Спектральный G-индекс

Спектральный G-индекс — это переменная, которая была разработана для количественной оценки количества коротковолнового света в источнике видимого света относительно его видимого излучения (это мера количества синего света на люмен ). Чем меньше G-индекс, тем больше синего , фиолетового или ультрафиолетового света излучает лампа относительно ее общей мощности. Его используют для выбора уличных ламп , которые минимизируют свечение неба и экологическое световое загрязнение . G-индекс был первоначально предложен Дэвидом Галади Энрикесом , астрофизиком обсерватории Калар-Альто . ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}

Определение

Разноцветные «белые» лампы — Лампы с очень разными цветовыми температурами обычно также имеют разные индексы G. Лампы с более высокой цветовой температурой излучают больше синего света и поэтому обычно имеют более низкий индекс G.

G-индекс основан на системе астрономической фотометрии и определяется следующим образом: ^{[ 1 ]}

G=-2.5\mathrm {log} _{10}{\frac {\sum \limits _{\lambda =380\mathrm {nm} }^{500\mathrm {nm} }E(\lambda )}{\sum \limits _{\lambda =380\mathrm {nm} }^{780\mathrm {nm} }E(\lambda )V(\lambda )}}

где

G – спектральный G-индекс;
λ — длина волны в нанометрах;
E – спектральное распределение мощности лампы;
V ( λ ) — функция светимости

Суммы следует брать с шагом 1 нм. ^{[ 1 ]} Для ламп с абсолютно нулевым излучением ниже 500 нм (например, натриевые светодиоды низкого давления или янтарные светодиоды PC ), G-индекс в принципе не определен. На практике такие лампы будут иметь G, превышающий некоторое значение, из-за ограничений точности измерений. Региональное правительство Андалусии разработало электронную таблицу ^{[ 3 ]} позволяет рассчитать G-индекс для любой лампы, для которой известно спектральное распределение мощности, а также его можно рассчитать в программе «Astrocalc» ^{[ 4 ]} или веб-приложение f.luxometer. ^{[ 5 ]}

G-индекс не измеряет напрямую световое загрязнение, а скорее говорит о цвете света, исходящего от лампы. Например, поскольку уравнение, определяющее G-индекс, нормировано на общий поток, если использовать вдвое больше ламп, G-индекс не изменится; это мера дробного света, а не полного света. Точно так же определение G-индекса не включает направление света, поэтому оно не связано напрямую со свечением неба, которое сильно зависит от направления. ^{[ 6 ]}

Обоснование

Продолжающийся глобальный переход от (в основном) оранжевых натриевых ламп высокого давления для уличного освещения к (в основном) белым светодиодам привел к сдвигу в сторону света широкого спектра с большим количеством коротковолновых (синих) излучений. ^{[ 7 ]} Этот переход проблематичен с точки зрения увеличения астрономического и экологического светового загрязнения. Свет с короткой длиной волны с большей вероятностью рассеивается в атмосфере и, следовательно, создает больше искусственного свечения неба, чем эквивалентное количество света с большей длиной волны. ^{[ 6 ]}^{[ 8 ]}^{[ 9 ]} Кроме того, как свет широкого спектра (белый), так и свет с короткой длиной волны, как правило, оказывают большее общее экологическое воздействие, чем видимый свет с узкой полосой и длинной волны. ^{[ 10 ]}^{[ 11 ]} По этой причине руководящие принципы, рекомендации, нормы и законодательство по освещению часто устанавливают ограничения на излучение синего света. Например, светильников программа «Сертификация » Международной ассоциации темного неба ограничивает освещение, имеющее коррелированную цветовую температуру (CCT) ниже 3000 K , в то время как национальный французский о световом загрязнении закон ограничивает CCT максимум 3000 K в большинстве областей. и 2400 К или 2700 К в охраняемых зонах, таких как природные заповедники . ^{[ 12 ]}^{[ 13 ]}

Проблема этих подходов заключается в том, что CCT не совсем коррелирует с излучением синего света. Лампы с одинаковым CCT могут иметь совершенно разную фракционную эмиссию синего света. ^{[ 2 ]}^{[ 14 ]} Это связано с тем, что CCT основан на сравнении с источником света абсолютно черного тела , который является плохим приближением для светодиодов и газоразрядных ламп, таких как натриевые лампы высокого давления. ^{[ 15 ]} Поэтому G-индекс был разработан для использования при принятии решений о покупке уличных светильников и в правилах освещения в качестве улучшенной альтернативы показателю CCT. ^{[ 14 ]}

Использовать

В 2019 году Европейской комиссии Объединенный исследовательский центр включил G-индекс в свои рекомендации по экологическим государственным закупкам дорожного освещения. В частности, в районах, нуждающихся в защите по астрономическим или экологическим причинам, они рекомендуют использовать G-индекс вместо CCT при принятии решений по освещению, поскольку G-индекс более точно определяет количество синего света. ^{[ 14 ]} В своих «основных критериях» они рекомендуют, чтобы «в парках , садах и зонах, которые закупщик считает экологически чувствительными, G-индекс должен быть ≥1,5». В случае, если G-индекс по какой-то причине не может быть рассчитан , они предполагают, что CCT≤3000 K, вероятно, будет удовлетворять этому критерию. В рамках более строгих «комплексных критериев» они рекомендуют, чтобы парки и экологически чувствительные территории или территории на определенных расстояниях от оптических астрономических обсерваторий имели G-индекс, превышающий или равный 2,0. Опять же, в этом случае, если вычисление G-индекса невозможно, рекомендуется CCT≤2700 K. ^{[ 14 ]}

G-индекс планируется использовать региональным правительством Андалусии специально для защиты ночного неба . В зависимости от «экологической зоны» правила требуют, чтобы освещение имело значение G выше 2, 1,5 или 1. В районах, где ведется астрономическая деятельность, ожидается, что будут использоваться только монохроматические или квазимонохроматические лампы с G >3,5 и в принципе только выбросы в интервале 585-605 нм. ^{[ 1 ]}

Предупреждение о сомнительном использовании

G-индекс не был оценен и не принят организацией по разработке стандартов (SDO), такой как CIE. Как правило, для использования спецификации в регламенте или тендере она должна пройти строгий процесс оценки и принятия со стороны SDO. Таким образом, сомнительно, чтобы Объединенный исследовательский центр ЕС и региональное правительство Андалузии (и другие) предлагали или предписывали обязательные требования на основе G-индекса.

Меры, направленные исключительно на сокращение синего света, не обеспечат экологическую защиту. Поскольку интенсивность света играет такую же или даже более сильную роль, чем спектр, размещение света в нужных местах (на дорожных покрытиях и тротуарах) и предотвращение его попадания в экологические регионы, вероятно, будет более эффективным, чем манипулирование спектром света. Спектр действительно играет роль, но чтобы не беспокоить чувствительных животных, в спектр необходимо внести изменения, которые не могут быть описаны G-индексом. Эти изменения также зависят от вида. Доказано, что определенный спектр (с преобладанием красного цвета) для многих (но не всех) светочувствительных видов насекомых и летучих мышей так же хорош, как темнота. ^{[ 16 ]}^{[ 17 ]}^{[ 18 ]} Доказано, что для некоторых видов янтарный спектр менее экологичен, чем красный спектр, хотя оба имеют незначительное содержание синего и «благоприятный» индекс G. Поэтому использование спектрального G-индекса является слишком упрощенным и может принести больше вреда, чем пользы. Поэтому использование G-индекса в спецификациях или правилах освещения настоятельно не рекомендуется.

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Присоединяйтесь из Андалусии (2018). Спектральный индекс G (PDF) (Технический отчет) . Проверено 12 февраля 2019 г.
^ Jump up to: ^а ^б Галади-Энрикес, Д. (февраль 2018 г.). «За пределами CCT: система спектральных индексов как инструмент объективной количественной характеристики ламп». Журнал количественной спектроскопии и переноса излучения . 206 : 399–408. arXiv : 1712.06825 . Бибкод : 2018JQSRT.206..399G . дои : 10.1016/j.jqsrt.2017.12.011 . S2CID 73564862 .
^ "Índice espectral G" . www.juntadeandalucia.es (на европейском испанском языке) . Проверено 1 апреля 2019 г.
^ «LICA AstroCalc – компаратор фильтров и камер» . carlostapia.es . Проверено 1 апреля 2019 г.
^ «ф.люксометр» . Проверено 29 апреля 2019 г.
^ Jump up to: ^а ^б Об, М. [на французском языке] (16 марта 2015 г.). «Физическое поведение распространения антропогенного света в ночную среду» . Философские труды Королевского общества B: Биологические науки . 370 (1667): 20140117. doi : 10.1098/rstb.2014.0117 . ПМЦ 4375359 . ПМИД 25780231 .
^ Дэвис, Томас В.; Смит, Тим (10 ноября 2017 г.). «Почему искусственное освещение в ночное время должно быть в центре внимания исследований глобальных изменений в 21 веке» . Биология глобальных изменений . 24 (3): 872–882. дои : 10.1111/gcb.13927 . ПМИД 29124824 .
^ Кинзи, Брюс; Перрин, Тесс; Миллер, Наоми; Кочифай, Мирослав; Обе, Мартин; Солано Ламфар, Гектор (2017). Исследование влияния светодиодного уличного освещения на свечение неба (технический отчет). Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория. ПННЛ-26411 . Проверено 12 февраля 2019 г.
^ Лугинбюль, Кристиан Б.; Боли, Пол А.; Дэвис, Дональд Р. (май 2014 г.). «Влияние спектрального распределения мощности источника света на свечение неба» . Журнал количественной спектроскопии и переноса излучения . 139 : 21–26. Бибкод : 2014JQSRT.139...21L . дои : 10.1016/j.jqsrt.2013.12.004 .
^ Лонгкор, Трэвис; Рич, Кэтрин; ДельБуссо, Лейга (2016). Искусственное ночное освещение и охраняемые территории / Экологические эффекты и подходы к управлению (Технический отчет). НПС/НРСС/НСНС/НРР--2016/1213 . Проверено 12 февраля 2019 г.
^ Лонгкор, Трэвис; Родригес, Айрам; Уизерингтон, Блэр; Пенниман, Джей Ф.; Херф, Лорна; Херф, Майкл (октябрь 2018 г.). «Быстрая оценка спектра ламп для количественной оценки экологического воздействия света в ночное время». Журнал экспериментальной зоологии, часть A. 329 (8–9): 511–521. Бибкод : 2018JEZA..329..511L . дои : 10.1002/jez.2184 . hdl : 10261/177341 . ПМИД 29894022 . S2CID 48364989 .
^ «Знак одобрения светильника» . Международная ассоциация темного неба . Проверено 12 февраля 2019 г.
^ «Приказ от 27 декабря 2018 года о предотвращении, уменьшении и ограничении светового загрязнения | Legifrance» . www.legifrance.gouv.fr . Проверено 12 февраля 2019 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Донателло, Шейн; Родригес Кинтеро, Росио; Гама Кальдас, Мигель; Вольф, Оливер; Ван Тихелен, Пол; Ван Хоф, Вероника; Геркен, Тео (2019). Обзор критериев государственных закупок ЕС «Зеленый» для дорожного освещения и дорожных знаков (PDF) (Технический отчет). Объединенный исследовательский центр. 29631 евро . Проверено 12 февраля 2019 г.
^ Обе, Мартин; Роби, Джоанна; Кочифай, Мирослав; Ямадзаки, Шин (5 июля 2013 г.). «Оценка потенциального спектрального воздействия различных искусственных источников света на подавление мелатонина, фотосинтез и видимость звезд» . ПЛОС ОДИН . 8 (7): e67798. Бибкод : 2013PLoSO...867798A . дои : 10.1371/journal.pone.0067798 . ПМК 3702543 . ПМИД 23861808 .
^ Споэльстра, К; ван Грюнсвен, RHA; Рамакерс, JJC; Фергюсон, КБ; Раап, Т; Доннерс, М., Венендал, Э.М. и М.Е. Виссер (31 мая 2017 г.). «Реакция летучих мышей на свет разного спектра: на присутствие светобоязливых и подвижных летучих мышей влияет белый и зеленый, но не красный свет» . Учеб. Р. Сок. Б. 284 (1855). дои : 10.1098/rspb.2017.0075 . ПМЦ 5454258 . ПМИД 28566484 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Доннерс, М; ван Грюнсвен, RHA; Гроенендейк, Д; ван Лангевельде, Ф; Биккер Дж.В.; Лонгкор, Т; и Э. Венендал (26 июня 2018 г.). «Цвета притяжения: моделирование полета насекомых к световому поведению» . J Exp Зоол А. 329 (8–9): 434–440. Бибкод : 2018JEZA..329..434D . дои : 10.1002/jez.2188 . ПМИД 29944198 . S2CID 49421077 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Страка, ТМ; Грейф, С; Шульц, С; Герлиц, HR; и CC Voigt (2020). «Влияние освещения пещеры на летучих мышей» . Глобальная экология и охрана природы . 21 : e00808. дои : 10.1016/j.gecco.2019.e00808 . S2CID 210303101 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

Внешние ссылки

Дополнительная информация, включая электронную таблицу для расчета G-индекса , Региональное правительство Андалусии (примечание: страница на испанском языке; руководство по индексу G на английском языке и электронная таблица LibreOffice на английском языке для расчета индекса приведены в нижней части страницы).
Информация о «зеленых» государственных закупках уличного освещения в ЕС , Объединенный исследовательский центр
Веб-инструмент f.luxometer , онлайн-калькулятор g-индекса и других индексов
Программное обеспечение Astrocalc , Carlos Tapia Ayuga (примечание: страница на испанском языке, инструкции на английском языке внизу)

[Gdef-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Присоединяйтесь из Андалусии (2018). Спектральный индекс G (PDF) (Технический отчет) . Проверено 12 февраля 2019 г.

[DGE-2] Jump up to: ^а ^б Галади-Энрикес, Д. (февраль 2018 г.). «За пределами CCT: система спектральных индексов как инструмент объективной количественной характеристики ламп». Журнал количественной спектроскопии и переноса излучения . 206 : 399–408. arXiv : 1712.06825 . Бибкод : 2018JQSRT.206..399G . дои : 10.1016/j.jqsrt.2017.12.011 . S2CID 73564862 .

[3] "Índice espectral G" . www.juntadeandalucia.es (на европейском испанском языке) . Проверено 1 апреля 2019 г.

[4] «LICA AstroCalc – компаратор фильтров и камер» . carlostapia.es . Проверено 1 апреля 2019 г.

[5] «ф.люксометр» . Проверено 29 апреля 2019 г.

[Aube_2015-6] Jump up to: ^а ^б Об, М. [на французском языке] (16 марта 2015 г.). «Физическое поведение распространения антропогенного света в ночную среду» . Философские труды Королевского общества B: Биологические науки . 370 (1667): 20140117. doi : 10.1098/rstb.2014.0117 . ПМЦ 4375359 . ПМИД 25780231 .

[Davies-7] Дэвис, Томас В.; Смит, Тим (10 ноября 2017 г.). «Почему искусственное освещение в ночное время должно быть в центре внимания исследований глобальных изменений в 21 веке» . Биология глобальных изменений . 24 (3): 872–882. дои : 10.1111/gcb.13927 . ПМИД 29124824 .

[PNNL-8] Кинзи, Брюс; Перрин, Тесс; Миллер, Наоми; Кочифай, Мирослав; Обе, Мартин; Солано Ламфар, Гектор (2017). Исследование влияния светодиодного уличного освещения на свечение неба (технический отчет). Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория. ПННЛ-26411 . Проверено 12 февраля 2019 г.

[Luginbuhl-9] Лугинбюль, Кристиан Б.; Боли, Пол А.; Дэвис, Дональд Р. (май 2014 г.). «Влияние спектрального распределения мощности источника света на свечение неба» . Журнал количественной спектроскопии и переноса излучения . 139 : 21–26. Бибкод : 2014JQSRT.139...21L . дои : 10.1016/j.jqsrt.2013.12.004 .

[NPS_2016-10] Лонгкор, Трэвис; Рич, Кэтрин; ДельБуссо, Лейга (2016). Искусственное ночное освещение и охраняемые территории / Экологические эффекты и подходы к управлению (Технический отчет). НПС/НРСС/НСНС/НРР--2016/1213 . Проверено 12 февраля 2019 г.

[Longcore_2018-11] Лонгкор, Трэвис; Родригес, Айрам; Уизерингтон, Блэр; Пенниман, Джей Ф.; Херф, Лорна; Херф, Майкл (октябрь 2018 г.). «Быстрая оценка спектра ламп для количественной оценки экологического воздействия света в ночное время». Журнал экспериментальной зоологии, часть A. 329 (8–9): 511–521. Бибкод : 2018JEZA..329..511L . дои : 10.1002/jez.2184 . hdl : 10261/177341 . ПМИД 29894022 . S2CID 48364989 .

[IDA_FSA-12] «Знак одобрения светильника» . Международная ассоциация темного неба . Проверено 12 февраля 2019 г.

[France_law-13] «Приказ от 27 декабря 2018 года о предотвращении, уменьшении и ограничении светового загрязнения | Legifrance» . www.legifrance.gouv.fr . Проверено 12 февраля 2019 г.

[JRC_GPP-14] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Донателло, Шейн; Родригес Кинтеро, Росио; Гама Кальдас, Мигель; Вольф, Оливер; Ван Тихелен, Пол; Ван Хоф, Вероника; Геркен, Тео (2019). Обзор критериев государственных закупок ЕС «Зеленый» для дорожного освещения и дорожных знаков (PDF) (Технический отчет). Объединенный исследовательский центр. 29631 евро . Проверено 12 февраля 2019 г.

[aube_2013-15] Обе, Мартин; Роби, Джоанна; Кочифай, Мирослав; Ямадзаки, Шин (5 июля 2013 г.). «Оценка потенциального спектрального воздействия различных искусственных источников света на подавление мелатонина, фотосинтез и видимость звезд» . ПЛОС ОДИН . 8 (7): e67798. Бибкод : 2013PLoSO...867798A . дои : 10.1371/journal.pone.0067798 . ПМК 3702543 . ПМИД 23861808 .

[16] Споэльстра, К; ван Грюнсвен, RHA; Рамакерс, JJC; Фергюсон, КБ; Раап, Т; Доннерс, М., Венендал, Э.М. и М.Е. Виссер (31 мая 2017 г.). «Реакция летучих мышей на свет разного спектра: на присутствие светобоязливых и подвижных летучих мышей влияет белый и зеленый, но не красный свет» . Учеб. Р. Сок. Б. 284 (1855). дои : 10.1098/rspb.2017.0075 . ПМЦ 5454258 . ПМИД 28566484 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[17] Доннерс, М; ван Грюнсвен, RHA; Гроенендейк, Д; ван Лангевельде, Ф; Биккер Дж.В.; Лонгкор, Т; и Э. Венендал (26 июня 2018 г.). «Цвета притяжения: моделирование полета насекомых к световому поведению» . J Exp Зоол А. 329 (8–9): 434–440. Бибкод : 2018JEZA..329..434D . дои : 10.1002/jez.2188 . ПМИД 29944198 . S2CID 49421077 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[18] Страка, ТМ; Грейф, С; Шульц, С; Герлиц, HR; и CC Voigt (2020). «Влияние освещения пещеры на летучих мышей» . Глобальная экология и охрана природы . 21 : e00808. дои : 10.1016/j.gecco.2019.e00808 . S2CID 210303101 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]