当城市灯光变蓝：基于SDGSAT-1卫星数据的ALAN光谱辐射暴露、LED照明与糖尿病发病率之间的关系

《Environmental Pollution》：When City Lights Turn Blue: Spectral ALAN Exposure, LED Lighting, and Diabetes Prevalence Using SDGSAT-1

本研究利用SDGSAT-1 Glimmer Imager多光谱夜间灯光数据，分析中国7个城市3903名45岁以上中老年人群居住区ALAN强度、光谱组成（红/绿/蓝波段）及主要照明类型（LED或高压钠灯）与糖尿病患病率的关系。结果显示，ALAN强度增加与糖尿病风险升高呈正相关（OR=1.18），蓝光波段关联最显著（最高四分位OR=1.61），且LED主导地区关联更强。该研究为优化城市夜间照明、减少健康风险提供了依据。

　　

徐艳青|董若宇|李婷婷|张素珍|刘燕|李宇辰|李克楠|冯晓波|荣双

中国湖北省武汉市武汉大学遥感与信息工程学院，邮编430079

摘要

城市夜间环境正迅速从传统的钠灯转向高强度、富含蓝光的LED灯（其特点是短波长光的比例较高，通常在450–490纳米范围内），这引发了人们对新型夜间人工光源（ALAN）及其代谢影响的担忧。然而，关于特定光谱和以LED为主的光照与糖尿病发病率之间关系的证据仍然有限。本研究利用SDGSAT-1 Glimmer Imager的多光谱夜间图像，将住宅区的ALAN强度、光谱组成（红、绿、蓝三个波段）以及主要照明类型与3,903名中老年人的数据进行了关联分析。通过逻辑回归模型，在调整了社会人口统计、行为和环境变量后，估算了糖尿病的比值比（OR）和95%置信区间（CI）。研究发现，较高的ALAN强度与糖尿病风险增加有关；全色ALAN强度增加十倍时，糖尿病风险增加18%（OR = 1.18，95% CI: 1.02–1.37）。在各光谱波段中，蓝光的相关性最强，最高四分位的蓝光暴露使糖尿病风险比最低四分位高61%（OR = 1.61，95% CI: 1.12–2.31）。在以白光LED为主的区域，ALAN与糖尿病之间的关联比以高压钠灯为主的区域更为明显。这些发现强调了在城市ALAN评估中考虑光谱特性和照明技术的重要性，并表明在住宅区采用温暖、低蓝光的LED灯可能有助于创造更健康、更可持续的夜间环境。

引言

夜间人工光源（ALAN）已在全球范围内普遍存在，极大地改变了自然夜间环境。近几十年来，全球室外ALAN呈快速增长趋势，年增长率达2.2%（Kyba等人，2017年）。ALAN的过度扩张已成为一种环境污染物。光污染被正式定义为夜间环境中存在过多、方向错误或刺眼的人为光源，目前影响超过80%的全球人口（Falchi等人，2016年）。在中国，ALAN的增长尤为迅速，年增长率超过6%（胡和张，2020年），这一问题引起了越来越多的监管关注，因此制定了如GB/T 35626-2017（室外干扰光限制规范）等标准以减轻光污染。虽然室外ALAN带来了便利，但其普及也对生态系统和人类健康构成了重大风险（王等人，2023年）。此外，中国从21世纪00年代末到10年代初加快了LED照明的普及，尤其是在2009年启动了“十城万盏半导体灯”节能计划之后（谭等人，2013年）。与传统的高压钠灯（HPS）相比，LED灯具有不同的光谱功率分布，其中短波长光的比例更高（约450–490纳米），已知这种光谱会强烈抑制褪黑激素的分泌。

光污染既来源于室内光源（如家用灯具和数字屏幕），也来源于室外光源（如路灯和建筑照明），而室外ALAN则是一种长期、大规模的环境暴露。这些室外光源的光谱变化，尤其是向富含蓝光的LED灯的转变，迫切需要对其长期代谢影响进行深入研究。已有研究表明，室外ALAN与多种健康问题有关，包括乳腺癌（Kloog等人，2010年）、肥胖（Lin等人，2022年）、注意力缺陷多动障碍（Fonken等人，2009年）、睡眠障碍（Xiao等人，2020年）和心理健康（Paksarian等人，2020年）。然而，关于室外ALAN与糖尿病之间关系的证据仍然非常有限，这是一个重要的研究空白。

少数流行病学研究试图将ALAN暴露与糖尿病联系起来，研究结果指向两者可能存在关联。例如，英国生物银行使用手腕传感器和卫星图像的研究发现ALAN暴露与糖尿病发病率之间存在显著关联（Windred等人，2024年；徐等人，2023年）。同样，中国的一项研究观察到室外ALAN、血糖水平和胰岛素抵抗与糖尿病发病率之间存在正相关（郑等人，2023年）。然而，这些研究大多主要关注ALAN的强度，对其光谱特性的关注不足，而光谱特性可能在糖尿病发病中起着重要作用。

ALAN影响糖尿病的潜在机制是多方面的。ALAN暴露会扰乱昼夜节律，而昼夜节律对代谢过程（包括胰岛素和葡萄糖调节）至关重要（Maury等人，2011年）。动物实验（如苏丹草鼠的研究）表明，夜间蓝光暴露会损害葡萄糖代谢（Masís-Vargas等人，2019年）。此外，蓝光还会影响人类的褪黑激素水平和昼夜节律（Chang等人，2015年；Lockley等人，2003年），这可能间接影响代谢健康。尽管有这些机制上的认识，但目前尚无研究系统地探讨了特定光谱与人类糖尿病之间的关系，因此需要采用包含光谱数据的更细致的研究方法。

传统的夜间光照数据源（如DMSP/OLS、VIIRS/DNB和Luojia-1）仅提供单波段测量，限制了它们捕捉不同光谱带响应和区分各种光源类型的能力（Li等人，2019年；Mander等人，2023年；Sánchez de Miguel等人，2021年）。然而，最近开发的SDGSAT-1 Glimmer Imager（GLI）提供了多光谱夜间光照数据，可以评估不同的光谱带并分类照明类型（郭等人，2023年）。在本研究中，我们利用SDGSAT-1 GLI数据测量了中国七个城市的住宅区ALAN强度、三个波段（红、绿、蓝—RGB）的光谱信息，并对样本人群的照明类型进行了分类。

我们的研究有三个主要目标：（i）探讨室外ALAN强度与糖尿病之间的关联；（ii）评估不同ALAN光谱带与糖尿病风险之间的差异关系；（iii）研究不同照明类型如何影响ALAN暴露与糖尿病之间的关系。据我们所知，这是首次使用SDGSAT-1数据（包含光谱带信息和照明类型分类）全面评估这些关系的研究，从而扩展了以往关于ALAN和代谢健康的研究。

研究样本

本研究参与者为参加“中国广场舞者的生活方式与健康老龄化研究”的中老年人，该研究已注册在WHO国际临床试验注册平台（注册号ChiCTR2200056477）。这项队列研究旨在调查中国中老年人的饮食营养和健康状况。参与“健康舞蹈研究”的纳入标准包括：（i）年龄≥45岁；（ii）目前定期参加广场舞活动

描述性统计

最终样本来自七个城市，共3,093人（图1(a)，补充图1）。表1总结了研究人群的特征。参与者的平均年龄为61.96岁，其中大多数为女性（81.09%）。平均ALAN暴露强度为31.35 nW/cm2sr（标准差±14.96），相对于全国平均水平（ALAN中位数7.9 nW/cm2sr，Zheng等人，2023年），属于高暴露环境。患有糖尿病的参与者的ALAN暴露强度为33.59

讨论

在这项针对中国中老年人的横断面研究中，我们发现室外ALAN强度与糖尿病发病率呈正相关。由于绝大多数参与者已退休，其余参与者遵循常规的日间作息时间，因此观察到的代谢关联更可能是由住宅环境暴露而非职业暴露引起的

结论

本研究提供了新的证据，表明室外ALAN暴露（包括其光谱组成和照明类型）与糖尿病发病率之间存在关联。我们的研究结果表明，较高的ALAN强度与糖尿病发病率呈正相关，其中蓝光暴露的相关性最为显著。此外，LED照明，特别是白光LED，似乎比传统的高压钠灯（HPS）照明与糖尿病发病率的相关性更强。

作者贡献声明

刘燕：撰写——审稿与编辑、方法学、数据分析。李宇辰：撰写——审稿与编辑、数据可视化、数据管理。李克楠：撰写——审稿与编辑、验证、数据分析。冯晓波：撰写——审稿与编辑、研究监督、资源获取、资金筹措。徐艳青：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、方法学、数据分析、概念构思。董若宇：初稿撰写、数据可视化、数据分析

未引用参考文献

Benoit, 2011; Guo等人，2023; Joint Committee for Guideline Revision, 2019; Liu等人，2024; Mason等人，2022.

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。