根据文章标题和摘要内容，一个有专业性且吸引人，能表明研究意义的文章中文标题为： 中文标题 利用环境光场（ELF）方法测量家庭尺度生物相关光特征：对媒介传播疾病生态的启示

《Ecography》：Using the environmental light field method for measuring biologically relevant light characteristics at the household scale

这篇综述系统评估了新型环境光场（ELF）测量法在家庭尺度量化夜间人造光（ALAN）的生物相关特征（如光谱组成与强度）的能力，并以疟疾媒介按蚊为案例，探讨了不同光照环境（如LED主导）如何影响其关键行为（如吸引与取食），为理解ALAN如何重塑疾病传播风险提供了精细化的生态学工具。

　　

引言：夜间人造光（ALAN）——一种新兴的全球变化驱动因子

自然的光暗循环是生物体定时生物事件最重要的线索之一。然而，日益普遍的夜间人造光（ALAN）改变了自然的光周期，并被发现对人类、野生动物和环境健康产生有害影响。ALAN既包括直接的点光源排放，也包括天空辉光（skyglow）。它改变了光照的时空存在、强度及光谱，从而在多个层面产生生物学效应。室内暴露于ALAN会扰乱人类的昼夜节律，并与睡眠障碍和某些癌症等健康问题相关。因此，ALAN被认为是一种全球变化驱动因子，需要在“一体健康（One Health）”框架内加以解决。

准确测量ALAN对于生态研究，尤其是在低强度下，仍然具有挑战性。传统的测量工具如照度计（lux-meters）、天空质量仪（SQMs）和卫星传感器各有局限：照度计无法测量光谱信息；SQMs无法区分波长，也不能检测紫外（UV）光；而卫星传感器（如VIIRS DNB）空间分辨率较粗（742米），且无法探测蓝光和紫光。更重要的是，大多数技术未能捕捉动物和人类感知光的方式，即视网膜实际探测到的光信息，忽略了光源、材料和环境影响。

材料与方法：环境光场（ELF）方法的引入与应用

本研究引入了一种新描述的环境光场（ELF）方法来解决上述局限。ELF方法使用校准的相机传感器来测量特定位置的辐射亮度，通过从不同位置拍摄照片并处理，生成描述光环境的图表。它表征了动物视网膜探测到的光，因此提供了一个强大的工具来比较生物体所探测到的人工照明条件，并考虑了环境影响。

研究在非洲三个国家（南非、莫桑比克、乌干达）的七个农村村庄的20所房屋中进行，旨在测量家庭尺度上ALAN的生物相关特征。研究重点量化了光环境的强度和蓝光含量，因为这些特征已被证明是影响蚊虫行为最重要的光特性之一。具体方法包括：

1. 1.
   研究地点：选择疟疾高发地区，包括南非的文达（Venda）和马姆芬（Mamfene）、莫桑比克的维尼奥（Vinho）以及乌干达的卡瓦尼亚拉（Kawanyara）。
2. 2.
   光环境表征：遵循ELF方法，使用配备鱼眼镜头的尼康D850相机，在每所房屋的室内（通常是客厅）和紧邻室外（距主入口不超过2米）进行测量。相机放置在三脚架上，在三个不同方向上拍摄场景，以捕捉360°视图。测量在日落后黑暗初期（18:00-20:00）进行。
3. 3.
   辅助测量：同时使用天空质量仪（SQM）测量室外天顶亮度，使用照度计测量室内外照度（lux），并使用微型光谱仪测量距离最近光源约60厘米处的紫外（UV）光谱辐照度，以补充ELF相机无法探测UV光的不足。
4. 4.
   分析：使用ELF开源软件处理照片，计算图像统计数据。辐射亮度以光子通量每纳米（photons m^?2s^?1nm^?1）描述，并经过log₁₀转换，单位为“lit”。本研究重点评估了白光和蓝光光谱通道。分析还包括创建显示白光光谱光子辐射亮度（即绝对强度）、强度范围和光谱组成随仰角变化的图表，以可视化给定环境中的垂直光梯度。

结果：家庭尺度光环境的多样性与复杂性

ELF方法揭示的光强度与梯度

室内房屋的垂直白光梯度（即绝对强度梯度）在区域内部和区域之间都显示出巨大的变异性。莫桑比克的房屋光强度梯度最低，马姆芬和文达的房屋强度较高且彼此相似。室内光强度在马姆芬和文达介于12.5至15.3 lit之间，莫桑比克介于12.0至13.2 lit之间，乌干达介于13.2至14 lit之间。这意味着室内光强度在区域内和区域间存在数量级的变化，其亮度范围从暗于到亮于13.5 lit的黄昏水平。

总体而言，室外的垂直强度梯度低于室内，最小值差异可达一个完整的数量级。室外垂直强度梯度在不同区域间也比室内梯度更为相似。室内整体中位光强度显示，莫桑比克的Mo3房屋具有最低的白光辐射亮度，约为12.2 lit。文达地区显示出最大的整体中位光强度变异性（介于12.3至14.5 lit之间），包含了一些最低和最高的强度。室外整体强度低于室内，室外范围从11.2到14 lit，室内从11.9到15 lit。

在仰角分布上，室内房屋的上部仰角等级（0°至+90°）通常具有更高的光强度，这可能是由于头顶光源通常位于靠近+90°仰角的天花板上，加上屋顶反射发射的光。相反，室外房屋的下部仰角等级（0°至-90°）的光强度远高于上部仰角等级，这可能是因为室外照明通常位于较低的高度，加上上部仰角等级缺乏反射结构，而地面反射部分光线。

蓝光与光谱组成

蓝光强度显示出与白光相似的趋势。莫桑比克的室内房屋显示出最低的整体中位蓝光光谱光子辐射亮度（12–12.5 lit）。室内房屋的平均蓝光强度在仰角等级2（+45°至0°）高于等级3和4（0°至-90°）。室外蓝光强度在仰角等级3和4高于等级1和2。

不同房屋和区域间的蓝光含量百分比差异很大。不同光源类型之间，甚至同一光源类型内部，蓝光含量百分比也存在巨大差异。室内房屋的蓝光含量百分比变异性大于室外，尽管室内仅存在LED和CFL光源，而室外存在LED、CFL、LED射灯和白炽灯。带有白炽灯的V4和V5房屋室外光环境的光谱组成显示出最低的蓝光和最高的红光含量。

光源类型与传统测量技术

研究发现，LED照明技术是研究地点的主导光源类型。南非（文达）显示了存在光源类型的最大变异，观察到了较老的CFL和白炽灯照明技术。在文达有限地使用了旧式白炽灯，但在其他地区未发现。

传统测量工具的结果如下：

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  天空质量仪（SQM）：莫桑比克的平均SQM读数最高（21.14），表明夜空最黑暗（污染最少）；马姆芬的平均SQM读数最低（19.95），表明光污染最严重。文达的SQM读数在房屋间差异最大。
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  照度计：房屋V10的室内照度计读数最高（83 lux），V2的室外读数最高（49 lux）。在ELF相机位置进行测量时，室内外经常检测到0 lux的读数，因此对整个环境的光强度提供的信息有限。
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  紫外（UV）光：使用光谱仪测量了UV光（335–400 nm）。室内，存在LED灯的莫桑比克房屋记录了335至400 nm波长间的一些最高辐照度。室外，带有白炽灯的V5房屋具有最高的UV辐照度（13.96 μW cm^?2）。这些差异表明，即使光源类型相同（如都是LED），也可能使用不同的LED类型。

讨论：ELF方法的优势、局限与对按蚊行为的启示

量化室内外人造光环境

独特的垂直强度梯度表明，ELF方法可以区分人造光环境。具有相同光源类型的房屋由于室内环境结构和影响的不同，会显示出独特的强度梯度。这是因为ELF不像照度计那样测量光源发射的光，而是像动物眼睛一样测量整个场景的光谱光子辐射亮度，即光源发射的光可能因环境的反射、折射和吸收而改变。

本研究证实了室内光强度通常高于室外，这证明了ELF技术适用于测量夜间人造光。室内光强度在区域间差异很大，莫桑比克室内光强度最低，这可能与该村庄依赖太阳能有关。室外光强度低于室内，可能由于室外环境反射光的结构较少，光线被黑暗夜空吸收。大气条件（如水蒸气、CO₂和气溶胶的浓度）也可能通过影响光的散射和吸收发挥作用。

ELF方法的局限性

ELF方法的一个关键限制是无法测量紫外（UV）光谱带（300–400 nm）的光。这对于涉及昆虫视觉的研究至关重要，因为UV光在蚊子等某些昆虫的视觉线索中起着重要作用。尽管通过光谱仪测量UV光发射可以提供有价值的信息，但这并非对整个场景的表征，没有考虑反射和折射等环境影响。

传统光测量技术的不足

虽然LED被发现是主导光源，但传统工具如SQM和照度计在提供生物相关光信息方面存在不足。照度计分辨率有限，且无法提供光谱信息。尽管可以采取多个读数提高准确性，但这无法提供如光谱信息或像ELF那样通过捕捉多个场景来扩展视野的信息。

对按蚊（Anopheles）行为的启示

按蚊对不同光特性的反应多种多样。一些按蚊物种被蓝光吸引，而另一些则回避蓝光。因此，发射更高比例蓝光的LED房屋可能会吸引更多某些按蚊物种，同时驱避其他物种。按蚊对UV光的反应也多种多样，既有吸引也有回避。因此，像莫桑比克那样具有较高UV光谱辐照度的房屋，可能会吸引更多某些（但非所有）按蚊物种。

研究显示，人工光下，如冈比亚按蚊（An. gambiae）的取食和活动减少，较高强度和蓝光、绿光LED效果更强。家用人工光也被证明会对夜间活动的An. funestus蚊的取食产生负面影响，且不同光源类型的减少程度不同。另一方面，具有更高强度光照的陷阱会导致更高的蚊虫捕获量，这可能是因为更高强度光覆盖了更大区域，有效地扩大了吸引范围。

因此，室内通常更高的光强度可能会吸引更多按蚊，但可能会减少它们的取食。通过改变蚊子先天的行为，ALAN可能导致蚊子群落发生变化。然而，目前尚不清楚吸引力和蚊子取食的变化如何转化为现实世界中群落和疾病传播的变化。

未来工作方向

本研究评估了ELF方法测量ALAN的适用性，证明该方法可以成为未来直接研究ALAN对物种影响的有用工具。例如，可以将ELF测量与疟疾感染风险水平明确联系起来（例如，在ELF方法识别出的具有不同光特性的位置放置蚊虫陷阱）。

未来的工作应将光谱仪的UV通道测量数据整合到ELF数据中，以便更全面地量化光环境的特征。一种更经济实惠的、能够检测低光强度和UV光发射的小型光谱仪系统已经开发出来，可以与ELF方法结合使用。ELF提供整个环境（如房间）的表征，而微型光谱仪可以部署在床下或椅子后面，以提供小尺度的测量。两者结合使用将推进ALAN的生态应用测量。

另一个有待探索的途径是将地面ALAN测量（如ELF数据）与遥感设备（如VIIRS卫星传感器数据）的测量结果进行比较。此外，未来工作应考虑记录环境（如房间）的确切尺寸，这可能提供有用的背景信息。

结论

这是首次在南非、乌干达和莫桑比克的农村居民点记录家庭尺度人造光环境的研究。ELF方法检测到了具有不同结构特性和光源类型的房屋之间的差异，为区分和比较生物体探测到的人工照明条件提供了一个强大的工具。ELF方法可以成为研究ALAN对物种和群落（如媒介蚊子群落）影响的一个非常有用的工具。