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光化背景介紹

背景說明

我國隨著經濟發展,人口快速成長,大量污染物隨著工業發展而排入大氣中,其在都市中的濃度隨著工廠與車輛的急劇增加而日益嚴重。在過去的十年間國內空氣品質指標物中,改善幅度最大者為二氧化硫 (SO2),其濃度呈逐年下降趨勢,而懸浮微粒 (PM10)、一氧化碳 (CO) 及二氧化氮 (NO2) 濃度亦呈現改善趨勢,惟臭氧 (O3) 濃度卻有逐年升高的趨勢(如圖 1)。臭氧為高反應性氧化劑,許多研究顯示它對人體、材料、農作物有危害性,特別是對呼吸系統,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,包括農作物皆有不良影響。除此之外,它亦是溫室效應氣體之一,能助長氣候的變遷。

臭氧並非直接排放,而是由氮氧化物(NOx)與揮發性有機物(VOCs)經一連串光化反應而形成,不同的 VOCs 對臭氧生成的貢獻度有所不同,欲瞭解臭氧問題,要先從臭氧形成機制著手,在高臭氧形成地區收集臭氧前驅物濃度資料與臭氧形成的關係,是了解臭氧形成機制的有效方法。

【圖 1-97 年至 106 年全國臭氧月平均濃度(單位:ppb)】

光化測站網設立緣起

我國參考美國 1990 年國會通過的空氣清淨法增修條文 (Clean Air Act Amendments) ,美國環保署要求各州或地方在臭氧問題嚴重地區必須開始建立光化學評估監測站 (Photochemical Assessment Monitoring Stations; PAMS,以下簡稱光化站),全面監測臭氧、臭氧前驅物及部分含氧揮發性有機物,以瞭解高臭氧發生的原因。美國環保署也制定相關法規作為加強監測臭氧前驅物的實行基礎,各州也必須根據此法規之要求建立光化站,針對空氣中臭氧前驅物進行監測,並加強對氮氧化物和揮發性有機物排放源的了解,於是光化站的形成即是在此一法律下開始建構光化站。

光化站最主要的目的是提供準確、具代表性之臭氧前驅物長期資料,以建立臭氧與其前驅物濃度、氣象條件間之相互關係,找出臭氧的成因,俾供研擬臭氧控制策略之參考。

根據臭氧生成及傳輸特性,光化學監測網原則上分成四種類型,分別為上風與背景特徵站 (Type1) 、臭氧前驅物濃度最高站 (Type2) 、最高臭氧濃度站 (Type3) 與下風極遠站 (Type4) ,如 (圖 2) 所示,可分成四點來介紹:

  • 1上風與背景特徵站 (Type1):此站之目的在於提供評估區域的上風臭氧傳送資訊,包括上風臭氧及其前驅物的監測。這個站應設在上午盛行上風方向且背景臭氧前驅物濃度最高的適當地點。
  • 2臭氧前驅物濃度最高站 (Type2):這個站主要用來監測都會區內臭氧前驅物最大排放量與形態。這個站的位置應選在與選站Type 1的上午盛行風方向上,且緊鄰都會區主要排放源的邊界,以瞭解該區域內臭氧前驅物排放濃度。若該地區範圍太大時,應多設一個站在上午第二盛行風方向。
  • 3高臭氧濃度站 (Type3):此站主要在監測緊鄰於最高臭氧前驅物排放的下風處,經光化反應產生臭氧後剩餘之 VOCs 的量,約設於離都會區邊緣約 20 至 40 公里處。
  • 4下風極遠站 (Type 4):這個站在瞭解臭氧及其前驅物的長程傳送。這個站應設在下午盛行下風方向且接近下行風的邊緣。

臺灣地區地狹人稠,都會區、商業區及工業區咫尺相鄰,光化測站因地形、位置之設置可同時兼具兩種以上的功能(圖 3)。

【圖2-光化學監測網設置原則】
【圖3-多功能之光化測站】

監測目的

光化站監測臭氧前驅物的目的可分為下列幾點說明:

物種資料與 排放屬性關係密切 每種排放源各有其特殊的組成,如交通、工業或植物性排放,因此監測揮發性有機物 (VOCS) 的不同物種,有助於判斷各種排放源間對臭氧貢獻比例,也是進行臭氧 (O3) 控制的重要參考依據。
可提供直接的光化證據 臭氧是光化二次產物,反應物與生成物的關係,可經由監測揮發性有機物、氮氧化物 (NOx) 與臭氧的資料進行解析。
驗證模式模擬 在獲得直接光化證據以及模擬結果與實測驗證,可針對不同地區制定適當的控制策略,加上實測資料的輔助下失誤風險降低,這是量測數據的最終目的。
提供政策制定之基礎 在控制策略實施後可以利用實際觀測資料了解其成效,因此揮發性有機物與臭氧監測資料,對控制策略實施後的評估有很大的參考作用,也是抑制臭氧問題的必要方法。
毒性物質監測 監測揮發性有機物除了以上針對臭氧控制的目的以外,亦包含了幾項有毒物量測,如苯 (Benzene) 、甲苯 (Toluene) 等。揮發性有機物逐時監測資料,可提供很多微量物質在大氣空氣中的濃度資訊,以研析污染物種組成變化,可作為污染來源研判參考。