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聚焦地科
聚焦地科2021-07-11
為什麼天空老是灰濛濛的？從大氣變動來理解我們的空氣污染｜專訪中央大學大氣科學系教授鄭芳怡
為什麼天空老是灰濛濛的？從大氣變動來理解我們的空氣污染｜專訪中央大學大氣科學系教授鄭芳怡
“當冷高壓天氣系統遠離，轉為東風的弱綜觀大氣條件，整體西半部空氣污染主要來自臺灣本地的貢獻。”
Q. 從大氣的變動來看中南部空污問題
中央大學大氣科學系教授鄭芳怡(以下簡稱鄭)：PM2.5濃度有明顯季節性變化，夏天濃度低，因為通風擴散條件較佳，但是秋冬時期，臺灣的天氣系統主要受到源自於西伯利亞的大陸冷氣團影響，其盛行風場為東北季風。冷高壓東移，盛行風場會由東北風轉為偏東風的環境風場。當東風受到中央山脈阻擋，西半部屬於背風區，風速通常相當微弱。加上氣流的沉降作用，污染物於垂直方向的擴散條件變得更糟，這是秋冬時期，空品不良的主因。
影片連結: https://youtu.be/1duy-QIYUes
Q. 境內及境外汙染源，不同的大氣條件下影響空品的比例？
鄭：大氣條件不一樣，受到境內、境外污染的影響也會不一樣。當受到大陸冷高壓系統影響時，東北季風可能帶來境外污染。但是當天氣系統轉為高壓出海、迴流的天氣型態，空氣污染轉為以本地污染排放為主。什麼時候大氣會變乾淨，就是等下一波鋒面來臨，將污染物都洗刷乾淨。但接著大陸冷氣團又會南下影響臺灣， 而東北季風可能又會把下一波的境外污染給帶進來。原則上，秋冬時期，臺灣的空氣品質變化大致會有這樣的週期循環。
註解：弱綜觀是指臺灣受到綜觀尺度天氣系統影響變弱，或臺灣周圍沒有明顯的大尺度天氣系統。
當受到大陸冷高壓天氣系統影響，東北季風會把北邊的污染，一路往南帶進來臺灣。附圖為典型境外污染範例，此時北部的境外污染貢獻可達七成，高屏也有近五成。
當受到東北季風影響，境外污染對北部貢獻可達七成。圖片來源/鄭芳怡教授簡報
當大氣屬於弱綜觀氣象條件，中南部地區九成以上的污染來自於臺灣本地貢獻。圖片來源/鄭芳怡教授簡報
“當冷高壓天氣系統遠離，轉為東風的弱綜觀大氣條件，整體西半部空氣污染主要來自臺灣本地的貢獻。”
Q. 今年1-2月空氣品質跟去年的比較？ 比較糟糕嗎？
圖片來源/鄭芳怡教授簡報
鄭：此圖橫軸為時間序列，縱軸為全臺測站，今年1、2月和去年1、2月比較，可看到今年1月中到2月中，長達將近一個月，中南部空品區超過一半的天數，達到紅色警戒。
為什麼今年空氣品質比較差，可從氣象的角度以及污染物排放來解釋。去年為暖冬，今年冬天有幾波大陸冷氣團的影響且達到寒流等級，整體大氣條件相對更為穩定，也發展出更深的逆溫結構，整體氣象條件更不利於污染物擴散。
影片連結: https://youtu.be/3Wsmnwaaynk
從污染排放量的變動，今年較去年冷 ，中國北方當地居民藉由燃燒的供暖行為，也會增加大氣污染物。另一方面，去年受新冠肺炎COVID-19影響，中國工廠停工，降低排放到大氣的污染物。當疫情減緩，工廠復工，觀察到今年境外污染比去年嚴重。 另外從交通污染源來看，今年疫情關係，國人大部分待在臺灣，讓當地交通污染源增加， 特別連假期間各地行駛車輛增加、塞車怠速，也讓空品更糟。整體用油消耗量，確實比往年增多，這也會造成本地交通污染排放量變多。
註解：逆溫層如從溫度垂直分布來看，為溫度隨高度增加的結構。研究發現， 近十年來臺灣的逆溫結構呈現發展更深的趨勢。
Q. 空品有改善嗎？ 為什麼民眾無感？
鄭：PM2.5濃度逐年遞減，顯示政府的減量措施作為能改善空氣品質，但為什麼民眾對於空品改善仍舊無感呢?本人認為這與高污染事件仍頻繁發生，且高污染事件改善不彰。PM2.5年均值確實因臺灣本地污染排放減量以及境外污染逐年改善，呈現逐年遞減趨勢。然而，達到紅害影響之嚴重污染事件，其改善卻相對較為受限。由於高污染事件，通常伴隨大氣通風擴散不良。而近期研究，提出全球暖化將加劇臺灣極端穩定天氣型態的發生，導致風速變弱、靜風天數增加以及大氣更加穩定，此影響也讓高污染事件的改善治理更加受限。
1979-2020年，氣象局地面測站風速變化 ，顯示風速逐年遞減趨勢。圖片來源/鄭芳怡教授簡報
Ｑ. 為什麼臭氧濃度持續上升？
鄭：臭氧是由它的前驅物包含氮氧化物與揮發性有機物之間複雜的大氣化學交互作用所形成，因為是光化學作用的生成物質，大家可能覺得夏天濃度會比較高，但其實不然，在歐美地區確實臭氧問題在夏天較為嚴重。但在臺灣，夏天臭氧濃度為低值，因為夏天的擴散條件還是比較好， 垂直對流比較旺盛、午後雲層變厚太陽輻射減弱甚至於降雨，都會洗刷空氣污染物質。
臭氧高峰出現在10月和隔年4月，10月雖然已經進入秋天，但是大氣還算暖和，甚至會回暖到三十度， 光化學反應仍舊盛行。但是影響臺灣的天氣系統會從夏天太平洋副熱帶高壓主宰的天氣系統轉為冬天受大陸冷高壓系統影響。而此時盛行風也從西南風轉為東北季風，如前所述盛行風受山脈阻擋，中南部空品區為背風區屬於空品擴散不良區域。空品擴散條件不佳再加上盛行的光化學反應，造成臭氧濃度在10月有個峰值出現，11月至隔年3月，臭氧濃度慢慢往下走，到了4月又會有另一個峰值出現。
註解：人類若長時間暴露於高臭氧下，會造成頭痛、疲倦、咳嗽、氣喘等不同症狀；同時對植物有不良影響，臭氧亦是溫室效應氣體之一，會助長氣候的變遷。
1993-2019，各年10月到隔年4月平均變化趨勢。年均臭氧緩慢增加，臭氧高值(前五百分位)逐年遞減。圖片來源/鄭芳怡教授簡報
臭氧生成的同時，也會與一氧化氮進行化學反應，造成臭氧的移除。但因為氮氧化物逐年減量，使得移除臭氧的途徑也減少，造成更多的臭氧累積在大氣中，臭氧平均值逐年緩慢增加。 另一方面，從2005年開始，臭氧高值濃度（前五百分位）於中部、雲嘉南以及高屏空品區，有逐年遞減趨勢，這告訴我們，目前減量措施對於改善高值臭氧濃度還是有正向效益。
Q. 下一步需要努力的地方有哪些？
鄭：目前減量措施行為，對於空品嚴重不良事件日的改善力道較為受限，減量策略應該針對主要污染來源、特定污染指標物種（如硫酸鹽類、硝酸鹽類、有機碳等）， 嚴加管制其排放。至於臭氧，以降低有機揮發物的排放以及洩漏、逸散為主要改善方向。
原文轉載自財團法人公共電視文化事業基金會【2021-05-01/我們的島】
整理/黃怡菁、林燕如
https://ourisland.pts.org.tw/content/7845
“當冷高壓天氣系統遠離，轉為東風的弱綜觀大氣條件，整體西半部空氣污染主要來自臺灣本地的貢獻。”
Q. 從大氣的變動來看中南部空污問題
中央大學大氣科學系教授鄭芳怡(以下簡稱鄭)：PM2.5濃度有明顯季節性變化，夏天濃度低，因為通風擴散條件較佳，但是秋冬時期，臺灣的天氣系統主要受到源自於西伯利亞的大陸冷氣團影響，其盛行風場為東北季風。冷高壓東移，盛行風場會由東北風轉為偏東風的環境風場。當東風受到中央山脈阻擋，西半部屬於背風區，風速通常相當微弱。加上氣流的沉降作用，污染物於垂直方向的擴散條件變得更糟，這是秋冬時期，空品不良的主因。
影片連結: https://youtu.be/1duy-QIYUes
Q. 境內及境外汙染源，不同的大氣條件下影響空品的比例？
鄭：大氣條件不一樣，受到境內、境外污染的影響也會不一樣。當受到大陸冷高壓系統影響時，東北季風可能帶來境外污染。但是當天氣系統轉為高壓出海、迴流的天氣型態，空氣污染轉為以本地污染排放為主。什麼時候大氣會變乾淨，就是等下一波鋒面來臨，將污染物都洗刷乾淨。但接著大陸冷氣團又會南下影響臺灣， 而東北季風可能又會把下一波的境外污染給帶進來。原則上，秋冬時期，臺灣的空氣品質變化大致會有這樣的週期循環。
註解：弱綜觀是指臺灣受到綜觀尺度天氣系統影響變弱，或臺灣周圍沒有明顯的大尺度天氣系統。
當受到大陸冷高壓天氣系統影響，東北季風會把北邊的污染，一路往南帶進來臺灣。附圖為典型境外污染範例，此時北部的境外污染貢獻可達七成，高屏也有近五成。
當受到東北季風影響，境外污染對北部貢獻可達七成。圖片來源/鄭芳怡教授簡報
當大氣屬於弱綜觀氣象條件，中南部地區九成以上的污染來自於臺灣本地貢獻。圖片來源/鄭芳怡教授簡報
“當冷高壓天氣系統遠離，轉為東風的弱綜觀大氣條件，整體西半部空氣污染主要來自臺灣本地的貢獻。”
Q. 今年1-2月空氣品質跟去年的比較？ 比較糟糕嗎？
圖片來源/鄭芳怡教授簡報
鄭：此圖橫軸為時間序列，縱軸為全臺測站，今年1、2月和去年1、2月比較，可看到今年1月中到2月中，長達將近一個月，中南部空品區超過一半的天數，達到紅色警戒。
為什麼今年空氣品質比較差，可從氣象的角度以及污染物排放來解釋。去年為暖冬，今年冬天有幾波大陸冷氣團的影響且達到寒流等級，整體大氣條件相對更為穩定，也發展出更深的逆溫結構，整體氣象條件更不利於污染物擴散。
影片連結: https://youtu.be/3Wsmnwaaynk
從污染排放量的變動，今年較去年冷 ，中國北方當地居民藉由燃燒的供暖行為，也會增加大氣污染物。另一方面，去年受新冠肺炎COVID-19影響，中國工廠停工，降低排放到大氣的污染物。當疫情減緩，工廠復工，觀察到今年境外污染比去年嚴重。 另外從交通污染源來看，今年疫情關係，國人大部分待在臺灣，讓當地交通污染源增加， 特別連假期間各地行駛車輛增加、塞車怠速，也讓空品更糟。整體用油消耗量，確實比往年增多，這也會造成本地交通污染排放量變多。
註解：逆溫層如從溫度垂直分布來看，為溫度隨高度增加的結構。研究發現， 近十年來臺灣的逆溫結構呈現發展更深的趨勢。
Q. 空品有改善嗎？ 為什麼民眾無感？
鄭：PM2.5濃度逐年遞減，顯示政府的減量措施作為能改善空氣品質，但為什麼民眾對於空品改善仍舊無感呢?本人認為這與高污染事件仍頻繁發生，且高污染事件改善不彰。PM2.5年均值確實因臺灣本地污染排放減量以及境外污染逐年改善，呈現逐年遞減趨勢。然而，達到紅害影響之嚴重污染事件，其改善卻相對較為受限。由於高污染事件，通常伴隨大氣通風擴散不良。而近期研究，提出全球暖化將加劇臺灣極端穩定天氣型態的發生，導致風速變弱、靜風天數增加以及大氣更加穩定，此影響也讓高污染事件的改善治理更加受限。
1979-2020年，氣象局地面測站風速變化 ，顯示風速逐年遞減趨勢。圖片來源/鄭芳怡教授簡報
Ｑ. 為什麼臭氧濃度持續上升？
鄭：臭氧是由它的前驅物包含氮氧化物與揮發性有機物之間複雜的大氣化學交互作用所形成，因為是光化學作用的生成物質，大家可能覺得夏天濃度會比較高，但其實不然，在歐美地區確實臭氧問題在夏天較為嚴重。但在臺灣，夏天臭氧濃度為低值，因為夏天的擴散條件還是比較好， 垂直對流比較旺盛、午後雲層變厚太陽輻射減弱甚至於降雨，都會洗刷空氣污染物質。
臭氧高峰出現在10月和隔年4月，10月雖然已經進入秋天，但是大氣還算暖和，甚至會回暖到三十度， 光化學反應仍舊盛行。但是影響臺灣的天氣系統會從夏天太平洋副熱帶高壓主宰的天氣系統轉為冬天受大陸冷高壓系統影響。而此時盛行風也從西南風轉為東北季風，如前所述盛行風受山脈阻擋，中南部空品區為背風區屬於空品擴散不良區域。空品擴散條件不佳再加上盛行的光化學反應，造成臭氧濃度在10月有個峰值出現，11月至隔年3月，臭氧濃度慢慢往下走，到了4月又會有另一個峰值出現。
註解：人類若長時間暴露於高臭氧下，會造成頭痛、疲倦、咳嗽、氣喘等不同症狀；同時對植物有不良影響，臭氧亦是溫室效應氣體之一，會助長氣候的變遷。
1993-2019，各年10月到隔年4月平均變化趨勢。年均臭氧緩慢增加，臭氧高值(前五百分位)逐年遞減。圖片來源/鄭芳怡教授簡報
臭氧生成的同時，也會與一氧化氮進行化學反應，造成臭氧的移除。但因為氮氧化物逐年減量，使得移除臭氧的途徑也減少，造成更多的臭氧累積在大氣中，臭氧平均值逐年緩慢增加。 另一方面，從2005年開始，臭氧高值濃度（前五百分位）於中部、雲嘉南以及高屏空品區，有逐年遞減趨勢，這告訴我們，目前減量措施對於改善高值臭氧濃度還是有正向效益。
Q. 下一步需要努力的地方有哪些？
鄭：目前減量措施行為，對於空品嚴重不良事件日的改善力道較為受限，減量策略應該針對主要污染來源、特定污染指標物種（如硫酸鹽類、硝酸鹽類、有機碳等）， 嚴加管制其排放。至於臭氧，以降低有機揮發物的排放以及洩漏、逸散為主要改善方向。
原文轉載自財團法人公共電視文化事業基金會【2021-05-01/我們的島】
整理/黃怡菁、林燕如
https://ourisland.pts.org.tw/content/7845