Erste Untersuchungen der Nachtaufnahmen von Städten des neuen Satelliten Suomi NPP

Abstract

Die flächendeckende, durch Menschhand verursachte, künstliche Beleuchtung führt zu einer erheblichen Aufhellung des Nachthimmels, was Mensch und Tierwelt negativ beeinflussen kann. Zusätzlich trägt die energetische Produktion des künstlichen Lichts zur Verschmutzung der Umwelt und zu anthropogenen CO2-Emissionen bei. Daher ist es notwendig Reduzierungsmaßnahmen zu ergreifen und zu überprüfen in welchen Regionen solche Maßnahmen besonders wichtig wären, um gezielt unnötigem Lichtausstoß entgegen zu wirken. Mithilfe des Messinstrumentes VIIRS des neuen Forschungssatelliten Suomi NPP ist es möglich, die Lichter der Erde mit einer Auflösung von 750m zu detektieren. Diese Bachelorarbeit verfolgt das Ziel, mittels der nächtlichen Satellitenaufnahmen, die Helligkeit der hellsten Orte (Peak Radiance) der Megacities und der europäischen Hauptstädte zu ermitteln. Die Peak Radiances der zehn größten Flughäfen nach Passagieraufkommen weltweit wurden ebenfalls untersucht. Anhand eines Vergleichs der VIIRS-Bilder mit hochaufgelösten Aufnahmen am Tag, ließ sich die Lichtquelle der detektierten Peak Radiance feststellen. Dadurch wurde im Laufe der Arbeit erkannt, dass hauptsächlich die nächtliche Beleuchtung von Stadtzentren, Industrie- und Werbegebieten die hellsten Orte der untersuchten Städte bilden. Es wurde analysiert ob Zusammenhänge zwischen der Höhe der Peak Radiances und den Einwohnerzahlen der Städte bestehen. Dabei wurde festgestellt, dass eine Abhängigkeit zwischen diesen beiden Größen bei den Hauptstädten Europas vorhanden ist. Dieser Zusammenhang ließ sich für die Megacities nicht nachweisen. Jedoch wurde in der vorliegenden Arbeit eine Korrelation zwischen den Peak Radiances und den Entwicklungsständen (Human Development Index) der zugehörigen Länder der Megacities gefunden. Nachdem die Hauptstädte Europas ihren europäischen Ländergruppen zugeordnet wurden, wurde vor allem bei den mittel- (niedrige Peak Radiance) und westeuropäischen (hohe Peak Radiance) Hauptstädten ein Zusammenhang zwischen den Peak Radiances dieser Städte und der Ländergruppenzuteilung erkannt. Trotz geringer Unterschiede in den Passagierzahlen, konnten große Unterschiede zwischen den Peak Radiances (Faktor 5) der Flughäfen ermittelt werden. Abschließend werden Reduzierungsmaßnahmen vorgestellt, welche dazu beitragen können Energie zu sparen und Licht effektiver einzusetzen, ohne an Sicherheit oder Lebensqualität bei Nacht zu verlieren

Artificial lighting leads to a significant brightening of the night sky in areas of human activity, and can have negative impacts on humans and other animals. In addition, the energy generated to produce this light often leads to environmental pollution and CO2 emissions. For this reason, it is important to consider whether reduction in lighting is possible, and what areas should be targeted for reduction. The new instrument VIIRS on the Suomi NPP satellite detects the lights of Earth at night with a resolution of about 750 meters. This Bachelor thesis aims to examine the brightness of the brightest places (Peak Radiance) of a number of major cities (Megacities and of all the capitals in Europe) using nocturnal VIIRS images. The peak radiances of the ten largest airports by number of passengers were also examined. By comparing the VIIRS image to high resolution daytime imagery, it is possible to assess what type of region is responsible for the peak radiance in a city. It is found that the brightest areas of the examined cities are mainly located in city centers, industrial areas, and factories. The data from the complete set of cities is tested for relationships between peak radiance and population. A correlation is found for the European capitals, but not in the case of the Megacities. In the case of the Megacities, the relationship between peak radiance and development status (Human Development Index) of the countries is examined, and a correlation is found. Some similarities based on regional grouping were found for the European capitals, with Western European capitals being brightly lit, and Central European cities being lit most conservatively. Major differences (factor of 5) were found between the brightness of airports, despite small differences in the total number of passengers. The thesis concludes with recommendations for how energy could be saved and how light could be used more effectively without affecting the ability to safely use and enjoy lit areas at night.