中部地區臭氧濃度分布現況探討


東海大學環境境科學系程萬里教授• 研究助理白玨玲


  中部地區 NOX 與 NMHC 大量排放是造成臭氧 濃度偏高的主要因素, NOX 與臭氧年均濃度 分布顯示: O3 嚴重的位置與高 NOX 的位置 不同,加上高臭氧成夬要件中的低風速與高氣 溫無法充份印證高濃度值發生之區域,凸顯出 影響中部地區 O3 濃度分布因素的複雓。

  台中盆地南端測站易發生高臭氧事件與其他縱 谷區域底部有關,原因於地理環境有利於污染 物累積且水平方向的擴散能力受限。特別是在 熱帶低氣壓系統天氣型時, 南投 - 竹山一帶 臭氧更趨惡化,由於此天氣型的 NOX 與 NMHC 濃度有偏高情況,推測是因大氣穩定度高使垂 直擴散能力下降,造成空氣品質的惡化。

  同其他先進國家一樣,我國也面臨二次污染物 - 臭氧的問題。大氣邊界層中 O3 與呼吸道接 觸時,會傷害呼吸道中的細胞、黏膜和組織, 導致肺功能減弱並出現鼻咽刺激、咳嗽、呼吸 短促現象,持續處在低濃度 O3 下,則有食慾 減退、頭痛與疲勞等症狀。植物依耐受度不同 會出現斑點、萎黃等現象,橡膠材質龜裂而減 短使用壽命等等。除此之外 O3 亦為對流層中 重要的溫室氣體之一,吸收 9.6 μ m 範圍的 長波輻射,使地表增溫,造成氣侯的變異。

  臭氧為光化學產生之二次污染物,其生成快慢 與日照強弱有明顯之相關, 主要前驅物為 NOX(NO 與 NO2 的總稱 ) ,與 NMHC ; NO2 極易在波長λ≧ 350nm 光解下形成基態氧原 子 O(3P)( 詳見反應 (1)) , O(3P) 再與 O2 反應形成 O3( 詳見反應 (2)) ,然生成之 O3 立刻與大氣中的 NO 反應成 NO2( 詳見反應 (3)) ,因 (1) 、 (2) 、 (3) 為一循環反應 ,使得近地面大氣中 O3 無法累積。而大氣中 NMHC 會即時將 NO 反應成 NO2 ,降低 NO 可 減少 O3 損耗,使 O3 濃度得以累積並升高。

NO2 +hv→NO+ O(3P) 315≦λ≦1200nm..(1) O(3P)+ O2+M(空氣) →O3+M............(2) O3+ NO→NO2+ O2.................... (3)

  大氣中 NMHC 的成份與反應相當複雜,反應式 (4)~(8) 介紹 NMHC 物種之一 - 烷類 (RH) 在大氣中受 OH 自由基轉化,過程中 NO 氧化 成 NO2 機制:

RH+OH→R+H2O................(4) R+ O2→RO2.................(5) RO2+ NO→NO2+ RO...........(6) RO+ O2→H2O+RCHO..........(7) H2O+ NO→NO2+O........... (8)

  可見欲有效的控制 O3 問題, 必須控制 NOX 與 NMHC 的排放。

表1 燃油引擎排放NOX與NMHC之濃度
項目 空轉 加速 行駛 減速
NOX 10-50 1000-40001000-3000 5-50
NMHC 500-1000 50-800 200-800 3000-12000

  

  都會區 NOX 與 NMHC 主要來自汽、 機車排放 , 表 1 是燃油引擎使用過程中排放 NOX 與 NMHC 的濃度情形, 高密度的汽、機車引起交 通擁塞, 導致汽、機車使用時間增加, 排放 NOX 與 NMHC 量隨之上升,我國 1997 年汽、 機車量較 1996 年增加 9% ,高速公路通行車 輛數增加約會 5%( 資料來源: http ://www.epa.gov.tw , 1998) , 逐年增加環 境的負荷使得我國空氣品質保護的工作日益艱 鉅。石化工業、加油站、有機容劑與衣物乾洗 等相關業別在製造或使用過程中有相當量揮發 至空氣中 - 稱逸散性 NMHC , 火力發電廠以 煤或石油為燃炓, 燃燒過程中會產生大量的 NOX ,這些製造業的擴增都使得臭氧問題難 影響區域 O3 濃度除了污染源排放速率之外, 氣象條件佔了非常重要的因素:一般而言,強 日照、低相對溼度、低逆溫層、低雲量與低風 速下易有高臭氧事件日 (O3 ≧ 120ppb) 的發 生。近年 O3 問題的時空尺度已逐漸擴大,不 再侷限於高污染排放區,都會區下風處與偏遠 地區也出現高臭氧的問題,許多亦文獻指出天 氣系統、地形效應或局部環流影響臭氧流佈, 欲有效解決臭氧問題除推動管制措施外,科學 技術與高臭氧成因的研析,才能提升改善成效 。

(本文摘自中台灣環境保護研討會論文集)