παραγωγή μεταλλεύματος μολυβδαινίου και μετατόπισε τις εργασίες στην επεξεργασία μεταλλεύματος που εισήχθη από τη Νότια Αμερική. Αυτές οι εικόνες χρησιμοποιήθηκαν για να βοηθήσουν στην πρόβλεψη μείωσης της φωτορύπανσης που είχε δημιουργηθεί από το ορυχείο ως μέρος της πιστοποίησης για το κοντινό Central Idaho International Dark Sky Reserve και συμβάλλουν στη συνεχή παρακολούθηση των εξωτερικών απειλών για την ποιότητα του νυχτερινού ουρανού.
Εξετάζοντας το Σχήμα 1., τα 4 δείγματα, παρατηρούμε ότι είναι διακριτή η μείωση του φωτισμού στο ορυχείο, κατά τη διάρκεια των ετών 2013-2016. Ωστόσο η χρήση δορυφόρων για την εναέρια τηλεπισκόπηση της φωτορύπανσης δεν είναι απαραίτητη, για την πιστοποίηση της ποιότητας ουρανού μιας τοποθεσίας. Η έντονη χρήση μη επανδρωμένων εναέριων οχημάτων γνωστά και ως drone δίνει τη δυνατότητα καταγραφής του φαινομένου με πολύ χαμηλό κόστος με τις έγχρωμες εικόνες που μπορούν να καταγράψουν με τη χρήση μιας φωτογραφικής μηχανής να είναι μια αρχική εκτίμηση για τον τύπο και το φάσμα που εκπέμπει ένας λυχνίας. Στην ίδια μέθοδο βασίζονται και μελλοντικές σκέψεις για τηλεπισκόπηση της φωτορύπανσης με τη χρήση αεροσκαφών, δίνοντας τη δυνατότηα απεικόνισης υψηλής ανάλυσης και απευθείας ανάλυσης του φάσματος του φωτισμού.
Συμπεράσματα:
Η φωτορύπανση αποτελεί ένα διακριτό κοινωνικοπολιτικό πρόβλημα που εύκολα μπορεί να ξεφύγει από τον έλεγχο δημιουργώντας όλο και περισσότερες αρνητικές επιπτώσεις στον άνθρωπο και στο περιβάλλον. Αρκετά αισιόδοξη είναι όμως η ύπαρξη των φορέων πιστοποίησης σκοτεινών ουρανών που δίνουν κίνητρο σε τοποθεσίες, πολιτείες και επιχειρήσεις, να μειώσουν την εκπομπή φωτός τους και να συμβάλουν στη μείωση της φωτορύπανση και στη διατήρηση των σκοτεινών ουρανών. Η τηλεπισκόπηση αποτελεί τη σημαντικότερη μέθοδο απεικόνισης της φωτορύπανσης διότι δεν επηρεάζεται από αποκλειστικά από τοπικές πηγές φωτός όπως θα μπορούσε να επηρεαστεί ένα επίγειο όργανο (SQM ή μια φωτογραφική μηχανή). Ακόμα, με τη μέθοδο της εναέριας τηλεπισκόπησης μας δίνετε η δυνατότητα γρήγορης απεικόνισης μεγάλων εκτάσεων με σημαντική ακρίβεια στις πηγές εκπομπής, στην άμεση σύγκριση με άλλες τοποθεσίες αλλά και στη συχνότητα μετρήσεων, δίνοντας μας δεδομένα για ανάλυση και εξέταση, που μπορούν να εφαρμοστούν σε προγράμματα καταπολέμησης του φαινομένου.
