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焦點 | 時事分析

台灣冬天空氣特別差,原來是「護國神山」害的

撰文者:劉怡亭/台大風險中心
網民肥皂箱 2019.12.04
摘要

1.中央山脈在颱風來時是護國神山,但進入冬天把盛行風都擋住,造成西半部空品差,形成了地理條件和大環境風場配置下,空污的嚴重問題所在。
2.當大環境是屬於高壓迴流,或是沒有明顯的天氣系統時,就不該談論到境外污染對臺灣的影響,因為此時,境外污染的影響都是小於不到0.5成。

時序進入冬季,每年10月到3月是台灣空氣污染的好發季節,一旦PM2.5懸浮微粒濃度「紫爆」,連門都無法出。為什麼冬天空氣總是比較差?你可能沒想過,這竟然跟我們的護國神山──中央山脈有關! 

你可能還有一肚子疑問:政府數據顯示近來空污已大幅改善,為何卻與我們實際感受到的大不相同?1/3的空污來自於境外污染,這與氣候變遷有關嗎?空污的來源占比是大氣現象所造成的較多?還是人類行為影響較大?

這些疑問,唯有檢視科學證據與數字,才能了解真實情況。以下轉載自台大風險中心採訪中央大學大氣科學系副教授鄭芳怡,從大氣科學觀點解析台灣空污變化的精彩內容。

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為什麼有時候覺得今天空氣品質很好、明天又很糟,究竟是什麼原因?

這當中最大變因,是大氣條件不一樣!試著從大氣條件去了解,不同的大氣流動特性如何影響空氣品質(以下簡稱空品)的分布。從不同的天氣型態來看,臺灣空品問題最嚴重的季節在秋天和冬天,而非夏天。

因夏天一般降雨較多、對流也較好,所以空品會較好;但一到秋冬,空品變很糟主要是天氣類型受到北方的大陸冷高壓天氣系統影響,大陸冷高壓偶爾會有鋒面,而鋒面過後溫度變低、變冷,就是所謂的東北季風。

當受到東北季風影響的時候,大約隔12個小時,這個冷高壓系統會隨著環境的波動往東遠離臺灣,我們會感受到東北季風變弱、溫度回升,而大氣的環流結構會從東北季風轉為比較偏東風的結構,這個東風結構就是造成臺灣空氣品質很不好的一個原因。

主要是因為東風遇到中央山脈,氣流不太會過山,所以被中央山脈擋住了,整個臺灣西半部由北到南,是所謂的背風面,即整個環境風場都被擋住,所以預期的風會變得很弱,通常也是空品變糟的原因。

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臺灣常碰到的大氣情況,粗分為三種:高壓迴流型、弱綜觀、東北季風型,分別是什麼意思?

若從大氣的變動來看整個臺灣空品問題,所謂高壓迴流是指高壓離開臺灣,但是環境風場繞回臺灣、西半部又處在背風面的情況;另外也會預期下一波的天氣系統,可能鋒面又會一波波地影響臺灣。在下一波鋒面還沒有開始影響、前一波冷高壓系統遠離臺灣的時候,附近沒有什麼明顯的天氣系統,整個環境會變得很弱,定義為弱綜觀。

而綜觀就是指大環境的意思,弱綜觀亦即整個大環境的天氣系統變得非常弱。

當天氣系統有一個週期性的循環,此循環首先可能會有東北季風的影響─有益處也有缺點,當風較強時,會把臺灣些污染物帶走,但也有可能把境外的污染物帶進臺灣,所以東北季風可能是一種境內夾雜著境外污染的問題;當冷高壓系統遠離臺灣轉為高壓迴流或是弱綜觀的時候,就可以預期空品會越來越糟,因為整個環境的風場變弱了。

另外,還有一個問題是當大氣流變得非常穩定,即是空品非常不好的時候,因為是一種持續累積的概念,風弱就飄不走,若這樣的天氣型態維持2至3天,污染物累積不易改善,正是臺灣空品問題不好解決的重要層面。前面提到,臺灣因地理位置的配置有中央山脈擋著,颱風來時是護國神山,但進入冬天卻又成為隱形的空污殺手、把盛行風都擋住,造成臺灣西半部的空品非常地不好,形成了一種在先天地理環境條件和大環境風場配置下空污的嚴重問題所在。

掌握了大氣和地形因素這兩者對臺灣空污治理的挑戰,在過去幾年中,特別是臺灣各區有改善嗎?改善情況為何?

把時間稍微拉長至10年或20年,整體來看這個問題,觀測數據很清楚地告訴我們PM2.5的濃度在各地區其實都有明顯的下降,但是會發現下降的幅度在北部或竹苗的空品區是比較好的,越往南進入中部—雲林、嘉義、臺南甚至到高雄、屏東,改善的幅度就沒有這麼好了。

這跟整個氣象條件有很大的關係:北部原則上通風擴散的條件比中南部好,中南部空品區原則上盛行風以東北季風為主,儘管大氣有週期性變化,但東北季風影響的條件基本上都是處於背風面,中南部又屬於下風處,多會受到來自上風處污染物的影響。整體來說,臺灣空品問題PM2.5由北往南遞增,高屏地區會是最嚴重的,除了先天空品擴散條件不好,風也是非常弱,根據統計,高屏地區是西半部最弱的,還夾雜本身與來自上風處的污染物,所以在空污治理上越往南部越困難。

根據臺灣過去40年大氣的數據,我們的風確實減弱了,這與氣候變遷導致空污變得嚴重有關聯嗎?

確實除了風減弱之外,發現大氣變得更穩定,不只在臺灣,全球也有著大氣變得更加穩定的論點,因此可預期:大氣變穩定,相對地整個擴散條件就變更差。所謂極端天氣,分為兩種,一種是極端穩定,會造成空品非常不好;一種是極端不穩定,會造成豪大雨的問題,所以全球暖化、氣候變遷常造成極端事件的發生。

秋冬季節時,境外與境內污染對臺灣空污的問題,尤其PM2.5的占比,是逐年遞增還是遞減的趨勢?境外與境內各占比多少?

境外和境內問題必須分開討論:首先在境外方面,大部分是在受到東北季風影響的天氣條件下,較容易有境外污染的問題;但當大氣環境結構轉為比較偏東風的結構下,可以預期境外的影響是降低的,且臺灣的境外污染主要是北京、天津和整個中國沿岸到上海帶進來的污染物。

根據2018年一篇針對2010年到2017年中國排放量的分析文獻指出,所謂的硫氧化物、氮氧化物都是PM2.5的前驅物質,可看到中國在減量上,硫氧化物超過6成、氮氧化物也有超過2成。

整體來看,境外污染其實對臺灣的影響在降低,而降低的因素之一是中國本身逐年的改善—包含PM2.5的前驅物,相當地明顯。在我們的研究上也做了10年左右的境外污染資料分析,以近3年來看境外污染的事件比起10年前少了超過10次,境外污染事件對臺灣影響層面是降低的。

而境內污染,有時空污的嚴重多半是臺灣本地所造成的。同樣回歸到天氣的角度來看境內問題,當大環境是東北季風的條件下,可以去了解這個時間點境內、境外的占比是多少,至於境外污染的嚴重程度,北部空品區受到境外污染影響時可能可以達到7成,但在不嚴重的條件下,境外污染可能只有1成或2成,取決於大氣變動。

當大環境是屬於高壓迴流,或是沒有明顯的天氣系統時,就不該談論到境外污染對臺灣的影響,因為此時境外污染的影響都是小於不到0.5成的情況;這樣的高污染原則上是發生在大環境、高壓迴流風場很弱的條件下,所以大部分的污染物或PM2.5來源,都是臺灣本地排放,應該要把改善的著力點放在境內污染。

民眾在意的空污嚴重性(尤其PM2.5)、境內外污染占比,及平均值跟尖峰值意義,政府數據指出PM2.5平均值是大幅地改善,但實際上與大眾感受有落差,研究數據能否幫助我們了解臺灣PM2.5增減與現況?

以平均值來看,是指在一年四季中前驅物改善反映的事實,但尖峰值是發生在高污染空品擴散不良的條件。

要針對真正想解決的問題,在平均值有看到政府減量措施是非常有效的,民眾不應該忽略政府改善的努力;但相反地,處理高污染問題時,現階段的改善還是有一個門檻,因為大氣通風擴散條件不利於排放減量,就比較不容易直接反映在高污染事件的改善上,所以在現階段的改善上較不容易。

如前述所提到,在遇到極端穩定的大環境、大氣條件下,這方面減量措施勢必要比過往更加努力。

在討論到空污的範疇中,除了過去的數據外,針對空品模擬的推估上存在著多種空品模型的預測方式,在模式的選定和應用上,您的觀點為何?

在科學性的論述裡,空品模式可以做哪些事?首先預警是一定要的,透過空品模式的預報掌握未來幾天的空品概況,若有空品不良的預測發生,政府可以預先做好減量措施的行為,這也是空品模式所建構出的一項重要的價值。

再者,則是不同的模式對PM2.5的模擬結果會有不同的結果出現:不同的空品模式架構也有不同,從早期如高斯模型的概念提供污染物濃度的特性,到現階段較完整的模式是屬於較能夠完整考量動態的架構,此架構是指每天的天氣變動、每個地方有不同的排放量等。

然而,現階段的模式在做預測時,仍存在些缺陷,仍有改善空間。儘管如此,對於空品模式有的誤差,就如氣象模式也有報不準的時候,故也是會有高估或低估的現象。因此最重要的是如何去了解高或低估的情況,及如何在這些問題或誤差行為的假設下,合理運用、提供預警,甚至後續的應變及優先改善污染的標的和減量措施等。

討論至此,空污的嚴重性已是全民共同的感知,關鍵在於你我願不願意付出實質的心力了解自己每天呼吸的空氣,更多PM2.5治理的困境與對策討論。

*本文獲「台大風險中心」授權轉載,原文:【採訪紀實】從大氣科學看空污:PM2.5的「季節性」與「地域性」;詳細訪談內容歡迎收聽〈又到蒙面季節〉我家空污重災區?PM2.5的「季節性」與「地域性」─大氣學者釋最新數據

責任編輯:洪婉恬

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