煙流受地形效應之影響

差異加熱對氣流與空污的效應

季節變化

• 全球、大陸尺度
• 冬季：東北季風，將大陸地區霧霾、沙塵帶到臺灣
• 夏季：西南季風、帶來海洋較乾淨氣流

季節加熱差異造成的環流與空污現象(Pendergast 1984 in Atmospheric science and power production)，圖a為一月均溫、圖b為7月均溫，單位為華氏

臺灣地區空品不良日數逐月變化

• 行向(縱)：自北到南測站
• 列向(橫)：1~12月
• 季節變化：冬季(9月~隔年4月)高、6~8月低

2005年至2017年臺灣環保署一般測站空氣品質指標不良達橘燈以上（AQI > 100，對敏感族群不健康）之月平均日數統計，(a)臭氧（O3）指標，(b)細懸浮微粒（PM2.5）指標。(蔡等2019)

日夜變化

中~小、都會區尺度海陸風、山谷風概念

日夜加熱差異造成的環流與空污現象(Pendergast 1984 in Atmospheric science and power production)

林園臭氧事件與氣流軌跡線

• 環保署林園站中午O₃尖峰時間反軌跡(白色) vs.
• 當天2時北高雄某廠燃燒塔之正軌跡(紅色)
• 夜間：北風~東北風，為秋冬季盛行風、山風、陸風
• 日間：西北~西風，為海風
• 軌跡線繪製詳參由CWB數據計算軌跡

(a)2018/10/13/12:00時，O3=126ppb
(b)2018/10/27/13:00時，O3=121ppb
(c)2018/12/3/13:00時，O3=126ppb

• 燃燒塔正軌跡分析證實了以北高雄燃燒塔對反應生成測站O₃高值有較大的可能性
  • 北方工業區燃燒塔以當天凌晨CEMS記錄最大流量發生時間，做為正軌跡線的起始時間，圖中為紅色點線表示。
  • 由圖中可以發現，紅、白2條軌跡線在高雄市西南側沿海與近海地區大多呈現平行運動，間距約為2~4公里，約為一般網格模式解析度範圍，應為污染源的精確位置、或風場模式內插所造成的誤差。
  • 然而就污染物受日夜海陸風的性質而言，圖中正、反軌跡線可以確認造成林園測站O₃高值的污染源，非常可能就是仁大工業區之燃燒塔排放。

氣流、獨立山、與空氣污染

• 氣流遇山的行為：左右繞過、翻越，
• 視風速、山形、斜坡、以及大氣穩定度而定

水洞試驗

• 無因次流體力學參數
  • 福祿數：慣性力和重力效應之比
  • 雷諾數：流體慣性力與黏性力的比值
• F_H ≤ 0.2 : 繞山
• F_H ≥ 0.9 : 中心線可翻越、阻體後渦流隨F_H增加而減少

不同流況水洞試驗攝影結果，流體自左方流入，3維鐘形獨立山高H。(Hunt et. al 1978)

• 繞山煙流之濃度分布

水洞模擬煙流通過3維鐘形獨立山之濃度分布，並與平坦地形分布相比(Lin et. al 1974)

CTDMPLUS 模式的作法

分流點前仍為平坦地形，分流點後其上翻越山嶺，其下繞行山嶺左右。(Perry 1992)

翻越部分煙流的計算方式(Perry 1992)，此一機制與ISCST3相同

分流點下繞山煙流的計算概念：將山嶺壓縮成延流方向之直線線段(Perry 1992)

以橢圓形等高線模擬山嶺之組合逼近實際複雜地形(Perry 1992)

AERMOD 的地形模擬

• 分流線高度觀念
  • 高於分流線者將翻越山嶺。以山嶺不存在情況估算。
  • 低者將繞山、或直接撞擊地表面。以山嶺地表面高度計算。

地形影響煙流的2個極端情況概念圖。地表高度與絕對高度之定義如圖(AERMAP Training, Roger 2007)

• 最後濃度為二者之加權平均

AERMOD地形效應的加權計算方式示意圖。from AERMAP Training(Roger 2007)

複雜地形模擬案例

• 林口電廠(AERMOD)
  • mmif氣象1/21~31
  • 有建築物

無地形，煙流偏西南方，為東北季風影響	有地形，煙流方向偏南，擴散範圍受到限制，集中在河谷低地。受限於80~100M等高線範圍。最大值較高51~754μ/M3

• 中華紙漿(AERMOD)

• 和平水泥(file:///I:/home/kuang/AQMP/202201/20220401_固定污染源模式模擬技術審查研習會/02.高斯擴散模式模擬審查實務議題.pdf)

煙流模式地形前處理遠端執行

• 因AERMOD地形前處理過程繁雜，又涉及美國地調所檔案特殊格式，解決方式：
  • 由環保署提供處理程式、處理結果、
  • 由遠端執行方式分享既有處理系統與結果
• 煙流模式的地形處理說明
• 遠端執行
• TEDS點源附近地形檔案處理結果
  • TEDS10
  • TEDS11