NSC94-EPA-Z-008-003 - è¡æ¿é¢ç°å¢ä¿è·ç½²

94 年度「環保署 / 國科會空污防制科研合作計畫」 

成果完整報告 

微粒空氣污染物研究與修訂空氣品質標準之可行性評估 

子計畫二 : 微粒超級測站微粒監測特性 

計畫類別 : 整合型計畫 

計畫編號 :NSC 94-EPA-Z-008-003- 

執行期間 : 94 年 1 月 1 日至 94 年 12 月 31 日 

總計畫主持人 : 詹長權 

國立台灣大學職業醫學與工業衛生研究所 

計畫主持人 : 李崇德國立中央大學環境工程研究所 

共同主持人 : 周崇光中央研究院環境變遷研究中心 

計畫參與人員 : 莊銘棟國立中央大學環境工程研究所 

王之群國立中央大學環境工程研究所 

沈士翔國立中央大學環境工程研究所 

陳邦瑋國立中央大學環境工程研究所 

陳美君國立中央大學環境工程研究所 

執行單位 : 國立中央大學環境工程研究所 

中央研究院環境變遷研究中心

中華民國 95 年 1 月 25 日 

2

摘要 

大氣微粒對於環境的衝擊以及人體健康影響重大 , 需要政府機構和研究單位投入大 

量的經費與人力進行研究。環保署新莊微粒超級測站於 2002 年 3 月運轉以來 , 對於微粒 

的物理化學特性提供了豐富的資料。本計畫彙整分析監測資料並搭配光達量測數據 , 以 

探討大氣混合層變化對空氣品質的影響程度 , 另外 , 從光達量測尚可獲得微粒高層分布 

剖面 , 釐清超級測站觀測資料受到跨境傳輸 ( 如大陸沙塵 ) 和本地污染影響的狀況 , 增進 

對測站觀測資料的解釋能力。 

本計畫分析至 2005 年 1~12 月的監測資料顯示 , 微粒高濃度事件多為大氣擴散不良以 

及夏天中午時候光化學反應所致 , 除中元節外 , 節慶日當日的微粒污染並不嚴重 , 但節 

慶日前幾日有高濃度出現。今年黃沙抵台 , 主要有兩波 , 其中一波發生在 3 月 18 日 , 此 

波沙塵先以細粒徑為主 , 粗粒徑隨後而至 , 可能是高壓前緣將大陸沿岸污染物推送至台 

灣後 , 再將沙塵輸送至台灣。另外一波發生在 11 月 29 日到 30 日 , 為本年度最嚴重的沙塵 

事件。其餘尚有三波沙塵在地面上並沒有觀測到高濃度粗微粒 , 光達的觀測也印證這種 

現象。光達對混合層高度的觀察顯示 , 春季的日落時間較早 , 導致混合層有時在 18:00 

以前就已經降低至 500 公尺以下 , 使傍晚的交通污染物不易擴散稀釋。6 月 10 日清晨的高 

PM 10 可能與夜間輻射冷卻導致混合層淺化的現象有關 , 在這個案例中混合層淺化造成污 

染物累積的現象發生在清晨 , 與前述春季成對比。氣膠模式針對無機鹽的初步成果可模 

擬出氣膠硫酸鹽的傳輸 , 但尚須進行改善 , 除鋒面抵達時間稍有誤差外 , 主要原因應與 

大陸地區排放量資料準確率有待提升有關。 

關鍵詞 : 大氣微粒、微粒超級測站、光達、亞洲沙塵 

I

Abstract 

Atmospheric aerosol plays an important role in environmental impact and human health 

effects. It deserves to allocate a great amount of funds and efforts from both government 

agencies and research institutions for aerosol study. The North Aerosol Supersite of Taiwan 

Environmental Protection Administration operated in March 2002 provides an abundance of 

monitoring data related to aerosol physical and chemical properties. This project compiled 

and analyzed monitoring data coupling with LIDAR measurements to investigate the 

variations of particulate air quality affected by atmospheric mixing height. Moreover, the 

LIDAR measurements can reveal aerosol vertical profile and distinguish transboundary 

transport (e.g., yellow dusts transported from Mainland China) from local pollution. The 

results will enhance the data interpretation from North Aerosol Supersite. 

The monitoring data of aerosol supersite from January to December in 2005 indicate that 

an aerosol event was mostly contributed from poor dispersion condition in spring and active 

photochemical reactions at noontime in summer. The high PAH levels at midsummer festival 

reveal the influence of traditional deceased-ancestor worshipping. It is noted that the 

frequency of yellow-dust arrival was fewer this year than previous time. There were two 

events noteworthy to mention. The earlier event occurred on March 18 with the abundance of 

fine particles in the leading air mass followed by coarse particles. It might be due to the 

arrival of industrial pollution pushed by high pressure front. The later event, which is also the 

biggest one, occurred from November 29 to 30. The remaining three events were not observed 

with high concentration of coarse particles from both ground and LIDAR observations. The 

LIDAR observations show the lowering of mixing height below 500 m before 6:00 p.m. due 

to earlier sunset in spring resulting in poor dispersion of vehicle exhausts. In contrast, high 

PM 10 was observed in the early morning of June 10 which was probably caused by lowering 

of mixing height during radiation cooling in the nighttime. The preliminary model simulation 

on aerosol inorganic salts shows the predicted transport path of aerosol sulfate but it needs an 

improvement. The deviation is considered to be mainly related to the accuracy of source 

inventory in Mainland China in addition to the movement of frontal system. 

Keywords: Atmospheric aerosol; Aerosol supersite; Lidar; Asian dust 

II

目錄 

第一章前言 …………………………………………….………………………1 

第二章研究目的 ……………………………………….………………………4 

第三章文獻探討 ……………………………………………………………….5 

3.1 懸浮微粒特性 …………………………………………………………………….…5 

3.1.1 懸浮微粒粒徑分布 ………………………………………………………….5 

3.1.2 懸浮微粒光學特性 ………………………………………………………….6 

3.1.3 懸浮微粒化學組成成分 …………………………………………………….7 

3.1.3.1 懸浮微粒硫酸鹽成分 ……………………………………………….7 

3.1.3.2 懸浮微粒硝酸鹽成分 ……………………………………………….8 

3.1.3.3 懸浮微粒碳成分 …………………………………………………….8 

3.1.3.4 懸浮微粒金屬元素 ………………………………………………….8 

3.2 大氣混合層光達量測 ……………………………………………………………….9 

3.3 台灣黃沙時期微粒特性 …………………………………………………………….9 

3.3.1 大陸沙塵暴的發生與影響 ………………………………………………….9 

3.3.2 大陸沙塵暴影響台灣時之微粒特性 ……………………………………….9 

3.4 微粒對人體健康影響之研究 ……………………………………………………...10 

3.5 氣膠長程傳輸 ……………………………………………………………………...10 

第四章執行方法 ……………………………………………………………...13 

4.1 監測地點與時間 …………………………………………………………………...13 

4.2 微粒特性的監測及採集方法 ……………………………………………………...14 

4.2.1 自動監測儀器 ……………………………………………………………...14 

4.2.1.1 微粒質量濃度監測儀 R&P 1400………...………………….……..15 

4.2.1.2 微粒碳成分監測儀 R&P 5400……………...……………………...15 

4.2.1.3 微粒硝酸鹽成分監測儀 R&P 8400 N…..…………………………16 

4.2.1.4 微粒硫酸鹽成分監測儀 R&P 8400 S……...………………………17 

4.2.1.5 微粒總多環芳香族碳氫化合物監測儀 PAS 2000…………….…..18 

4.2.1.6 微粒散光儀 TSI 3563 three-wavelength…………………………..19 

4.2.1.7 微粒吸光儀 Magee Scientific AE-30 Spectrum……………..……20 

4.2.1.8 微粒數目粒徑分布監測儀 PMS Model PCASP-X…………….....21 

4.2.1.9 次微米微粒粒徑分布監測儀 SMPS………………………...……..21 

4.2.1.10 氣象塔 …………………………………………………….…….…22 

III

4.2.1.11 光達系統特徵及觀測地點 ………………………………………..23 

4.3 分析方法 ………………………………………………………………………...…24 

4.3.1 數據處理 …………………………………………………………………...24 

4.3.2 事件日的篩選原則 ………………………………………………………...25 

4.3.3 光達量測分析 ……………………………………………………………...26 

4.3.3.1 大氣混合層高度的觀測 ………………...…………………………26 

4.3.3.2 光達偵測大氣中沙塵微粒的方法 ……………………………...…27 

4.3.4 模擬微粒無機鹽成分的變化 (CMAQ)…………………………………...27 

第五章年度主要工作內容及重要發現與成果 ……………………...………31 

5.1 平常日高濃度事件 ………………………………………………………………...31 

5.1.1 94 年 2 月 23 日高濃度事件 ………………………………………………...33 

5.1.2 94 年 3 月 8 日至 3 月 10 日高濃度事件 …………………………………….35 

5.1.3 94 年 3 月 5 日至 3 月 11 日光達觀測 …………………………………….....37 

5.1.4 94 年 4 月 8 日高濃度事件 ………………………………………………….38 

5.1.5 94 年 10 月 16 日高濃度事件 …….…………………………………………40 

5.1.6 94 年 11 月 9 日至 11 月 10 日高濃度事件 ………………………………......42 

5.1.6 94 年 11 月 25 日高濃度事件 …………………………………………….…44 

5.2 特殊日微粒特性 ……………………………………………………………………46 

5.2.1 民俗節慶日 ………………...………………………………………………46 

5.2.1.1 春節期間 (2 月 2 日至 2 月 17 日 )………………..………………....46 

5.2.1.2 清明節 (4 月 5 日 )……………………………………………..……49 

5.2.1.3 94 年 4 月 2 日至 4 月 10 日光達觀測 …………………………....….51 

5.2.1.4 中元節 (8 月 19 日 )…………………………………………..….….52 

5.2.1.5 中秋節 (9 月 18 日 )…………………………………………..….….53 

5.2.2 黃沙事件日 ……………………………………………………………...….54 

5.2.2.1 第一波沙塵影響台灣時期 (3 月 18 日至 3 月 19 日 )………...…….54 

5.2.2.2 第二波沙塵影響台灣時期 (3 月 24 日至 3 月 25 日 )………………57 

5.2.2.3 94 年 3 月 14 日至 3 月 25 日光達觀測 ……………………………...61 

5.2.2.4 第三波沙塵影響台灣時期 (4 月 15 日至 4 月 16 日 )………………63 

5.2.2.5 94 年 4 月 12 日至 4 月 25 日光達觀測 ……………………………...65 

5.2.2.6 第四波沙塵影響台灣時期 (11 月 29 日至 11 月 30 日 )……….……67 

5.2.2.7 第五波沙塵影響台灣時期 (12 月 22 日 )…………………………..69 

5.3 模擬微粒無機鹽成分的變化 ……………………………………………………...72 

5.3.1 先期研究 ………………………………………………………………...…72 

5.3.2 長程傳輸個案探討 ………………………………………………………...85 

5.3.3 無機鹽成分的變化模擬 ………………………………………………...…88 

IV

第六章主要建議意見及未來或後續執行建議 ……………………………...91 

致謝 …………………………………………………………………………….95 

參考文獻 ………………………………………………….……………………97 

計畫成果自評 ………………………………………….…………………..…103 

附錄一可供推廣之研發成果資料表 ………………………………..…… .105 

V

圖目錄 

圖 3.1 理想大氣微粒的粒徑分布 ............................................................................................ 6 

圖 4.1 台北縣新莊運動位置 …………………………….………………………………… .13 

圖 4.2 微粒超級測站監測地點與週遭環境 .......................................................................... 14 

圖 4.3 微粒質量濃度監測儀 R&P 1400 ............................................................................... 15 

圖 4.4 微粒碳成分監測儀 R&P 5400 ................................................................................... 16 

圖 4.5 微粒硝酸鹽成分監測儀 R&P 8400 N ....................................................................... 17 

圖 4.6 微粒硫酸鹽成分監測儀 R&P 8400 S ........................................................................ 18 

圖 4.7 微粒總多環芳香族碳氫化合物監測儀 PAS 2000..................................................... 19 

圖 4.8 微粒散光儀 .................................................................................................................. 20 

圖 4.9 微粒吸光儀 AE-30...................................................................................................... 21 

圖 4.10 微粒數目粒徑分布監測儀 PMS .............................................................................. 21 

圖 4.11 (a) DMA (b) CPC……………………………………………………………………22 

圖 4.12 臺灣主要受影響區域 ................................................................................................ 25 

圖 4.13 2005 年 3 月 16 日微粒背向散射係數的時間及高度分布 ...................................... 26 

圖 4.14 (a) 2005 年 3 月 16 日 9:00 及 13:30 微粒背向散射係數的高度分布 ................... 27 

圖 4.15 CMAQ 模式架構 ....................................................................................................... 28 

圖 4.16 MM5 模式架構 .......................................................................................................... 29 

圖 5.1 3 月 6 日早上 8:00 至 3 月 11 日早上 8:00 大氣混合層高度與 PM 10 濃度的逐時變 

化 ……………………………………………………………………………………………...37 

圖 5.2 光達觀測 10 月 14 日至 20 日混合層高度 ................................................................ 41 

圖 5.3 (a) 春節期間微粒濃度值 (b) 春節期間 PM 2.5 硝酸鹽硫酸鹽濃度 (c) 春節期間風速 

風向 .......................................................................................................................................... 47 

圖 5.4 (a) 清明節前後微粒濃度 (b) 清明節前後風速風向 (c) 清明節前後 PM 2.5 硫酸鹽濃 

度 .............................................................................................................................................. 49 

圖 5.5 4 月 2 日早上 0:00 至 4 月 11 日早上 0:00 大氣混合層高度與 PM 10 濃度的逐時變 

化 ……………………………………………………………………………………………...51 

圖 5.6 4 月 3 日 0:00 至 4 月 4 日 0:00 微粒背向散射係數 (532 nm) 的時間變化及高度分 

布 ……………………………………………………………………………………………...51 

圖 5.7 (a) 中元節前後微粒濃度圖 (b) 中元節前後 PM 2.5 硫酸鹽濃度 (c) 中元節前後風速 

風向 .......................................................................................................................................... 52 

圖 5.8 9 月 17 日至 9 月 19 日期間 PM 10 濃度與 (a) 混合層高度及 (b) 地面風速逐時變化 

趨勢之比較 .............................................................................................................................. 53 

圖 5.9 (a) 第一波沙塵期間微粒質量濃度 (b) 第一波沙塵期間風速風向 (c) 第一波沙塵期 

間 PM 2.5 硝酸鹽硫酸鹽濃度 ................................................................................................... 56 

圖 5.10 (a) 第二波沙塵期間微粒質量濃度 (b) 第二波沙塵期間風速風向 (c) 第二波沙塵 

VI

期間 PM 2.5 硝酸鹽硫酸鹽濃度 ............................................................................................... 59 

圖 5.11 3 月 25 日氣膠對 532 nm 雷射光束消偏振率的時間及高度分佈 ......................... 60 

圖 5.12 3 月 15 日早上 0:00 至 3 月 26 日早上 0:00 大氣混合層高度與 PM 10 濃度的逐時 

變化 …………………………………………………………………………………………...61 

圖 5.13 3 月 18 日 0:00 至 3 月 20 日 0:00 微粒對 532 nm 雷射光束消偏振率的時間變化 

及高度分布 …………………………………………………………………………………...62 

圖 5.14 (a) 第三波沙塵期間微粒質量濃度 (b) 第三波沙塵期間風速風向 (c) 第三波沙塵 

期間 PM 2.5 硝酸鹽硫酸鹽濃度 ............................................................................................... 64 

圖 5.15 4 月 13 日早上 8:00 至 4 月 23 日早上 8:00 大氣混合層高度與 PM 10 濃度的逐 

時 ……………………………………………………………………………………………...65 

圖 5.16 4 月 15 日早上 0:00 至 4 月 16 日早上 8:00 大氣微粒消偏振率的時間及高度分 

布 ……………………………………………………………………………………………...66 

圖 5.17 (a) 第四波沙塵期間微粒質量濃度 (b) 第四波沙塵期間風速風向 (c) 第四波沙塵 

期間 PM 2.5 硝酸鹽硫酸鹽濃度 ............................................................................................... 68 

圖 5.18 (a) 第五波沙塵期間微粒質量濃度 (b) 第五波沙塵期間風速風向 (c) 第五波沙塵 

期間 PM 2.5 硝酸鹽硫酸鹽濃度 ............................................................................................... 70 

圖 5.19 94 年 12 月 21 日至 27 日光達觀測大氣微粒消偏振率的時間及高度分布 .......... 71 

圖 5.20 光達觀測 12 月 21 日至 27 日混合層高度 .............................................................. 71 

圖 5.21 2005 年 1 月 4 日事件日的微粒濃度、風向風速、及溫濕度 ................................ 73 

圖 5.22 2005 年 2 月 1 日事件日的微粒濃度、風向風速、及溫濕度 ................................ 74 

圖 5.23 2005 年 3 月 11 日事件日的微粒濃度、風向風速、及溫濕度 .............................. 75 






圖 5.29 長程傳輸事件日的東亞地面天氣圖 ........................................................................ 81 

圖 5.30 長程傳輸事件日的東亞地面天氣圖 ( 續 ) ................................................................. 82 

圖 5.31 長程傳輸事件日超級測站 72 小時反軌跡圖 .......................................................... 83 

圖 5.32 長程傳輸事件日超級測站 72 小時反軌跡圖 ( 續 ) ................................................... 84 

圖 5.33 2005 年 3 月 15 日至 3 月 19 日的微粒濃度、風向風速、及溫濕度 .................... 86 

圖 5.34 模擬個案期間東亞地面天氣圖 ................................................................................ 87 

圖 5.35 模擬個案期間超級測站 PM 2.5 濃度觀測值與模擬值的時間序列變化 ................. 89 

圖 5.36 2005 年 3 月 16 日至 3 月 18 日 sulfate 模擬濃度分佈圖 ..................................... 90 

圖 5.37 2005 年 3 月 16 日至 3 月 19 日風場向量圖 ........................................................... 90 

VII

表目錄 

表 5.1 新莊地區月平均溫度、相對濕度、壓力和風速 ...................................................... 31 

表 5.2 94 年 2 月 23 日高濃度事件監測資料彙整 ................................................................ 34 

表 5.3 94 年 3 月 8 日至 10 日高濃度事件監測資料彙整 .................................................... 36 

表 5.4 94 年 4 月 8 日高濃度事件監測資料彙整 .................................................................. 39 

表 5.5 94 年 10 月 16 日高濃度事件監測資料彙整 .............................................................. 41 

表 5.6 94 年 11 月 9 日至 10 日高濃度事件監測資料彙整 .................................................. 43 

表 5.7 94 年 11 月 25 日高濃度事件監測資料彙整 .............................................................. 45 

表 5.8 春節期間監測資料彙整 .............................................................................................. 48 

表 5.9 清明節期間監測資料彙整 .......................................................................................... 50 

表 5.10 第一波沙塵北部各測站監測相關數值 .................................................................... 55 

表 5.11 第二波沙塵北部各測站監測相關數值 .................................................................... 58 

表 5.12 判定第三波沙塵各測站相關數值 ............................................................................ 63 

表 5.13 判定第四波沙塵各測站相關數值 ............................................................................ 67 

表 5.14 判定第五波沙塵各測站相關數值 ............................................................................ 69 

VIII

第一章前言 

維持一個永續經營的健康環境是人類的期望也是責任 , 大氣微粒 ( 以下簡稱微粒 ) 對 

於環境的衝擊以及人體健康影響重大 , 在政府及學術界已經引起普遍地重視 , 相關的政 

府機構和研究單位也陸續投入大量的經費與人力進行研究。微粒對環境影響層面包括大 

氣能見度的降低、酸性和毒性物質的沈降、以及對太陽輻射作用力的影響導致對氣象、 

氣候的改變等。對人體健康的影響更是大家所重視的 , 從許多流行病學的調查結果看 

出 , 每天致死率的增加跟微粒的暴露有關 , 尤其是 PM 2.5 ( 截斷粒徑小於或等於 2.5μm) 以 

下的微粒對人體健康的影響最大 , 微粒進入人體引起的健康效應包括肺部的發炎反應、 

心血管的病變、氣喘病人症狀加劇等。 

美國環保署於 1999 年提出的「Air quality criteria for particulate matter」報告中明確 

提出微粒量測目的 , 並檢視目前所遭遇的問題 (US EPA, 1999), 其中微粒量測目的如下 

所述 : 

(1). 符合空氣品質標準 : 

在不同大氣環境以及空氣品質的條件下 , 必須具有各種潛在指標的相互比較性 , 因 

此 , 微粒的標準是建立在每 24 小時一次的量測 , 並且每 6 天進行一次 , 以推估整年的平 

均濃度。 

(2). 空氣品質標準的執行 : 

為了降低污染以符合空氣品質標準 , 各地環保權責單位必須量測並確認污染源的種 

類 , 發展合適的空氣品質模式。所以 , 不但微粒質量必須量測 , 其他如化學組成和粒徑 

分布也需要量測。 

(3). 健康效應的評估 : 

對於急性流行病的研究 , 微粒特性短時間如 1 小時或連續量測 , 以及 24 小時量測都 

是必須的 ; 對於慢性流行病的研究 , 每週或每月量測一次就顯得比較經濟。對於劑量研 

究和模式模擬 , 微粒粒徑分布和微粒在不同溫度、濕度環境下的性質資訊 , 對人體呼吸 

系統的研究扮演相當重要的角色。 

(4). 生態效應的評估 : 

探討微粒化學成分在雲、霧、露水形成的研究以及微粒對於土壤表面或物質損害的 

瞭解 , 以及酸性與毒性物質乾沈降或濕沈降對地表水、土壤和植物的影響。 

(5). 輻射效應的評估 : 

微粒會經由散射或吸收太陽輻射而降低能見度 , 另外 , 對於氣候也會經由散射可見 

光與紫外光回外太空 , 而有所謂的直接效應 , 非直接效應則為透過改變微粒反照率和雲 

的穩定度而影響雲凝結核的形成 , 要瞭解這些效應 , 就必須具有微粒折射率 ( 包括散射 

對吸收的比例 )、粒徑分布、和微粒粒徑隨濕度改變的資訊。 

微粒的環境及健康效應顯示 , 對於環境微粒特性的連續監測是必須的。過去對於微 

粒特性的解析多採用人工採樣 , 然後進行實驗室分析 , 僅能提供較粗略的時間與空間解 

析度 , 且對於採樣誤差不容易量化 , 因此提供精確且能避免採樣運送及儲存誤差的即時 

1

(Real-Time) 自動連續量測是刻不容緩的。 

大氣微粒絕大部分是分布在大氣邊界層 (atmospheric boundary layer), 這是大氣層中 

最接近地表的部份 , 地表排放的空氣污染物可在這層大氣中隨著大氣的對流作用而與空 

氣相互混合 , 因此一般稱這層大氣為「混合層」(mixing layer)。混合層頂與地表間的距 

離通常稱為混合層高度 , 代表了空氣污染物可在大氣層內垂直擴散的空間 , 當混合層受 

到氣象因素而淺化時 , 空氣污染物可擴散空間也隨之受到限制 , 因而可能導致空氣品質 

惡化。 

為了瞭解大氣混合層變化對空氣品質的影響程度 , 本研究對大氣結構進行全日連續 

觀測 , 並與新莊超級測站的微粒特徵資料進行比對分析。在目前用於大氣剖面結構分析 

的方法中 , 無線電探空 (Radiosonde) 是應用最廣泛的 , 但是受限於儀器的特性及探空器 

材的費用 , 氣象單位通常僅配合 WMO 進行每日兩次的探空作業。光達 (LIDAR) 是目前 

可用於大氣結構分析方法中時間及空間解析度最佳的方法之一 (Seibert et al., 2000), 光達 

觀測的基本假設為大氣微粒可隨著混合層中的大氣對流運動而均勻混合 , 亦即利用大氣 

微粒做為追蹤劑 , 藉由探測大氣微粒的高度分布而顯現大氣層的剖面結構。 

除了邊界層高度的觀測之外 , 大氣微粒的長程傳輸現象為本計畫進行光達觀測實驗 

的另一重要目的。台灣地區在冬、春兩季位於東亞冬季季風的影響範圍 , 源自亞洲大陸 

的空氣污染物可伴隨季風傳送至鄰近地區並對空氣品質造成影響 (Bey et al., 2001; Dibb 

et al., 2003), 由於此一長程傳輸所帶來的微粒必然有相當的高度分布 , 與源自本地地面 

的污染現象有顯著的區別 , 因此從光達量測獲得的微粒高度分布剖面 , 可以評估長程傳 

輸微粒接觸地面的時間 , 因而得以釐清超級測站觀測資料受到非本地污染現象的影響時 

間 , 增進對測站觀測資料的解釋能力。 

有鑑於微粒對於環境的影響及其健康效應 , 我國環保署於民國八十八年七月開始 , 

執行「微粒空氣污染健康風險評估計畫」( 詹等 , 2000, 2001, 2002), 著手規劃與建置台 

灣第一座「微粒超級測站」( 以下簡稱超級測站 )。超級測站是一種結合周邊測站的功能 

而在中心測站進行密集或先進技術的整合型 (integrated) 量測方式 , 因此 , 它不只是一個 

研究級的單獨測站 , 還有周邊環保署一般監測站的配合。超級測站可提供一般測站在化 

學成份、時間和粒徑解析上無法獲得的微粒資料。 

過去十年間 , 台灣環保署在限制油品含硫量的政策推行頗為成功 , 因此硫排放量或 

SO 2 濃度逐年降低。然而在超級測站的觀測中發現 , 大氣中微粒硫酸鹽濃度卻並未隨油 

品含硫量減少的比例而降低 , 這使我們不得不懷疑環保署執行的油品含硫量限制的防制 

策略是否有達到預期成效 , 抑或有外界長程輸送貢獻台灣地區微粒硫酸鹽濃度 / 沉降濃 

度。 

此外 , 根據詹等 (2000, 2002) 分析台灣地區民眾在沙塵影響期間的看病次數統計 , 當 

沙塵影響高峰期後 3 到 4 天 , 民眾看病比率增加。過去一般將原因歸咎於沙塵微粒 , 但沙 

塵微粒粒徑多屬於粗粒徑 , 其進入呼吸道的機率應較細微粒為小 , 換言之 , 引起民眾呼 

2

吸不適的原因應來自細微粒的可能性較大。從超級測站的觀測數據中 , 我們發現當鋒面 

自中國向東或東南移動並通過台灣時 , 沙塵先以細粒徑為主 , 粗粒徑隨後而至 , 可能是 

高壓前緣將大陸沿岸污染物推送至台灣後 , 尤其是硫酸鹽 , 再將沙塵輸送至台灣。我們 

推論這乃是大陸沿岸都市所排放的污染物經長程傳輸所導致。因此本年度有關超級測站 

無機鹽變化模擬的課題為大陸沿岸都市污染物長程傳輸至台灣地區。 

超級測站現有連續自動儀器 , 可進行大氣微粒 PM 2.5 與 PM 10 質量濃度、粒徑分布 ( 量 

測粒徑範圍 :0.012~0.6μm 以及 0.1~10μm)、PM 2.5 碳成分、PM 2.5 硫酸鹽、PM 2.5 硝酸鹽、 

散光係數、黑碳濃度 ( 吸光係數 )、微粒中總多環芳香烴的量測 , 以及氣象因子如大氣溫 

度、濕度、風速、風向與壓力等 , 本計畫還利用中研院的光達 (Lidar) 量測大氣混合層高 

度。超級測站的建置完成並持續運轉 , 使得環保署針對 PM 2.5 可建立更精細的空間、時 

間解析度數據以增進國人對 PM 2.5 物理、化學與光學特性的瞭解 , 並可評估其健康效應 

與對環境的影響。 

3

第二章研究目的 

藉由微粒超級測站所量測到的監測數據 , 分別就黃沙時期、節慶日與微粒高濃度事 

件的微粒特性差異變化及其影響因子重要性進行探討 , 本研究的主要目的如下 : 

(1) 彙整黃沙時期及節慶日微粒監測特性變化。 

(2) 解析微粒高濃度事件的各種影響因子。 

(3) 利用光達 (Lidar) 量測的微粒垂直剖面變化。 

(4) 利用光達 (Lidar) 量測的微粒混合層高度計算微粒對太陽的輻射作用力。 

(5) 模擬微粒無機鹽成分的變化。 

(6) 提供微粒監測特性進行微粒健康風險評估以探討修訂現行微粒空氣品質標準的可行 

性。 

4

第三章文獻探討 

3.1 懸浮微粒特性 

微粒是指在氣體介質中存在的粒狀污染物 , 這些粒狀物是以固體或液體的型態存在 

於空氣中 , 依照微粒產生機制的不同 , 可分為一次 (primary) 與二次 (secondary) 微粒兩種 , 

一次微粒的粒徑分布範圍較廣 , 主要來源為機動車輛排放、海水飛沫、火山灰、街道揚 

塵或是工廠所排放的飛灰、煙塵等。大部分都市的一次微粒常在上下班時間累積 , 當地 

表溫度增加與垂直混合發生時隨之下降 (Watson et al., 2002), 二次微粒是由大氣中的化 

學反應所生成。根據在西歐海邊所做的研究顯示 ,PM 2.5-10 的濃度主要受自然來源影響 , 

有 47% 為海洋和 20% 為塵土微粒貢獻 ,PM 2.5 雖然也受自然來源影響 , 如海水飛沫和沙塵 

(25%), 但主要是來自於人為污染源影響 , 有 25% 來自光化學反應的二次微粒和 22% 來自 

汽機車排放 (Almeida et al., 2005)。 

微粒化學成分通常包含無機水溶性離子、金屬化合物、元素碳、有機化合物、以及 

地殼元素的化合物等 , 部份氣膠具有吸濕性質並包含與微粒結合的水份 , 而氣膠中的有 

機成分通常非常複雜 , 包含數百種有機化合物 (Seinfeld et al., 1998)。 

3.1.1 懸浮微粒粒徑分布 

微粒粒徑分布的模態 (mode) 可分成兩種 (US EPA, 1999) 如圖 3.1 所示 : 

(1) 細粒形態 (Fine Mode), 通常粒徑介於 1μm 以下的微粒 , 包含累積態與成核態 , 由氣體 

反應或燃燒排放所形成。 

(2) 粗粒形態 (Coarse Mode), 通常粒徑介於 1μm 以上的微粒 , 由物理作用如海水水珠蒸 

發或是粗粒徑切磨所產生。 

在細粒形態的微粒還可細分成累積態和成核態 : 

(1) 成核態 (Nuclei Mode), 這個粒徑範圍微粒通常指粒徑小於 0.1μm, 也有稱為超細微粒 

(ultrafine particles), 是經由光化學氣體反應成核作用所剛形成的新微粒 , 或是由燃燒引 

擎直接排放的奈米微粒聚合體。 

(2) 累積態 (Accumulation Mode), 這是經由成核態水珠微粒的碰撞或是凝結 ( 低平衡蒸汽 

壓的氣體分子凝結於微粒上 ) 作用 , 形成的微粒 , 粒徑介於 0.1μm 和 1μm 之間。 

微粒的粒徑分布各季稍有不同 , 秋、夏兩季呈現三尖峰型態 , 春季則多為雙峰型的 

分布。在微粒化學物種粒徑分布方面 , 元素碳 (EC) 主要分布於粒徑小於 1.8μm 的細微粒 

中 , 而有機碳 (OC) 則廣泛的分布於各粒徑範圍內。另一方面 , 微粒粒徑分布也會影響大 

氣的消光係數 , 在日本千葉市發現消光係數範圍從 4-12 m 2 g -1 , 而影響消光係數大小則 

5

與粗細微粒粒徑分布有關 (Lagrosas et al., 2005)。 

在 Fresno Supersite 利用 SMPS 和 LAS 測到冬季平均粒徑大小分布。其分布幾乎成對數 

常態分布。微粒的小時平均數量範圍在 2700-89000 cm -3 之間 , 濃度值為 22000 cm -3 , 其 

mean diameter (MD) 範圍在 0.021-0.109μm 之間 , 而整體 MD 為 0.066μm (Watson et al., 

2002)。 

圖 3.1 理想大氣微粒的粒徑分布 ( 資料來源 :US EPA) 

3.1.2 懸浮微粒光學特性 

大氣中微粒的化學成分和粒徑分布會影響光傳輸 (Malm et al., 2000; Ten Brink et al., 

1997), 在化學成份方面 , 微粒中的半揮發性有機化合物 (SVOC) 認為會影響散光係數 , 

進而造成能見度的下降 (Eatough et al., 1996); 在微粒粒徑分布方面 ,90% 的消光是由細 

粒徑的微粒所造成的 , 只有 10% 是由粗粒徑所貢獻 (White et al., 1990; Ten Brink et al, 1997; 

6

Molnar et al., 2001)。另一方面 , 微粒的凝結水也會影響大氣輻射傳輸 , 當微粒吸濕或者 

揮發水份時 , 微粒的大小和密度也會跟著改變 , 進而影響微粒的光學性質 ( 折射係數、 

散射橫斷面和散光係數 )(Day et al., 2000), 造成對環境的影響。 

對於環境衝擊而言 , 在區域能見度及大氣輻射的議題上尤其受到重視 , 前者因台灣 

地區旅遊業相當興盛而顯得相當重要 ; 後者則更因為微粒藉著對太陽光的散射及吸收 , 

而改變地球接收太陽輻射的情況 , 造成全球氣候變遷。 

Malm et al.(2005) 指出大氣散光和吸光特性與微粒在大氣相對濕度 (RH) 環境底下所 

吸收的水分有很大的關係 , 當有機碳質量 (OMC/(NH 4 ) 2 SO 4 ) 比率從 0.57 增加至 11.15 時 , 

某一相對溼度底下的散光係數 (b scat (RH)) 除以最低相對溼度底下的散光係數 (b scat (RH min )) 

會從大約 2.0 下降至小於 1.2。 

Fialho et al.(2005) 於亞速爾群島 (Azores) 觀測微粒吸光係數 , 吸光係數在此地區主要 

受 BC 和沙塵影響 , 於觀測期間發現在後段 , 吸光係數和 CO 並無關係存在 , 可能原因為 

影響吸光係數並非燃燒來源 , 主要是受到非洲沙塵影響所致 , 因此使用文獻資料 ,BC 

的吸光係數指數為 -1.0±0.1, 而殺塵的吸光係數指數為 -2.9±0.2, 並利用此兩數值追朔 BC 

和 CO 的吸光係數 , 預期的 BC 吸光係數和 CO 有關係存在 , 因此可將沙塵貢獻的吸光係數 

計算出來。 

3.1.3 懸浮微粒化學組成成分 

一般大氣微粒中包含無機離子、金屬化合物、元素碳、有機化合物、以及地殼元素 

的化合物。在北京 PM 2.5 微粒質量中 , 平均含有 69% 的碳成分和主要離子成分 ( 硫酸鹽、 

硝酸鹽和銨 )(Zheng et al., 2005)。 

3.1.3.1 懸浮微粒硫酸鹽成分 

在硫酸鹽方面 , 除了 H 2 SO 4(g) 會和海鹽產生氯損失反應後生成硫酸鹽之外 , 另外也 

會和塵土微粒中的 CaCO 3 產生反應而生成粗微粒的硫酸鹽 (Zhung et al., 1999)。 

H 2 SO 4 +2NaCl (sea salt) →Na 2 SO 4(sea salt) +HCl 

許多學者的研究顯示空氣中的硫酸氣會和塵土微粒產生反應而生成非海鹽硫酸鹽 

(Pakkanen et al., 1996); 人類活動所形成的非海鹽硫酸鹽氣膠會和太陽及陸地的輻射產生 

相互作用而影響氣候 , 而且會經由成核的程序改變雲霧顆粒的粒徑分佈而間接影響氣候 

型態。 

Xie et al.(2005) 於 2000 年 4 月沙塵影響期間選定北京三個地點進行採樣 , 比較沙塵前 

後和沙塵期間及霾害影響時的濃度變化。沙塵期間大氣中的氣膠不但包含粗粒徑的微 

粒 , 同時也包含細粒徑的微粒。沙塵時 PM 2.5 的平均濃度約為霾害期間的 4 倍左右。而在 

PM 2.5 的組成分析上 , 地殼元素為 PM 2.5 的主要成分 , 其次為有機物 ; 霾害期間 PM 2.5 的主要 

成分為硫酸鹽、硝酸鹽和有機物。 

7

3.1.3.2 懸浮微粒硝酸鹽成分 

在硝酸鹽方面 , 硝酸除了和海鹽產生反應而造成氯損失外 , 還會跟塵土 (CaCO 3 ) 反 

應生成粗微粒的硫酸鹽和硝酸鹽 (Zhung et al., 1999)。 

HNO 3 +NaCl (sea salt) →NaNO 3(sea salt) +HCl 2 HNO 3 +CaCO 3 →Ca(NO 3 ) 2 +H 2 O+CO 2 

在 San Joaquin Valley (SJV) 會因為不同地區而有不同的氮轉硝酸鹽比率 , 這個比率可 

以從 0% 到達 70%, 較靠近 NO 排放源的地區轉換率較低。在 SJV 地區最大的硝酸鹽汙染源 

為柴油引擎和汽油催化裝置 , 這兩個來源貢獻了 SJV 一半的硝酸鹽。利用擾動學發現 , 

不論在都市或者郊區 , 減少硝酸銨最有效的方法是控制硝酸鹽 , 而非控制 VOC(Kleeman 

et al., 2005)。 

3.1.3.3 懸浮微粒碳成分 

碳成分主要來自燃燒程序所產生 , 而在交通污染源中 , 汽機車所排放出的廢氣及含 

有大量的碳成分 , 通常含碳化合物可以分為總碳化合物 (Total Carbon, TC)、有機碳化合 

物 (Organic Carbon, OC) 和元素碳化合物 (Elemental Carbon, EC)。 

碳元素微粒是都市及工業都會區的細粒徑微粒主要化學成分 , 碳元素微粒從許多污 

染源所排放 , 包含汽機車、燃料燃燒及工業程序。在高度污染的大氣中 , 含碳類的微粒 

物質佔細粒徑微粒質量濃度的 20-50% (Gray et al., 1986; Chow et al., 1993; Rogge et al., 

1993)。 

氣膠成份有時會隨著季節而有所變異 , 在印度第五大城市 Hyderabad 的研究顯示 , 

BC 濃度會隨季節而變化 , 並在印度乾季發生最高值 , 雨季發生最低值。平均來說 BC 約 

佔總氣膠質量濃度的 15% (Latha et al., 2005)。 

Zheng et al.(2005) 於 2000 年北京毎一季節選擇一個月進行 6 天人工採樣 , 在 1 月份 OC 

佔 PM 2.5 (57%) 最高 , 而最低則是在 4 月 (21%), 可以發現碳成分在北京地區有明顯的季 

節性變化。碳成分是 PM 2.5 中主要的物種 , 冬天 OC 佔 PM 2.5 的 57%。PM 2.5 中 OC 成分主要 

來源為汽機車排放廢氣、生質氣膠、燃料燃燒、沙塵、植物和香煙。冬天 1 月和 10 月 , 

燃燒燃料和生質氣膠為 PM 2.5 中 OC 的主要來源 , 分別佔 30% 和 50%。 

3.1.3.4 懸浮微粒金屬元素 

研究指出地殼及地表砂石中含有大量的 Fe 及 Mg 元素 , 並且發現大氣中人為排放的 

Pb 及 Zn 量遠超過自然界的排放 (Wedepohl, 1987)。 

在瑞士相關研究發現 , 在接近道路的測站有明顯較高的 Ba、Ca、Ce、Cu、Fe、La、 

Mo、Mn、Pb、Sb & Rh, 因此推測交通排放為這些物種的來源 (Hueglin et al., 2005)。 

8

3.2 大氣混合層光達量測 

大氣混合層是指對流層最底部受到地表熱力作用而進行縱向對流運動的氣層 , 此一 

垂直對流層的作用使得地表排放的空氣污染物得以在混合層中擴散並被稀釋 , 在理想條 

件下這些物質最終會與空氣達到均勻混合的狀態。混合層的高度事影響污染物濃度將因 

擴散空間不足而增加 , 空氣品質也因此而惡化。因此 , 若是以混合層高度作為大氣對污 

染物擴散攜式潛勢的指標 , 這個指標在實質上正是排放總量管制與空氣品質管理之間最 

重要的接合點。 

隨著雷射技術日趨成熟 , 應用光達探測大氣結購的研究也逐漸普及 , 早期的光達多 

半應用在對流層頂或是平流層的研究上 , 近年在逐步克服訊號處理的問題之後已經能夠 

應用在混合層 , 甚至更接近地表的逆溫層的研究上 (Boers, et al., 1986; Piironen et al., 

1995)。 

3.3 台灣黃沙時期微粒特性 

沙塵暴是指強風將地面沙塵捲起 , 使空氣中漂浮大量的微粒 , 並會使得地面能見度 

低於 1 km。近年來由於中國大陸土地沙漠化 , 使得大陸沙塵暴的發生機率大增。 

在北京地區 ,PM 2.5 主要來源為沙塵 (20%)、二次硫酸鹽 (17%)、二次硝酸鹽 (10%)、 

煤炭燃燒 (7%)、燃料及汽油排放 (7%)、二次銨 (6%)、生質微粒 (6%)、香菸 (1%) 和因植物 

生長產生之岩石碎屑 (1%)(Zheng et al., 2005)。 

3.3.1 大陸沙塵暴的發生與影響 

沙塵暴發生的條件為地表土質鬆軟、乾燥、無植被或草木生長 , 加上無積雪覆蓋 , 

配合強烈的地面風、垂直不穩定的氣流及無降雨或降水等氣象條件。 

沙塵暴發生後 , 顆粒較大的粒子隨即沉降至源地或鄰近地區 , 顆粒較小的粒子則可 

以向上傳送到 1000-3000 m 的高空 , 再藉由冷氣團的氣流將微粒傳送至東邊的韓國、日 

本 , 甚至到達更遠的美國西岸 , 或者傳送至東南邊的台灣等地區 (Chung et al, 1996)。 

3.3.2 大陸沙塵暴影響台灣時之微粒特性 

大陸沙塵暴影響台灣時 , 微粒質量濃度明顯上升 , 尤其是粗微粒部份 , 另外也會降 

低能見度。沙塵微粒成分主要為地殼元素 , 如 :Si、Ca、Al、Fe、S、Na、Cl 和 Mg。 

加上沙塵傳輸過程中如果經過大陸沿岸工業區 , 則微粒便會吸收 SO 2 , 增加了微粒內 S 

的含量。許多學者的研究指出空氣中的硫酸氣會和塵土微粒產生反應而生成非海鹽硫酸 

9

鹽。當微粒吸收 SO 2 後經過海洋時 , 會再與海鹽產生氯離子損失生成硫酸鹽使得 nss-SO 4 

2- 

(non-sea-salt sulfate) 濃度上升。這些化學反應式如下 : 

SO 2 +H 2 OH 2 SO 3 

H 2 SO 3 +2NaClNa 2 SO 3 +2HCl 

Na 2 SO 3 +1/2 O 2 Na 2 SO 4 

在發生沙塵暴期間 , 硫酸鹽和硝酸鹽微粒的質量濃度有很明顯的增加現象 ; 並且二 

次微粒的濃度也有增高的趨勢 , 其原因應該是因為沙塵暴微粒的表面可以提供 SO 2 和 

NOx 在長程傳輸時沉降和反應位置。 

Zhung et al. (1999) 指出 H 2 SO 4 會與塵土微粒中的 CaCO 3 產生粗微粒的硫酸鹽和硝酸 

鹽。其化學反應式如下 : 

H 2 SO 4 +CaCO 3 CaSO 4 +H 2 O+CO 2 

HNO 3 +CaCO 3 Ca(NO 3 ) 2 +H 2 O+CO 2 

3.4 微粒對人體健康影響之研究 

微粒對人體健康的影響 (Harrison et al., 2000; Kennedy et al., 2002), 可以從許多流行 

病學的調查結果看出 , 尤其是微粒氣動直徑小於 2.5μm 與人體健康有相當大的關連性 

(Wilson et al., 1996)。長期暴露在 PM 2.5 環境下會造成心肺疾病、肺癌以及增加死亡率 

(Pope et al., 1995, 2002; Dockery et al., 1993)。 

另外 , 人體呼吸道內為一高溼的環境 , 微粒受到濕特性的影響在進入呼吸道後因潮 

解反應而造成微粒的成長 , 其成長可改變氣膠在人體呼吸系統中的沉積行為 , 尤其是次 

微米以下的氣膠經常由於吸溼作用導致粒徑增大 , 進而改變氣膠在肺部中沈積的位置。 

因此 , 在評估氣膠對於人體健康危害效應時 , 氣膠含水特性亦是一個不可忽略的因子 

(Broday et al., 2001; Schroeter et al., 2001)。 

3.5 氣膠長程傳輸 

近十年餘來 , 中國經濟蓬勃發展 , 沿海省分不斷興建工業區 , 都市車輛數亦不斷上 

升 , 使得空氣污染物排放量日漸上升 , 不但造成該國境內空氣污染嚴重 (Chan et al., 

2005), 對鄰近國家亦造成影響頗深。 

Kitada et al. (1992) 的研究顯示在冬天日本有 30%-40% 的酸沉降來自中國大陸 , 

Ichikawa and Fujita (1995) 的研究亦顯示中國大陸對是日本人為硫酸鹽沉降量的貢獻量 

達 50%。Chung et al. (1996) 在 1990-1993 觀測發現酸沉降是韓國廣大地區的普遍現象 , 

他們由逆軌跡推論排放源主要來自中國大陸。Arndt et al. (1997) 以 ATMOS 模式推估亞 

洲各國 1987-1988 年間由生質燃燒、工業源、公共事業及其他非特定排放源所產生的 SO 2 

所造成的硫沉降量 , 推估超過 2g m -2 yr -1 的地區有東亞、印度、泰國、馬來西亞、台灣、 

10

印尼等國家 , 其中中國大陸南部地區更是超過 5 g m -2 yr -1 。Chang et al. (2000) 以 TAQM 

模式 (Chang and Jeng, 1995) 模擬台灣地區受到長程輸送的酸沉降影響 , 在他們的六個模 

擬事件日 ( 包含五種天氣型態 ) 的模擬結果顯示 , 中國大陸長程輸送的硫酸鹽濕沉降佔了 

台灣地區濕硫酸鹽沉降量的 39%, 硝酸鹽則佔 37%。Engardt and Leong (2001) 的模擬研 

究顯示 , 除菲律賓南部地區、越南北部地區外 , 中國東南地區的人為排放的硫濃度及硫 

沉降量相當高。但 Engardt et al. (2005) 以 MATCH 模式 (Siniarovina and Engardt, 2005) 模 

擬東南亞的硫的分佈狀況 , 儘管大多數國家本國接受的硫主要來自本身的排放 , 但對於 

鄰近排放量較大的國家 , 本國接受的硫僅有約 10% 來自本身的排放 , 換言之某些排放量 

硫較小的國家可能有 90% 的硫來自鄰近國家 ; 此外 , 在某些排放型態改變或是季節變化 

導致沉降途徑改變的情況發生時 , 這些位於排放量較大的國家的下風處的國家 , 沉降量 

將會有相當的改變。An et al. (2002) 以 RADM 模式 (Wang et al., 2000) 模擬東亞的硝酸鹽 

沉降濃度分佈 , 顯示高濃度主要發生在工業地區如中國大陸沿海、Huanghai Bay、渤海 

(Bohai sea)、韓國及日本南部 , 而長程輸送使得前述地區的下游地區濃度升高 , 台灣地 

區亦是其一。Holloway et al. (2002) 引自 International Institute for Applied Systems Analysis 

(IIASA) 發表的兩篇文獻 van Aardenne et al. (1999) 及 Klimont (2001) 分別對亞洲各國進 

行石化排放量的估算數據 , 將上述兩篇文獻合併 , 計算得到 1990 年中國的石化排放量 

為 2132 kton Ny r _1 , 分別為台灣、日本、北韓、南韓、印度的 18.4 倍、3.8 倍、17.8 倍、 

8.3 倍、2.1 倍。遑論過去十幾年間中國經濟發展的速度較亞洲各國為高 , 該國石化排放 

量應早已超越上述數據。Holloway et al. (2002) 以 ATMOS-N 模擬 1990 年亞洲各國之間 

的酸沉降貢獻量 , 發現亞洲最大排放量的國家 , 對台灣、日本、北韓、南韓等國的硝酸 

鹽沉降量總量的比例分別為 18%、18%、46% 及 26。反觀台灣僅對於中國及日本的沉降 

量總量分別貢獻 2%。Guttikunda et al. (2003) 推估西太平洋百萬人口的都市所貢獻的硫從 

1975 年小於 5% 成長至 2000 年大於 10% 來說明控制硫排放需要高額的經費以及在這些 

都市中約有三千萬人暴露在 WHO 標準以上的濃度。Han et al. (2004) 研究 1998 年 3 月至 

6 月的黃沙期間 , 他們以 PSCF (Potential Source Contribution Function) 及 RTWC 

(Residence Time Weighted Concentration 兩個混和受體模式 , 去定位韓國漢城受到上游地 

區影響的位置 , 他們發現中國主要城市的工業污染及戈壁沙漠為 Al 及 Pb 兩種金屬的主 

要來源。顯示在黃沙影響期間 , 黃沙源區及中國工業城市皆會對下游地區造成影響。 

Youngsin et al. (2001) 在韓國嚴重沙塵暴期間的研究指出 , 沙塵顆粒的特徵有二 , 

首先就是粒徑小於 0.5 µm 的顆粒明顯的減少 , 另外則是粒徑介於 1.35 與 10 µm 的間 

的顆粒明顯的增多。 In and Park (2002) 研究 1998 年 4 月 14-22 日 (15-19 日在中國沙塵源 

區起沙 ) 在韓國所接收的黃沙 , 微粒粒徑分佈的尖峰粒徑主要為 1.73-4.03μm。一般來說 

當沙塵暴影響時 , 會造成質量濃度上升 , 其中粗微粒上升的情形較細微粒的多。由於粗 

微粒主要的成分為 Si、Ca、Al、Fe、S、Na、Cl、Mg, 顯示塵土與地殼元素的濃度有上 

升的趨勢。(Zhang et al., 2001) 於中國大陸北京、Shapuotou (a desert site) 及西安三個城 

市利用階梯衝擊器觀測沙塵暴期間大氣氣膠元素組成及粒徑分佈 , 結果發現當沙暴過境 

時 , 不僅各測站氣膠中 Al、Ca、Fe、Si、Mn 及 Ti 等地殼元素的濃度升高外 , 且與中 

11

國內蒙地區黃沙的組成以及地殼物質相似 , 其質量中位粒徑 (MMD) 亦較平常的兩倍以 

上 , 其中含量較多的為 Ca, 因此 Ca 為中國大陸黃沙的主要指標元素。 

大陸沿海地區的 SO2 排放量十分的巨大 , 可說是全球排放量最多的地區 ,SO2 藉 

由與沙塵暴氣膠的結合可傳送至更遠的地區。依天氣的情況不同 , 對各個東南亞各區域 

的影響亦不同。沙塵暴發生時期 , 由於微粒吸收了沿途地區排放的 SO2, 所以微粒內 S 

的含量升高至平時的 5 倍 , 並且這些增加的 S 成份大部分是屬於粗粒徑顆粒部分 (Ma, C. 

J., 2001)。由於沙塵暴塵粒吸收 SO2, 將會中和空氣中的酸性物質 , 以降低酸雨的效應 

(Ma C. J., 2001)。也有許多學者的研究顯示空氣中的硫酸氣會和塵土微粒產生反應而生 

成非海鹽硫酸鹽 (Wall et al., 1988; McInnes et al., 1994; Pakkanen et al., 1996)。在 

發生沙塵暴期間 , 硫酸鹽和硝酸鹽氣膠的質量濃度有很明顯的增加現象 (Kim and Shin, 

1991;Carmichael et al., 1995;Nishikawa et al., 2000); 並且二次氣膠的濃度也有增高的 

趨勢 , 其原因應該是因為沙塵暴微粒的表面可以提供 SO2 和 NOx 在長程傳輸時沉降和 

反應的位址。(Zhuang et al., 1999) 指出 H2SO4 及 HNO3 會與塵土微粒中的 CaCO3 產 

生粗微粒的硫酸鹽與硝酸鹽。這些研究推估沙塵暴經過大陸沿海重污染排放地區 , 與大 

量的 SO2 結合後 , 再經過海洋地區的傳輸 , 與海鹽再產生反應 , 經由這段長程傳輸後 , 

沙塵暴氣膠會與海鹽氣膠內混形成新類型的氣膠 , 並且是在形成雲的過程中混合 (Fan et 

al., 1995)。 

沙塵暴期間大量沙塵反射或折射陽光造成能見度降低 ,Chung, Y. S.(1992)、Chung 

and Yoon (1996) 指出沙塵顆粒會阻塞植物的氣孔妨礙植物光和作用的進行。對於眼睛及 

呼吸道相關的疾病亦有可能會提高發病率 , 尤其是抵抗力較弱的小孩及老人 ( 詹 2000)。 

根據衛生署的報告指出 , 當沙塵暴傳輸到台灣的高峰期過後 , 門診病患在 3~4 天內有明 

顯增加的現象 , 且是以呼吸道系統的疾病為主。根據詹等 (2002) 的循環系統毒性實驗 , 

亞洲黃沙到達台灣時可能造成動物循環及呼吸系統毒性。因此 , 亞洲黃沙在影響台灣期 

間很可能會對民眾的健康造成不良。從許多流行病學的調查結果 (Harrison and Yin, 

2000、Kennedy and Hinds, 2002) 可知 , 人類每天致死率的增加跟氣膠的曝露有關 , 尤 

其是粒徑在 2.5μm 以下 (PM 2.5 ) 的氣膠對人體健康的影響最大。Schwartz(1996) 在美國哈 

佛大學附近六個城市進行每日致死率的增加與細微粒的評估 , 發現危害大眾健康最大的 

是 PM 2.5 微粒 , 原因是 PM 2.5 很容易進入肺中 , 進而引起一些肺中疾病及呼吸器官的慢 

性損害。 

本研究的推論認為 , 除了上述研究提及大陸沿岸工業城市排放的 SO 2 經水和反應產生硫 

酸氣再與沙塵微粒中和造成微粒中的硫酸鹽或硝酸鹽濃度增加外 , 大陸沿岸工業城市本 

來就應在當地產生大量含有高硫酸鹽濃度的微粒 , 並且這些微粒主要是當地產生的二次 

氣膠 , 當這些微粒經長程輸送抵達台灣時 , 在台灣地區所觀測的細微粒硫酸鹽濃度將升 

高。而且 , 每當沙塵隨鋒面或冷高壓抵達台灣地區時 , 對於台灣民眾造成不適的緣故 , 

或許不是由沙塵微粒所造成 , 而是由原本在中國沿岸城市當地產生的細粒徑微粒傳輸過 

來所造成。 

12

第四章執行方法 

4.1 監測地點與時間 

微粒超級測站位於台北縣新莊運動公園如圖 4.1 所示 , 北側為復興路 , 中度交通流 

量 , 於上下班時間車潮明顯增加 ; 東側的中華路上有多家餐館 , 因此除了交通污染源外 , 

尚有小型人為活動污染。圖 4.2 顯示測站週遭的環境以及其在公園內的相對位置 , 在測 

站的西南側為運動公園的林蔭大道 , 假日常有園遊會在此設攤 , 於西南側 100 m 處為台 

北縣新莊棒球場 , 是中華職棒比賽場地之ㄧ, 如遇當日有職棒賽事 , 則往往會造成附近 

道路車輛增加 , 尤其是比賽前後 , 更是容易造成塞車的情況 ; 在測站更遠的北方及西北 

方約 9 km 處分別有五股工業區和林口工業區 , 為距離測站較近的工業污染來源 , 所以 

測站能監測到機動車輛的排放和工業排放 , 充分地反應工業都市的微粒品質狀態。 

超級測站監測時間從九十二年三月至今 , 每天 24 小時連續運轉監測大氣微粒 , 除 

儀器因維護或故障外大都有監測數據。 

圖 4.1 台北縣新莊運動位置 ( 資料來源 : 台北縣新莊運動公園 ) 

13

微粒超級測站 

圖 4.2 微粒超級測站監測地點與週遭環境 ( 資料來源 : 台北縣新莊運動公園 ) 

4.2 微粒特性的監測及採集方法 

新莊超級測站提供了一般測站在微粒化學成分和粒徑解析上所無法獲得的資料 , 它 

能連續採樣和分析氣膠的化學組成 ( 如 : 碳成分、硝酸鹽濃度、硫酸鹽濃度等 )、微粒粒 

徑 ( 從 0.013~10 μm) 及大氣條件 , 若加上鄰近一般測站資料的配合便可擁有更完整的資料 

以闡釋氣膠在大氣中所進行的一些化學物理反應。以下針對各儀器做簡略介紹。 

4.2.1 自動監測儀器 

自動監測儀器可連續監測大氣微粒的物理、化學及物理特性 , 提供精確且即時的量 

測數據。 

14

4.2.1.1 微粒質量濃度監測儀 R&P 1400 

方法概述 : 採用 R&P 公司漸縮元件震盪微量天秤 (TEOM) 技術的連續監測微粒質量濃度。 

主要單元 : 

儀器原理 : f 

(1)TEOM: 微粒經過濾紙而沉降在濾紙上 , 利用錐形元件震動頻率改變來計算 

微粒質量濃度。 

(2) 系統控制單元 

(3) 自動採樣和收集單元 (ACCU) 

(4) 採樣乾燥系統 (SES): 使用 Nafion dryer 技術將採樣氣流作溫溼度的調節 , 減 

少微粒因濕度造成高估的影響。 

K 

 

M 

0.5 

 

 

 

dm 

Ko 

1 1 

 

f f 

f: 振動頻率 (radians/sec);K: 震動速率 ;M: 質量 

2 

1 

2 

0 

dm: 質量的改變 ;Ko: 震動的常數 ( 包含質量的轉換 );fo: 初始振動頻率 (Hz);f l : 最後震動 

頻率 (Hz) 

圖 4.3 微粒質量濃度監測儀 R&P 1400 ( 資料來源 :R&P Co., Inc.) 

4.2.1.2 微粒碳成分監測儀 R&P 5400 

方法概述 :R&P 5400 微粒碳元素分析儀是運用直接、自動加熱樣品產生二氧化碳 , 再 

利用二氧化碳紅外線偵測器加以量測。 

儀器組成 : 

(1)Rack-Mounted 感應器單元 

(2) 外部馬達 

(3) 一對提供即時收集及分析的收集器 / 燃燒器 

(4)cutpoint 為 0.14μm 的衝擊器 

(5) 內建 NDIR CO 2 感應器 

(6) 量測樣品流量的質量流量計 

15

(7) 自我測試及診斷警鈴 

(8) 控制儀器的驅動軟體 

儀器原理 : 分為收集和分析階段 , 此儀器擁有兩個收集器及燃燒器 , 因此可在收集樣品 

同時分析上一次所採集的樣品。 

(1) 收集階段 : 將樣品氣流抽入具有粒徑篩選的入口 , 並直接導入收集器 , 微粒 

沈積在收集器上 , 其餘的氣流繼續流向一質量流量感應器及外接的馬達。 

(2) 分析階段 : 採樣時間結束後 , 內部閥門自動切換成不同的氣流路徑 , 樣品的 

氣流被引導至第二個收集器及燃燒器。進行分析時儀器首先會以乾淨的空氣將 

分迴路清洗乾淨 , 並建立一個二氧化碳基準線 , 內部循環馬達會引導氣流通過 

分析迴路中的各元件。接著 , 位於收集器四周的燃燒器將樣品加熱至中間溫度 

350 O C, 由於樣品的氧化 , 使二氧化碳濃度上升 , 此時的二氧化碳是來自於樣 

品中有機碳成分 , 而熱電偶是用來量測樣品的溫度 , 而後燃燒器是為確保由樣 

品經加熱逸散出的揮發性物質可完全氧化。當中間溫度穩定了一段時間 , 二氧 

化碳濃度已經量測完成 , 燃燒器隨即加熱至最後燃燒溫度 700 O C, 感應器再次 

量測到另一個二氧化碳濃度 , 此即為微粒元素碳成份。 

圖 4.4 微粒碳成分監測儀 R&P 5400 ( 資料來源 :R&P Co., Inc.) 

4.2.1.3 微粒硝酸鹽成分監測儀 R&P 8400 N 

方法概述 : 本儀器所測得數值為微粒中所有形式的無機硝酸鹽成分 , 並沒有銨鹽的干 

擾。應用閃火揮發技術 , 先將高量電流通過衝擊器的鎳鉻閃火片 , 約 0.01 秒的時間 , 加 

熱至 350 O C, 使微粒中的硝酸鹽揮發分解成 NOx。從閃火揮發產生的 NOx 脈衝 , 經由 

NOx 脈衝分析儀加以量測 , 量測值包括銷酸銨、硝酸鉀及硝酸鈉 , 但不受硫酸銨的影響。 


(1) 採樣入口系統 : 由防雨罩、採樣管線和可調整包覆氣流管線所組成。 

(2)C3 脈衝產生器 : 用於收集、調理以及使收集的 PM 2.5 成分閃火揮發。採集樣 

品先經過 PM 2.5 旋風分離器 , 接著通過活性碳 denuder, 調濕系統 , 以及衝擊樣 

品孔口 , 最後衝擊至鎳鉻閃火片上。 

(3) 抽氣幫浦提供所需的真空壓力以運轉該系統。 

16

(4)NOx 脈衝分析儀 : 測定所收集 PM 2.5 微粒加以閃火揮發後的 NOx 釋放量。 

(5) 氣體鋼瓶 : 用於氮氣 / 零值氣體的供應 , 以及氮氣中 NOx 校正確認之用。 

儀器原理 : 先將微粒以衝擊板收集後 , 閃火揮發使微粒硝酸鹽成分產生 NOx 氣體。所 

偵測到為 NOx 的總氧化物濃度 , 本儀器量測一氧化氮和臭氧螢光氣相反應的光強度 , 

反應式如下 : 

NO+O 3 NO 2 *+O 2 

NO 2 *NO 2 +hν 

當 NO 與 O 3 反應結果 , 產生激發的 NO 2 分子 , 激發態 NO 2 分子以放射出一個光子的方 

式釋放其過剩能量 , 並降至一較低能階 , 因為產生的光子強度與 NO 有等比關係。分析 

儀採集脈衝產生器輸出氣流 , 並以 PMT 光電倍增管加以量測 NO 濃度 , 接著經由加熱 

鉬轉換器將所有的 NO 2 還原成 NO, 如下式 : 

3NO 2 +Mo3NO+MoO 3 

因此 , 分析儀可以量測到總 NOx 濃度 , 再由數據擷取系統記錄數據。 

圖 4.5 微粒硝酸鹽成分監測儀 R&P 8400 N ( 資料來源 :R&P Co., Inc.) 

4.2.1.4 微粒硫酸鹽成分監測儀 R&P 8400 S 

方法概述 : 本儀器所測得數值為微粒中多數以硫酸鹽存在的總硫成份。應用閃火揮發技 

術 , 先將高量電流通過衝擊器的白金閃火片約 0.01 秒的時間 , 加熱至 600 O C, 使微粒中 

的硫酸鹽揮發分解成 SO 2 。從閃火揮發產生的 SO 2 脈衝 , 經由 SO 2 脈衝分析儀加以量測。 


(1) 採樣入口系統 : 由防雨罩、採樣管線和可調整包覆氣流管線所組成。 

(2)C3 脈衝產生器 : 用於收集、調理以及使收集的 PM 2.5 成分閃火揮發。採集樣 

品先經過 PM 2.5 旋風分離器 , 接著通過活性碳 denuder, 調濕系統 , 以及衝擊樣 

品孔口 , 最後衝擊至白金閃火片上。 

(3) 抽氣幫浦提供所需的真空壓力以運轉該系統。 

(4)SO 2 脈衝分析儀 : 測定所收集 PM 2.5 微粒加以閃火揮發後的 SO 2 釋放量。 

(5) 氣體鋼瓶 : 用於零點 / 全距潔淨氣體的供應 , 以及空氣中 SO 2 校正確認之用。 

儀器原理 : 先將微粒以衝擊板收集後 , 閃火揮發使微粒硫酸鹽成分產生 SO 2 氣體。所偵 

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測 SO 2 氣體是利用螢光照射法量測 ,SO 2 會吸收波長 190-230 nm 的光 , 這個區域相對而 

言較不受空氣及其他物質干擾 , 由多核芳香族 PNA 所導致的干擾 , 可用薄膜加以去除 , 

而不影響到 SO 2 氣體。UV 燈源放射出紫外線輻射 , 接著通過 214 nm 過濾頻帶 , 激發 

SO 2 分子 , 產生螢光後 , 再由含有第二個過濾頻帶的 PMT 光電倍增管加以量測 , 反應 

式為 : 

SO 2 +hν 1 SO 2 * 

系統中任一點所激發的紫外光 , 可由 

Ia={Io(1-e -ax(SO2) } Io 為紫外光強度 ,a 是 SO 2 的吸收係數 ,X 為光徑 ,(SO 2 ) 是 SO 2 

的濃度值 , 激發後的 SO 2 衰減回到基態後 , 會散發出特徵螢光 : 

SO 2 *SO 2 +hν 2 

當 SO 2 的濃度值較低時 , 激發光線的光徑較短 , 而背景是空氣 , 上式簡化為 F=K(SO 2 ) 

因此 , 照射在 PMT 上的螢光輻射與 SO 2 濃度成等比例關係 ,PMT 將光的能量轉換成電 

子訊號 , 再轉換成電壓 , 最後由數據擷取系統記錄數據。 

圖 4.6 微粒硫酸鹽成分監測儀 R&P 8400 S ( 資料來源 :R&P Co., Inc.) 

4.2.1.5 微粒總多環芳香族碳氫化合物監測儀 PAS 2000 

量測原理 : 帶有微粒氣流流經一石英管 , 石英管周圍裝有一準分子燈管 , 準分子燈管是 

一中空雙壁面石英管 , 在同中心壁面中空處填充氪與少量氯 , 電極在燈管外面 , 燈管的 

電極外圍是一金屬的反射管 , 電極內在燈光下是透明的 , 燈管在高頻與高電壓下運轉 , 

燈管在約 2% 半頻寬的 222 nm 下放射 , 由一矽偵測器量測放射強度 , 此訊號是用於控制 

燈管強度 , 經由調整燈管頻率可以達到控制強度的目的 , 然後 , 帶電微粒在進入濾紙組 

件前流過一短管 , 使用少量電壓去除所有帶負電微粒 , 接著帶電微粒被收集在濾紙上 , 

最後電流被導向電位計加以量測。 

18

圖 4.7 微粒總多環芳香族碳氫化合物監測儀 PAS 2000 ( 資料來源 :EcoChem Com.) 

4.2.1.6 微粒散光儀 TSI 3563 three-wavelength 

方法概述 : 積分式散光儀量測微粒的散光係數 , 是將一束固定波長的光 , 穿越已過濾的 

乾淨氣體及帶有大氣微粒的空氣 , 量取前後光能的能量差 , 利用 Beer-Lambert Law: 

I/Io=e -σx 來定義散光係數 ,σ 為散光係數 ,X 為穿過的介質厚度 , 利用儀器量測的散光 

係數減去採樣室表面產生的散光係數、空氣的散光係數 , 以及偵測器本身的電子雜訊而 

得到微粒的散光係數 , 可用三種光波長 :450 ( 藍光 )、550 ( 藍光 )、700 nm ( 藍光 ) 量測微 

粒的總散光係數 (7-170 O )σ λ sp 及後散光 (90-170 O ) 係數 σ λ bsp 共 6 個重要參數 , 由於散光為微 

粒變化頗大的性質 , 即時量測的數據可以迅速反映出微粒對光散射的變化型態。 


(1) 主體構造 : 主要材料為鋁 , 包含長 90 cm 和直徑 10 cm 的薄壁鋁管。 

(2) 石英 - 鹵燈 : 散光儀內部有一個 75 watt 的石英 - 鹵燈 , 固定在橢圓形的反射 

器內 , 提供微粒足夠的照明度 , 光積分角度必須大於 7 O 小於 170 O 。 

(3) 光電倍增管 (PMTS): 將散射光子轉換成電子脈衝 , 再由內部運算處理器計 

算。 

(4) 加熱器 : 當散光儀設置於具有溫控設備的室內環境 , 進行高溫高濕採樣時 , 

必須使用加熱器來避免凝結問題。 

(5) 吹風機 

(6) 溫溼度感應器 : 提供準確的讀值 , 出口溫度用於校正採樣溫度。 

儀器原理 :BG 和 AMB 表示背景和環境狀況的樣品 ,D、C 和 S 分別表示節波器狀況為 

暗反應、校正和訊號三個階段 , 原散射訊號 B BG (Air Rayleigh+Wall) 和 B AMB (Aerosol+Air 

Rayleigh+Wall) 可表示為 : 

B BG =K 2 (S BG -D BG )/(C BG -D BG ) 

B AMB =K 2 (S AMB -D AMB )/(C AMB -D AMB ) 

其中 K 2 為計算特定氣體 ( 如 CO 2 ) 的檢量線所得的常數 , 空氣分子的雷利散射 R BG ,R AMB 

是壓力和溫度的函數 , 可表示為 : 

R BG =K 3 (P BG /T BG ) 

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R AMB =K 3 (P AMP /T AMP ) 

其中 K3 為已過濾空氣在檢量線階段計算出的常數 , 乾淨空氣散射 (W), 總散光係數 b s 

(Aerosol+Air Rayleigh), 和微粒散光係數間的關係可表示為 : 

W=B BG -R BG 

b s =B AMB -W 

b sa =b s -R AMB 

因此可將光電倍增管的訊號轉變成微粒散光係數。 

圖 4.8 微粒散光儀 ( 資料來源 :TSI Com.) 

4.2.1.7 微粒吸光儀 Magee Scientific AE-30 Spectrum 

方法概述 : 利用一個光源 ( 通常提供可見光 :500-700 nm), 照射一石英濾紙 , 使得石英 

濾紙感光後 , 光穿過石英濾紙 , 在被後面的光偵測器偵測。用石英濾紙來收集微粒 , 由 

於濾紙的 multiple internal reflection 加強了光學的吸收效能以及去除粒子的散光影響 , 且 

微粒吸收光能的成分為黑炭 , 使用石英濾紙收集 , 可以減少一些有機、硝酸鹽或硫酸鹽 

等物質散射的干擾 , 收集在濾紙上的微粒收集了光 , 造成光的衰減 , 到達偵測器的光能 

減弱 , 利用此來測得吸光係數。 


(1) 光學頭 : 採樣氣流通過濾紙時 , 從上面照射並由安裝於下方的光度偵測器量 

測透射光的強度。 

(2) 自動濾紙帶進料系統 : 負責將 25mm 寬的石英濾紙帶從捲軸上 , 送至定位。 

(3) 面板控制及顯示器 : 內部置放濾紙捲軸及光學頭 , 內部底座裝設有磁碟機及 

控制開關。 

(4) 質量流量控制 : 由於吸光儀是利用光學訊號的改變來決定濾紙帶上採樣聚集 

點的微粒黑炭濃度 , 所以流量的決定相當重要 , 流量計的輸出為 SLPM 

(Standard Liter per Minute), 若有外部大氣溫度與壓力提供 , 則可轉換為 vLPM 

(volumetric LPM), 流量計範圍 0-10 LPM。 

(5) 微電腦介面 : 提供電壓量測值的轉換 , 並計算黑炭濃度及數值輸出。 

儀器原理 : 本儀器是光束通過濾紙的衰減與沈積在濾紙上黑炭的量成等比例關係 , 計算 

出黑碳濃度 , 光的衰減定義為 : 

ATN=-100*ln(Io/I) 

20

Io 為光通過空白濾紙透射強度 ,I 為光通過沈積微粒濾紙的透射強度 ,100 是為了易於 

數值上的表示 , 若不看此因子 , 則上述定義即是光透射強度 , 當使用白光量測時 , 衰減 

值為 1 是幾乎可以感測 ( 空白濾紙只有 1%), 因此 ATN 為 100 相對應於非常黑。 

因為微粒吸光主要成分為黑碳 , 所以利用以下的式子來求出黑碳濃度 : 

[BC]=ATN/σ API 

σ API (m 2 g -1 ) 為微粒黑碳在濾紙上的吸收效率 , 製造商建議值為 19 (m 2 g -1 )。 

圖 4.9 微粒吸光儀 AE-30 ( 資料來源 :Magee Scientific Com.) 

4.2.1.8 微粒數目粒徑分布監測儀 PMS Model PCASP-X 

方法概述 : 主要利用雷射光照射進氣氣流 , 使氣流中的微粒產生光散射 , 由於光散射大 

小與微粒粒徑有關 , 因此可以藉訊號的轉換得到相對等的微粒粒徑。 

儀器組成 : 只有單一主體 , 面板具有可調採樣氣流流速及包覆空氣氣流流速的控制鈕 , 

以及顯示參考電壓值 , 內部主要有一 Laser Cavity, 產生雷射光束 , 照射進入 Laser Cavity 

的微粒。 

儀器原理 : 將微粒通過 Laser Cavity 內 , 以強烈的可見光束照射 , 每一微粒橫向通過光 

束時會產生光散射 , 各角度的散射光都會被偵測到。微粒的大小可由脈衝振幅定量 , 微 

粒的數目由脈衝數目來定量。 

圖 4.10 微粒數目粒徑分布監測儀 PMS ( 資料來源 : 超級測站監測報告 91 年年報 ) 

4.2.1.9 次微米微粒粒徑分布監測儀 SMPS 

方法概述 :SMPS 系統使用偵測微粒的電移動度方法 , 用來量測次微米微粒的數目粒徑 

分布 , 其系統結合靜電篩分器 (Electrostatic Classifier) 及微粒凝結計數器 (Condensation 

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Partical Counter, CPC) 兩部份。採樣氣流先進入篩選器 , 微粒依照不同的電移動度 , 經由 

連續改變電壓使得微粒依粒徑大小而被篩分 , 然後在 CPC 儀器中進行計數 , 即可獲得 

高解析度的粒徑數目連續圖譜。 

儀器組成 :SMPS 系統包括含靜電篩分器 (Electrostatic Classifier) 及微粒凝結計數器 (CPC) 

兩部份 : 

(1) 微粒篩分器 : 包含一個主體及結合差異移動度分析儀 (Differential Mobility 

Analyzer, DMA), 才能將多粒徑分布微粒篩分出單一粒徑微粒 , 其主體包含衝 

擊器、包覆空氣流量控制器、電荷中和器、高電壓控制器。 

(2) 微粒凝結計數器 : 

(a) 感應器 : 顯示感應器本身是由一個飽和器 (Saturator)、凝結器 (Condenser) 和 

光學偵測器所構成。 

(b) 微處理器 

(c) 氣流系統 : 儀器有兩個進口流量選擇 , 分別為高流量 1.5 LPM 及低流量 0.3 

LPM。 

圖 4.11 (a) DMA 

(b) CPC ( 資料來源 :TSI Com.) 

4.2.1.10 氣象塔 

方法概述 : 風速計有一組三個風杯組件 , 以及 solid-optical link with a 40-solt chopper disk 

會產生脈衝輸出 , 其輸出頻率與風速大小成比率 , 內部有一個加熱器來降低溼度以延長 

軸承壽命。風向計有一組輕質葉片組件 , 以及微力矩電位計會產生數位電壓輸出 , 其輸 

出電壓與風向成比例 , 內部有一個加熱器來降低溼度以延長軸承壽命。溼度計為一敏感 

度高、精確度高的溼度感測計 , 量測範圍從 0-100% RH。其輸出電壓值換成 RH 測值呈 

線性關係 , 並且可忽略溫度的干擾及遲滯現象。通常可以加一組高精確度的溫度感測 

計 , 除監測相對溼度外還可以同時獲得溫度監測值。 

22

4.2.1.11 光達系統特徵及觀測地點 

光達 (LIDAR, LIght Detection And Range) 或稱雷射雷達 (Laser Radar) 是一種雷射的光 

學遙測系統。憑藉雷射的高指向性與同調性 , 並應用不同的光譜與光學技術 , 可以用來 

實現多種高空間解析度的遙測目的。光達的基本工作原理與雷達 (Radar) 頗為相似 , 兩者 

雷達都是先發射電磁波 , 然後藉由分析大氣或物體的散射或反射波來達成遙測的目的 , 

其主要的差異在於雷達發射的是無線電波 , 而光達所使用的則是從紅外光到紫外光波段 

的雷射。 

本計畫採用的光達系統以一具 Nd:YAG 脈衝式雷射作為光源 , 發射的雷射光波長 

包括 1064 nm ( 紅外光 )、532 nm ( 綠光 ) 及 355 nm ( 紫外光 )。光達系統偵測的訊號包括空 

氣與懸浮微粒的 Rayleigh 與 Mie 散射光、氮氣分子的振動拉曼散射光、及粒子的消偏振 

率 , 由於測量的目標是大氣的垂直分布結構 , 因此雷射光都是以垂直的角度向天頂發射。 

本計畫實驗期間光達系統的安置地點位於台北盆地東側的台灣大學大氣系觀測坪 

內 , 與位於盆地西側的新莊超級測站相距約 15 公里 , 雖然兩地地面層的微粒濃度並不 

盡相同 , 但是兩地同樣位於台北盆地之內 , 大氣混合層高度的差異應當相對有限。 

23

4.3 分析方法 

4.3.1 數據處理 

超級測站各項監測數據在進行分析之前 , 必須對數據的可疑值做篩檢、標記及刪除 

動作 , 因此對整個數據的處理訂定了作業流程 , 數據確認流程的訂定可避免不同人對數 

據刪除的依據不同 , 導致在後續對資料的使用有錯誤。數據的作業處理步驟如下 : 

步驟一、從儀器所附數據儲存器下載數據或由儀器直接傳輸數據到資料庫 , 並以微軟 

EXCEL 格式儲存 , 定義為 Level (0)。對於此層級的資料 , 僅作存檔備份的工作 , 

並不對內容作任何修改。 

步驟二、彙整 Level (0) 的資料後 , 將檔案另存並更名為 Level (1-A), 然後根據資料庫輸 

出的資料 , 先將有缺值的時間點找出 , 再針對有問題的測值 , 比對測站出入登 

記簿確認後 , 進行標記。在同一檔案中開啟另一活頁 , 進行問題值刪除的動作 , 

刪除問題值後進行基本統計量的計算。關於各項監測儀器問題值的定義如下 : 

R&P 1400 質量濃度量測值 : 負值、沒有值或測值為零等。 

R&P 5400 碳成分分析儀量測值 : 負值、沒有值、測值為零、或 OC 濃度大於 TC 等。 

R&P 8400 N 硝酸鹽濃度量測值 : 負值、沒有值或測值為零等。 

R&P 8400 S 硫酸鹽濃度量測值 : 負值、沒有值或測值為零等。 

吸光儀監測值 : 負值、沒有值、或測值為零。 

散光儀監測值 : 負值、沒有值、或測值為零。 

氣象資料 : 僅針對沒有值及測值為零的部分做說明。 

步驟三、當完成 Level (1-A) 檔案後儲存 , 並將檔案另存更名為 Level (1-B), 然後 , 根據 

刪除問題值後的資料 , 篩選出低於儀器偵測極限的數據 , 並加以標記 , 但不予 

以刪除 , 同時計算出低於偵測極限的數據數目。 

RP1400 質量濃度偵測極限 :5μg m -3 

RP5400 碳成分偵測極限 : 1μg m -3 

8400N 硝酸鹽濃度偵測極限 :0.4μg m -3 

8400S 硫酸鹽濃度偵測極限 :0.4μg m -3 

步驟四、當儲存 Level (1-B) 檔案後 , 將檔案另存並更名為 Level (1-C), 然後進行化學成 

分佔 PM 2.5 的關係是否合理的比較 , 例如 :TC>PM 2.5 、SO 4 >PM 2.5 、(TC+SO 4 

+NO 3 )×0.9>PM 2.5 , 將不合理值加以標記 , 但不刪除。 

步驟五、進行完 Level (1) 層級中的各項處理後 , 便進入 Level (2) 層級 , 但不再對數據作 

任何變動或標記 , 這個檔案可提供進行各種特性的比較或與模式模擬值比較 , 

並探討當地微粒特性。 

24

4.3.2 事件日的篩選原則 

本計畫中事件日分為黃沙事件日、平常日高濃度事件及民俗節慶日。 

1. 黃沙事件日的判定是以東亞沙塵暴與背景測站懸浮微粒成分特徵之研究 ( 李等 , 

2002) 為標準 : 

(1) 取萬里站與陽明山站為背景站 , 必須在影響期間內至少一個背景站出現 PM 10 小 

時濃度大於 100μgm -3 , 且盛行東北風、低 NO、CO 與穩定 O 3 , 才認定為受到 

影響。( 馬祖站雖然在每次東亞沙塵抵臺時 , 均會出現受到影響的訊息 , 但因為 

同時受中國地區污染影響 ,PM 10 濃度異常的高 , 其監測資料可用於確認沙塵影 

響的現象 , 但其數據不適用於臺灣地區受東亞沙塵影響的分析過程中。) 

(2) 列出臺灣主要受影響區域 ( 參考圖 4.12, 包括 : 台北基隆空氣品質區測站、桃園、 

大園與觀音測站、宜蘭測站及花蓮測站 ) 內三個測站最高小時 PM 10 濃度 , 濃度 

必須都大於 100μgm -3 , 且符合盛行東北風、低 NO、CO 與穩定 O 3 , 並計算出 

此三個測站最高小時 PM 10 濃度的平均值。 

(3) 再依下列等級分類為 :0 級 ( 平均值小於 150μg m -3 )、1 級 ( 平均值介於 150 ~ 200 

μg m -3 )、2 級 ( 平均值介於 200 ~ 300μg m -3 )、3 級 ( 平均值介於 300 ~ 400μg m -3 )、 

4 級 ( 平均值介於 400~500μg m -3 )、5 級 ( 平均值大於 500μg m -3 ) 等。 

圖 4.12 

臺灣主要受影響區域 ( 資料來源 : 東亞沙塵暴與背景測站懸浮微粒成分特徵之 

研究 ) 

25

2. 平常日高濃度事件主要以 PM 2.5 為參考依據。 

4.3.3 光達量測分析 

4.3.3.1 大氣混合層高度的觀測 

光達在發射出脈衝雷射光之後 , 所接收到的訊號為空氣分子 ( 下標 m) 與懸浮微粒子 

( 下標 aer) 的背向散射光 , 訊號的強度可以用光達方程式 (Lidar Equation) 來描述 : 

A0 

2 

( , z) 

P( 

, 

z) 

( , z) 

e 

2 

z 

其中和分別代表背向散射係數與光學厚度 : ( , 

z) 

( , 

z) 

 

( , 

z) 

、 

z 

( 

, 

z) 

[ 

m ( , 

z) 

 

aer 

( , 

z)] 

dz , 為消光係數 ( 亦即散光係數與吸光係數的總和 )。 

0 

A 0 為儀器的特徵參數 ( 與個別儀器的雷射功率、接收鏡尺寸及光學系統的效率有關 )。 

採用光達偵測大氣混合層高度的基本構想為利用混合層內高濃度的大氣微粒做為 

追蹤劑 , 在混合層頂與自由大氣 (free atmosphere) 銜接的區域中微粒濃度將隨高度增加 

而急遽降低 , 因此可利用散射訊號的變化率分析出混合層頂部的位置 (Menut et al., 

1999)。以 2005 年 3 月 16 日的觀測資料為例 , 圖 4.13 為微粒背向散射係數的時間及高 

度分布 , 我們由圖上截取 09:00 及 13:30 兩個時間的資料繪製微粒的垂直分布如圖 

4.14(a), 早晨低空的逆溫層使得地面微粒無法向上擴散 , 而中午旺盛的大氣對流則使 1.2 

km 以下的微粒濃度呈現接近均勻混合的狀態 , 為了定出混合層頂的位置 , 可進一步將 

微粒背向散射訊號強度對高度進行微分 , 微分量的高度分布如圖 4.14(b), 微分量極小值 

( 負值方向的極大值 ) 發生的位置代表微粒濃度遞減率最大的位置 , 顯示低層微粒的垂直 

擴散在該高度層已受到限制 , 依據前述對混合層特徵的描述 , 這個擴散限制的高度即為 

混合層頂的高度。 

m 

aer 

圖 4.13 2005 年 3 月 16 日微粒背向散射係數的時間及高度分布 , 圖中垂直虛線分別位 

於時間軸的 9:00 及 13:30, 這兩個時間的資料分析如圖 4.13。 

26

(a) 

(b) 

圖 4.14 (a)2005 年 3 月 16 日 9:00 及 13:30 微粒背向散射係數的高度分布。 

(b)2005 年 3 月 16 日 9:00 及 13:30 微粒背向散射訊號強度對高度微分量的高度 

分布。 

4.3.3.2 光達偵測大氣中沙塵微粒的方法 

源自亞洲大陸的沙塵微粒是春季影響台灣地區大氣微粒濃度的重要因素之一 , 因此 

判斷沙塵事件的影響期間將有助於解釋 PM 10 濃度的變異。由於非球形微粒產生的散射 

光波中會包括部分垂直於原入射光偏振方向的分量 , 在光達的量測技術中 , 可以分別量 

測微粒的散射光中垂直及平行於原雷射光波偏振方向的分量強度 , 判斷微粒形狀偏離球 

形對稱的程度 , 這兩個分量強度的比值即定義為微粒對雷射的「消偏振率」(depolarization 

ratio), 而球形微粒的消偏振率等於零 (Bohren et al., 1998)。大氣中多數的微粒均具有接 

近球形的特徵 , 沙塵為少數顯著偏離球形的微粒 , 並因而具有高於一般大氣微粒的消偏 

振率 , 依據 Iwasaka et al. (2003) 在敦煌獲得的光達觀測數據 , 高空大氣層 (4-6 km) 沙塵微 

粒的消偏振率大致在 7~20% 的範圍 , 低空的微粒可能受到水汽凝結或是與其餘大氣微粒 

混合的影響 , 因而有較低的平均消偏振率。在日本及中國的其餘研究也常於沙塵期間發 

現空中存在具有高消偏振率特徵的微粒 (Murayama et al., 2001; Shimizu et al., 2004), 

Iwasaka et al. (2003) 的結果為高空沙塵提供了直接的佐證 , 本計畫也將依據微粒的消偏 

振率大小 , 做為判斷大氣微粒濃度是否受沙塵影響的依據。 

4.3.4 模擬微粒無機鹽成分的變化 (CMAQ) 

本研究預計利用美國環保署支援建置的 Models-3 系統的 CMAQ (Byun et al., 1999) 

模式 (version4.4) 來進行模式模擬 , 該模式架構如圖 4.15 所示 ,CMAQ 模式包含氣膠模 

組 (Nenes et al., 1998; Schell et al., 2001) 的應用 , 因此我們可以利用 CMAQ 模式來模擬無 

機氣膠及二次有機氣膠的變化。本研究使用 MM5 模式 (Grell et al., 1994; version3.7) 來產 

生 CMAQ 模式 (Byun et al., 1999) 所需的氣象資料。我們使用美國 NCEP(National Centers 

27

for Environmental Prediction) 的資料來產生初始場、邊界場及 FDDA 的三維客觀分析場。 

MM5 模式的模擬架構請詳圖 4.16。CMAQ 模式輸入排放檔為雲林科技大學張艮輝老師 

協助 , 整合東亞國家排放資料 (Wang et al., 2000) 及台灣地區的空氣污染排放資料 

TEDS5.1 ( 行政院環保署 , 2003), 其中台灣地區生物源排放資料推估來源為 Chang et 

al.(2005)。 

圖 4.15 CMAQ 模式架構 ( 引用自 Byun et al., 1999) 

28

圖 4. 16 MM5 模式架構 ( 引用自 Grell et al., 1994) 

29

第五章年度主要工作內容及重要發現與成果 

新莊地區月平均溫度、相對濕度、壓力和風速如表 5.1 所示。在溫度方面 , 一月到 

三月和十二月相差不多 , 四到五月溫度開始上升 , 在七月時最高有月平均值。在相對濕 

度方面 , 今年二月份由於下雨日數較多 , 所以明顯較其他月份來得高。大氣壓力則在五 

月份逐漸進入夏季 , 壓力減弱。風速方面大約都維持在 2 m s -1 左右 ,12 月有最低月平 

均風速 , 為 1.33 m s -1 。 

表 5.1 新莊地區月平均溫度、相對濕度、壓力和風速 

1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 

溫度 ( O C) 14.65 15.32 16.57 22.72 26.59 28.78 

相對濕度 (%) 75.08 80.37 67.77 69.91 74.69 71.16 

壓力 (mbar) 1019.39 1018.59 1018.99 1013.73 1007.48 1004.61 

風速 (m s -1 ) 1.94 1.96 2.09 1.84 1.76 1.56 

7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月 

溫度 ( O C) 30.51 29.88 29.30 26.13 22.68 15.61 

相對濕度 (%) 68.59 71.50 66.51 69.69 68.88 68.90 

壓力 (mbar) 1005.33 1004.29 1008.56 1013.07 1016.09 1021.44 

風速 (m s -1 ) 1.72 1.53 2.37 2.16 1.59 1.33 

5.1 平常日高濃度事件 

探討民國 94 年 1 月到 12 月進行 PM 2.5 高時間解析度的微粒質量濃度與成分變化 , 

以評估影響空氣品質變動的因素。分析時以天氣型態 ( 代表氣象因子的影響 )、氣流逆軌 

跡線 ( 代表長程傳輸污染來源 )、大氣通風指數 ( 代表氣象及環境因子的影響 )、環保署鄰 

近空氣品質監測站的氣體污染物濃度 ( 代表當地污染源的影響 )、全天空日射量 ( 代表太陽 

輻射的影響 ) 及 OC/EC ( 代表有機污染物的強度 ) 作為微粒濃度改變的研判因子。個案選 

取時間有 2 月 23 日、3 月 8 日至 3 月 10 日、4 月 8 日、10 月 16 日、11 月 9 日至 10 日 

和 11 月 25 日。 

個案分析採用的指標及意義 : 

1. 天氣型態 : 依照導致台灣地區高濃度污染的氣象分析與預報專案計畫 ( 陳 , 2001) 

分類 , 將天氣型態辨識出 , 並以天氣型態的轉變與濃度變化關聯性進行分析。 

2. NOAA Air Resources Laboratory 氣流逆軌跡線 (Draxler, 2003): 以最低層 50 m 為 

基準 , 對氣流後推 72 小時軌跡線進行模式模擬 , 以得知各案例期間氣流來源 , 共 

31

可分為以下幾類 : 

a: 大陸沿岸傳輸 

b: 大陸東北傳輸 

c: 大陸東北黃海海面傳輸 

d: 台灣東部海面傳輸 

e: 台灣東部海面行經中南部向北傳輸 

f: 台灣北部環繞傳輸 

g: 台灣東北海面傳輸 

h: 台灣西南海面傳輸 

i: 內蒙古高空傳輸 

j: 菲律賓經台灣西半部傳輸 

k: 菲律賓經台灣東半部傳輸 

l: 日本、韓國傳輸 

3. 風速、混合層高度 ( 彭 , 1993) 及通風指數 : 利用此三種資料進行大氣擴散行為探 

討 , 並與當月平均值比較 , 探討各案期間擴散性的大小及其對濃度污染變化的影響。 

4. 硫酸鹽與 SO 2 濃度 : 利用此兩種資料探討非當地污染源或工業排放貢獻。 

5. CO 與 NOx: 利用此兩種資料探討當地汽機車污染貢獻量。 

6. OC/EC: 以 2.2 為基準 , 當比值超過 2.2 則可能有二次有機微粒產生 , 另外 , 以 

每日 O 3 的最高值加強討論光化學反應強度 , 以個案期間數值與月平均值比較探討。 

32

5.1.1 94 年 2 月 23 日高濃度事件 

本個案 PM 2.5 質量濃度為 82 μg m -3 。 

1. 天氣型態 :WR1, 海上 ( 東海、日本海 ) 高壓脊線向西南延伸向台灣北部海上及華 

南型。 

2. 逆軌跡線 : 氣流從青島出海後直接經由海上最後傳輸至台灣。 

3. 風速、混合層高度及通風指數 : 先從風速來看 , 當日風速在 1 m s -1 左右 , 低於 

月平均風速 1.96 m s -1 。混合層高度當日平均為 407 m, 也是一樣比當月平均 461 m 

來得低。在通風指數方面 ,23 日當日平均通風指數為 236 m 2 s -1 比月平均 905 m 2 s -1 

低上許多。综合以上三點 , 可以看出在 23 日當天的擴散空間不足 , 造成污染物在 

當地累積 , 產生高值。 

4. 硫酸鹽與 SO 2 : 在硫酸鹽方面 , 於 2 月 23 日有較當月平均為高的數值 , 由於風 

速低且氣流從青島出海後經由海上到台灣 , 推估大陸沿海傳輸的影響較低。 

5. CO 和 NOx: 當日 CO 濃度約在 2 ppm 左右 , 到晚上甚至高達 4 ppm, 較當月平 

均高出許多 , 加上硝酸鹽也有增加的趨勢 , 因此推估可能也有本地車輛排放所造成 

的影響。 

6. OC/EC: 此值介於 2.2-3.2 之間 , 加上新莊空氣品質站的 O 3 , 也較當月平均來得 

高 , 因此推論於 23 日當天光化反應強烈。 

33

表 5.2 94 年 2 月 23 日高濃度事件監測資料彙整 

2/23 Average( 月 ) 

超級測站量測項目 PM 10 (μg m -3 ) 107.42 41.63 

PM 2.5 (μg m -3 ) 82.10 31.86 

OC(μg m -3 ) 14.94 8.63 

EC(μg m -3 ) 5.67 2.89 

OC/EC 2.62 3.18 

硝酸鹽 (μg m -3 ) 8.10 3.59 

硫酸鹽 (μg m -3 ) 11.09 5.37 

風速 (m s -1 ) 0.57 1.96 

新莊空氣品質站 CO(ppm) 2.51 0.91 

O 3 (ppb)* 64.70 37.21 

NOx(ppb) 131.56 43.65 

SO 2 (ppb) 12.44 7.35 

混合層高度 (m) 406.88 461.49 

通風指數 (m 2 s -1 ) 235.99 904.52 

逆軌跡線 

b 

天氣型態 

WR1 

*: 以每日最大值為整日的代表 

通風指數 : 風速 × 混合層高度 

34

5.1.2 94 年 3 月 8 日至 3 月 10 日高濃度事件 

本個案 PM 2.5 質量濃度於 3 月 8 日為 71 μg m -3 、3 月 9 日為 79 μgm -3 、3 月 10 日為 

77 μg m -3 。 

1. 天氣型態 :WR1, 海上 ( 東海、日本海 ) 高壓脊線向西南延伸向台灣北部海上及華 

南型。 

2. 逆軌跡線 : 氣流從東北穿越渤海 , 再由山東省出海 , 進入台灣時由東向西迴旋 , 

可說明此時受到高壓迴流影響 , 並配合天氣圖推斷此高濃度事件是由於高壓迴流導 

致污染擴散不易所致。 

3. 風速、混合層高度及通風指數 : 先從風速來看 , 這個期間風速在 1m s -1 左右 , 低 

於月平均風速 2.1 m s -1 。混合層高度期間平均為 492 m, 也是一樣比當月平均 520 m 

來得低。最後在通風指數方面 , 平均通風指數為 418 m 2 s -1 比月平均 10870 m 2 s -1 低 

上許多。综合以上三點 , 可以看出在此段期間的擴散空間不足 , 造成污染物在當地 

累積 , 產生高值。 

4. 硫酸鹽與 SO 2 : 在硫酸鹽方面 , 此期間有較當月平均濃度高的數值 , 推估為高壓 

迴流導致污染擴散不易所致。 

5. CO 和 NOx: 此段期間 CO 濃度平均為 1.80 ppm, 較當月平均高出許多 , 加上硝 

酸鹽也有增加的趨勢 , 因此推估可能也有受到本地車輛排放所造成的影響。 

6. OC/EC: 此值多在 3 以上 , 加上新莊空氣品質站的 O 3 , 也較當月平均值來得高 , 

因此推論於此期間光化反應較為強烈。 

35

表 5.3 94 年 3 月 8 日至 10 日高濃度事件監測資料彙整 

3/8 3/9 3/10 Average( 月 ) 

超級測站量測項目 PM 10 (μg m -3 ) 99.82 113.82 105.10 63.84 

PM 2.5 (μg m -3 ) 71.25 78.89 77.25 41.70 

OC(μg m -3 ) - 12.53 13.80 9.71 

EC(μg m -3 ) - 3.03 3.30 3.15 

OC/EC - 4.47 4.15 3.68 

硝酸鹽 (μg m -3 ) 6.75 7.96 7.99 3.80 

硫酸鹽 (μg m -3 ) 11.54 11.13 11.27 6.93 

風速 (m s -1 ) 0.86 0.76 0.92 2.09 

新莊空氣品質站 CO(ppm) 1.53 1.99 1.89 0.94 

O 3 (ppb)* 91.40 91.10 75.00 55.16 

NOx(ppb) 94.98 116.91 103.06 49.08 

SO 2 (ppb) 18.07 17.06 13.54 8.84 

混合層高度 (m) 481.15 440.24 449.19 520.11 

通風指數 (m 2 s -1 ) 413.79 334.58 413.25 1087.03 

逆軌跡線 

b 

天氣型態 

WR1 

-: 表示數據不足當日 75% 以上 , 無法代表當日的微粒特性 



36

5.1.3 94 年 3 月 5 日至 3 月 11 日光達觀測 

圖 5.1 為 3 月 6 日早上 8:00 至 3 月 11 日早上 8:00 大氣混合層高度與 PM 10 濃度的 

逐時變化 , 大陸冷氣團在 3 月 6 日影響台灣地區 ,3 月 7 日冷氣團減弱以後 , 每日中午 

均可看出混合層受太陽輻射作用而增長的現象 (3/8 日因儀器維護無資料 )。在圖示的研究 

資料中以 3 月 10 日傍晚混合層急遽降低的過程對空氣品質的影響最為顯著 , 當日混合 

層在 17:00 即已降低至 500 公尺以下 , 導致傍晚的交通污染擴散不良。 

Mixing Height (km) 

2 

1.8 

1.6 

1.4 

1.2 

1 

0.8 

0.6 

0.4 

0.2 

0 

MH 

PM10 

3/6_08:00 

3/6_12:00 

3/6_16:00 

3/6_20:00 

3/7_00:00 

3/7_04:00 

3/7_08:00 

3/7_12:00 

3/7_16:00 

3/7_20:00 

3/8_00:00 

3/8_04:00 

3/8_08:00 

3/8_12:00 

3/8_16:00 

3/8_20:00 

3/9_00:00 

3/9_04:00 

3/9_08:00 

3/9_12:00 

3/9_16:00 

3/9_20:00 

3/10_00:00 

3/10_04:00 

3/10_08:00 

3/10_12:00 

3/10_16:00 

3/10_20:00 

3/11_00:00 

3/11_04:00 

3/11_08:00 

300 

250 

200 

150 

100 

50 

0 

PM10 (mg m -3 ) 

圖 5.1 3 月 6 日早上 8:00 至 3 月 11 日早上 8:00 大氣混合層高度與 PM 10 濃度的逐時變化 

37

5.1.4 94 年 4 月 8 日高濃度事件 

本個案 PM 2.5 質量濃度於 4 月 8 日為 90 μg m -3 。 

1. 天氣型態 :WR5, 長江流域低壓帶伴隨鋒面系統 , 台灣東方海上高壓脊線西深 

經過台灣到華南 ( 廣東 ) 沿海型。 

2. 逆軌跡線 : 氣流從黃海海面傳輸至台灣 , 在進入台灣時由東向西迴旋 , 可說明此 

時受到高壓迴流影響。 

3. 風速、混合層高度及通風指數 : 本日的平均風速為 1.0 m s -1 , 低於月平均風速 1.8 

m s -1 。當日混合層高度平均為 591 m 雖比當月平均 493 m 來得高 , 但平均通風指數 

為 591 m 2 s -1 比月平均 907 m 2 s -1 低許多。综合以上三點 , 可以看出在此段期間的擴 

散空間不足 , 造成污染物在當地累積 , 產生高值。 

4. 硫酸鹽與 SO 2 : 在硫酸鹽方面 , 於此期間有較當月平均高的數值 , 由於擴散空間 

不足 , 推估是受到本地污染物累積的影響。 

5. CO 和 NOx: 當日 CO 濃度平均為 1.48 ppm, 較當月平均高出許多 , 加上硝酸鹽 

也有增加的趨勢 , 因此推估可能為當地車輛排放所造成的影響。 

6. OC/EC: 日平均值為 2.7, 加上新莊空氣品質站的 O 3 , 也較當月平均值為高 , 因 

此推論於此期間光化反應較為強烈。 

38




PM 2.5 (μg m -3 ) 90.30 41.82 

OC(μg m -3 ) 11.51 6.35 

EC(μg m -3 ) 4.41 2.24 

OC/EC 2.70 3.06 

硝酸鹽 (μg m -3 ) - 1.63 

硫酸鹽 (μg m -3 ) 12.19 9.35 

風速 (m s -1 ) 1.00 1.84 


O 3 (ppb)* 101.20 60.48 

NOx(ppb) 72.02 39.39 

SO 2 (ppb) 15.26 8.42 

混合層高度 (m) 591.05 493.03 

通風指數 (m 2 s -1 ) 591.05 907.18 

逆軌跡線 

c 

天氣型態 

WR5 




39

5.1.5 94 年 10 月 16 日高濃度事件 

m -3 。 

本個案 PM 2.5 質量濃度於 10 月 16 日當日平均為 48 μg m -3 , 最高小時濃度為 66 μg 

1. 逆軌跡線 : 大陸東北黃海海面傳輸。 

2. 風速、混合層高度及通風指數 :10 月 16 日平均風速分別為 1.70 m s -1 , 略低於月 

平均風速 2.16 m s -1 。混合層平均高度分別為 474.25 m, 與當月平均 447.16 m 相近 , 

而通風指數為 806.23 m 2 s -1 比月平均 965.87 m 2 s -1 略低。 

3. 硫酸鹽與 SO 2 : 在硫酸鹽方面 , 於此期間有較當月平均高的數值 , 最高小時值可 

高達 24.38μg m -3 , 此時 PM 2.5 濃度值亦高達 62.5μg m -3 , 此時風速亦達當日最大值 

3.54 m, 因此推斷此高濃度事件可能為外來污染所造成。 

4. CO 和 NOx: 當日 CO 濃度平均為 0.62 ppm, 較當月平均 0.49 略高 , 而在 NO X 

方面則無明顯的增加。 

5. OC/EC: 日平均值為 2.73, 與月平均 2.59 相近 , 在新莊空氣品質站 O 3 方面 ,10 

月 16 日最高濃度為 74.5 ppb, 較毎日最高值的月平均 44.99 ppb 高出許多。 

40




PM 2.5 (μg m -3 ) 48.43 21.25 

OC(μg m -3 ) 3.00 2.59 

EC(μg m -3 ) 1.10 1.00 

OC/EC 2.73 2.59 

硝酸鹽 (μg m -3 ) 1.16 - 

硫酸鹽 (μg m -3 ) 14.12 4.62 

風速 (m s -1 ) 1.70 2.16 


O 3 (ppb)* 74.50 44.99 

NOx(ppb) 22.32 22.65 

SO 2 (ppb) 4.37 3.56 

混合層高度 (m) 474.25 447.16 

通風指數 (m 2 s -1 ) 806.23 965.87 

逆軌跡線 

c 

-: 表示數據不足當月 75% 以上 , 無法代表當月的微粒特性 



94 年 10 月 14 日至 10 月 20 日混合層高度 

2 

Mix High (m) 

1.5 

1 

0.5 

0 

10/14 

10/15 

10/16 

10/17 

10/18 

10/19 

10/20 

Time 

圖 5.2 光達觀測 10 月 14 日至 20 日混合層高度 

41

5.1.6 94 年 11 月 9 日至 11 月 10 日高濃度事件 

本個案 PM 2.5 質量濃度於 11 月 9 日為 68 μg m -3 、11 月 10 日為 69μg m -3 。 

1. 逆軌跡線 : 台灣東部海面傳輸。 

2. 風速、混合層高度及通風指數 :11 月 9 日和 10 日的平均風速分別為 0.90 和 0.54 

m s -1 , 低於月平均風速 1.59 m s -1 。兩天混合層平均高度分別為 436.95 m 和 450.87 

m, 比當月平均 460.51 m 來的低 , 且通風指數分別為 392.40 和 243.47 m 2 s -1 比月平 

均 732.21 m 2 s -1 低許多。综合以上三點 , 可以看出在此段期間的擴散空間不足 , 造 

成污染物在當地累積 , 產生高值。 

3. 硫酸鹽與 SO 2 : 在硫酸鹽方面 , 於此期間有較當月平均高的數值 , 由於擴散空間 

不足 , 推估是受到本地污染物累積的影響。 

4. CO 和 NOx: 當日 CO 濃度平均為 1.09 和 1.01 ppm, 較當月平均 0.64 高出許多 , 

加上硝酸鹽也有增加的趨勢 , 因此推估可能為當地車輛排放所造成的影響。 

5. OC/EC: 日平均值為 2.76 和 3.09, 與月平均相近 , 在新莊空氣品質站 O 3 方面 , 

11 月 9 日和毎日最高值的月平均相近 , 但是 11 月 10 日的 O 3 最高濃度卻高達 92.40 

ppb。 

42

表 5.6 94 年 11 月 9 日至 10 日高濃度事件監測資料彙整 

11/9 11/10 Average( 月 ) 

超級測站量測項目 PM 10 (μg m -3 ) 90.94 89.57 52.20 

PM 2.5 (μg m -3 ) 67.60 68.84 35.71 

OC(μg m -3 ) 6.13 6.59 3.99 

EC(μg m -3 ) 2.22 2.13 1.3 

OC/EC 2.76 3.09 3.07 

硝酸鹽 (μg m -3 ) 4.19 6.24 1.77 

硫酸鹽 (μg m -3 ) 23.60 26.06 13.94 

風速 (m s -1 ) 0.90 0.54 1.59 

新莊空氣品質站 CO(ppm) 1.09 1.01 0.64 

O 3 (ppb)* 59.30 92.40 50.13 

NOx(ppb) 58.03 44.38 29.12 

SO 2 (ppb) 16.71 10.19 6.29 

混合層高度 (m) 436.95 450.87 460.51 

通風指數 (m 2 s -1 ) 392.40 243.47 732.21 

逆軌跡線 

d 



43

5.1.7 94 年 11 月 25 日高濃度事件 

本個案 PM 2.5 質量濃度於 11 月 25 日為 77μg m -3 。 

1. 逆軌跡線 : 台灣東北海面傳輸。 

2. 風速、混合層高度及通風指數 : 本日的平均風速為 2.09 m s -1 , 高於月平均風速 

1.59 m s -1 。當日混合層高度平均為 463.91 m 比當月平均 460.51 m 來得高 , 在通風 

指數方面 969.57 m 2 s -1 也比月平均 732.21 m 2 s -1 高。综合以上三點 , 可以看出在此 

段期間並非擴散空間不足 , 造成的污染物累積 , 而是有其他外來污染來源造成高值。 

3. 硫酸鹽與 SO 2 : 在硫酸鹽方面 , 於此期間較當月平均高出兩倍以上。 

4. CO 和 NOx: 當日 CO 濃度平均為 0.78 ppm, 較當月平均高出一些 , 硝酸鹽也有 

增加的趨勢 , 配合風速和硫酸鹽濃度 , 研判此案例可能為外來污染所造成。 

5. OC/EC: 日平均值為 2.87, 加上新莊空氣品質站的 O 3 , 兩者與月平均相比均無明 

顯的增加 , 因此並非光化學反應產生的高值。 

44




PM 2.5 (μg m -3 ) 77.18 35.71 

OC(μg m -3 ) 3.87 3.99 

EC(μg m -3 ) 1.35 1.3 

OC/EC 2.87 3.07 

硝酸鹽 (μg m -3 ) 2.79 1.77 

硫酸鹽 (μg m -3 ) 41.49 13.94 

風速 (m s -1 ) 2.09 1.59 


O 3 (ppb)* 55.00 50.13 

NOx(ppb) 25.54 29.12 

SO 2 (ppb) 8.40 6.29 

混合層高度 (m) 463.91 460.51 

通風指數 (m 2 s -1 ) 969.57 732.21 

逆軌跡線 

g 



45

5.2 特殊日微粒特性 

民俗節慶日多為民俗活動帶來的車流或燒香焚燒金紙等行為 , 造成地區性短時間的 

污染物高濃度值。本節針對至五月之前較重要的民俗節日進行探討 , 如 : 春節期間 ( 包 

含送神、除夕、大年初一、回娘家、接神、天公生 )、清明節、中元節和中秋節。 

黃沙事件為東亞地區春季相當活耀的現象 , 近幾年由於大陸地區沙漠化 , 使得沙塵 

發生機率增加。每年春季在中國內蒙古及蒙古地區產生的沙塵暴 , 經由天氣系統的傳 

送 , 影響地區包含中國、韓國、日本及台灣。雖然僅在適當的天氣型態下 , 大陸沙塵暴 

才會傳送至台灣 , 但過去幾年監測的結果顯示 , 台灣地區一旦受到大陸沙塵影響時 , 大 

氣中懸浮微粒濃度值會在短時間內驟升 , 對台灣的影響包括氣候的改變和能見度的下 

降 , 另外對於人體健康也有負面的影響。 

5.2.1 民俗節慶日 

5.2.1.1 春節期間 (2 月 2 日至 2 月 17 日 ) 

農曆十二月二十四日 ( 國曆 2 月 2 日 ) 為送神 , 民間一般認為「送神早 , 接神晚」, 所 

以送神的儀式通常都會在農曆十二月二十三日 23:00 過後隨即開始 , 一般的活動包括有 

焚香、燒金與燃放鞭炮。除夕 ( 國曆 2 月 8 日 ) 當天一早 , 備好鮮花、素果祭拜玉皇大帝 , 

感謝一年來庇佑 , 祈禱來年順利、平安。農曆正月初一 ( 國曆 2 月 9 日 ) 為中國人四大節 

慶之ㄧ, 除夕午夜過後會燃放鞭炮以迎接新的一年 , 通常民眾會到附近的大型廟宇進行 

祭拜 , 祈求新的一年能夠順利平安。傳說如果大年初一回娘家 , 會使娘家變窮 , 所以大 

家都在初二回娘家。接神於農曆正月初四 ( 國曆 2 月 12 日 ), 一般都在中午過後舉行。正 

月初九天公生 ( 國曆 2 月 17 日 ) 約在凌晨子時一到 (23:00-1:00) 便可開始祭拜 , 直到翌日清 

晨 7:00 以前均可 , 一般而言也都是舉行一些焚香、燒金紙和燃放鞭炮等儀式。 

在這段時間 , 普遍都是 PM 2.5 的濃度高於 PM 10-2.5 的濃度 , 顯示人為活動是主導 , 

PM 2.5 在 2 月 4 日至 7 日、9 日至 10 日、12 日、及 14 日至 16 日分別有高濃度 , 這些 PM 2.5 

高濃度期間 ,PM 2.5 硫酸鹽和硝酸鹽也有呼應的高濃度 , 檢視這些時段的風速都很低 , 

顯然是造成污染物累積的因素之一。雖然春節期間有如上所述的各項活動 , 但這些高濃 

度的發生時間大多沒有和這些活動相關連 , 顯示環境的擴散能力才是主導這段期間 

PM 2.5 微粒濃度及成分分布者。 

46

(a) 

春節期間 PM 濃度 

PM10-2.5 

PM2.5 

160 

C o n c en tra tio n (μ g m -3 ) 

120 

80 

40 

0 

2 /1 

2 /2 

2 /3 

2 /4 

2 /5 

2 /6 

2 /7 

2 /8 

2 /9 

Time 

2 /1 0 

2 /1 1 

2 /1 2 

2 /1 3 

2 /1 4 

2 /1 5 

2 /1 6 

2 /1 7 

2 /1 8 

(b) 春節期間硝酸鹽硫酸鹽濃度 

硝酸鹽 

硫酸鹽 

25 

Concentration(μ gm -3 ) 

20 

15 

10 

5 

0 

2/1 

2/2 

2/3 

2/4 

2/5 

2/6 

2/7 

2/8 

2/9 

2/10 

2/11 

2/12 

2/13 

2/14 

2/15 

2/16 

2/17 

2/18 

Time 

(c) 

6 

春節期間風速風向 

WS 

WD 

360 

5 

300 

Wind Speed(ms -1 ) 

4 

3 

2 

1 

0 

240 

180 

120 

60 

0 

Wind Direction( O ) 

2/1 

2/2 

2/3 

2/4 

2/5 

2/6 

2/7 

2/8 

2/9 

Time 

2/10 

2/11 

2/12 

2/13 

2/14 

2/15 

2/16 

2/17 

圖 5.3 (a) 春節期間微粒濃度值 (b) 春節期間 PM 2.5 硝酸鹽硫酸鹽濃度 (c) 春節期間風 

速風向 

47

超級測站 

量測項目 

新莊空氣 

品質站 

表 5.8 春節期間監測資料彙整 

2/5 2/7 2/9 2/15 Average( 月 ) 

PM 10 (μg m -3 ) 87.46 73.29 35.67 86.13 41.63 

PM 2.5 (μg m -3 ) 60.75 54.71 29.67 64.54 31.86 

OC(μg m -3 ) 11.85 9.22 - 8.79 8.63 

EC(μg m -3 ) 4.58 2.75 - 2.42 2.89 

OC/EC 2.59 3.41 - 3.72 3.18 

硝酸鹽 (μg m -3 ) 9.77 8.41 3.61 8.39 3.59 

硫酸鹽 (μg m -3 ) 8.16 9.84 5.68 10.53 5.37 

風速 (m s -1 ) 0.71 0.81 1.48 1.17 1.96 

CO(ppm) 1.75 1.50 0.66 1.20 0.91 

O 3 (ppb)* 30.30 27.90 30.10 65.40 37.21 

NOx(ppb) 101.56 70.97 23.14 68.22 43.65 

SO 2 (ppb) 13.87 8.38 6.97 12.54 7.35 

混合層高度 (m) 420.42 442.13 440.24 437.15 461.49 

通風指數 (m 2 s -1 ) 298.50 358.13 651.56 511.47 904.52 

48

5.2.1.2 清明節 (4 月 5 日 ) 

每年 4 月 5 日為清明節 , 是中國傳統二十四節氣之一 , 主要活動是全家大小一起到 

祖先的墳上拈香祭拜 , 並在祭拜活動中清理焚燒墓地的雜草花木。 

由於今年 4 月 5 日並非例假日 , 因此有許多人提前於 4 月 3 日 ( 星期日 ) 掃墓 , 從圖 

5.4(a) 我們可以發現 ,4 月 3 日的微粒濃度值明顯較 4 月 5 日高出許多 ,PM 2.5 濃度最高 

可以達到 112 μg m -3 , 在這段期間風速及通風指數都比 4 月 5 日高 ( 如圖 5.4(b) 和表 5.9), 

所以這個高濃度不是因為大氣擴散不易造成的累積效應 , 且 4 月 3 日當天 O 3 最高值僅 

比每日最高值的月平均高出一些 , 而且還比 4 月 5 日來得低 , 代表 4 月 3 日的光化反應 

沒有比其他時間來得興盛。在 CO、NO x 、SO 2 日平均濃度 4 月 3 日雖然高於 4 月 5 日 , 

但 CO 及 NO x 卻比月平均值低 ,SO 2 也沒有比月平均值高出多少 , 為何造成這個高濃度 

還需要再深入探討。 

清明節 PM 濃度 

PM10-2.5 

PM2.5 

120 

Concentration(μgm -3 ) 

90 

60 

30 

0 

4/2 

4/3 

4/4 

4/5 

4/6 

4/7 

Time 

清明節風速風向 

WS 

WD 


6 

5 

4 

3 

2 

1 

360 

300 

240 

180 

120 

60 


0 

0 

4/2 

4/3 

4/4 

4/5 

4/6 

4/7 

Time 

清明節硝酸鹽硫酸鹽濃度 

硫酸鹽 

30 


25 

20 

15 

10 

5 

0 

4/2 

4/3 

4/4 

4/5 

4/6 

4/7 

4/8 

圖 5.4 (a) 清明節前後微粒濃度 (b) 清明節前後風速風向 (c) 清明節前後 PM 2.5 硫酸鹽 

濃度 

Time 

49

表 5.9 清明節期間監測資料彙整 

4/3 4/5 Average( 月 ) 

超級測站量測項目 PM 10 (μg m -3 ) 77.29 51.93 63.33 

PM 2.5 (μg m -3 ) 53.54 30.97 41.82 

OC(μg m -3 ) 5.31 - 6.35 

EC(μg m -3 ) 2.76 - 2.24 

OC/EC 2.87 - 3.06 

硝酸鹽 (μg m -3 ) - - 1.63 

硫酸鹽 (μg m -3 ) 12.54 5.94 9.35 

風速 (m s -1 ) 2.81 2.05 1.84 

新莊空氣品質站 CO(ppm) 0.75 0.58 0.96 

O 3 (ppb)* 72.1 81.1 60.48 

NOx(ppb) 28.63 22.64 39.39 

SO 2 (ppb) 8.85 3.07 8.42 

混合層高度 (m) 532.72 550.33 493.03 

通風指數 (m 2 s -1 ) 1496.94 1128.18 907.18 




50

5.2.1.3 94 年 4 月 2 日至 4 月 10 日光達觀測 

圖 5.5 為 4 月 2 日早上 0:00 至 4 月 11 日早上 0:00 大氣混合層高度與 PM 10 濃度逐 

時變化。4 月 3 日天氣晴朗 , 混合層高度有顯著的日夜變化 , 因此當日白天 PM 10 濃度的 

增加應非大氣擴散不良所造成。光達資料顯示 4 月 3 日清晨 2:00 開始在混合層之上即有 

高濃度的微粒 ( 如圖 5.6), 並在日出後混合層增高的過程中隨大氣的對流傳入混合層內 , 

與地面低層的污染物相互混合 , 原先在混合層上面的微粒來源仍待進一步的探討。4 月 

8 日下午至夜間再次發生混合層急遽降低導致空氣品質惡化的現象 ,4 月 9 日為週末 , 

早上的 PM 10 排放量可能因而降低 , 因此雖然混合層並不高 , 但未造成嚴重的空氣污染。 

Mixing Height (km) 

2 

1.8 

1.6 

1.4 

1.2 

1 

0.8 

0.6 

0.4 

0.2 

0 

MH 

PM10 

300 

250 

200 

150 

100 

50 

0 

4/02_00:00 

4/02_12:00 

4/03_00:00 

4/03_12:00 

4/04_00:00 

4/04_12:00 

4/05_00:00 

4/05_12:00 

4/06_00:00 

4/06_12:00 

4/07_00:00 

4/07_12:00 

4/08_00:00 

4/08_12:00 

4/09_00:00 

4/09_12:00 

PM10 (mg m -3 ) 

4/10_00:00 

4/10_12:00 

4/11_00:00 

圖 5.5 

4 月 2 日早上 0:00 至 4 月 11 日早上 0:00 大氣混合層高度與 PM 10 濃度的逐時 

變化 

| | | | | 

0:00 6:00 12:00 18:00 24:00 

圖 5.6 

4 月 3 日 0:00 至 4 月 4 日 0:00 微粒背向散射係數 (532 nm) 的時間變化及高度分 

布 ( 深色部分為雲層所產生的過飽和訊號 )。 

51

5.2.1.2 中元節 (8 月 19 日 ) 

在中元節這段時間 , 從圖 5.7 (a) 可知普遍都是 PM 2.5 的濃度高於 PM 2.5-10 的濃度 , 顯 

示人為活動是主導 , 在 PM 2.5 高濃度期間 ,PM 2.5 硫酸鹽相較於其他日子並無較高的濃度 

( 圖 5.7 (b)), 因此污染來源應該不是工業污染 , 檢視這些時段的風速並不算低 ( 圖 5.7 

(c)), 顯然是有較多的污染物產生 , 形成微粒濃度增加 , 另外從 PAH 的濃度我們可以發 

現在中元節當天晚上 , 有一高值出現 ( 圖 5.7 (b)), 而造成此高濃度的原因即有可能為中 

元節的人為活動所致。 

中元節前後微粒濃度 

5 0 

(a) 4 5 

4 0 

3 5 

3 0 

2 5 

2 0 

1 5 

1 0 

5 

0 


8/17 

8/18 

8/19 

8/20 

PM2 . 5 PM2 . 5 -1 0 

8/21 

8/22 

D a te 

中元節前後 P M 2 . 5 硫酸鹽與 P A H 濃度 

硫酸鹽 

PA H 

(b) 

SulfateConcentration(μgm -3 ) 

1 2 

1 0 

8 

6 

4 

2 

1 2 0 

1 0 0 

8 0 

6 0 

4 0 

2 0 

PAHConcentration(ngm -3 ) 

0 

8/17 

8/18 

8/19 

8/20 

8/21 

0 

D a t e 

中元節前後風速風向 

4 

(c) 

WindSpeed(ms -1 ) 

3 

2 

1 

Win d Sp e e d 

Win d Dire c tio n 

3 6 0 

3 0 0 

2 4 0 

1 8 0 

1 2 0 

6 0 

WindDirection( O ) 

0 

0 

8/17 

8/18 

8/19 

8/20 

8/21 

Da te 

圖 5.7 (a) 中元節前後微粒濃度圖 (b) 中元節前後 PM 2.5 硫酸鹽濃度 (c) 中元節前後風速風 

向 

52

5.2.1.5 中秋節 (9 月 18 日 ) 

圗 5.8 為 9 月 17 日至 9 月 19 日 ( 中秋節 )PM 10 濃度與混合層高度及地面風速的逐時 

變化趨勢。這段期間為十分晴朗炎熱的天氣型態 , 旺盛的大氣對流導致 9 月 17 日至 9 

月 18 日中午混合層的最大高度可高達 2 km, 地面風速則高達 3 m s -1 以上 , 如此的大氣 

條件使得空氣污染物快速地擴散及稀釋 , 因此 PM 10 及各項空氣污染物的濃度在這段期 

間均非常顯著地低於平均值。 

(a ) 

MixingHeight (km) 

2.5 

2 

1.5 

1 

0.5 

MH 

PM10 

100 

90 

80 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

(b ) 

10 

100 

9 

8 

7 

6 

5 

4 

3 

2 

1 

0 

Sep_17 

Sep_18 

Sep_19 

Sep_17 

Sep_18 

Sep_19 

PM10( m gm -3 ) 

0 


WS 

PM10 

90 

80 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

PM10( m gm -3 ) 

10 

0 

圖 5.8 

9 月 17 日至 9 月 19 日期間 PM 10 濃度與 (a) 混合層高度及 (b) 地面風速逐時變化 

趨勢之比較 

53

5.2.2 黃沙事件日 

每年冬末春初為中國沙塵暴的好發時期 , 由於沙塵暴影響尺度範圍很大 , 在某些特 

定的天氣條件下 , 沙塵會傳輸至台灣 , 一般而言 , 沙塵時期微粒多以粗粒徑為主 , 此時 , 

天氣型態受到高壓影響 , 風速會較平常來得高。沙塵傳輸路徑的不同有時也會帶來大陸 

沿岸的污染物 , 因此需搭配 HYSPLIT 逆溯軌跡線做進一步的分析。以下將利用 3.3.2 節 

所提到的方法進行沙塵是否抵達台灣的依據。 

5.2.2.1 第一波沙塵影響台灣時期 (3 月 18 日至 3 月 19 日 ) 

由於沙塵抵台影響的地理範圍頗大 , 因此由表 5.10 北部各測站監測相關數值可判定 

沙塵是否影響北台灣空氣品質。在背景站方面 , 萬里和陽明 PM 10 最高小時濃度均超過 

100 μg m -3 , 由於陽明站無風向 , 因此以萬里測站作為判定基礎。超級測站位於台北縣 

新莊市 , 因此選取基隆市的仁愛、台北縣的新莊和板橋來觀察 , 三個測站 PM 10 最高小 

時濃度也都超過 100 μg m -3 , 風向除仁愛外 , 都以東北風向居多 , 由於受到強風的稀釋 , 

NO 和 CO 也都比月平均值來得低 , 綜合以上結果 , 確定 3 月 18 日台灣北部受到沙塵影 

響 , 且三個測站平均 PM 10 最高小時濃度為 211 μg m -3 , 根據分類沙塵強度為 2 級。 

圖 5.9(a) 為沙塵影響期間微粒質量濃度 , 在超級測站數值 PM 10 最高值出現在 3 月 

18 日早上 7:00 為 159.4 μg m -3 ,PM 2.5 最高也出現在 3 月 18 日早上 7:00 為 108 μg m -3 , 

此時 PM 2.5 /PM 10 從一開始的 0.67 下降至 0.33, 表示此段期間初期以細粒徑居多 , 到後 

期則為粗粒徑居多 , 圖 5.9(b) 顯示從 3 月 17 日傍晚到 3 月 19 日深夜 , 風向變成穩定的 

北風 , 風速大為增加 , 維持在 4~5 m s -1 , 這是沙塵抵台的風場特徵。圖 5.9(c) 指出 PM 2.5 

硫酸鹽在此期間初期最高出現在早上 7:00 為 25 μg m -3 ,PM 2.5 硝酸鹽在同時也有一個尖 

峰值 , 由此可知此波沙塵初期以細粒徑為主 , 可能是高壓前緣將大陸沿岸污染物推送至 

台灣後 , 再將沙塵推送至台灣 , 因此呈現出初期為細粒徑為主 , 後期則以粗粒徑居上的 

現象。根據超級測站資料 , 利用風速增加、風向轉為穩定東北風確認大範圍的沙塵影響 

時間 , 再由 PM 10-2.5 >PM 2.5 研判此波沙塵於 3 月 18 日早上 9:00 開始影響台灣 , 影響期間 

到 3 月 19 日晚上 22:00。 

54

表 5.10 第一波沙塵北部各測站監測相關數值 

PM 10 (μgm -3 ) 風向 NO(ppb) CO(ppm) O 3 (ppb) 

萬事件日平均 170 多東北風 0.77 0.39 69.90 

里月平均 49 - 1.69 0.39 72.90 

陽事件日平均 116 - 0.48 0.42 66.45 

明月平均 37 - 0.95 0.33 70.59 

仁事件日平均 225 多東風 1.85 0.54 60.40 

愛月平均 75 - 12.00 0.70 56.78 

新事件日平均 194 多東北風 1.45 0.58 49.10 

莊月平均 89 - 15.35 0.94 55.24 

板事件日平均 214 多東北風 1.92 0.67 52.30 

橋月平均 88 - 14.38 1.04 60.46 

事件日 PM 10 取最高小時值 , 非日平均 

55

(a) 

150 

第一波沙塵期間 PM 濃度 

PM2.5 PM10-2.5 PM2.5/PM10 

1.0 


120 

90 

60 

30 

0.8 

0.6 

0.4 

0.2 

Ratio 

0 

0.0 

3/16 

3/17 

3/18 

3/19 

Time 

3/20 

3/21 

3/22 

(b) 

第一波沙塵期間風速風向 

WD 

WS 

360 

7 

300 

6 


240 

180 

120 

5 

4 

3 

2 


60 

1 

0 

0 

3/15 

3/16 

3/17 

3/18 

3/19 

3/20 

3/21 

3/22 

3/23 

Time 

(c) 

30 

第一波沙塵期間硝酸鹽硫酸鹽濃度 

硝酸鹽 

硫酸鹽 

25 

20 

15 

10 

5 

0 

3/15 

3/16 

3/17 

3/18 

3/19 

3/20 

3/21 

3/22 

3/23 


Time 

圖 5.9 (a) 第一波沙塵期間微粒質量濃度 (b) 第一波沙塵期間風速風向 (c) 第一波沙 

塵期間 PM 2.5 硝酸鹽硫酸鹽濃度 

56

5.2.2.2 第二波沙塵影響台灣時期 (3 月 24 日至 3 月 25 日 ) 

從大尺度範圍觀察北台灣是否受到沙塵影響 ? 檢視表 5.11 北部五個監測站監測數 

據 , 背景測站的萬里和陽明 PM 10 最高小時濃度均超過 100 μg m -3 , 一般測站的仁愛、新 

莊和板橋三個測站 PM 10 最高小時濃度也都超過 100 μg m -3 , 風向除仁愛外 , 都以東北風 

向居多 , 受到強風的稀釋 ,NO 和 CO 也都比月平均值來得低 , 綜合以上結果 , 確定 3 

月 24 日到 3 月 25 日台灣北部受到沙塵影響 , 且三個測站平均 PM 10 最高小時濃度為 160 

μg m -3 , 根據分類沙塵強度為 1 級。 

在超級測站監測數據中 , 圖 5.10 (a) 為沙塵影響期間微粒質量濃度 ,PM 10 最高出現 

在 3 月 24 日下午 15:00 為 112 μg m -3 ,PM 2.5 最高也出現在 3 月 24 日下午 15:00 為 80 μg 

m -3 , 此時 PM 2.5 /PM 10 約在 0.6~0.7, 表示以細粒徑居多。圖 5.10 (b) 的風速風向指出 , 從 

3 月 23 日傍晚以後到 3 月 26 日凌晨 , 風向變成穩定的北風 , 風速起初在 2~3 m s -1 之間 , 

在 3 月 24 日近中午增大維持在 3~5 m s -1 間。圖 5.10 (c) 為沙塵期間硝酸鹽和硫酸鹽濃度 

的逐時濃度變化。在 3 月 24 日上午 , 隨著 PM 2.5 濃度的增加 ,PM 2.5 硝酸鹽和硫酸鹽都 

有尖峰濃度出現 , 此時粗微粒濃度並不高 , 因此這時的 PM 2.5 應屬於強風前緣將大陸沿 

岸污染物推送至台灣的現象 , 隨後雖然又有一個 PM 2.5 濃度尖峰值且硫酸鹽濃度在 3 月 

24 日下午 14:00 高達 21.9 μg m -3 , 但由於粗微粒濃度沒有增高 , 因此沙塵並沒有接觸地 

面 , 由於風速甚大 , 若是當地產生的污染物一定會被稀釋 , 所以這個 PM 2.5 濃度尖峰值 

應來自於前段強風前緣帶來的大陸沿岸污染物。根據超級測站資料 , 利用風速增加、風 

向轉為穩定東北風確認大範圍的沙塵影響時間 , 研判此波沙塵於 3 月 24 日晚上 20:00 

開始影響台灣 , 影響期間到 3 月 25 日早上 10:00。 

3 月 24-25 日的另一波冷高壓影響期間 , 光達的觀測資料同樣顯示有沙塵的傳輸現 

象 , 但是大部分的沙塵存在於混合層之上 ( 如圖 5.11), 因此對地面空氣品質的影響不若 

前一波沙塵顯著。 

57

表 5.11 第二波沙塵北部各測站監測相關數值 


萬事件日平均 124 多東北風 1.00 0.36 75.20 

里月平均 48.81 - 1.69 0.39 72.90 

陽事件日平均 117 - 0.49 0.34 68.50 

明月平均 37.32 - 0.95 0.33 70.59 

仁事件日平均 156 多東風 1.53 0.46 60.00 

愛月平均 74.89 - 12.00 0.70 56.78 

新事件日平均 169 多東北風 1.34 0.42 63.00 

莊月平均 89.29 - 15.35 0.94 55.24 

板事件日平均 156 多東北風 2.42 0.64 58.65 

橋月平均 88.4 - 14.38 1.04 60.46 

事件日 PM 10 取最高小時值 , 非日平均 

58

(a) 

150 

第二波沙塵期間 PM 濃度 

PM2.5 PM10-2.5 PM2.5/PM10 

1.0 


120 

90 

60 

30 

0.8 

0.6 

0.4 

0.2 

Ratio 

0 

0.0 

3/23 

3/24 

3/25 

3/26 

Time 

3/27 

3/28 

(b) 

第二波沙塵期間風速風向 

WD 

WS 

360 

7 


300 

240 

180 

120 

60 

6 

5 

4 

3 

2 

1 


0 

0 

3/23 

3/24 

3/25 

3/26 

3/27 

3/28 

Time 

(c) 

25 

第二波沙塵期間硝酸鹽硫酸鹽濃度 

硝酸鹽 

硫酸鹽 

20 

15 

10 

5 

0 

3/23 

3/24 

3/25 

3/26 

3/27 

3/28 

3/29 


Time 

圖 5.10 (a) 第二波沙塵期間微粒質量濃度 (b) 第二波沙塵期間風速風向 (c) 第二波沙 


59

圖 5.11 

3 月 25 日 (0:00~24:00) 氣膠對 532 nm 雷射光束消偏振率的時間及高度分佈 ( 深 

色部分為雲層所產生的過飽和訊號 ; 雲層以上為雜訊區 )。圖中虛線標示高空 

沙塵層所在的位置。 

60

5.2.2.3 94 年 3 月 14 日至 3 月 25 日光達觀測 

圖 5.12 為 3 月 15 日早上 0:00 至 3 月 26 日早上 0:00 大氣混合層高度與 PM 10 濃度 

的逐時變化。3 月 15 日至 3 月 16 日大部分時間的混合層高度都在 500 公尺以下 , 導致 

上、下午交通尖峰時間過後的數小時內 PM 10 均維持在較高的濃度。3 月 18 日清晨起混 

合層即開始顯著增高 ,PM 10 也同時開始增加並在早上 7:00 達到峰值 , 由混合層高度的 

變化可看出 , 此波冷高氣壓的影響時間持續到 3 月 20 日清晨 , 在此期間 PM 10 有兩波峰 

值。圖 5.13 為 3 月 18 日 0:00 至 3 月 20 日 0:00 微粒對 532 nm 雷射光束消偏振率的時 

間變化及高度分布 , 在 3 月 18 日 9:00-16:00 期間混合層內從地面到混合層頂微粒的消 

偏振率達到 8%, 符合沙塵微粒的光學特徵 ,3 月 19 日 10:00 20:00 期間也大約為 8%; 

此外 , 這兩個時間段的混合層高度相對較高 , 顯示這兩個時間段一大一小兩波 PM 10 的 

高峰值應當均為沙塵傳輸所造成。在沙塵影響期間 , 大氣中大量的沙塵微粒恰可做為大 

氣混合層的追蹤劑 , 圖示的沙粒分布範圍清楚地顯示混合層高度在 19 日中午以前維持 

在 1.0-1.5 km 之間的現象 , 以及在 19 日中午之後開始逐漸降低的過程。 

3 月 21 日下午發生混合層高度急遽降低導致傍晚污染物擴散不良的現象 , 此一現象 

與 3 月 10 日的案例十分相似 , 顯示是本地污染所造成。3 月 24-25 日的另一波冷高壓影 

響期間 , 光達的觀測資料同樣顯示有沙塵的傳輸現象 , 但是大部分的沙塵存在於混合層 

之上 , 因此對地面空氣品質的影響不若前一波沙塵顯著。 

M ixin g Heigh t (km ) 

2 

1.8 

1.6 

1.4 

1.2 

1 

0.8 

0.6 

0.4 

0.2 

0 

MH 

3/15_00:00 

3/15_12:00 

3/16_00:00 

3/16_12:00 

3/17_00:00 

3/17_12:00 

3/18_00:00 

3/18_12:00 

3/19_00:00 

3/19_12:00 

3/20_00:00 

3/20_12:00 

3/21_00:00 

3/21_12:00 

3/22_00:00 

3/22_12:00 

3/23_00:00 

3/23_12:00 

3/24_00:00 

3/24_12:00 

3/25_00:00 

3/25_12:00 

3/26_00:00 

PM10 

300 

250 

200 

150 

100 

50 

0 

P M 10 (m g m -3 ) 

圖 5.12 


變化 

61

圖 5.13 

3 月 18 日 0:00 至 3 月 20 日 0:00 ( 橫軸以日為單位 ) 微粒對 532 nm 雷射光束消 

偏振率的時間變化及高度分布 (1.5 km 高度深色部分為雲層所產生的過飽和訊 

號 , 雲層以上為雜訊區 )。 

62

5.2.2.4 第三波沙塵影響台灣時期 (4 月 15 日至 4 月 16 日 ) 

表 5.12 提供周遭各監測站當月監測數據以判斷是否為一個沙塵事件 ? 在背景站方 

面 , 陽明 PM 10 在沙塵影響期間最高小時濃度高達 120 μg m -3 , 大台北範圍內新莊和板橋 

二個測站 PM 10 最高小時濃度也都超過 100 μg m -3 , 風向除仁愛外 , 都以東北風向居多 , 

NO 和 CO 也都比月平均值來得低 , 綜合以上結果 , 確定 4 月 15 日到 4 月 16 日台灣北 

部受到沙塵影響 , 且二個測站平均 PM 10 最高小時濃度為 185 μg m -3 , 根據分類沙塵強度 

為 1 級。 

圖 5.14 (a) 為沙塵影響期間超級測站微粒質量濃度 ,PM 10 最高出現在 4 月 15 日下午 

16:00 為 112 μg m -3 ,PM 2.5 最高出現在 4 月 15 日晚間 21:00 為 60μg m -3 , 此時 PM 2.5 /PM 10 

約 0.55 左右 , 仍以細粒徑居多。圖 5.14 (b) 的風速風向指出 , 從 4 月 13 日中午過後到 4 

月 17 日早上 , 風向改變成為穩定的北北東風 , 風速大部分維持在 3~5 m s -1 間。圖 5.14 (c) 

為沙塵期間硝酸鹽和硫酸鹽濃度的逐時濃度變化。在 4 月 13 日中午過後到 4 月 14 日早 

上 PM 2.5 濃度和 PM 2.5 硫酸鹽都有尖峰濃度出現 , 硝酸鹽濃度因儀器有問題沒有數據顯 

現 , 粗微粒濃度如第二波一樣並沒有升高 , 因此這時的 PM 2.5 仍然屬於強風前緣將大陸 

沿岸污染物推送至台灣的現象 , 值得注意的是隨後 PM 2.5 硫酸鹽維持在 15 μg m -3 左右一 

直到風向轉變 , 最高值出現在 4 月 15 日下午 14:00 為 19.0 μg m -3 。這波沙塵在風速風向 

上是具有沙塵氣流的特徵 , 但粗微粒濃度並沒有接觸地面 , 顯示有可能漂浮在上層 ; 然 

而下層的污染物還是被帶過來。根據超級測站資料 , 利用風速增加、風向轉為穩定東北 

風確認大範圍的沙塵影響時間 , 再由 PM 10-2.5 >PM 2.5 確認沙塵影響時間 , 但此次沙塵影 

響不大 , 因此很難從 PM 10-2.5 >PM 2.5 來判斷沙塵影響台灣時間。 

表 5.12 判定第三波沙塵各測站相關數值 ( 事件日 PM 10 取最高小時值 ) 


萬事件日平均 98* 東北到東 0.88 0.37 82.95 

里月平均 48.81 - 1.73 0.37 71.29 

陽事件日平均 120 - 0.95 0.37 84.80 

明月平均 37.32 - 1.02 0.36 75.49 

仁事件日平均 - 多東風 1.82 0.71 76.90 

愛月平均 - - 9.08 0.72 61.73 

新事件日平均 185 多東北風 1.51 0.66 64.95 

莊月平均 89.29 - 10.91 0.96 60.48 

板事件日平均 185 多東北風 2.12 0.77 65.00 

橋月平均 88.4 - 10.93 1.04 64.33 

*: 當日有一高值 200 μg m -3 , 但其餘數值均不到 100 μg m -3 , 故不採信此值 

63

(a) 

第三波沙塵期間 PM 濃度 

PM2.5 PM10-2.5 PM2.5/PM10 

150 

1.0 


120 

90 

60 

30 

0.8 

0.6 

0.4 

0.2 

Ratio 

0 

0.0 

4/13 

4/14 

4/15 

4/16 

4/17 

4/18 

Time 

(b) 

第三波沙塵期間風速風向 

WD 

WS 

360 

7 

300 

6 

W ind D irection( O ) 

240 

180 

120 

60 

5 

4 

3 

2 

1 

W ind Speed(ms -1 ) 

0 

0 

4/13 

4/14 

4/15 

4/16 

4/17 

4/18 

Time 

(c) 

第三波沙塵期間硝酸鹽硫酸鹽濃度 

硝酸鹽 

硫酸鹽 

35 

30 

25 

20 

15 

10 

5 

0 

4/13 

4/14 

4/15 

4/16 

4/17 

4/18 

4/19 


Time 

圖 5.14 (a) 第三波沙塵期間微粒質量濃度 (b) 第三波沙塵期間風速風向 (c) 第三波沙 


64

5.2.2.5 94 年 4 月 12 日至 4 月 25 日光達觀測 

圖 5.15 為 4 月 13 日早上 8:00 至 4 月 23 日早上 8:00 大氣混合層高度與 PM 10 濃度 

的逐時變化。這段時間天氣系統可分為兩個階段 :4 月 13 日至 4 月 16 日早上 8:00 的天 

氣系統是由大陸高壓控制 , 混合層高度的日夜變化較不顯著 ,4 月 18 日至 4 月 22 日則 

是屬於高壓迴流的型態。在這一波的鋒面過境之後 ,PM 10 的濃度分別在 4 月 13 日及 4 

月 15 日的傍晚出現兩個峰值 , 這段期間光達量測微粒的消偏振率增高至 8-10%, 顯示 

PM 10 濃度的增加可能是沙塵傳輸的結果 , 圖 5.16 為 4 月 15 日早上 0:00 至 4 月 16 日早 

上 8:00 大氣微粒消偏振率的時間變化及高度分布 , 圖示資料顯示在混合層之上還有兩層 

顯著沙塵層存在 , 分布的高度分別在距離地表 1.2-2.5 公里及 3-4 公里的高空 , 顯然這波 

沙塵雖然未對地面的空氣品質造成嚴重的衝擊 , 但是可能對區域大氣輻射造成顯著的影 

響。4 月 18 日之後晴朗的天氣條件使得混合層有顯著的日夜變化 , 日落之後至翌日早上 

的混合層高度通常在 500 公尺以下 , 大氣條件不利於污染物擴散 , 導致這段期間每日清 

晨及傍晚的交通污染對空氣品質的影響更為嚴重。 

M ix ing H eight (k m ) 

2 

1.8 

1.6 

1.4 

1.2 

1 

0.8 

0.6 

0.4 

0.2 

0 

MH 

4/13_08:00 

4/13_20:00 

4/14_08:00 

4/14_20:00 

4/15_08:00 

4/15_20:00 

4/16_08:00 

4/16_20:00 

4/17_08:00 

4/17_20:00 

4/18_08:00 

4/18_20:00 

4/19_08:00 

4/19_20:00 

4/20_08:00 

4/20_20:00 

4/21_08:00 

4/21_20:00 

4/22_08:00 

4/22_20:00 

4/23_08:00 

PM10 

300 

250 

200 

150 

100 

50 

0 

P M 10 (mg m -3 ) 

圖 5.15 


變化。 

65

8:00 14:00 20:00 02:00 08:00 

4/15 4/16 

圖 5.16 4 月 15 日早上 0:00 至 4 月 16 日早上 8:00 大氣微粒消偏振率的時間及高度分 

布。圖中虛線橢圓形標示高空兩層沙塵層所在的位置。( 深色部分為雲層所產生 

的過飽和訊號 ; 雲層以上為雜訊區 )。 

66

5.2.2.6 第四波沙塵影響台灣時期 (11 月 29 日至 11 月 30 日 ) 

表 5.13 提供鄰近測站當月相關污染物監測數據 , 以觀察北台灣是否受到沙塵影響 ? 

首先看到在背景站方面 , 陽明 PM 10 在沙塵影響期間最高小時濃度高達 149 μg m -3 , 在萬 

里測站 PM 10 在沙塵期間最高小時濃度也高達 210μg m -3 , 大台北範圍內新莊和板橋二個 

測站 PM 10 最高小時濃度也都超過 200 μg m -3 , 風向除仁愛和新莊外 , 都以東北風向居 

多 ,NO 和 CO 也都比月平均值來得低 , 綜合以上結果 , 確定 11 月 29 日台灣北部受到 

沙塵影響 , 且三個測站平均 PM 10 最高小時濃度為 228 μg m -3 , 根據分類沙塵強度為 2 級。 

圖 5.17 (a) 為沙塵影響期間超級測站微粒質量濃度 ,PM 10 最高出現在 11 月 29 日下 

午 14:00 為 198.8 μg m -3 ,PM 2.5 最高出現在 11 月 29 日早上 6:00 為 113.2μg m -3 , 沙塵其 

間 PM 2.5 /PM 10 約 0.35 左右 , 以粗粒徑居多。圖 5.17 (b) 的風速風向指出 , 從 11 月 29 日 

凌晨到 11 月 30 日下午 , 風向改變成為穩定的東北東風 , 風速大部分維持在 3~5 m s -1 

間。圖 5.17 (c) 為沙塵期間硝酸鹽和硫酸鹽濃度的逐時濃度變化。在 11 月 29 日早上開 

始到 11 月 29 日下午 PM 2.5 硫酸鹽有尖峰濃度出現 , 硝酸鹽也有尖峰濃度出現 , 但較不 

明顯 , 早晨的 PM 2.5 濃度高值可能為強風前緣將大陸沿岸污染物推送至台灣的現象。這 

波為本年度影響台灣最為嚴重的沙塵事件。根據超級測站資料 , 利用風速增加、風向轉 

為穩定東北風確認大範圍的沙塵影響時間 , 再由 PM 10-2.5 >PM 2.5 確認沙塵影響時間 , 判 

斷沙塵影響台灣時間為 11 月 29 日早上 7:00 到 11 月 30 日清晨 4:00。 

表 5.13 判定第四波沙塵各測站相關數值 


萬事件日平均 210 多東北風 1.00 0.46 65.20 

里月平均 50.02 - 1.36 0.30 64.02 

陽事件日平均 149 - 1.11 0.45 64.30 

明月平均 27.98 - 1.05 0.26 65.57 

仁事件日平均 200 多東風 1.23 0.59 61.00 

愛月平均 47.18 - 3.79 0.51 54.85 

新事件日平均 236 多東風 1.36 0.63 49.20 

莊月平均 65.92 - 6.14 0.64 50.13 

板事件日平均 248 多東北風 2.74 0.72 56.60 

橋月平均 66.08 - 6.64 0.72 56.86 

事件日 PM 10 取最高小時值 

67

第四波沙塵期間 PM 濃度 

(a) 


140 

120 

100 

80 

60 

40 

20 

0 

PM2.5 PM2.5-10 PM2.5/PM10 

1 

0.9 

0.8 

0.7 

0.6 

0.5 

0.4 

0.3 

0.2 

0.1 

0 

Ratio 

11/26 

11/27 

11/28 

11/29 

11/30 

12/1 

12/2 

Time 

第四波沙塵期間風速風向 

(b) 

360 

WD 

WS 

6 

300 

5 

WindDirection( O ) 

240 

180 

120 

4 

3 

2 


60 

1 

0 

0 

11/26 

11/27 

11/28 

11/29 

11/30 

12/1 

12/2 

Time 

(c) 

第四波沙塵期間硝酸鹽硫酸鹽濃度 

50 

硝酸鹽 

硫酸鹽 

40 

30 

20 

10 

0 

11/26 

11/27 

11/28 

11/29 

11/30 

12/1 

12/2 

12/3 


Time 

圖 5.17 (a) 第四波沙塵期間微粒質量濃度 (b) 第四波沙塵期間風速風向 (c) 第四波沙 


68

5.2.2.7 第五波沙塵影響台灣時期 (12 月 22 日 ) 

鄰近監測站相關監測數據列於表 5.14, 可判斷北台灣是否受到沙塵影響 ? 在背景測 

站方面 , 陽明 PM 10 在沙塵影響期間最高小時濃度高達 104 μg m -3 , 在萬里測站 PM 10 在 

沙塵期間最高小時濃度也高達 96 μg m -3 , 大台北範圍內新莊和板橋二個測站 PM 10 最高 

小時濃度也都超過 150 μg m -3 , 風向在仁愛和板橋站以西北風向居多 , 萬里站以東北風 

居多 , 新莊站則吹東到東北風 ,NO 和 CO 也都比月平均值來得低 , 綜合以上結果 , 確 

定 12 月 22 日台灣北部受到沙塵影響 , 且三個測站平均 PM 10 最高小時濃度為 177μg 

m -3 , 根據分類沙塵強度為 1 級。 

圖 5.18 (a) 為沙塵影響期間超級測站微粒質量濃度 ,PM 10 最高出現在 12 月 21 日晚 

上 18:00 為 161.3 μg m -3 ,PM 2.5 最高也出現在 12 月 21 日晚上 18:00 為 115.9 μg m -3 , 沙 

塵其間 PM 2.5 /PM 10 約 0.7 左右 , 以細粒徑居多 , 隨後比值才逐漸下降至 0.4 左右 , 但由 

於風速並不強 , 因此應非高壓前緣將大陸沿岸污染傳輸至台灣 , 屬於當地污染物因擴散 

不良而有累積效應。圖 5.18 (b) 的風速風向指出 , 從 12 月 20 日晚上 20:00, 風向突然改 

變成為以西北風為主 , 風速大部分維持在 1 m s -1 左右。圖 5.18 (c) 為沙塵期間硝酸鹽和 

硫酸鹽濃度的逐時濃度變化。在 12 月 21 日早上開始到 12 月 22 日下午 PM 2.5 硫酸鹽有 

尖峰濃度出現 , 硝酸鹽也有尖峰濃度出現 , 但較不明顯。此波沙塵與其他不同的地方是 

風速較低 , 且風向不像以往穩定的吹東北風 , 因此無法以先前的經驗劃分出受沙塵影響 

的確切時間點 , 但可以確認的是從光達的觀測結果顯示 , 微粒高消偏振率出現在 12 月 

22 日的早上 , 因此在這段時間是有受到沙塵影響的 ( 圖 5.19)。隨後 12 月 25 日下午的高 

濃度現象可能與混合層高度的急遽降低有關 ( 圖 5.20)。 

表 5.14 判定第五波沙塵各測站相關數值 


萬事件日平均 96* 多東北風 2.00 0.24 59.15 

里月平均 42.61 - 1.93 0.31 49.10 

陽事件日平均 104 - 1.21 0.38 54.10 

明月平均 24.34 - 0.96 0.27 50.01 

仁事件日平均 126 多西北風 4.31 0.51 38.90 

愛月平均 40.05 - 8.66 0.55 39.41 

新事件日平均 183 東至東北風 4.06 0.63 50.59 

莊月平均 61.64 - 13.15 0.69 38.15 

板事件日平均 222 多西北風 11.20 0.76 45.80 

橋月平均 60.38 - 14.35 0.77 34.21 

事件日 PM 10 取最高小時值 

*: 萬里站於 21 日當天數值有問題 , 因此取 22 日最高濃度。 

69

(a) 

第五波沙塵期間 PM 濃度 

1 2 0 

PM2 .5 PM2 .5 -1 0 PM2 .5 /PM1 0 

1 .2 

Concentration (μg m -3 ) 

1 0 0 

8 0 

6 0 

4 0 

2 0 

1 .0 

0 .8 

0 .6 

0 .4 

0 .2 

Ratio 

0 

0 .0 

12/20 

12/21 

12/22 

12/23 

Time 

12/24 

12/25 

12/26 

第五波沙塵期間風速風向 

3 6 0 

(b) 

Wind Direction ( O ) 

3 0 0 

2 4 0 

1 8 0 

1 2 0 

6 0 

0 

WD 

4 .0 

3 .5 

3 .0 

2 .5 

2 .0 

1 .5 

1 .0 

0 .5 

0 .0 

WS 

12/20 

12/21 

12/22 

12/23 

12/24 

Wind Speed (ms -1 ) 

12/25 

12/26 

Time 

(c) 

第五波沙塵期間硝酸鹽硫酸鹽濃度 

3 0 

2 5 

硝酸鹽 

硫酸鹽 

2 0 

1 5 

1 0 

5 

0 

12/20 

12/21 

12/22 

12/23 

12/24 

12/25 

12/26 

Concentration (μg m -3 ) 

Time 

圖 5.18 (a) 第五波沙塵期間微粒質量濃度 (b) 第五波沙塵期間風速風向 (c) 第五波沙 


70

圖 5.19 94 年 12 月 21 日至 27 日光達觀測大氣微粒消偏振率的時間及高度分布。 

94 年 12 月 21 日至 27 日混合層高度 

2 

Mix High (m) 

1.5 

1 

0.5 

0 

12/21 

12/22 

12/23 

12/24 

12/25 

12/26 

12/27 

Time 

圖 5.20 光達觀測 12 月 21 日至 27 日混合層高度 

71

5.3 模擬微粒無機鹽成分的變化 

5.3.1 先期研究 

一般產生高污染事件日的不利擴散條件之一為風速低 , 本年度微粒無機鹽成分模擬 

的課題為大陸污染物長程傳輸對北台灣的影響 , 當觀測懸浮微粒高濃度時 , 風速卻較平 

時為高 , 表示上游地區有污染物傳輸過來。圖 5.21~5.28 為 2005 年 1 月至 5 月觀測到風 

速急速升高前後幾小時內 , 八個污染物濃度也急速升高的個案 , 配合溫度下降的時間 , 

我們可以判斷大約是冷鋒抵達台灣北部的時間。我們從圖 5.29 和圖 5.30 可以看到 , 當 

超級測站觀測污染物濃度升高時 , 皆有鋒面或是冷高壓前緣抵達台灣北部地區 , 同時 , 

由圖 5.31 和圖 5.32 亦可明顯看到 , 自超級測站的反軌跡線皆來自中國大陸沿岸地區。 

由這些跡象可知 , 這種現象決不是巧合。 

倘若黃沙源區有起沙現象 , 則黃沙通常會伴隨著鋒面抵達台灣 ( 王 , 2001; 張等 , 

2001;Liu et al., 2001; 林 , 2002; 周等 , 2002; 梁 , 2003; 朱 , 2004;Lee et al., 2006), 因 

為沙塵事件的相關研究多著重在黃沙或是粗粒徑微粒部分 , 相對對於細粒徑微粒卻忽略 

了。在 2004 年及 2005 年本研究對於黃沙事件的觀測中 , 由於黃沙強度不強 , 因此得以 

清楚觀測到細粒徑微粒的影響。由於本研究模式模擬的排放檔中並未包含黃沙源區排 

放 , 因此摒除黃沙的影響 , 倘若模擬結果發現大陸沿岸地區細粒徑微粒在冷鋒抵達台灣 

後經長程傳輸影響台灣地區 , 則可印證我們的推論。 

72

Concentration ( ug m-3, PM2.5, 

PM2.5-10) 

180 

160 

140 

120 

100 

80 

60 

40 

20 

0 

1/3 1/4 1/5 1/6 

Date 

PM2.5 

PM10 

nitrate 

sulfate 

30 

25 

20 

15 

10 

5 

0 

Concentration (ug m-3, sulfate, 

nitrate) 

(a) 

Wind speed (m s-1) 

4.5 

WS 

4 

WD 

3.5 

3 

2.5 

2 

1.5 

1 

0.5 

0 

1/3 1/4 1/5 1/6 

Date 

405 

360 

315 

270 

225 

180 

135 

90 

45 

0 

Wind direction (degree) 

(b) 


30 

25 

20 

15 

10 

Temp 

RH 

100 

90 

80 

70 

60 

50 


5 

40 

1/3 1/4 1/5 1/6 

Date 

圖 5.21 2005 年 1 月 4 日事件日的微粒濃度、風向風速、及溫濕度 

(c) 

73


PM2.5-10) 

120 

100 

80 

60 

40 

20 

PM2.5 

PM10 

nitrate 

sulfate 

30 

25 

20 

15 

10 

5 


nitrate) 

0 

1/31 2/1 2/2 2/3 

Date 

0 

(a) 


4.5 

4 

3.5 

3 

270 

2.5 

2 

180 

1.5 

WS 

WD 

1 

90 

0.5 

45 

0 

0 

1/31 2/1 2/2 2/3 

Date 

405 

360 

315 

225 

135 


(b) 

15 

Temp 

100 


10 

RH 

90 

80 

70 

60 


5 

50 

1/31 2/1 2/2 2/3 

Date 


(c) 

74


PM2.5-10) 

180 

160 

140 

120 

100 

80 

60 

40 

20 

0 

3/10 3/11 3/12 3/13 

Date 

PM2.5 

PM10 

nitrate 

sulfate 

30 

25 

20 

15 

10 

5 

0 


nitrate) 

(a) 


5 

4.5 

4 

3.5 

3 

2.5 

2 

1.5 

1 

0.5 

0 

WS 

WD 

3/10 3/11 3/12 3/13 

Date 

405 

360 

315 

270 

225 

180 

135 

90 

45 

0 


(b) 


30 

25 

20 

15 

10 

Temp 

RH 

100 

90 

80 

70 

60 

50 

40 


5 

30 

3/10 3/11 3/12 3/13 

Date 


(c) 

75


PM2.5-10) 

180 

160 

140 

120 

100 

80 

60 

40 

20 

0 

PM2.5 

PM10 

nitrate 

sulfate 

30 

25 

20 

15 

10 

5 

0 


nitrate) 

3/17 3/18 3/19 

Date 

(a) 


7 

WS 

6 

WD 

5 

4 

3 

2 

1 

0 

3/17 3/18 3/19 

Date 

405 

360 

315 

270 

225 

180 

135 

90 

45 

0 


(b) 


30 

25 

20 

15 

10 

Temp 

RH 

100 

90 

80 

70 

60 

50 

40 


5 

3/17 3/18 3/19 

Date 

30 


(c) 

76


PM2.5-10) 

140 

120 

100 

80 

60 

40 

20 

0 

PM2.5 

PM10 

nitrate 

sulfate 

3/22 3/23 3/24 3/25 

Date 

30 

25 

20 

15 

10 

5 

0 


nitrate) 

(a) 


6 

WS 

5 

WD 

4 

3 

2 

1 

0 

3/22 3/23 3/24 3/25 

Date 

405 

360 

315 

270 

225 

180 

135 

90 

45 

0 


(b) 


30 

25 

20 

15 

10 

Temp 

RH 

100 

90 

80 

70 

60 

50 

40 


5 

30 

3/22 3/23 3/24 3/25 

Date 


(c) 

77


PM2.5-10) 

120 

100 

80 

60 

40 

20 

0 

3/23 3/24 3/25 3/26 

Date 

PM2.5 

PM10 

nitrate 

sulfate 

30 

25 

20 

15 

10 

5 

0 


nitrate) 

(a) 


6 

WS 

5 

WD 

4 

3 

2 

1 

0 

3/23 3/24 3/25 3/26 

Date 

405 

360 

315 

270 

225 

180 

135 

90 

45 

0 


(b) 


30 

25 

20 

15 

10 

Temp 

RH 

100 

90 

80 

70 

60 

50 

40 


5 

30 

3/23 3/24 3/25 3/26 

Date 


(c) 

78


PM2.5-10) 

140 

120 

100 

80 

60 

40 

20 

0 

3/28 3/29 3/30 3/31 

Date 

PM2.5 

PM10 

nitrate 

sulfate 

30 

25 

20 

15 

10 

5 

0 


nitrate) 

(a) 


6 

WS 

5 

WD 

4 

3 

2 

1 

0 

3/28 3/29 3/30 3/31 

Date 

405 

360 

315 

270 

225 

180 

135 

90 

45 

0 


(b) 


35 

30 

25 

20 

15 

Temp 

RH 

100 

90 

80 

70 

60 

50 

40 


10 

30 

3/28 3/29 3/30 3/31 

Date 


(c) 

79


PM2.5-10) 

160 

140 

120 

100 

80 

60 

40 

20 

0 

4/13 4/14 4/15 4/16 

Date 

PM2.5 

PM10 

nitrate 

sulfate 

35 

30 

25 

20 

15 

10 

5 

0 


nitrate) 

(a) 


5.00 

4.50 

4.00 

3.50 

3.00 

2.50 

2.00 

1.50 

1.00 

0.50 

0.00 

WS 

WD 

270 

225 

180 

135 

90 

45 

0 

4/13 4/14 4/15 4/16 

Date 

405 

360 

315 


(b) 


30 

25 

20 

15 

Temp 

RH 

100 

90 

80 

70 

60 

50 

40 


10 

4/13 4/14 4/15 4/16 

Date 

30 


(c) 

80

(a) 2005 年 1 月 4 日 14:00 p.m. 

(PM 2.5 濃度最高發生於 16:00 p.m.) 

(b) 2005 年 2 月 1 日 14:00 p.m. 

(PM 2.5 濃度最高發生於 15:00 p.m.) 

(c) 2005 年 3 月 11 日 14:00 p.m. 

(PM 2.5 濃度最高發生於 17:00 p.m.) 

圖 5.29 長程傳輸事件日的東亞地面天氣圖 

(d) 2005 年 3 月 18 日 02:00 a.m. 

(PM 2.5 濃度最高發生於 07:00 a.m.) 

81

(a) 2005 年 3 月 23 日 20:00 p.m. 

(PM 2.5 濃度最高發生於 21:00 p.m.) 

(b) 2005 年 3 月 24 日 14:00 p.m. 

(PM 2.5 濃度最高發生於 17:00 p.m.) 

(c) 2005 年 3 月 29 日 08:00 a.m. 

(d) 2005 年 4 月 14 日 02:00 a.m. 

(PM 2.5 濃度最高發生於 10:00 p.m.) (PM 2.5 濃度最高發生於 06:00 a.m.) 

圖 5.30 長程傳輸事件日的東亞地面天氣圖 ( 續 ) 

82

(a) 2005 年 1 月 4 日 16:00 p.m. 

(b) 2005 年 2 月 1 日 15:00 p.m. 

(c) 2005 年 3 月 11 日 17:00 p.m. 

圖 5.31 長程傳輸事件日超級測站 72 小時反軌跡圖 

(d) 2005 年 3 月 18 日 07:00 p.m. 

83

(a) 2005 年 3 月 23 日 21:00 p.m. 

(b) 2005 年 3 月 24 日 14:00 p.m. 

(c) 2005 年 3 月 29 日 10:00 a.m. 

圖 5.32 長程傳輸事件日超級測站 72 小時反軌跡圖 ( 續 ) 

(d) 2005 年 4 月 14 日 6:00 a.m. 

84

5.3.2 長程傳輸個案探討 

我們選擇 2005 年 3 月 18 日沙塵事件日作為模擬個案 , 由於我們所使用的排放檔並 

未包含沙塵源區的排放源 , 因此除沙塵成分外其他污染物的長程輸送可以作較為明顯的 

展示。 

由我們將圖 5.24 擴展於圖 5.33 (a)~(c) 及圖 5.34 (a)~(f) 可以看到 ,3 月 14 日大陸冷 

高壓於長江口出海 ,3 月 15 日天氣型態為高壓迴流 ,3 月 16 日在華南地區產生一鋒面 , 

台灣附近的天氣型態改為鋒前暖區 ,3 月 17 日鋒面通過台灣地區 ,3 月 18 日大陸冷高 

壓前緣開始影響台灣地區 , 在 3 月 18 日之前 , 風速較低並多小於 1.5 m s -1 , 風向不定 , 

且氣溫有明顯日變化 , 由於風速較低 ,PM 10 及 PM 2.5 小時平均濃度並不低。 

大致於 3 月 17 日 16:00 pm 起超級測站風向改為較為穩定的東風 , 溫度、濕度亦隨 

之下降 , 顯示鋒面抵達台北地區並將隨即通過並向東方移動 , 同時間超級測站觀測 PM 10 

及 PM 2.5 小時平均濃度分別為 54 及 35μg m -3 , 幾小時後濃度持續降低 , 並於 3 月 17 日 

22:00 p.m. 左右開始上升 , 至 3 月 18 日 07:00 a.m. PM 10 及 PM 2.5 小時平均濃度分別為 150 

及 108μg m -3 , 同時硫酸鹽及硝酸鹽濃度分別為 25 及 12μg m -3 。 

85

Concentration ( ug m-3, 

PM2.5, PM2.5-10) 

200 

150 

100 

50 

0 

0 

3/15 3/16 3/17 3/18 3/19 3/20 

Date 

PM2.5 

PM10 

nitrate 

sulfate 

30 

25 

20 

15 

10 

5 

Concentration (ug m-3, 

sulfate, nitrate) 

(a) 


7 

6 

5 

4 

3 

2 

1 

0 

3/15 3/16 3/17 3/18 3/19 3/20 

Date 

WS 

WD 

405 

360 

315 

270 

225 

180 

135 

90 

45 

0 


(b) 


30 

25 

20 

15 

10 

Temp 

RH 

100 

90 

80 

70 

60 

50 

40 


5 

30 

3/15 3/16 3/17 3/18 3/19 3/20 

Date 

圖 5.33 2005 年 3 月 15 日至 3 月 19 日的微粒濃度、風向風速、及溫濕度 

(c) 

86

(a) 2005 年 3 月 14 日 08:00 a.m. 

(b) 2005 年 3 月 15 日 08:00 a.m. 

(c) 2005 年 3 月 16 日 08:00 a.m. 

(d) 2005 年 3 月 17 日 08:00 a.m. 

(e) 2005 年 3 月 18 日 08:00 a.m. 

圖 5.34 模擬個案期間東亞地面天氣圖 

(f) 2005 年 3 月 19 日 08:00 a.m. 

87

5.3.3 無機鹽成分的變化模擬 

圖 5.35 為超級測站 PM 2.5 、硫酸鹽及硝酸鹽的模擬值與觀測值 , 由該圖可知在定量 

上模擬結果並不理想。但由圖 5.36 可以看到在定性上我們有模擬出硫酸鹽及硝酸鹽長程 

傳輸的情況 ( 圖 5.35 (c) 中 3 月 16 日至 17 日硝酸鹽濃度高估情況為相對濕度高估所導 

致 )。以下我們針對硫酸鹽進行討論。 

圖 5.36 (a) 為 3 月 16 日 8:00 am 硫酸鹽的分佈圖 , 由該圖可以看到大陸地區有零星 

分佈 , 其中以上海地區為最高值 , 而台灣地區則以南部地區濃度較高。圖 5.36 (b) 為 3 

月 16 日 14:00 pm 硫酸鹽的分佈圖 , 大陸沿海地區硫酸鹽分佈大致沒太多改變。3 月 16 

日 20:00 pm( 圖 5.36 (c)) 在華中開始出現一團高濃度區域 , 並在 3 月 17 日 02:00 am( 圖 5.36 

(d)) 分別在華中及華北地區出現兩團高濃度區域。在 3 月 17 日 08:00 am( 圖 5.36 (e)) 可以 

看到在華中地區硫酸鹽濃度分佈與鋒面位置大致重疊 , 並朝東南方向移動。硫酸鹽濃度 

分佈主要在鋒面上或鋒面前緣尚不得知。3 月 17 日 14:00 pm( 圖 5.36 (f)) 硫酸鹽分佈區域 

持續向東南移動 , 但原濃度超過 10 μg m -3 的區域降低至不到 4 μg m -3 , 濃度降低可能與 

鋒面風速較大導致硫酸鹽集中地區加速擴散有關。長程傳輸的硫酸鹽約在 3 月 17 日 23 

時左右 ( 圖 5.36 (h)) 開始抵達台灣北部地區 , 這個時間約與實際觀測時間相近 ( 對照圖 5.36 

(b))。而後自大陸地區硫酸鹽分佈區域以一波一波的形式朝東南移動 , 直至 3 月 19 日 02 

時才脫離長程傳輸的影響 ( 由圖 5.35 (b) 得知在 3 月 18 日 17 時已經脫離影響 )。 

有關本次模擬研究的誤差分析 , 除氣象上鋒面抵達時間稍有誤差外 , 主要原因判斷 

應與大陸地區排放量資料準確率有待提升有關。本次研究所使用的排放檔案在大陸地區 

部分為 Wang et al.(2000) 所推估而得 , 其推估年份與本次模擬 2005 年有相當時間上的差 

距 , 中國大陸在過去數年間經濟成長快速 , 各大城市空氣污染嚴重程度亦隨之上升 , 因 

此本次模擬所使用的排放檔其排放量應嚴重低估。 

88

Concentration(ug m-3) 

120 

100 

80 

60 

40 

20 

(a)PM 2.5 

Observation 

Simulation 

0 

3/12 

3/13 

3/14 

3/15 

3/16 

3/17 

3/18 

3/19 

3/20 

Date 


30 

25 

20 

15 

10 

5 

(b)Sulfate 

Observation 

Simulation 

0 

3/12 

3/13 

3/14 

3/15 

3/16 

3/17 

3/18 

3/19 

3/20 

Date 


80 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

(c)Nitrate 

Observation 

Simulation 

3/12 

3/13 

3/14 

3/15 

3/16 

3/17 

3/18 

3/19 

3/20 

Date 

圖 5.35 

模擬個案期間超級測站 PM 2.5 濃度觀測值與模擬值的時間序列變化 

89

(a) 3 月 16 日 8 時 (b) 3 月 16 日 14 時 (c) 3 月 16 日 20 時 (d) 3 月 17 日 2 時 

(e) 3 月 17 日 8 時 (f) 3 月 17 日 14 時 (g) 3 月 17 日 20 時 (h) 3 月 17 日 23 時 

(i) 3 月 18 日 2 時 

(j) 3 月 18 日 5 時 

圖 5.36 2005 年 3 月 16 日至 3 月 18 日 sulfate 模擬濃度分佈圖 

圖 5.37 2005 年 3 月 16 日至 3 月 19 日風場向量圖 

90

第六章主要建議意見及未來或後續執行建議 

本計畫彙整環保署新莊微粒超級測站監測數據 , 分析高濃度事件日及特殊日微粒質 

量濃度及成分變化 , 主要的成果如下 : 

1. 94 年 2 月 23 日高濃度事件為擴散不良造成當地污染物累積所致 ,3 月 8 日至 10 日 

高濃度事件為高壓迴流導致污染擴散不易所致 ,4 月 8 日高濃度事件也是受到高壓迴 

流的影響 ,10 月 16 日高濃度事件可能為外來污染所造成 ,11 月 9 日至 10 日高濃度 

事件為大氣擴散條件不佳導致當地污染物累積 ,11 月 25 日高濃度事件可能為外來污 

染造成。 

2. 春節期間 , 普遍都是 PM 2.5 的濃度高於 PM 2.5-10 的濃度 , 顯示人為活動是主導 ,PM 2.5 

在 2 月 4 日至 7 日、9 日至 10 日、12 日、及 14 日至 16 日分別有高濃度 , 這些 PM 2.5 

高濃度期間 ,PM 2.5 硫酸鹽和硝酸鹽也有呼應的高濃度 , 檢視這些時段的風速都很 

低 , 顯然是造成污染物累積的主要因素。 

3. 清明節前的 4 月 3 日的微粒濃度值明顯較清明節當天 4 月 5 日高出許多 ,PM 2.5 濃度 

最高可以達到 112 μg m -3 , 但在這段期間風速及通風指數都比 4 月 5 日高 , 所以這個 

高濃度不是因為大氣擴散不易造成的累積效應 , 且 4 月 3 日的光化反應沒有比其他 

時間來得興盛 , 車輛排放污染物也沒有比月平均值高出多少 , 光達量測顯示 4 月 3 

日污染物從混合層上層在日出後因混合層增高 , 隨大氣對流傳入混合層內 , 與地面 

低層的污染物相互混合 , 這個現象值得再深入探討。 

4. 在中元節這段時間 ,PM 2.5 的濃度高於 PM 2.5-10 的濃度 , 顯示人為活動是主導 , 在此 

期間 ,PM 2.5 硫酸鹽相較於其他日子並無較高的濃度 , 因此污染來源應該不是工業污 

染 , 同時檢視這些時段的風速並不算低 , 顯然是有較多的污染物產生 , 形成微粒濃 

度增加 , 另外從 PAH 的濃度我們可以發現在中元節當天晚上 , 有一高值出現 , 而造 

成此高濃度的原因即有可能是中元節的人為活動所致。 

5. 中秋節期間為十分晴朗炎熱的天氣型態 , 旺盛的大氣對流導致中午混合層的最大高 

度可高達 2 km, 地面風速則高達 3 m s -1 以上 , 如此的大氣條件使得空氣污染物快速 

地擴散及稀釋 , 因此 PM 10 及各項空氣污染物的濃度在這段期間均非常顯著地低於平 

均值。 

6. 今年第一波黃沙發生在 3 月 18 日 , 此波沙塵初期以細粒徑為主 , 後期則有粗粒徑居 

上的現象。可能是高壓前緣將大陸沿岸污染物推送至台灣後 , 再將沙塵推送至台灣 , 

因此呈現出初期為細粒徑為主 , 黃沙隨後再進來 , 光達觀測證實黃沙有接觸地面。 

7. 第二波黃沙 PM 2.5 最高值出現在 3 月 24 日下午 15:00 為 80 μg m -3 , 此時 PM 2.5 /PM 10 

約在 0.6~0.7, 表示以細粒徑居多。隨著 PM 2.5 濃度的增加 ,PM 2.5 硝酸鹽和硫酸鹽都 

有尖峰濃度出現 , 此時粗微粒濃度並不高 , 因此這時的 PM 2.5 應屬於強風前緣將大陸 

沿岸污染物推送至台灣的現象 , 由於粗微粒濃度沒有增高 , 因此沙塵並沒有接觸地 

面 , 光達的觀測資料同樣顯示有沙塵傳輸的現象 , 但是大部分的沙塵存在於混合層 

91

之上 , 因此對地面空氣品質的影響不若前一波沙塵顯著。 

8. 第三波黃沙 PM 2.5 最高值出現在 4 月 15 日晚間 21:00 為 60μg m -3 , 此時 PM 2.5 /PM 10 

約 0.55 左右 , 仍以細粒徑居多。在 4 月 13 日中午過後到 4 月 14 日早上 PM 2.5 濃度 

和 PM 2.5 硫酸鹽都有尖峰濃度出現 , 粗微粒濃度如第二波一樣並沒有升高 , 因此這時 

的 PM 2.5 仍然屬於強風前緣將大陸沿岸污染物推送至台灣的現象 , 值得注意的是隨後 

PM 2.5 硫酸鹽維持在 15 μg m -3 左右一直到風向轉變 , 最高值出現在 4 月 15 日下午 

14:00 為 19.0 μg m -3 。由於粗微粒濃度並沒有接觸地面 , 顯示有可能漂浮在上層 ; 然 

而下層的污染物還是被帶過來。光達觀測顯示在混合層之上還有兩層顯著沙塵層存 

在 , 分布的高度分別在距離地表 1.2-2.5 公里及 3-4 公里的高空 , 雖然這波沙塵雖然 

未對地面的空氣品質造成嚴重的衝擊 , 但是可能對區域大氣輻射造成顯著的影響。 

9. 第四波沙塵 PM 10 最高值出現在 11 月 29 日下午 14:00 為 198.8 μg m -3 ,PM 2.5 最高值 

出現在 11 月 29 日早上 6:00 為 113.2μg m -3 , 沙塵期間 PM 2.5 /PM 10 約 0.35 左右 , 以 

粗粒徑居多。早晨的 PM 2.5 濃度高值可能為強風前緣將大陸沿岸污染物推送至台灣的 

現象。這波是本年度影響台灣最嚴重的沙塵事件。根據超級測站資料 , 利用風速增 

加、風向轉為穩定東北風確認大範圍的沙塵影響時間 , 再由 PM 10-2.5 >PM 2.5 確認沙塵 

影響時間 , 判斷沙塵影響台灣時間為 11 月 29 日早上 7:00 到 11 月 30 日清晨 4:00。 

10. 第五波沙塵 PM 10 最高值出現在 12 月 21 日晚上 18:00 為 161.3 μg m -3 ,PM 2.5 最高值 

也出現在 12 月 21 日晚上 18:00 為 115.9 μg m -3 , 沙塵其間 PM 2.5 /PM 10 約 0.7 左右 , 

以細粒徑居多 , 隨後比值才逐漸下降至 0.4 左右 , 但由於風速並不強 , 因此應非高壓 

前緣將大陸沿岸污染傳輸至台灣 , 屬於當地污染物因擴散不良而有累積效應。此波 

沙塵與其他不同的地方是風速較低 , 且風向不像以往穩定的吹東北風 , 從光達的觀 

測結果發現 , 微粒高消偏振率出現在 12 月 22 日的早上 , 因此在這段時間是有受到 

沙塵影響的。隨後 12 月 25 日下午的高濃度現象可能與混合層高度的急遽降低有關。 

11. 從光達對混合層高度的觀察顯示 , 春季的日落時間較早 , 導致混合層有時在 18:00 

以前就已經降低至 500 公尺以下 , 傍晚的交通污染物因而不易擴散稀釋。新莊測站 

許多微粒濃度的高峰值都可能與這個過程有關。過去的經驗比較著重在早上的逆溫 

層可能導致空氣品質惡化 , 較少注意傍晚的問題。 

12. 對氣膠的模式模擬顯示可模擬出高濃度氣膠硫酸鹽的傳輸 , 但仍有相當大的誤差 , 

除鋒面抵達時間稍有誤差外 , 主要原因應與大陸地區排放量資料準確率有待提升有 

關。 

13. 2005 年 3 月 16 日至 19 日的模擬結果顯示 , 大陸地區無機鹽會隨鋒面抵達台灣後數 

小時內開始影響台灣 , 並於冷高壓前緣影響台灣時使得污染物濃度達到最高值後即 

迅速降低影響。由於僅有一次模擬結果 , 我們不確定長程傳輸的無機鹽是否都在鋒 

面抵達後始影響台灣地區 , 因此需要更多個案的模擬分析才可使我們更為瞭解長程 

傳輸的過程。 

14. 由於模擬長程傳輸影響台灣地區硫酸鹽增量不到 4μg m -3 , 而實際增量大約為 20μg 

m -3 , 顯示模擬使用大陸地區的污染源排放量嚴重低估 , 未來將更新大陸地區排放量 

92

資料以使模擬結果接近觀測結果。 

93

致謝 

本計畫模式模擬項目得以順利進行 , 在此感謝中央大學大氣科學系張時禹教授協助 

提供天氣資料與計算機使用 , 以及雲林科技大學張艮輝老師及中央大學劉遵賢博士協助 

提供模式模擬排放檔案。 

94

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100

計畫成果自評 

本年度藉由微粒超級測站所量測到的監測數據 , 分別就黃沙時期、節慶日與微粒高 

濃度事件的微粒特性差異變化及其影響因子重要性進行探討 , 研究成果可提供台北都會 

區微粒化學成份短時間變化的程度及其影響因子 , 光達 (Lidar) 量測的微粒垂直剖面變化 

以及微粒混合層高度 , 有助於評估大陸沙塵滯留的高度 , 使得地面微粒的觀測成果獲得 

很好的印證。從光達估算的混合層高度 , 瞭解到春季因日落時間較早 , 導致混合層有時 

在 18:00 以前就已經降低至 500 公尺以下 , 傍晚的交通污染物因而不易擴散稀釋。 

本研究彙整分析的成果還可提供進行區域輻射冷卻或加溫的估算 , 對微粒影響溫度 

變遷的評估有很大的助益。此外 , 透過模式模擬微粒無機鹽變化 , 本研究得以增強對微 

粒高濃度事件特性的解析。 

整體而言 , 本研究完成了計畫書所列各項工作 , 所獲得微粒特性變化及相關子計畫 

健康風險評估成果提供環保署 , 可作為管制策略或標準修訂研議的參考依據。 

101

附錄一可供推廣之研發成果資料表 

□ 可申請專利 □ 可技術移轉日期 :95 年 1 月 25 日 

計畫名稱 : 

國科會補助計畫 

計畫主持人 : 

計畫編號 : 學門領域 : 

技術 / 創作名稱 

發明人 / 創作人 

中文 : 

(100~500 字 ) 

技術說明英文 : 

可利用之產業 

及 

可開發之產品 

技術特點 

推廣及運用的價值 

※ 1. 每項研發成果請填寫一式二份 , 一份隨成果報告送繳本會 , 一份送貴單 

位研發成果推廣單位 ( 如技術移轉中心 )。 

※ 2. 本項研發成果若尚未申請專利 , 請勿揭露可申請專利之主要內容。 

※ 3. 本表若不敷使用 , 請自行影印使用。 

102

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