2021年1-3月空品改善分析
第一章 前言
近年在國人環保意識逐年提升，中央部會及地方政府皆極為注重空氣品質變化等環境議題，持續投入相當資源及建立多項污染防制措施及積極作為，以主動有效降低大氣環境中污染物濃度。為了解目前污染物於全臺各地之現況及近年變化之趨勢，本計畫將以行政院環保署全臺空品測站監測資料為主要依據，探討2020年一月到九月全臺各地空氣品質變化趨勢，其中細懸浮微粒之結果係採用校正前之數據，同時佐以氣象局觀測資料了解近年氣象條件之變化以確實探討管制策略之效應。
本計畫探討之污染物包括下列物種：
- 細懸浮微粒(PM2.5)：空氣中的粒狀物粒徑小於或等於2.5微米之顆粒，包含原生性及衍生性部分，為目前國內最關注物種之一。
- 二氧化硫(SO2)：主要來自工業燃燒所排放，包含化石燃料的燃燒，如發電廠、煉鋼廠等都是主要來源之一。
- 氮氧化物(NOx)：主要來源為燃燒過程所排放，主要來自於移動污染源如汽機車和固定污染源如發電廠、煉鋼廠等。
- 一氧化碳(CO)：主要來源為移動污染源中汽機車的排放。
- 非甲烷碳氫化合物（NMHC）：產生臭氧和其他光化學空氣污染物的前驅物質。
- 臭氧(O3)：光化產物，由氮氧化物及揮發性有機物經光化學反應生成。
- 粗懸浮微粒(PM2.5-10)：空氣中的粒狀物粒徑界於2.5 - 10微米間之顆粒。
第二章 各污染物濃度時空分布特性
2.1 近年全臺PM2.5濃度變化趨勢
圖2.1-1 2016年-2021年01月至03月臺灣地區平均PM2.5非降雨小時濃度值及分布圖，其全臺平均值從2016年的30.8 μg/m3逐年遞減至2020年20.4 μg/m3，但是在2021年卻增加為24.8 μg/m3。前期其濃度遞減的原因主要為排放至大氣環境之原生性PM2.5及其前驅物減少所致，例如燃油、燃煤鍋爐改燒天然氣，加嚴多項污染源之污染物排放標準，補助汰換老舊車輛等，相關措施皆正面降低大氣環境中PM2.5及其前驅物之濃度降低。而2020 年較2019 年減少之幅度明顯大於其餘年份，推估除了上述因素持續減少國內污染源之貢獻外，與電廠的污染減量排放也有關係。2021年PM2.5濃度較2020年增加，部份原因應為今年全球新冠肺炎疫情仍然十分嚴峻，歐美國家在經濟復甦及製造需求上仍未達疫情前之情況，我國在疫情控制得當及製造、代工技術居於全球領先地位下，衛提供過內外所需而不斷處於高水位產能及相關電力資源需求下，相關污染排放也會較過去為多，而民眾也因為疫情只能在國內從事休閒相關活動因此移動污染源之排放也較過去為多，另今年冬季相較於去年因為反聖嬰現象，冬季較有利冷高壓南下造成寒冬，民眾用電取暖之需求較去年為多，也導致電廠需提供更多電力而排放污染物，且依據氣象專家賈新興分析，由東亞附近低空氣流圖來看，台灣持續受到異常的氣旋式環流影響，此不僅造成雨量偏少的問題，由中央山脈東側吹來之氣流，容易在台灣西部造成較不易污染物擴散之氣象條件，因此導致今年前3月監測結果較去年之濃度為高。
由圖可得知於2016年全臺PM2.5濃度以南部地區較高、中部地區次之、北部及東部地區較低，中南部地區PM2.5濃度大都在30 μg/m3以上，部分較高區域超過35 μg/m3，而北部地區則大都在25 μg/m3以下，東部地區則相對最為乾淨，PM2.5濃度皆在20 μg/m3以下。因為相對較多固定污染源及為數眾多之移動污染源，加上不同季節環境風場和地形之影響，因此中、南部地區較台灣其他地區PM2.5濃度為高，而北部地區雖然有較少之固定污染源，但部分地區盆地地形加上移動污染源及台灣境內其他區域污染源之影響，仍有一定程度之污染濃度，而東部地區因為相對較少污染源之影響，空氣品質相對為佳。
進入2017年後整體PM2.5濃度分布趨勢及水準與2016年仍相近，然部分地區PM2.5濃度稍微增加，例如中部台中市即南投縣部分區域、南部台南市北部及高雄部分區域，而北部大部分地區呈現改善趨勢，不過全臺整體來說還是稍微降低之情況。2018年較2017年於部分地區有較明顯之改善，例如台中南投交界區域、雲林、苗栗及高雄部分區域。2019年濃度分布與2018年比較，中、南部分區域改善狀況較為明顯，如嘉義及高雄部分地區。2020年則有較為明顯之進步，整體中、南部地區之濃度分布都較2019年為進步，整季各測站平均值大都在30 μg/m3以下。2021年則除花東之外，全臺個第皆明顯呈現增量之趨勢，其中以雲林、嘉義近山處及臺南、高雄沿海區域較為明顯。
2.2氣象條件對空氣品質之影響
圖2.2-1為2021年及2020年01月至03月臺灣地區地面風速、降雨量、太陽輻射及雲量差值分布圖，由風速差值圖可知與2020年同期比較，2021年在北部區域以桃園、新竹地區風速較高，較高之風速有利污染物在平面及垂直方向擴散進而降低濃度，北部區域其他地區的風速則差異不大；在中部區域以台中、彰化及南投交界處和雲林北部風速較2020年增加有利於污染物濃度降低，但是雲林沿海處則風速明顯較為減少；在南部區域於台南中部及高屏交界處明顯較2020年為減少而不利污染物擴散，其餘地區則差異不大。由降雨量差值圖可知與2020年同期比較，全臺各地區降雨量以北部迎風面區域為增加之情況，其餘地區皆較去年雨量減少，降雨過程能帶走大氣環境中之污染物而降低濃度，因此與2020年比較2021年中南部地區較少之降雨量不利於污染物濃度降低。在太陽輻射差值圖部分，與2020年比較2021年全臺各地之太陽輻射皆較為增加，類似之情況可由雲量差值圖得到驗證，與2020年比較2021年全臺的雲量皆較少，進而增加太陽輻射(陽光)的強度。較強之太陽輻射雖可讓近地表之混合層發展較高而有利於污染物擴散，但較強之太陽輻射亦會促使光化反應增強，導致具光化反應之物種，如衍生性細懸浮微粒及臭氧，容易生成較高濃度之污染事件。綜合上述討論，與2020年之氣象條件比較，2021年中、南部部分地區之地面風速較小污染物之擴散較弱、降雨量較少對污染物之洗除作用低、太陽輻射量較高(陽光強)及雲量較低可使混合層發展較高而有利於污染物擴散，但因為今年降雨對污染物幾乎無任何洗除效應之強況，因此2021年01月-03月氣象條件對於大氣環境污染物之影響整體而言是應為不利擴散之情境。
2.3 PM2.5及相關污染物濃度之時空分布
為探討PM2.5及相關污染物濃度之時空分布特性，茲將本計畫探討之一般空氣污染物分成工廠代表污染物及車輛代表污染物（如圖2.3-1），其中為工廠主要排放物種之工廠代表污染物為NOx和SO2，而為移動污染源主要排放物種之車輛代表污染物為NOx、CO和NMHC。另為了排除因降雨所致污染物濃度降低之情況以專注在人為管制策略和防制措施之減量效應，下面所使用之監測分析資料皆排除降雨時段之資料。
一、PM2.5
圖2.3-2為2021年及2020年01月至03月臺灣地區PM2.5非降雨小時濃度及差值分布圖，由圖中可得知2021年PM2.5濃度以中、南部較高而北、東部較低，較高及較低之濃度差異約為25 μg/m3。相較之下2020年雖然分布趨勢相近2021年，但西半部各地整體之濃度皆較高。由差值圖來看除了少部分地區差異不大外，全臺大部分區域其濃度值變化2021年為較2020年明顯增多，幅度約為1 μg/m3 - 9 μg/m3，其中在中、南部區域增幅更為明顯，增加幅度皆達為3 μg/m3以上，增量最大地區在嘉義縣市及台南沿海部分地區。
二、NOX
圖2.3-3 為2021年及2020年01月至03月臺灣地區NOX非降雨小時濃度及差值分布圖，由圖中可得知2021年NOx濃度主要集中在臺北市、新北市、桃園市、臺中市、臺南市、高雄市六都及嘉義地區，因這些區域人口較為密集且為工商業發達之處，不論是移動污染源或固定污染源皆較其他區域為多，因此其濃度當然相對較高，而臺灣西半部又較東部為高，因東部地廣人稀且較少污染源排放所致。於2020年NOx濃度之分布趨勢與2020年極為相近，因此推估主要貢獻來源之強度及時序變化應該極為相似。由差值圖來看中部大部分區域其濃度值變化2021年為較2020年稍微減少，而北、南部大部分地區則較2019年為增加之情況，全台平均為稍微增加之趨勢。
三、SO2
圖2.3-4為2021年及2020年01月至03月臺灣地區SO2濃度及差值分布圖，由圖中可得知2021年SO2濃度分布區域有明顯熱點，分別位於北部地區新北鶯歌、樹林區及桃園龜山、桃園大園鄰近區域、中部地區彰化沿海區域及南部地區高雄沿海一帶，依其分布位置推論應為鄰近工業區及大型污染源排放所致。於2020年SO2濃度之分布趨勢與2021年極為相近，因此推估主要貢獻來源之強度及時序變化應該極為相似。由差值圖來看北部區域新北、桃園沿海部分地區有稍微減少但變化幅度不大，其他地區則為增加的情況。中部區域在中彰投交界處及雲林靠山處有明顯增加之情況外，雲林沿海及南投部分山區則為些微減少。南部地區以台南有較明顯減少之情況，其餘地區則都為增加之趨勢。整體來說全臺SO2 濃度2021年較2020年同時段稍微增加0.1 ppb，因變動幅度甚小、接近儀器偵測靈敏度，故基本上可視為變化不明顯。
四、CO
圖2.3-5為2021年及2020年01月至03月臺灣地區CO濃度分布圖及差值分布圖。由圖中可得知2021年CO濃度分布區域呈現主要集中在人口密集之處如新北市、桃園市、臺中市及高雄市等六都區域。2020年CO濃度分布趨勢與2020年相近。由差值圖來看2021年在北部部分地區、中部雲林靠山區域及南部南高雄進工業區附近為增加之情況，其餘地區大都為減少之趨勢，但因變動幅度甚小、接近儀器偵測靈敏度，故基本上可視為變化不明顯。
五、NMHC
圖2.3-6為2021年及2020年01月至03月臺灣地區NMHC濃度分布圖及差值分布圖。由圖中可得知2021年NMHC濃度分布區域主要集中在人口密集之處如新北市、桃園市、臺中市及高雄市等都會區域。2020年NMHC濃度分布趨勢與2021年相近。由差值圖來看2020年在全臺部分地區，如竹苗交界、中章交界及台南北邊為稍微減量外，各地區NMHC濃度多呈現稍微增量之趨勢。
2.4 其他污染物濃度之時空分布
一、PM2.5-10
圖2.4-1為2021年及2020年01月至03月臺灣地區PM2.5-10非降雨小時濃度及差值分布圖，由圖中可得知2021年PM2.5-10濃度以中、南部較高，其中雲嘉沿海可達30 μg/m3以上。而北、東部地區相對較低，大都位於15 μg/m3以下。相較之下2020年雖然分布趨勢相近2021年，推估主要貢獻來源之強度及時序變化應該極為相似。由差值圖來看北部大部分區域其濃度值變化2021年與2020年差異不大，僅在部分地區，如新北林口附近、桃竹沿海、中彰沿海、嘉南交界處及高屏部分地區有較明顯之增幅，幅度最大可達約10 μg/m3，全台平均呈現些微增量之情況，約為1.2 μg/m3。
二、O3
圖2.4-2為2021年及2020年01月至03月臺灣地區O3非降雨小時濃度及差值分布圖，由圖中可得知2021年O3濃度於中、南部地區以靠山部分較高、沿海地區較低，此分布應與O3為光化產物之特性，需隨時間在風場、其前驅物及太陽輻射作用下而生成所致。北部區域則相對分布較為均勻且濃度較低，應與當地風場及污染源排放特性有關。相較之下2020年濃度分布趨勢相近且濃度值差異不大。由差值圖來看全臺濃度值變化2021年較2020年為減少趨勢，減量幅度平均約0.9 ppb，中、南部區域大都為減量之情況，於南投埔里及高雄美濃則為稍微增量之情況，而北部區域則大多為增量之情況，增幅可達5ppb以上。
三、總臭氧 (O3+NO2)
因為O3會與一氧化氮（NO）反應生成二氧化氮（NO2），而NO2又會與揮發性有機物（VOCs）因光化作用下產生O3，因此為避免誤解O3濃度之變化為不同物種之轉換或為管制策略之成效，茲將O3濃度及NO2濃度相加以進行探討。圖2.4-3為2021年及2020年01月至03月臺灣地區O3+NO2非降雨小時濃度及差值分布圖，由圖中可得知2021年總臭氧濃度於南、北都會地區有較高之監測值，中部地區都會與郊區反而相對較低，東部地區因污染源較少故濃度為最低之區域。2020年總臭氧濃度在分布趨勢與2020年相近而濃度水準則稍高。由差值圖來看以雲嘉南地區減量較明顯，最大減幅可達4 ppb，高屏地區則是有增有減，北部地區部分區域呈現明顯增量之趨勢，以新北、竹苗交界處較為明顯，於花東區域也呈現增量之現象。圖2.4-4為O3+NO2非降雨小時每日小時最大值濃度及差值分布圖，亦呈現相同趨勢。
第三章 各縣市各污染物濃度時空分布特性
3.1 各縣市污染物濃度及差值排序變化
本節以縣市為單位，呈現各縣市轄下測站各污染物濃度之平均結果並依序排位，同時比較近年改善幅度以為仿效參考，然應注意部分縣市境內僅單一測站，其監測值可能因所在位置之事物改變或不可避免之突發事件而有所差異。
一、PM2.5
表3.1-1為2021年與2020年01月至03月全臺各縣市環保署測站PM2.5非降雨小時濃度、序位及差值，由表中可得知2021年全臺各縣市以臺東縣濃度最低(9.1 μg/m3)序位第1，其次2-4分別為花蓮縣、宜蘭縣和基隆市，其特點皆為境內較少污染源排放且無明顯上風處污染物傳輸貢獻，因此大氣環境中PM2.5濃度較低。接續濃度較低者主要為北部之縣市，依序為臺北市、新北市、澎湖縣、新竹縣及新竹市等，其中北部縣市冬季因位於上風處且無因地形造成不利污染物擴散之情況，且境內相對較少污染源排放，故濃度僅次於東部地區。接下來為中部縣市及離島區域包含苗栗縣、連江縣、臺中市、南投縣、彰化縣、金門縣、雲林縣和嘉義縣等，因較多之固定污染源及移動污染源之排放、冬季於高壓迴流天氣型態影響下易因位於背風面之弱風區導致污染物不易擴散而有較高監測值出現。最後為南部縣市，除了前述中部地區之狀況外，因位於臺灣較南端，於冬季東北季風盛行時常挾帶境外污染物及全臺中北部污染物往此處帶，而因地形影響東北季風過山後易於南部地區形成下沉有逆溫之大氣狀態，不利於污染物之擴散導致空氣品質不佳之情況，嘉義市空氣品質不佳之情況，應為當地移動源污染排放影響及跨縣市污染物傳輸所致。
由2021年與2020年差值結果來看，全台各測站PM2.5濃度測值皆為增量之情況，以污染減量來看增量幅度最大者為嘉義市，增量達10.2 μg/m3 (佔2020年監測值36.2%)，其次為高雄市增量達8.6 μg/m3 (32.6%)，再者為臺南市增量達8.3 μg/m3 (31.4%)，接著是嘉義縣增量達7.0 μg/m3 (28.0%)，而花蓮縣為增量最小之縣市約為0.6 μg/m3 (6.5%)。由表中可知增量較多之區域為中、南部區域，較北部及花東區明明顯來的大，推估應為中南部為國內各項生產製作相關產業主要之區域外，氣旋式環流由中央山脈東側吹來之氣流，原本即容易在台灣西邊中、南部區域造成較高污染物濃度之現象。
二、NOX
表3.1-2為2021年與2020年01月至03月全臺各縣市環保署測站NOX非降雨小時濃度、序位及差值，由表中可得知2021年全臺各縣市以澎湖縣濃度最低(4.7 ppb)，其次依序為臺東縣、花蓮縣、宜蘭縣和連江縣，而較差縣市最後五位分別是新北市、桃園市、高雄市、臺北市及台中市，其原因應與人口集中、移動污染源排量較大有關。由差值來看，全臺各縣市大都較2020年濃度增加，減量幅度較明顯者為北部及南部之縣市，包含高雄市、新竹市及嘉義市等，而台北市及東部區域縣市則為減少之地區。
三、SO2
表3.1-3為2021年與2020年01月至03月全臺各縣市環保署測站SO2非降雨小時濃度、序位及差值，由表中可得知2021年全臺各縣市以臺東縣濃度最低(1.2 ppb)，其次分別為花蓮縣、澎湖縣、屏東縣和宜蘭縣，中南部之縣市濃度普遍較北部為高，以彰化縣、連江縣及高雄縣三者濃度相對較高，應為境內固定污染源及境外傳輸所影響，留意最高彰化縣之濃度雖然為最低臺東縣之2倍餘但差距僅為2.0 ppb。由差值來看，全臺平均較2020年增量約0.1ppb，其中以連江縣增量1.3ppb最多，苗栗縣增量0.5ppb次之，其餘縣市增減量幅度大都介於<0.1 ppb – 0.3 ppb之間並不明顯。
四、CO
表3.1-4為2021年與2020年01月至03月全臺各縣市環保署測站CO非降雨小時濃度、序位及差值，因由表中可得知2021年全臺各縣市以澎湖縣濃度最低，其次分別為宜蘭縣、花蓮縣、連江縣及台東縣，因CO主要來源為移動污染源，因此濃度較高之縣市大都為六都之一或是其下風處縣市。由差值來看，全臺平均較2020年減量約0.01ppm，各縣市大都較2020年濃度減少僅高雄市為增加之情況。
五、NMHC
表3.1-5為2021年與2020年01月至03月全臺各縣市環保署測站NMHC非降雨小時濃度、序位及差值，目前僅於臺灣西半部縣市之測站進行監測。因NMHC主要來源為移動污染源，故濃度較高之縣市皆為六都之一。由差值來看，全臺平均較2020年增量約0.01ppm，各縣市較2020年濃度有增有減，並無明顯之區域特性。
六、O3
圖3.1-6為2021年與2020年01月至003月全臺各縣市環保署測站O3非降雨小時濃度、序位及差值，由表中可得知2021年全臺各縣市以嘉義市濃度最低(26.3 ppb)，其次分別為苗栗縣、台中市及彰化縣，而除離島地區因受跨境傳輸之影響外，全臺以屏東縣、台東縣及新竹縣市濃度較高。由差值來看，全臺各縣市濃度大都呈現減少情況，以嘉義市幅度最大可達4 ppb左右。
七、PM2.5-10
圖3.1-7為2021年與2020年01月至03月全臺各縣市環保署測站PM2.5-10非降雨小時濃度、序位及差值，由表中可得知2021年全臺各縣市以台東縣濃度最低(10.5 μg/m3 )，其次分別為花蓮縣、台北市、宜蘭縣、新竹縣和基隆市，而較高之縣市為嘉義縣、台南市、彰化縣及雲林縣，其原因除固定及移動污染源排放以外，街道揚塵及河川揚塵之貢獻亦為主因。由差值來看，全臺平均較2020年增量約1.3 μg/m3，各縣市除澎湖縣、雲林縣及嘉義縣外，皆較2020年濃度增加，其中以連江縣、金門縣、彰化縣及台南市相對增量較多。。
3.2 PM2.5 > 35 μg/m3之超限日數百分比統計
表3.2為2021年與2020年01月至03月全臺各縣市環保署測站非降雨小時PM2.5 > 35 μg/m3日數統計，由表中可得知由差值圖來看，全臺各縣市與2020年超標日數比較，以嘉義市增加31%最多，台南市約增加27%次之、高雄市26%和嘉義縣22%再次之，接下來多為中部縣市，其中連江縣為唯一減少之縣市。與各縣市2021年PM2.5平均濃度大都較2020年呈現增加之情況相同，2021年日均值超限日數之比例大都較2020年為增加之情況。
第四章 結論
本計畫依據環保署全臺空品測站監測資料，探討全臺各區域空氣污染物在非降雨情況下之時空變化趨勢，污染物包含PM2.5、NOX、SO2、CO、NMHC、O3及PM2.5-10。
臺灣地區平均PM2.5非降雨小時濃度值及分布圖，其全臺平均值從2016年的30.8 μg/m3逐年遞減至2020年20.4 μg/m3，但是在2021年卻增加為24.8 μg/m3，其他如PM2.5-10、NOx、SO2、NMHC等也都為增量之狀態，空品不良(PM2.5日均值 > 35μg/m3）之日數百分比也較去年同期為多，可說空品是呈現較差之情況。
2021年各污染物濃度較2020年增加之情況，部份原因應為今年全球新冠肺炎疫情仍然十分嚴峻，歐美國家在經濟復甦及製造需求上仍未達疫情前之情況，我國在疫情控制得當及製造、代工技術居於全球領先地位下，為提供過內外所需而不斷處於高水位產能及相關電力資源需求下，相關污染排放也會較過去為多，而民眾也因為疫情只能在國內從事休閒相關活動因此移動污染源之排放也較過去為多，另今年冬季相較於去年因為反聖嬰現象，冬季較有利冷高壓南下造成寒冬，民眾用電取暖之需求較去年為多，也導致電廠需提供更多電力而排放污染物，且依據分析東亞附近低空氣流圖，台灣持續受到異常的氣旋式環流影響，此不僅造成雨量偏少的問題，由中央山脈東側吹來之氣流，容易在台灣西部造成較不易污染物擴散之氣象條件，因此導致今年前3月監測結果較去年之濃度為高。