Light pollution: measuring and modelling skyglow. An application in two Portuguese reserves

Abstract

Outdoors human-made lighting at night causes sky glow, one of the effects of light pollution. Sky glow is rising with the growth of world population. Urban inhabitants are increasingly deprived from a starry sky. However, since light propagates to regions far from where it is produced, light pollution spreads to places where few or none artificial light at night existed, disturbing the quality of the night sky. In this work we assess for the first time the sky brightness of two regions in Portugal, the Peneda-Gerês National Park, and the recently created Starlight Reserve Dark Sky® Alqueva. We used a portable unit, a Unihedron Sky Quality Meter-L (SQM-L), to measure the luminance of the night sky. We also tested the SQM-L in a laboratory to a more thorough analysis of the device, and to check the effect of polarization on the unit, suggested by our observations and other users. Our results suggest that the SQM-L is not affected by any measurable effect of polarization, but some guidelines to use the SQM-L in the field are provided based on our work. The data from the field measurement was used to compare to one light pollution propagation model (Kocifaj, 2007), using VIIRS DNB satellite upwards radiance as input to the model. The results obtained from the model are favourably compared to the field measurements. We proceeded to a set of tests with the model to find the best fit. Our best results were achieved by analysing the data by night rather than the global set of data. Our first results were used to apply to the classification of the region of Alqueva to a Starlight Tourism Destination. That classification was attained during the course of this work (December 2011). A guideline on the Peneda-Gerês National Park was also implemented after our first results were provided. We believe we have achieved a set of results in a set of parallel issues all related to light pollution that we hope may contribute to the current knowledge on this area of research.

A iluminação noturna de origem artificial gera um aumento do brilho do céu noturno, um dos efeitos da poluição luminosa. Com o aumento da população mundial, o brilho do céu tem vindo a aumentar, privando os habitantes de regiões urbanas de poderem ver um céu estrelado. Porém, devido à propagação da luz a grandes distâncias, a poluição luminosa afeta regiões afastadas dos centros produtores de luz, deixando de afetar apenas a região poluidora a afetando a qualidade do céu noturno que de outra forma não seria perturbado. Neste trabalho avaliámos a qualidade do céu do Parque Nacional da Peneda-Gerês (PNPG) e da região do Grande Lago Alqueva entre 2010 e 2015, onde foi recentemente criada a Reserva Starlight Dark Sky Alqueva. Essa regiões não tinham anteriormente sido avaliadas, havendo agora uma base de partida para o estudo da evolução do céu nas regiões. Utilizámos uma unidade portátil para medir a luminância do céu noturno, um Unihedron Sky Quality Meter-L (SQM-L). Analisámos também essa mesma unidade em laboratório, que nos permitiu descartar a possibilidade de sofrer de efeito de polarização, e permitiu-nos estabelecer um guia de procedimento para a sua melhor utilização. Os dados das medições no terreno foram utilizados para comparar com um modelo de propagação da poluição luminosa (Kocifaj, 2007), utilizando para isso os dados calibrados de radiância de ambos os locais obtidos por satélite, VIIRS DNB. Os resultados obtidos dessa forma com o modelo ajustam-se aos valores obtidos no terreno, em particular se analisados numa base de curto prazo, por oposição a uma análise dos resultados globais dos anos de observação. Os resultados das campanhas no Alqueva efetuadas para este trabalho serviram de base para a classificação do Alqueva como Reserva Starlight. Os resultados para o PNPG foram aproveitados para a inclusão de um artigo no Plano de Ordenamento do Parque Nacional que prevê limitação nas novas edificações no que respeita a iluminação exterior. Os resultados que obtivemos nas medições da qualidade do céu nas duas regiões, no estudo do modelo de propagação da luz com imagens de satélite calibradas, na análise em laboratório do SQM-L e na contribuição de legislação para o PNPG e para a classificação da Reserva Starlight Alqueva são, esperamos, contribuições para um melhor conhecimento da área da poluição luminosa e para a preservação do céu noturno.