地形、環流、大氣擴散與空氣品質管理

一、 前言

「空氣污染事件」此一名詞在1952年12月4-9日「倫敦殺人煙霧」事件之後聲名大噪，不單是一公共安全的議題，同時也是市政發展的重要考量。隨著環保工作的推進，昔日這些被界定為「冬日煙霧」的污染現象，已經逐漸從我們的生活中消失，取而代之的，卻是另一種被稱為「夏日煙霧」型式的光化學煙霧污染事件。不論哪一種形態的污染事件，都告訴我們，地區的地理與氣候特徵，對空氣污染的大氣擴散會有很大的影響，同時也將成為空氣品質管理工作中很重要的議題。

近代空氣品質管理的責任與義務，非但在環保主管機關，對於大面積開發計畫如工業園區、新市鎮開發等，因對空氣品質的影響之鉅，環保單位只得將空氣品質管理的權責分配至開發單位，因此這些議題的著重乃勢在所必行。

雖然我們對空氣污染的成因日漸瞭解，對人為污染的排放在大氣環境中如何交互作用，已經累積非常多的知識，然而對於這些因素如何在局部地區協同作用，以致對空氣污染現象產生決定性的影響，仍然需要進一步定量解析研究，以釐清空氣品質管理上的重要原則。

本文以台灣地區各地的空氣品質管理議題為素材，整理出對空氣污染現象重要的特徵與理解，以此做為空氣品質管理的重要知識原則，並作為環境教育及推廣的實務教材。

二、 冬/夏日煙霧的特徵

(一) 冬日煙霧

冬季最常發生嚴重空氣污染狀況的氣象特徵，在於垂直溫度分布發生所謂的「逆溫層」，高空溫度較高，地面或煙囪高度位置的氣溫較低，限制了污染的垂直擴散，持續幾天下來，可能造成嚴重的空氣污染事件。

冬日逆溫層降低，污染擴散不良造成嚴重空氣污染，主要是工廠排放之硫氧化物、危害性物質或農藥。(Alannah Johns)

「逆溫層」的發生，主要的原因有二：

• 一為地面冷氣團籠罩，如果地區為盆地地形，冷空氣將停留在地表面上，時間長達數日到一週，高污染空氣加上濕冷氣團，將使得咳嗽氣喘的人數大幅增加，這就是「倫敦殺人煙霧」的主要原因。
• 第二種情況為晴朗的夜間，因為缺乏雲層的保護，熱量經由輻射散至太空，地面溫度大幅下降，因而造成地面冷、高空暖的「逆溫層」，不過這種狀況在日出之後將會被破壞，所造成的污染滯留情況大約只會維持12小時。不過因為是冬季，太陽斜照，若是在緯度高的溫帶地區，溫度上升的情形不如夏季，逆溫層也可能不容易被破壞，也比較容易造成嚴重的空氣污染事件。

在冬季煙霧中，污染物集中在排放源的附近，其化學形態大多不太會被轉化，即所謂的「原生性」污染物質，包括危害性很高的懸浮微粒、農藥等物質，以及硫氧化物等等。由於冷氣團或輻射冷卻效應的強度在夜間較強，因此夜間的污染排放、夜間操作的工廠、夜班的交通污染等，將對污染事件的發生，有非常大的貢獻。

冬日逆溫層降低，污染擴散不良造成嚴重空氣污染，主要是工廠排放之硫氧化物、危害性物質或農藥。(中時資料照)

台灣地區雖然沒有大規模冬季煙霧污染事件的相關記載，但也有不少中南部地區工廠周邊的訴願案件，這些工廠煙流中可能含有硫氧化物、氟化物、氯化氫等，長期對作物、果樹等都會造成危害，包括葉面枯黃、落果等。中小型燃油或柴油引擎發電機組的嗆鼻油煙味，以及餐飲業在烘焙、燒烤或油炸等過程中所排放的「異味」，在夜間似乎也較日間嚴重，而遭受到民眾的陳情。

雖然煙流中這些污染物質的濃度可能不低，然而問題是何以煙囪那麼高，仍然沒有擴散的效果？這可能就是因為這些地區在晴朗冬季的夜晚，經常因為輻射冷卻而發生逆溫現象，煙流無法上升，轉而向下擴散，於是造成這些公害糾紛事件。

如今我們的都會區附近，也許沒有這麼多未經妥善控制的污染性工廠，但從空氣品質測站的紀錄中也曾經發現有燃燒高含硫份燃料油的輪船煙流，在夜間不利擴散的條件下，在濱海的都會區範圍內，造成顯著的二氧化硫濃度。這是項重要指標，因為燃油輪船除了排放二氧化硫之外，也可能排放許多燃燒不完全的危害性空氣污染物HAP(Hazard Air Pollution)，其中大多數是致癌物質。

(二)夏日煙霧

夏日煙霧的發生機會、原因、污染源特色、影響範圍等等，與前述冬日煙霧有很大的區別。台灣地區來說，這兩者特性似乎又有些許重疊的情形。

夏日煙霧：同樣也是逆溫層降低污染擴散不良，空氣污染受陽光照射反應形成更加危害性之物質，主要是氮氧化物和揮發性有機物。(Alannah Johns)

有別於冬日煙霧，夏日煙霧的特徵在於陽光所啟動的大氣化學現象，如圖所示，從地面家戶、交通、以及工廠的高空排放等等。這些污染源所排放出來的氮氧化物以及揮發性有機物，會在陽光的照射下，反應生成具有高氧化力的臭氧、毒性高的醛類物質、以及對氣喘患者非常敏感衍生性的懸浮微粒等等，所謂的「光化學煙霧」，對健康有更大的威脅。近50年來，光化煙霧已經成為各國都會區空氣污染管制上的頭號敵人。

光化煙霧的主要成份與化應途經：經由陽光作用後分解成高氧化力之其他物質，取代臭氧，因此造成這些物質濃度大量累積。。([shannanmaisey][shannanmaisey])

光化煙霧經常發生在大型都會區以及下游地區，因其具有反應性，其濃度不像原生性污染物會因為傳輸擴散的過程中而消失無蹤，甚至可能飄洋過海數百公里，形成所謂的「都市煙流」(Urban Plume)，在歐洲中北部地區發現的高臭氧污染事件，經科學上實驗證實，雖然局部污染源有其重要的貢獻，然而其「基礎濃度」，則來自於美國東部的都會區。這是夏日煙霧特別的地方。

然而與冬日煙霧很類似的，夏日煙霧也有很強的「逆溫層」，如果下游地區為多霧的山地，光化煙霧中的鹽類顆粒很容易吸收水汽而形成大的霧滴，造成能見度或視程的降低。由於白天必須要有日照，因此在這些事件中的「逆溫層」必須要很強，不容易被日照破壞。這樣的天氣系統有兩種特色，一種是高氣壓籠罩、下沉氣流，伴隨著好天氣，另一種是低壓系統或颱風的前緣，強烈的風速經過山脈地形後所造成的下沉氣流與局部高氣壓，都是同時兼有高層逆溫層及強烈日照的情況。

因此除了氣象上的特色之外，也還必須有地形上的特色，例如盆地地形、濱海地形、山脈的背風面等等，將可以有效維持、甚至於加強逆溫層的形成。以台灣地區而言，台北都會區是典型的盆地，高屏地區是典型的海港外加東北季風的背風面，類似南加州灣區，都是容易發生夏日煙霧的地區。

雖然對許多國家而言，夏季越強的日照帶來更多的光化煙霧，但由於緯度的差異，在台灣地區，夏季並不容易有光化煙霧產生，理由就在於日照的地面加熱效益，很快的就破壞了「逆溫層」，甚至發生夏季午後雷陣雨的現象，反而可以將污染物一洗而空。因此，台灣的「夏日煙霧」發生在春秋季節，並不是真的在夏季。

台灣的冬季何以不會有所謂的光化污染現象呢？北部地區的冬季是陰雨的天氣，可能因此沒有光化污染，南部地區可能因為陽光強度不如春秋季節強，或者可能因為溫度較低，石化廠逸散性揮發物排放量較低。

晨光中的麥寮六輕計畫，風速很低，煙流因其熱量而垂直向上擴散，煙汽中的水汽遇冷凝結，集中在逆溫層的頂端，而形成這個有趣的畫面。

夏日煙霧的影響範圍遠較冬日煙霧為大，這是因為在晴朗無雲、強烈日照的影響下，地區會形成微弱的環流，將污染煙團向下游更大範圍擴散。夏日煙霧沒有像冬日煙霧有所謂的「滯留」的現象，即使在盆地地區，也會因為山谷風的環流而將高濃度污染向外傳送。這是何以北部地區的新店、陽明、中部地區的大里、南投、以及南部地區的美濃、潮州的臭氧濃度會較其他地區測站為高，這也顯示出管制上必須以跨縣市的空品區角度思考，方能有效的進行。

三、 重大污染源的大氣擴散尺度議題

由於空氣品質管理的過程中，一般會先針對轄區內排放量大的污染源開始檢討起，這些大型污染源可能是電廠、鋼鐵廠、煉油石化廠等，這些污染源經大氣擴散機制作用之後，落在地面上，造成空氣品質的影響，其作用機制的空間尺度大略上可分為：

• (一)微尺度或周界尺度、
• (二)中尺度或城市尺度、以及
• (三)大尺度或區域尺度。 由於各種尺度所面臨的主題與挑戰各不相同，尺度之間也存在著模糊的重疊地帶，需要進一步澄清：

  (一) 微尺度或周界尺度：

  一般而言，經妥善處理與良好設計的大型污染源，並不會發生前述「冬日煙霧」的燻煙情況，但若在逆溫層發生的狀況下、或局部地區有著較煙囪高的山丘，仍然會發生煙氣無法擴散的情況，而對局部空氣品質濃度造成衝擊。

台灣濱海地區平原少山地多，經常適合開發電廠工業區的區位也都伴隨著複雜的地形，沒有開擴的空間，對大型煙流的擴散而言，是一個很大的限制，如果加上飛航管制，如：

• 中正機場北方的林口發電廠、
• 松山機場東方航道下的內湖焚化爐、
• 小港機場附近的大林電廠、中鋼公司，甚至
• 離島的蘭嶼電廠

大型煙流在大氣穩定狀況下觸山的情形。圖中電廠位在彰濱工業區，與附近八卦山的相對高度。

等等，煙囪的高度還受到法規嚴格的限制。通常在夜間電力負載降低、或操作量減少、煙流的熱量或動量不高的情況下，煙流無法突破穩定的氣層，就會直接「衝撞」(Impingement)到山丘的表面，由於煙流中心的濃度非常高，因此所造成的地面濃度增量，也將非常之高。即使沒有空氣品質的影響，因煙氣中的水蒸汽，在山丘氣流的交互作用下，很容易形成局部的雲雨甚至雷雨現象。

大型煙流所排出的蒸汽在複雜地形中形成局部雲雨(Plant Storm)。

雖然在這個尺度的煙流，還來不及進行化學反應，然而歷經複雜地形之後，煙流的濃度將會有很好的「延散」(Dispersion)現象，而大幅降低其濃度。而一般化學反應速率與濃度的乘積成正比，經過「延散」的煙流，也將會大幅降低反應的速率。

在煙流觸地的同時，因高濃度的煙流與植物或潮濕的表面接觸，產生所謂的「沉降」現象(Deposition)，亨利常數較高、容易溶於水的污染物質，如二氧化硫、氯化氫等，會因這個現象而移除，因而大大降低煙氣的濃度。

(二) 中尺度或城市尺度

由於「夏日煙霧」經常發生在晴朗的天氣，雖然污染物的垂直擴散受到限制，但水平方向仍然會有區域環流，會控制污染物的流向。這些區域環流可能包括海陸風、山谷風、還有所謂的都市熱島環流等等，這些環流會因為日照所造成地表面的溫度差異，在日出之後2~4小時開始作用，中午是最強的時刻，一直到下午陽光斜射漸漸衰弱為止。

這些環流具有地區的特性，以台灣北部地區而言，可能是來自淡水河谷的海風，與新店溪河谷的谷風結合，將「夏日煙霧」帶向盆地的南方山區。以台灣南部台南與高雄地區而言，則為西北方向來的海風，將台南市的都市煙陣帶向美濃山區，高雄市的煙陣則帶向潮州等地。這些都是中尺度或城市尺度的擴散現象。

大型污染源若在這些環流範圍內，其煙流是否會隨著環流的發展，向下游山區傳送，對該區已經不佳之空氣品質無異「雪上加霜」，因此在空氣品質管理的工作中，為一重要的議題。在詳細解釋大型污染源在城市尺度的作用機制之前，我們還需要進一步解釋都會區局部環流對空氣品質的影響。

1. 台灣北部地區事件日「總臭氧」污染濃度與氣流的特徵

在此以台灣北部地區長期的光化煙霧特徵為例，做一說明。挑選出民國86～95年空品區內任一測站臭氧小時濃度大於120 ppb的污染事件，分別計算各小時之平均「總臭氧」(臭氧加上二氧化氮)，再進行空間上網格的內插，畫成等濃度圖，加上平均之風標如圖所示。為了呈現出事件日的特徵，也繪出「非事件」該小時的等值圖與風標圖，做為比較。

台灣北部地區民國86～95年平均非事件及事件日「總臭氧」時間變化

此處分析「總臭氧」的原因，主要考慮到臭氧與氮氧化物之間的平衡關係，在夜間因無光化反應，臭氧幾乎完全被一氧化氮還原為氧氣，而形成二氧化氮，因此若只關心臭氧，將會造成夜間或晨昏時間解釋上的困難，也將降低環流作用的結果。如果將臭氧與二氧化氮濃度加總起來，可以有效降低因臭氧化學轉化對污染傳輸現象的干擾。

分析結果顯示，一般而言(非事件)，盆地內之氣流以東風為主，這應該是東北季風在盆地內轉向所致，因此污染物也大致以西高東低的方式分布，整體而言濃度並不高。相對而言，西南季風的系統性比較微弱，風向並沒有強烈的一致性，風速相對而言也較冬季季風為低，因此其特性在全年平均的過程中消失了。還好台灣地區的「夏日煙霧」並不是發生在真正的「夏季」，這一點對分析結果的影響還不會很大。

在事件日的上午，盆地西側確實有較高的「總臭氧」濃度，約較非事件之一般日多出近10ppb，中午時光化污染的煙陣受到海風的帶動，向盆地中央移動，而在下午時受到谷風的牽引繼續向南方移動，到了新店的山區。

由於這裡分析的是「平均」的結果，與單一的個案(如2007年5月等)非常相似，由此可見台北盆地的光化煙陣確實來自於盆地西側，此一現象並非偶發事件，乃是經常發生之狀況，對空氣品質管理上是非常重要的。

2. 台灣北部地區事件日非甲烷碳氫化合物污染濃度與氣流的特徵

由前述氣流動力的特性可知，盆地西側上午的污染團對於當天光化污染事件，具有關鍵性的影響，進一步分析5～11時事件日總臭氧（在清晨及上午此值將以二氧化氮為主），以及非甲烷碳氫化合物相對一般日長期平均值的增量濃度分布情形，如圖所示。

北部地區民國86～95年事件日前驅物相對一般日增加量之時間變化

由圖顯示事件日夜間的總臭氧增加量為負值(-6 ~ -8 ppb)，顯示事件日的一氧化氮濃度較高且過量，以致臭氧可以完全被轉化因而濃度較低，而有較低的總臭氧濃度，盆地西側負值的情況較少，這一點可能是因為盆地西側有較高的氮氧化物排放所致。在上午，盆地西側確實很快就會有臭氧的煙陣產生，約較一般日多出高達40 ppb的總臭氧濃度。

事件日盆地西側清晨非甲烷碳氫化合物增加量的分布，相對氮氧化物更加顯著，此一較高濃度範圍甚至向西綿延到桃園地區，值得重視。臭氧與非甲烷碳氫化合物的增加量的範圍，幾乎完全吻合，這一點再次證實北部地區的光化煙霧受到VOCs污染的控制，也顯示出這些地區VOCs在管制上的重要性。

(三) 大尺度或區域尺度

在這個尺度我們最關心的是「酸性沉降」的環境影響，也就是俗稱的「酸雨」。台灣地區長期以來已經累積有長期的酸雨觀測結果，國際間對於酸雨也有許多討論，最主要的現象是原生性污染物中的硫氧化物及氮氧化物轉化為酸性的顆粒或溶解在雲霧的水滴中，形成酸雨。雖然酸性沉降還包括「乾性沉降」，不過這一項議題與光化煙霧中粒狀物的成份有密切的關連，因此大致上會在都會區尺度中處理。

研究中將酸雨的污染來源，大多指向大型的燃煤電廠，最主要的理由，是因為它們是硫氧化物的重要排放源。酸雨對環境最大的危害，不只是直接性的影響，包括對金屬表面的鏽蝕、對礦石建物與雕像的風化，也由於酸雨對土壤微生物環境具有嚴重的改變，因此也間接造成包括森林、作物等等的危害。尤其甚者，酸雨中的含氮物質經過「長程傳輸」的機制落在高山湖泊，將引發湖泊的優養化程序，藻類大量的繁殖，最後造成湖泊水質的嚴重劣化。

這項機制需要煙流在光化煙霧中被轉化為鹽類物質，進一步在雲霧水滴內被氧化成硫酸根或硝酸根離子，隨著雲霧的行進或累積，最後降在高山或環境敏感地區。然而煙流在轉化的過程中，同時也在擴散或上升，其轉化速率會因污染物濃度的下降而減緩。若地區沒有足夠的垂直擴散條件，煙流中的酸性物質要如何與高空的雲霧混合？這是大型煙流要形成酸雨過程機制中的關鍵因素。

既然雲霧混合是酸雨機制中的重要關鍵，我們可以推論出第二種反應的機制，稱為「就地移除」，雨水中的鹼性物質、具氧化力的物質，將大型污染源煙流中的物質轉化為硫酸鹽與硝酸鹽，而沉降在污染源的附近。

雖然以上兩種機制可能同時發生，可能一前一後，然而實務上以台灣北、中、南等地區的模式模擬經驗，這兩個機制中，對單一電廠而言，其「酸性沉降」均以「就地移除」為主要的作用機制。

大型污染源產生酸雨的重要機制

四、大型污染源的衍生性粒狀物增量分析

臺灣地區高濃度PM_2.5的情形近年來在大陸地區減煤趨勢獲得大幅改善。即便如此，PM_2.5改善趨勢與全球心血管疾病降低、糖尿病、慢性肺阻塞等疾病改善的趨勢一致，造成正的相關性，使得PM_2.5的重要性仍然受到關注，尤其是火力發電機組的日常運作。

臺灣未來3天火力機組空品影響預報這個網站應用環保署公開的發電量即時資訊、TEDS數據、以及中央氣象局開放數據中的WRF模式3公里預報檔，建立了CALPUFF每日的模擬。以近期2022/5/19/16時結果為例，因南北風場夾擊，在彰、雲、嘉、南地區造成較高濃度，其值最高約4 ~ 5 μ g/M³。

臺灣地區附近2022/5/19/16時之氣流線及風速，臺灣東側及南方均為南風，臺灣海峽為強勁的東北風，在高雄台南交界處幅合(earth.NullScholl]網站)

CALPUFF模擬2022/5/19/16時全臺火力發電機組造成之粒狀物增量濃度分布	同時間環保署空氣品質監測網畫面

由環保署空氣品質監測網同時間畫面來看，確實在中部 ~ 南高屏地區都有較高濃度，其值普遍在20 ~ 30 μ g/M³之間。

由於火力發電機組是所有的粒狀物、包括原生及衍生性粒狀物、結合銨鹽等(PM₁₀)，而環保署測值是PM_2.5，由此觀之並非大部分污染均由火力發電機組所貢獻。

五、濱海大型污染源與光化煙霧的交互作用

濱海地區經常是大型重工業集中的區域，同時也是城鎮發展的範圍，因此這些污染源是否會造成空氣品質的劣化，為環境影響評估以及空氣品質管理上重要的課題。就數量上，這些大型污染源的排放量是非常可觀，可能是地面污染源的倍數之多，然而就實際空氣品質觀測與分析的成果中，我們並沒有直接的證據說明這些污染源對空氣品質有顯著的影響或控制，例如在中部地區，台中電廠機組在持續興建營運的過程中，其硫氧化物排放量持續的增加，然而我們並沒有辦法找到空氣品質測站二氧化硫項目有持續劣化的趨勢，這一點也是我們經常遇到的迷思與困境。

在管制面上，主管機關以所謂的「增量限值」加以規範，其值約為臭氧小時品質標準值的2.5~3.3%，就排放量增加與空氣品質允許增量二者的比例來看，是非常不對等的一個狀況。最主要的關鍵在於這些大型污染源有較高的排放高度，可以突破混合層或逆溫層，因而在地面上不會出現它們的影響。

一般而言，若依照空污法排放標準中所使用的Holland Formula來估計，台灣地區的這些中、大型污染源煙囪「有效」高度，約為煙囪實際高度的兩倍，若以250M煙囪高度計算，其一般可達的高度約為500M，而這個高度比一般夜間的混合層高度是高出一倍之多。

其次的問題就是這些大型污染源排放最多的污染項目，就是硫氧化物與氮氧化物，而一般空氣品質卻是在臭氧與懸浮微粒兩項不符合空氣品質標準。這些污染物在大氣中是否可以反應增加這些已經不符合項目，需要確實的證據與理論加以說明。

(一)濱海大型污染源不會加重內陸既有光化污染的理由

對一個濱海地區的大型污染源而言，經常在海陸風循環的氣象條件控制之下，所以我們探討它們的環境影響，不能將環境因素予以過度簡化。 既有光化煙霧發生的氣象條件，經常發生在天氣系統交替的期間，一般北部發生在春季，南部地區發生在秋季，不論大陸或者太平洋上的控制系統強度非常微弱，日照又非常強烈，因此局部地區可以發展較為明顯的環流系統，在濱海地區經常可以觀察到顯著的海陸風與山谷風現象。夜間大多有較低的混合層或逆溫層，足以累積足夠的污染氣團。日間則日照強烈、通風不良。

電廠(位於圖形中央)煙流對海(圖形右邊)陸(圖形左邊)環境中光化煙霧的作用，在日夜不同風向與混合層高度的控制下，有著特殊的作用模型。

過去針對台灣地區北、中、南、高各大都會區好發光化煙霧的氣象特性，綜觀天氣型態特徵分類等等，已經有非常多的研究成果可供參考，這些研究與知識，也在環保署監資處空氣品質預報作業中心，列為預報的重要依據。污染事件之發生略分為四個階段：

1. 夜間陸風期(圖(1))：

由於夜間混合層較低，大型污染源的煙流大多在混合層之上，風向又為陸風，因此並不會與都會區污染煙團互相混合，這是大型煙流在既有光化煙霧中沒有重要角色的主要原因。

陸風將高空煙流所排放出來的污染物帶向海上，由於海上的混合層相對較高，其高度約可以達到500m，約和電廠的煙流同高，風速也較大，因此會將空中的污染物帶向海面。這一點可以由日出前海面上有較高的模擬結果顯示出來，海面上有停滯的電廠煙流氣團，其內容物主要為電廠的氮氧化物，當然也有背景的VOCs。

同一時間，相對濱海與海面上較大風速與較高的混合層，都會區較高的粗糙度與較低的風速與混合層，都會造成夜間污染排放不易擴散流佈，累積在都會區形成污染團。

過去在台灣地區的光化污染模擬經驗指出，夜間至晨間這段時間裏，各類型的污染排放與混合，是隔日中午產生高濃度光化煙霧的先決條件，包括來自於24小時排放的地面污染源、夜間或晨間的交通污染源等等。這一點就是因為夜間或晨間較低的混合層對這些光化污染前驅物具有很好的限制作用，同時也降低地面的風速，將其滯留在都會區範圍內，等候陽光照射進來後便形成高濃度的光化煙霧。

2. 晨間靜風期(圖(2))：

在日夜交替時，陸風將停止而進入靜風期，此時電廠煙流將朝上垂直發展，停止將污染物送向原來海面上污染氣團，海上氣團的濃度將因此而逐步消散。相對的，陸地上原本就沒有太大的風速與混合層，晨間更也陸續有開始營運的交通污染排放，因此將逐漸拉開這兩氣團的濃度差異。

3.上午海風期(圖(3))

日間的情況有點複雜，因為陽光不但會啟動光化煙霧，也可能會提高混合層的厚度，降低逆溫層的強度，甚至破壞逆溫層。此時因地表與海面的加熱差異，將會逐漸形成溫度與氣壓的差異，引發起海風。由於海風的厚度也會隨著日照的時間增加，會將大型煙流向內陸傳送，為都會大量排放污染物的交通尖峰時間，也是污染氣團開始吸收陽光中紫外線，開始進行光化反應的初始期，不論在海上的電廠煙團，或者在都會區，都開始有臭氧或光化煙霧累積。然而比較起來，都會區是逐步增加的新鮮污染團，海面上雖然也會有臭氧的產生，由於電廠煙流已經轉向內陸，並不會持續發展下去。

值得注意的是上午混合層的發展情況：因為電廠煙流必須進入混合層內，才會對地面有所影響。如前所述，陸地上夜間的混合層較低，要經過日光的加溫才能提高。同時原本垂直向上的煙流，在微弱的海風作用下，也維持較高的煙流高度，無法和地面污染源彼此混合。

4.下午海風期(圖(4))：

最後當陸地上的混合層夠高(至少500m以上)，將高空煙流向地面捲下，而與地面排放的揮發性有機物混合，才有可能形成光化煙霧。

由於時間已經過了日照最強的中午時分，而且較高的混合層也意味著較低的原生性污染物濃度，因此，在這種情況下，由大型煙流所增加的光化煙霧濃度將不會太高。

隨著混合層的增加，海風也逐漸的增強，高空電廠煙流可以擴散到地面。然而地面都會區煙流被強勁的海風帶到下游地區，成為化學活性較低的光化煙霧氣團，因此與煙流混合後的原生污染物濃度都不高，也就無法生成較高濃度的臭氧或光化煙霧。

總結以上，過去發生嚴重空氣污染事件的氣象特徵，在於清晨到上午較高穩定度的垂直溫度成層，限制了地面污染的擴散，同時也限制了高空煙流向下對流與混合，因此反而不會造成嚴重的污染增量。

這意味了選擇過去的「污染事件」做為大型開發計畫的模擬條件，似不正確。這項方法學上的邏輯衝突曾經在模式中心內部提出討論，但因為「污染事件」的發生已備受各界的關切，不得不加以分析，因此在規範上仍然以現況「污染事件」是否因開發行為而劣化，做為研究的主軸。

(二)濱海大型污染源顯著增加光化煙霧污染濃度的必要條件

除了上述短期之污染事件模式模之外，經由執行「污染月」全月份的模式模擬，也可以歸納出大型污染源形成光化煙霧的必要條件。觀察臭氧發生的歷程與機制，簡化如下圖，說明如下：

濱海電廠造成光化煙霧顯著增量的必要因素分析示意圖

1.正確穩定的風向：

濱海地區設置電廠要對內陸造成顯著的直接影響，必須有穩定朝向陸地之風向。主要的理由為：

(1)穩定的風向將會最高的觸地濃度：

由於臭氧與光化煙霧為反應產物，因此原生性污染物的濃度若太低，其反應速率及產量將會更低。煙流對內陸的影響可能不是直接的，也可能四處繞行最後影響達到陸地，不過這種情況的濃度都不高，影響力非常有限。如圖中所示，全天的盛行風向若固定朝向內陸，將會有最大的影響。

(2)陸地上有足夠的VOCs污染源及濃度：

電廠煙流內沒有VOCs排放，全為氮氧化物，對臭氧是負面的貢獻(如圖中(3)～(4)一氧化氮與臭氧滴定反應)，必須要和陸地上的VOCs互相混合(通常是石化區、都會區或森林地之排放)，才能反應產生臭氧。

2.煙流觸地的時間至少要在早晨或以前(圖(2))：

這是最大不同之處，在事件日，夜間和晨間為混合較差的穩定狀況，煙流垂直向上，並不會和地面污染混合，要到午間或下午才觸地，混合和反應的時間不足，並不能反應出較高濃度的臭氧與光化煙霧。 但在一般日，夜間和晨間的穩定度不足，大氣穩定度維持在中性或略為不穩定的狀況，可以有較高的機會觸地，在地面上造成較高的濃度。

3.日間要有足夠的陽光(圖 (3))：

一般天的日照可能也非常充分，只是都會區的排放不足或擴散較佳、污染物不易累積。這些幅射線對光化反應非常有必要，否則觸地之後的電廠煙流只會造成臭氧的削減(NO滴定反應)，並不會造成臭氧的增加。

4.煙流持續供應：

初期煙流對臭氧的貢獻是負面的，但一氧化氮被氧化成為二氧化氮之後，隨即又被紫外線照射而分解，啟動了光化反應，即為一氧化氮煙陣旁較高濃度的臭氧增量區域。

六、 結語：空氣品質管理的挑戰

空氣品質管理的課題可以大致分為舊污染成因探討改善以及新污染源設置審核兩大方向，台灣地區各大都會區的空氣品質雖然都在改善當中，舊污染源似乎也在改善當中，然而似乎也走到瓶頸亟待突破，在此同時，新污染源的開發計畫方興未艾，這些都是形成挑戰的主要因素。

本文從冬日煙霧及夏日煙霧的異同開始討論，探討了不同空間尺度的污染現象以及管理上的重點，最後再由三度空間垂直擴散的觀點，釐清濱海地區大型污染源對既有光化煙霧的貢獻機制，這些因素及原則，在面臨相關決策時，將可以做為重要的參考及依據。

七、 參考文獻與延伸閱讀

行政院環保署網站，空氣品質管理https://air.epa.gov.tw/

[shannanmaisey]: http://lowcarbonlivingcrc.com.au/sites/all/files/invitedtalk_shannanmaisey.pdf “I nvited talk of Shannan Maisey, Low Carbon Living CRC”