Uchafuzi wa mwanga, unaojulikana kwa taa bandia nje zilizo ziada na zisizobuniwa vyema, unawakilisha aina muhimu ya uharibifu wa mazingira. Unapoteza nishati, unavuruga mifumo ikolojia, na unaficha anga asilia la usiku. Utafiti huu unalenga kupima uchafuzi wa mwanga Hong Kong, jiji lenye watu wengi sana, kupitia vipimo vya kimfumo vya Mwangaza wa Anga Usiku (NSB). Lengo kuu ni kutathmini mchango wa vyanzo vya taa bandia kwa mwangaza wa jumla wa anga, na kutoa msingi wa kudhibitiwa na data kwa sera ya mazingira na muundo wa taa.
Utafiti huu umejengwa juu ya Mtandao wa Ufuatiliaji wa Mwangaza wa Anga Usiku Hong Kong (NSN), miundombinu maalum ya kufuatilia mazingira endelevu.
NSN iliundwa ili kufuatilia uchafuzi wa mwanga Hong Kong kwa kina. Inajumuisha vituo 18 vya ufuatiliaji vilivyowekwa kimkakati kufunika anuwai ya mazingira, kutoka vitovu vikali vya mijini hadi maeneo ya vijijini yaliyojitenga na yaliyolindwa (mfano, Hifadhi ya Dunia ya Jiolojia Hong Kong). Utovu huu wa kijiografia ni muhimu sana kwa kutenganisha ishara ya taa bandia kutoka kwa mabadiliko ya asili ya usuli.
Ukusanyaji wa data ulianza Mei 2010 hadi Machi 2013, na kukusanya zaidi ya vipimo milioni 4.6 vya NSB. Seti hii ya data ni kubwa zaidi ya mara elfu mbili kuliko uchunguzi uliopita wa timu, na kuwezesha uchambuzi thabiti wa takwimu. Vipimo vilichukuliwa kwa kutumia Vipima Ubora wa Anga (SQM) vilivyokadiriwa, na data zilizoathiriwa na mwangaza wa moja kwa moja wa mwezi au mawingu mengi sana zilichujwa ili kutenganisha sehemu ya kibinadamu ya mwangaza wa anga.
16.8 mag/arcsec²
Mara 82 angavu kuliko kiwango cha anga giza cha IAU
Mara 15 angavu
Anga la mijini ni mara 15 angavu kuliko anga la vijijini kwa wastani
Zaidi ya Milioni 4.6
Vipimo vilivyokusanywa kwa muda wa miezi 34
Utafiti uligundua NSB ya wastani Hong Kong (data iliyoathiriwa na mwezi isijumuishwe) kuwa 16.8 ukubwa kwa sekunde ya duara ya mraba (mag arcsec⁻²). Ikilinganishwa na kiwango cha eneo giza safi kilichowekwa na Shirikisho la Kimataifa la Astronomia (IAU) kwa 21.6 mag arcsec⁻², hii inaonyesha anga la usiku Hong Kong, kwa wastani, ni mara 82 angavu kuliko msingi wa asili.
Tofauti kati ya maeneo ya mijini na vijijini ilikuwa wazi na ya uhakika. NSB katika maeneo ya mijini ilipimwa kuwa, kwa wastani, mara 15 angavu kuliko katika maeneo ya vijijini. Mwinuko huu mkubwa unatoa ushahidi usioweza kukanushwa, wa kiasi wa jukumu kuu linalochukuliwa na taa bandia zilizojikita katika vitovu vya mijini katika kuzalisha mwangaza wa anga.
Seti kubwa ya data iliwezesha uchambuzi wa mifumo ya wakati. Mabadiliko yalihusishwa na sababu kama:
Mwangaza wa Anga Usiku hupimwa kwa kiwango cha logariti ya ukubwa wa angani. Tofauti ya mwangaza kati ya vyanzo viwili inatolewa na: $$\Delta m = m_1 - m_2 = -2.5 \log_{10} \left( \frac{I_1}{I_2} \right)$$ ambapo $m$ ni ukubwa na $I$ ni kiwango. Tofauti ya ukubwa 5 inalingana na sababu ya 100 katika kiwango. Kwa hivyo, tofauti iliyoripotiwa ya ~4.8 ukubwa kati ya wastani ya Hong Kong (16.8) na kiwango cha IAU (21.6) inabadilishwa kuwa sababu ya 82: $$\frac{I_{HK}}{I_{dark}} = 10^{-0.4 \times (16.8 - 21.6)} = 10^{1.92} \approx 82$$
Mfano wa Mfumo wa Uchambuzi (Sio Msimbo): Utafiti ulitumia mfumo wa uchambuzi wa anga na wakati. Kwa anga, vituo viligawanywa katika makundi ya mijini, kitongoji, na vijijini kwa takwimu za kulinganisha. Kwa wakati, uchambuzi wa mfululizo wa wakati ulifanywa kwenye data safi (iliyochujwa mwangaza wa mwezi/mawingu) ili kutambua mwelekeo wa kila siku, kila wiki, na msimu. Hatua muhimu ya uchambuzi ilikuwa kurekebisha data kutoka vituo tofauti hadi sehemu ya kumbukumbu ya kawaida (mfano, NSB ya zeniti chini ya hali nzuri, isiyo na mwezi) ili kuwezesha kulinganisha kijiografia moja kwa moja. Mfumo huu ulihusisha data ya NSB kwa kimfumo na seti za data za nje kama ramani za msongamano wa watu na data ya mwangaza inayotokana na satelaiti (mfano, kutoka DMSP/OLS) kwa uthibitisho na muktadha mpana.
Matokeo yanaonyesha kwa uhakika kwamba taa bandia ndio kiendeshi kikuu cha mwangaza wa anga usiku Hong Kong. Tofauti ya mara 15 kati ya mijini na vijijini ni kipimo chenye nguvu cha mawasiliano ya umma na utengenezaji sera. Utafiti huu unapita zaidi ya malalamiko ya ubora kuhusu uchafuzi wa mwanga na kutoa msingi unaoweza kurudiwa, wa kiasi. Hii inamaanisha kwamba nishati kubwa inapotezwa kama mwanga wa juu na mwangaza mkali, na kuchangia uzalishaji wa kaboni. Zaidi ya hayo, matokeo ya kiikolojia, kama usumbufu kwa wanyama wa usiku na mizunguko ya circadian ya binadamu, yanasaidiwa na kipimo hiki cha lengo cha mabadiliko ya mazingira.
Karatasi hii sio tu malalamiko mengine kuhusu taa za jiji; ni ukaguzi wa kisheria wa bajeti ya mwangaza ya Hong Kong. Uelewa wa msingi ni tafsiri ya usumbufu wa kibinafsi—uchafuzi wa mwanga—kuwa kipimo ngumu, kinachoweza kuhesabiwa: anga la usiku la mijini ni mara 15 angavu kushangaza kuliko la vijijini, na eneo lote linafanya kazi kwa mara 82 ya msingi wa asili. Hii sio hadithi; ni uhasibu. Inapima "kumwagika kwa mwangaza" mkubwa kutoka kwa taa za kibiashara na za umma kama aina inayoweza kupimika ya taka ya mazingira na kiuchumi.
Mantiki ni thabiti na yenye nguvu ya viwanda. Inaanza na ufafanuzi wazi wa tatizo (mwangaza wa anga kama uchafuzi), inaunda mtandao wa kiwango cha dhahabu wa kipimo (NSN) kama safu ya vichunguzi, inakusanya seti kubwa ya data ya mfululizo wa wakati (zaidi ya pointi milioni 4.6) kama ushahidi, na inatumia fotometri ya angani iliyonyooka kutoa ulinganisho usioweza kukanushwa. Mtiririko kutoka data ya vichunguzi ghafi hadi hitimisho lenye nguvu la "mara 15" na "mara 82" ni safi, wazi, na inaweza kurudiwa—alama ya sayansi bora ya ufuatiliaji wa mazingira.
Nguvu: Ukubwa wa seti ya data ndio nguvu kuu ya karatasi. Inazidi utafiti uliopita na inatoa nguvu ya takwimu ambayo hupunguza mambo yasiyo ya kawaida. Muundo wa mtandao wa vituo vya mijini na vijijini ni bora kwa kutenganisha ishara ya kibinadamu. Uhusiano na kiwango cha IAU unatoa kigezo cha ulimwengu wote, kama vile AQI kwa uchafuzi wa hewa.
Kasoro: Kikomo kikuu, kilichokubaliwa lakini hakitatuliwa kabisa, ni tatizo la kuhusishwa. Ingawa mtandao unathibitisha taa bandia ndiyo sababu, haichambui kwa usahihi wachangiaji (mfano, taa za barabarani dhidi ya matangazo dhidi ya taa za uso wa kibiashara). Utafiti unategemea uhusiano wa anga (mijini=angavu zaidi) badala ya miundo maalum ya kugeuza vyanzo. Kazi ya baadaye inahitaji kuunganisha data hii na vipimo vya wigo na orodha za taa, mwelekeo ulioonyeshwa lakini haujatimizwa bado, sawa na miundo ya kugawa vyanzo inayotumika katika utafiti wa ubora wa hewa.
Kwa wanaoandika sera na wapangaji miji, utafiti huu unatoa wakati wa mwisho wa "nionyeshe data". Uelewa unaoweza kutekelezwa ni wazi:
Kimsingi, karatasi hii inatoa hatua muhimu ya kwanza: utambuzi sahihi, wa kiwango kikubwa. Maagizo—taa zenye akili, zilizokusudiwa—sasa ni lazima ya kiuchumi na kimazingira, sio tu ya urembo.