[專題報導] 彭彥彬老師親撰焦點話題-臺灣空氣品質與氣象條件之關係

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撰文/ 東海大學環境科學與工程學系助理教授 彭彥彬
台北市立圖書館刊登原文(附圖)

臺灣空氣品質現況
大氣中的污染物種類繁多且其濃度及對人體危害特性各不相同,為方便了解空氣品質對國民健康的影響,環保署建立空氣污染指標(Pollution Standard Index, PSI,圖1)供民眾參考。空氣污染指標為依據監測資料將當日空氣中懸浮微粒(PM10)(粒徑10微米以下之細微粒)、二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)、一氧化碳(CO)及臭氧(O3)濃度等數值,以其對人體健康的影響程度,分別換算出不同污染物之副指標值,再以當日各副指標之最大值為該測站當日之空氣污染指標值(PSI)。因此,民眾可以從每日的PSI指標數值了解當日臺灣各地的空氣品質現況,並做好個人防護。

環保署根據空氣品質狀況及空氣品質防制區為依據,參考氣象分區並考量臺灣地區空氣品質監測站分布與污染源分布特性,將臺灣分成七大空氣品質區域(簡稱空品區),分別為北部、竹苗、中部、雲嘉南、高屏、宜蘭及花東等空品區。環保署空氣品質監測報告103年年報內容顯示,空氣品質監測站PSI 統計如表1,103年總測定站日數共計26,931 站日,PSI 平均值54,良好等級(PSI≦50)占45.35%;普通等級(51<PSI≦100)占53.36%;不良以上等級(PSI>100)占1.29%。其中臭氧為造成空氣品質不良日數主要指標污染物,占空氣品質不良日數中的53.9%,懸浮微粒占46.1%。(環保署空氣品質監測報告,103年)在七大空品區中,又以高屏空品區的不良率最高(3.69%),雲嘉南空品區次之(1.86%)。各個空品區空氣品質不良的原因,除了固定污染源(如工廠、煙囪及焚化爐)及移動污染源(機車和汽柴油車)的空氣污染物排放之外,天氣型態及氣象因子也和空氣污染息息相關。

臺灣四季氣象
臺灣位於亞熱帶地區,溫度四季皆宜,最冷的月份為一月與二月份,南部地區接近熱帶氣候因此日照充足,冬天及夏天的溫度變化比北部來得小,亦即北部地區的最高氣溫與最低氣溫的相差比較大,南部地區一年四季氣溫的變化比較小。以臺北及高雄為例,夏季平均溫度為28℃至 29℃,但冬天時臺北平均溫度只有16℃左右,但高雄卻仍可高達19℃至20℃。冬季時下雨的主要原因是受到東北季風的影響(見圖2),在東北部的迎風面下雨的機會最大。春季時主要的天氣系統是鋒面,而夏季時潮濕的西南氣流(見圖2)常會引起豪大雨。另一個重要的天氣就是大家所熟悉的颱風,颱風的影響會從夏天持續到秋季,到了秋季時天氣又會逐漸開始受到東北季風的影響。臺灣的雨季並不容易依照四季來劃分,大部分的雨水來源是五、六月的梅雨季,及七月至九月的颱風季,這兩個主要降雨的天氣系統也是臺灣的重要水資源來源。另外二到四月的春雨對北部地區的降水貢獻也不小,至於臺灣的冬天則是較少降雨的季節,尤其是中南部甚至幾乎沒有降水,我們稱之為枯水期。

由於臺灣位於東亞沿岸,大陸及海洋的氣候型態都會影響到我們的氣候,冬季有來自西伯利亞的大陸冷高壓,以東北季風為主,夏季則有來自太平洋的海洋性高氣壓,以西南季風為主。這樣的特殊型態,再加上中央山脈的地形影響,於是造成了臺灣四季的不同及南北地區氣候的不一樣。由於擁有特殊的地形及地理位置,因此臺灣擁有豐富的天氣變化。(中央氣象局)

空氣品質與天氣類型
空氣品質的劣化除與當地污染物的排放及境外污染物的輸入有關外,亦受氣象條件的影響,氣象條件包括溫度、濕度、風速、風向、日照強度、降雨量及大氣壓力等。圖3為民國89年3月18-31日環保署高雄市前金站懸浮微粒(PM10)與氣象資料(包括風速、風向、溫度及中央氣象局高雄市測站氣壓及濕度)之比較圖。由圖可知,24日及29日為PM10之事件日(PSI>100),發生於風向為東至東北風(陸風)、風速小於2 m/s,氣壓大於1015 hPa,午後PM10濃度下降,此乃因中午高溫條件下,熱浮力作用有助於污染物垂直對流。由四測站PM10濃度與氣壓二者之逐時變化關係中可看出二者有明顯正相關。(何宜達,民國92年)

空氣品質除了受到局部地區的氣象條件影響之外,亦會受到中尺度或是大尺度的天氣場之影響,例如臺灣的秋冬季大多受到西伯利亞高壓的影響,盛行風向為東北風,當高壓系統到達臺灣時,大氣受到高壓的影響,氣流相對穩定,換而言之,空氣污染物不易擴散,因此容易造成污染物累積。春夏季為臺灣的雨季,後到太平洋低壓的影響,春季為梅雨季,夏季則為颱風盛行的季節,故相對於秋冬季而言,空氣品質較佳。國內許多學者亦曾對空氣品質及天氣型態進行相關性討論,結果顯示顯示懸浮微粒事件日主要發生之天氣類型依序為東北季風型、高壓迴流型、高壓出海型、鋒面前緣型及鋒面過境型;較少發生在西南氣流型及太平洋高壓型。(陳康興等,民國94年)

混合層高度與通風指數
混合層高度是指在對流層中,污染物可以垂直運動的區域高度,利用當日之地面最高溫沿乾絕熱線上升與探空曲線相交之點,為當日最高之混合層高度;臺灣夏季混合層高度較高,最大可達2000-2500公尺,冬季混合層高度較低,最小約為400-500公尺。在混合層內,污染物隨著紊流而被均勻的混合,混合高度愈高,表示對流愈旺盛,污染物被往上傳送而稀釋的機會愈大。

通風指數一般定義為混合層高度與混合層內平均風速的乘積,可視為某一定時間內之空氣置換率,其中混合層高度代表污染物垂直方向可擴散之高度,而風速則代表水平向污染物可傳送的範圍;當通風指數愈小時,表示污染物愈不易擴散。綜上所述,臺灣春夏季通風指數高,降雨頻繁,故一般來說空氣品質不良日少,反之,秋冬季則為高污染事件日的好發期。

結論
空氣是一種流體,其傳輸及沉降去除路徑隨著氣象條件改變,較水污染、固體廢棄物污染及土壤地下水污染容易傳輸,故在污染的防制上更加不容易。本文概略說明空氣污染物除了會受到局部氣象場之參數(如:溫度、濕度、日照時數、風速及風向等)影響,亦會受到綜觀天氣場(低壓或是高壓系統、乾濕季節)之影響,期望能使民眾更了解空氣污染成因。

參考文獻
1.環保署空氣品質監測報告,行政院環保署,民國103年。
2.行政院環保署網站。
3.中央氣象局網站。
4.陳康興、周明顯、王文正、彭彥彬、管琪芬、黃耀田、楊峰杰、廖琇怡。93年度空氣品質監測站污染源來源分析計畫(DEPK-A-93-01-14),高雄市環保局,中華民國94年。
5.何宜達。高屏地區臭氧事件日光化學模式解析及氣象條件之探討,國立中山大學博士論文,民國92年。