xirrus data-analysis - light emission monitoring


		Motivation Unser Geschäftspartner Lukas Schuler beobachtet leidenschaftlich gern den Sternenhimmel. Leider wurde dieser Genuss seit den achtziger Jahren von der zunehmenden Lichtverschmutzung getrübt. Durch die aktive Mitarbeit im Vorstand von Dark-Sky Switzerland, aber dann vor allem als Präsident, hatte er erstmals das Gefühl, etwas in die richtige Richtung anzuschieben. Weil die Reduktion unnötiger Lichtemissionen zu langsam voran kam, begann er eigene Forschung mit den verfügbaren globalen Quellen der Lichtemissionen. Nach der wissenschaftlichen Aufarbeitung der Erkenntnisse und Methoden stellen wir die Datenanalysen ab sofort allen Interessierten – Behörden wie Privaten – zur Verfügung.

Das Ausmass und die Veränderung der Lichtemissionen lokal verstehen

Das grosse Weltbild der Nacht ist wie Feuerwerk bezaubernd. Von nahem betrachtet enthüllt es erst die Lichtflut, welche sich aus den Städten über ein Land ergiesst.

Analyse der Lichtemissionen einer Gemeinde aus Daten des Umweltsatelliten Suomi NPP

Für die Lichtanalyse gehen wir von Messdaten des Umweltsatelliten «Suomi NPP» aus. Wir sehen mehrere Vorteile des Monitorings durch den Satelliten:

Der objektive Vergleich mit den Nachbarn ist möglich, da die Verfügbarkeit fast global ist.
Die Daten sind bereits bestmöglich von Fehlern korrigiert.
Die Auswertung erlaubt eine gewisse Stabilität durch Zusammenzug von mehreren Messtagen, bzw. Monaten oder Jahren.
Die Messung und die Datenquelle sind absolut unabhängig von uns und den Kunden.

Die Quantisierung im von uns bevorzugten Verfahren ist nicht exakt, da die Lichtquellen in der Regel unbekannt bleiben. Jedoch erhalten wir eine minimale Schätzung der tatsächlichen Werte und können durch Vergleiche Klarheit schaffen.

Diese Erkenntnisse stellen wir in einem Bericht mit Karten, Graphiken, Einschätzungen und Handlungsvorschlägen zusammen.

Beispielgemeinde Hägglingen

Stand zum Frühlingsanfang 2018

Die Karte zeigt die Gemeinde im Zentrum in Farbe, während die umliegenden Gemeinden in Graustufen mit derselben Helligkeitskala dargestellt sind. Die Skala bezieht sich dabei auf die Beleuchtung des Vollmondes, und ist damit intuitiv leicht zu erfassen. Sehr leicht lassen sich dabei die hellen Flächen lokalisieren, und mit den Nachbargemeinden in Beziehung bringen.

Diese Graphik zeigt, wie gross die Flächen sind, die mit jeweiligen Beleuchtungsstärken erhellt sind. Die farbige Skala grün-rot-violett zeigt allfälligen Handlungsbedarf von schützen bis dringend vermeiden an.

Interpretation und Handlungsvorschläge

Die Emissionen in Hägglingen sind Vergleich zu den Nachbargemeinden im Mittelfeld. Naturflächen sind immerhin nicht übermässig belastet, die naturnahe Dunkelheit beträgt noch mehr als 80 %. Das Maximum liegt bei zwei bis drei Vollmonden und wird im Südwesten der Gemeinde erreicht. Es ist also durchaus noch Verbesserungspotential vorhanden, dort die Emissionen zu reduzieren. Der Lichtteppich geht nahtlos nach Dottikon über, das noch heller ist. Eine Lichtstrategie erfolgte am besten gemeinsam mit diesem Nachbarn erfolgen. Die Massnahmen könnten beinhalten:

Welche Nachtabschaltungen könnten eingeführt werden? (zum Beispiel Strassenbeleuchtungen zwischen Mitternacht und 5 Uhr, Werbeleuchten)
Smart Illumination: Sensoren drehen die gedimmte Beleuchtung gezielt bei Bedarf auf
Können Leuchten abgeschirmt werden, so dass sie nur den gewünschten Bereich ausleuchten?

Trend seit Messbeginn April 2012 bis Mai 2018

Die Graphik zeigt die Summe der Lichtemissionen der Gemeinde in jedem Messmonat seit Inbetriebnahme des Satelliten Suomi NPP in Candela (1 Kilocandela = 1000 Candela). Candela entspricht der Anzahl Standardkerzen, was ungefähr der Kerzenflamme einer Weihnachtskerze entspricht.

Maximal hell sind Wintermonate mit viel Schnee und ohne Nebel, weil dann das Licht am Boden maximal reflektiert wird. Trotz den saisonalen Schwankungen durch Witterung und Vegetation (Beschattung durch Laubbäume, trockener gegen bepflanzten Boden), zeigt der übergeordnete Trend nach oben, das heisst es ist eine Zunahme der Lichtemissionen in Hägglingen zu verzeichnen.

Typischerweise tragen Siedlungszuwachs und neue Lichttechnologien dazu bei, vor allem auch bei Privaten und Industrie.

Lokaltrend in kompletten Jahren 2014 bis 2017

Diese Karte zeigt lokale Veränderungen auf. Rote Felder zeigen eine Intensivierung der Beleuchtung, grüne eine Reduktion. Wiederum liegt die Berichtsgemeinde im Zentrum, die umliegenden Gemeinden sind ebenfalls zu sehen.

Diese Graphik zeigt nun das Ausmass der Veränderungen an. Grünlich gegen links sind Reduktion, rötlich gegen rechts Zunahmen der Beleuchtungsstärke gezeigt. Die Höhe der Säule zeigt die betroffene Fläche an.

Interpretation

In Hägglingen hat eine deutliche Zunahme der Lichtemissionen vor allem im Gebiet des Fussballplatzes stattgefunden. Wir vermuten allerdings, da der Satellit eher nach Spielende Messungen vornimmt, dass die dort ebenso an der Gemeindegrenze ansässigen Gewächshäuser die Ursache dafür sind. Gewisse Kulturen werden nachts beleuchtet, um das Wachstum oder die Reifung zu beschleunigen. Falls man auf diese Pflanzen nicht verzichten möchte, ist der einzige Ausweg die nächtliche Abschirmung gegen oben durch spezielle Schutzstoren. In Holland gibt es für neue Gewächshäuser bereits Vorschriften diesbezüglich. Im Allgemeinen gibt es die übliche Zunahme auf Siedlungsgebiet, weil alleine schon die Wechsel auf neue Lampen oft eine Zunahme verursachen. Den Grund für die leichte Abnahme an der Eichgasse kennen wir nicht, es könnte aber eine Sanierung der Strassenbeleuchtung sein.

Fazit

Die Lokalen Behörden wissen in der Regel mit den Trends etwas anzufangen. Ausserdem interessieren sie sich dafür, im Vergleich zu den Nachbarn eine Verbesserung zu erzielen. Genau darauf zielen unsere Analysen auch ab: Wie beim Energie-Stadt-Label soll die Bestandsaufnahme dazu dienen, sinnvolle Verbesserungsmöglichkeiten zu erkennen und machbare Massnahmen abzuleiten, um sich umweltgerechter zu verhalten.

Referenzen

Die vorgestellte Methode haben wir bisher eingesetzt in:
Gemeinden in der Schweiz: Aeugst am Albis, Hausen am Albis, Langnau am Albis, Volketswil, Hünenberg
International: Luxemburg, Stadt Luxemburg, Naturpark Our in Luxemburg.

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