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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:蔡詠安
研究生(外文):Yung-An Tsai
論文名稱:氣象條件與臭氧事件日相關性之探討:以高高屏地區為例
論文名稱(外文):Investigations of the Relationship Between the Meteorological Factors and the Ozone Episodes in the Kao-Ping Area
指導教授:陳康興陳康興引用關係
指導教授(外文):Kang-Shin Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立中山大學
系所名稱:環境工程研究所
學門:工程學門
學類:環境工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:英文
論文頁數:226
中文關鍵詞:臭氧通風指數氣象條件混合層
外文關鍵詞:OzoneVentilatiWeather PatternMixing Height
相關次數:
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摘 要
環保署參考地形、氣象條件及大氣擴散情形,將台灣地區劃分為七大空氣品質區。全國PSI大於100之日數(以下簡稱不良日數)百分比自民國85年的6.57%降至89年的4.02%,高屏空品區包括(高雄市、高雄縣及屏東縣)亦呈現同一趨勢,已由民國83年的18.4%降至89年的10.72%,改善幅度最大,儘管如此,民國89年高屏地區仍為空氣品質不良比率最高之地區(約11%),以民國88年為例,在南部三縣市中,以高雄縣較高雄市為佳,高雄市又較屏東縣為佳,高雄縣、高雄市及屏東縣之不良日百分比分別為10.5%、 %及15.3%。就高屏地區而言,最近3年(民國88,89,90年)不良日數百分比分別為12.1% ,10.7%及8.2%。
高屏地區造成空氣品質不佳的主要指標污染物為懸浮微粒(PM10)及臭氧(O3)。臭氧則為二次污染物,乃由其前驅污染物,如碳氫化合物(HC)或揮發性有機物(VOC)及氮氧化物(NOx)經一系列複雜之光化學反應產生。由既有的數據,做氣象條件與臭氧事件日相關性之探討。採用盒型圖(box plot)分析1996~2001年臭氧濃度的變化趨勢及分析2000年9月12~25日(秋季)及2001年1月12~25日(冬季),高臭氧事件日之逐時(含日夜)臭氧濃度變化與氣象因子及臭氧前驅物之相關性探討。並進一步探討高屏地區88∼89年的混合層高度及通風指數對空氣品質劣化之影響。
由氣象條件的分析可知,海陸風為高屏地區低空(約700公尺以下)常態的地區性風(local wind)或局部環流(local circulation),而高氣壓與低風速的氣象條件,確實有利於高臭氧濃度之累積。由秋季及冬季案例分析結果,臭氧濃度達到最高時,氣溫也達到當日最高溫,故高氣溫有利於臭氧的生成,但由於每日氣溫變化皆相當規則,並非僅在臭氧事件日氣溫才有此一現象。降雨是不利於臭氧的生成。由臭氧、NMHC、NOx及CO逐時濃度作變化趨勢比較,可明顯看出當臭氧濃度升高時,NMHC、NOx及CO濃度下降; 相反的,臭氧濃度下降時,NMHC、NOx及CO濃度有顯著升高的趨勢。
混合層高度與臭氧濃度變化進行交叉分析後,發現無明顯之正相關性。在發生高臭氧事件日時,通風指數幾乎都低於年平均值,每日的風速都介於於1.0∼4.0(m/s)之間,屬於低風速,不利於污染物之擴散,有利於高臭氧之累積生成。在冬季案例的天氣類型屬高壓迴流型,在秋季案例的天氣類型屬高壓出海型。綜上所述,高氣壓、低風速、晴朗雲疏與天氣類型,應是造成高臭氧的主要氣象因素。
ABSTRACT
Seven air quality basins are classified in Taiwan according to landforms、weather conditions and atmosphere diffusion. The data showed that the percentages of fractional number of days that PSI is greater than 100 (unhealthful) are 11.4%, 10.5% and 15.3% in three parts of Southern Taiwan (including Kaohsiung City, Kaohsiung County and Pintung County) in the years of 1999, 2000and 2001. For Kao-Ping area alone, the percentages of unhealthful days are, 12.1% , 10.7%and 8.2% in recent three years.
The air pollutants in ambient air in Kao-Ping area are particulate matter (PM10) and ozone (O3). Particulate matter (PM10) is a primary pollutant and derivative aerosol, the mainly were factory stack、mobile vehicles、construction site and emission the surface of the earth. O3 is a secondary pollutant that is generated by its precursors such as hydrocarbons (HC) and nitrogen oxides (NOx) through complex photo-chemical reactions. Accordingly, attention has been shifted to the source and control of ozone in recently years in southern part of Taiwan, instead of PM10 alone.
In order to improve the air quality, the deteriorated reason and pollution condition must be understood. The purpose of this proposal is thus to identify the O3 trend variation and weather pattern and mixing height. This proposal contains two parts:
Collect the meteorological data (including pressure、temperature、wind velocity、wind direction、humidity and sunshine time) and air quality data. Then we analyze the relationship between meteorological factors and air quality. Analyze the high O3 episodes based on the characteristics of hourly、monthly and seasonally data and to investigate the effects of mixing height and Ventilation index on air quality in Kao-Ping area.
目 錄
誌 謝……………………………………...……..….….....Ⅰ
摘 要………………………………………...……….….Ⅲ
ABSTRACT…………………………………...……..………Ⅴ
目 錄……………………………………...………….…...Ⅶ
表 目 錄……………………………………………………...Ⅷ
圖 目 錄…………………………….………………….…….Ⅷ
附 表 目 錄………………………………..………...…...…ⅩⅢ
附 圖 目 錄……………………………………………...….ⅩⅢ
第一章 前 言……………………………………..…………1-1
1.1 研究動機………………………………………...……………1-1
1.2 研究目的……………………………………...………………1-2
第二章 文獻回顧及相關研究…………………...………….2-1
2.1 高屏地區歷年氣象概述………………………...……………2-1
2.2 PSI之變化趨勢…………………………………...…………2-9
2.3 各類空氣污染物濃度變化趨勢……………….……………2-12
2.4 各類空氣污染物排放量推估………………..…………….. 2-30
2.5 臭氧形成理論……………………………………….………2-35
2.5.1 NOx與VOC之光化學反應…………………...……2-35
2.5.2 H2O2與O3生成潛勢的關係…………………...……2-37
第三章 高屏地區臭氧事件日與氣象條件之關連性探討…3-1
3.1 臭氧濃度變化趨勢之探討………..……………………….…3-1
3.1.1臭氧濃度年變化趨勢之探討………………………….. 3-2
3.1.2臭氧濃度月變化趨勢之探討……………………….…. 3-4
3.2 臭氧事件日之篩選……………………………….…..………3-7
3.2.1 2000∼2001年高雄市臭氧事件日之篩選…………..…3-8
3.2.2 2000∼2001年高雄縣臭氧事件日之篩選…………..…3-9
3.2.3 2000∼2001年屏東縣臭氧事件日之篩選……………3-10
3.3臭氧事件日與氣象條件關連性之探討………………..……3-12
3.3.1 風速及溫度對臭氧事件日關聯性之探討……...……3-14
3.3.2 氣壓對臭氧事件日關聯性之探討…………...………3-39
3.3.3 日照及降雨對臭氧事件日關聯性之探討…...………3-42
3.3.4 濕度對臭氧事件日關聯性之探討…………….……3-47
3.4 臭氧與臭氧前趨物及CO關連性之探討……………..……3-50
3.4.1 監測站位置分佈概況……………………………….. 3-50
3.4.2南高屏相關研究回顧…………………………….……3-52
3.4.3監測站NMHC、CO、NOx與臭氧監測值之變化趨勢..3-53
第四章 探討高屏地區混合層高度對臭氧事件日之影響…4-1
4.1 最大及最小混合層高度的時間趨勢變化之探討………...…4-1
4.2 通風指數之變化趨勢………………..………………….……4-9
4.3 混合層高度及通風指數與臭氧濃度關聯性之探討….……4-16
4.4 天氣型態對臭氧事件日關聯性之探討………………..….. 4-22
第五章 結果與討論………………….……………………...5-1
5.1臭氧事件日一(秋季)………………………………..………5-1
5.2臭氧事件日二(冬季)…………………………………………5-2
第六章 結論與建議……………….………………………...6-1
6.1 結論…………………………...………………………………6-1
6.2 建議…………………………..…………...………………..…6-2
參考文獻……………………………………………………參-1
附錄A F-檢定(F-test)法……………………………附A-1
附錄B 臭氧事件日篩選表……………………………附B-1
附錄C 臭氧事件日之最大及最小混合層高度圖……附C-1
附錄D天氣類型分類表……………………………….附D-1
附錄E臭氧事件日之地面天氣圖…………….….……附E-1
附錄F臭氧前驅物之來源………………………….…..附F-1
附錄G國內外臭氧防制經驗及相關法規……………..附G-1
表 目 錄
表2-1-1 高雄地區近十年各月份平均氣象資料統計表……..………2-2
表2-1-2 高雄地區大氣穩定度統計表…………………….….………2-4
表2-4-1 高雄市民國 86年各污染源排放量總表…………….....…2-32
表2-4-2 屏東縣民國 86年各污染源排放量總表…………..…...…2-33
表3-1-1各縣市每日最大臭氧收集完成度表………………....…...…3-1
表3-1-2 1996∼2001年每日最大小時臭氧濃度年平均及百分位數
年增率變化表……....…………………………………….…3-4
表3-1-3 1996∼2001年每日最大小時臭氧濃度年平均及百分位數
月增率(秋季)變化表……………………………....…...…3-7
表3-2-1 臭氧濃度與PSI指標之對照表…………………………...…3-8
表3-3-1 各地易發生高O3之氣象條件……….……………………3-13
表3-3-2 屏東縣易發生高PM10氣流條件比較………………....…3-13
表4-4-1 台灣四季天氣系統演變及特徵………………………..…4-23
表4-4-2 1996~2000年天氣類型與臭氧事件日發生頻率表…….. 4-27
圖 目 錄
圖2-1-1 民國89年春季高雄測站 風瑰圖……………..…………..2-5
圖2-1-2 民國89年夏季高雄測站 風瑰圖…………………..……..2-5
圖2-1-3 民國89年秋季高雄測站 風瑰圖…………………...……..2-6
圖2-1-4 民國89年冬季高雄測站 風瑰圖………………..………..2-6
圖2-1-5 民國89年春季恆春測站 風瑰圖………………..………..2-7
圖2-1-6 民國89年夏季恆春測站 風瑰圖………………..………..2-7
圖2-1-7 民國89年秋季恆春測站 風瑰圖………………..………..2-8
圖2-1-8 民國89年冬季恆春測站 風瑰圖………………..………..2-8
圖2-2-1 高屏地區空氣品質現況……………………………………..2-9
圖 2-2-2 台灣地區歷年各空品區PSI 大於100日數百分比….….2-10
圖 2-2-3 屏東縣一般測站85年至89年PSI>100指標污染物逐月變化圖………………………………………………………...2-10
圖 2-2-4 高雄市一般測站85年至89年PSI>100指標污染物逐月變化圖……………………………………………………..….2-11
圖2-2-5 高雄縣一般測站84至90年5月PSI>100指標污染物逐月變化圖………………………………………………………...2-11
圖 2-3-1 高屏地區84~90年月平均PM10濃度變化……………….2-14
圖2-3-2 高屏地區84~90年月平均SO2濃度變化……………..….2-14
圖 2-3-3 高屏地區84~90年月平均NO2濃度變化……………….2-15
圖 2-3-4 高屏地區84~90年月平均O3濃度變化………………….2-15
圖 2-3-5 高屏地區84~90年月平均CO濃度變化…………..…….2-16
圖 2-3-6 高雄市各測站PM10逐月濃度變化趨勢………………….2-17
圖2-3-7 高雄市各測站O3逐月濃度變化趨勢………………….….2-18
圖 2-3-8 高雄市各測站NO2逐月濃度變化趨勢…………….…….2-19
圖2-3-9 高雄縣各測站污染物濃度變化………………………...….2-20
圖 2-3-10 大寮測站88~90年PM10、CO、O3、NO2月平均變化趨勢…………………………………………………. …….2-21
圖 2-3-11 仁武測站88~90年PM10、CO、O3、NO2月平均變化趨勢..………………………………………………….……2-22
圖 2-3-12 林園測站88~90年PM10、CO、O3、NO2月平均變化趨勢.………….……………………………………….……2-23
圖 2-3-13 美濃測站88~90年PM10、CO、O3、NO2月平均變化趨勢.………….……………………………………….……2-24
圖 2-3-14 鳳山測站88~90年PM10、CO、O3、NO2月平均變化趨勢………………………………………………….…….2-25
圖 2-3-15 橋頭測站88~90年PM10、CO、O3、NO2月平均變化趨勢…………………………….…………………….…….2-26
圖 2-3-16 屏東縣各測站PM10逐月濃度變化趨勢………………...2-27
圖 2-3-17 屏東縣各測站O3逐月濃度變化趨勢…………………...2-28
圖 2-3-18 屏東縣各測站NO2逐月濃度變化趨勢………….……...2-29
圖 2-5-1 NOx 與NMHC 之比值………………………………....2-37
圖 2-5-2 NOx, VOC 與 p(H2O2+ROOH) / pHNO3之關係圖…....2-39
圖3-1-1 盒型圖所代表的意義…………………………….………….3-2
圖 3-1-2 1996~2001年每日最大臭氧濃度年趨勢變化圖……….….3-3
圖 3-1-3 1996~2001年每日最大臭氧濃度月趨勢變化圖…………..3-5
圖3-2-1 高雄市2000年1月至2001年逐月臭氧事件日累積日數….3-8
圖3-2-2 高雄縣民國2000年至2001年逐月臭氧事件日累積日數…3-9
圖3-2-3 屏東地區民國2000年至2001年逐月臭氧事件日累積日
數…………………………………………………...………3-10
圖3-2-4 高屏地區民國2000年至2001年逐月臭氧事件日累積日數…………………………………………………………...3-11
圖 3-3-1 楠梓站臭氧濃度與風速、風向、溫度關係圖……….…3-15
圖 3-3-2 左營站臭氧濃度與風速、風向、溫度關係圖……….…3-16
圖 3-3-3 前金站臭氧濃度與風速、風向、溫度關係圖……….…3-17
圖 3-3-4 小港站臭氧濃度與風速、風向、溫度關係圖……….…3-18
圖 3-3-5 美濃站臭氧濃度與風速、風向、溫度關係圖……….…3-19
圖 3-3-6 仁武站臭氧濃度與風速、風向、溫度關係圖……….…3-20
圖 3-3-7 鳳山站臭氧濃度與風速、風向、溫度關係圖……….…3-21
圖 3-3-8 大寮站臭氧濃度與風速、風向、溫度關係圖……….…3-22
圖 3-3-9 林園站臭氧濃度與風速、風向、溫度關係圖……….…3-23
圖 3-3-10 橋頭站臭氧濃度與風速、風向、溫度關係圖……….…3-24
圖 3-3-11 屏東站臭氧濃度與風速、風向、溫度關係圖……….…3-25
圖 3-3-12 潮州站臭氧濃度與風速、風向、溫度關係圖……….…3-26
圖 3-3-13 楠梓站臭氧濃度與風速、風向、溫度關係圖……….…3-27
圖 3-3-14 左營站臭氧濃度與風速、風向、溫度關係圖……….…3-28
圖 3-3-15 前金站臭氧濃度與風速、風向、溫度關係圖……….…3-29
圖 3-3-16 小港站臭氧濃度與風速、風向、溫度關係圖……….…3-30
圖 3-3-17 美濃站臭氧濃度與風速、風向、溫度關係圖……….…3-31
圖 3-3-18 仁武站臭氧濃度與風速、風向、溫度關係圖……….…3-32
圖 3-3-19 鳳山站臭氧濃度與風速、風向、溫度關係圖……….…3-33
圖 3-3-20 大寮站臭氧濃度與風速、風向、溫度關係圖……….…3-34
圖 3-3-21 林園站臭氧濃度與風速、風向、溫度關係圖……….…3-35
圖 3-3-22 橋頭站臭氧濃度與風速、風向、溫度關係圖………..…3-36
圖 3-3-23 屏東站臭氧濃度與風速、風向、溫度關係圖…………3-37
圖 3-3-24 潮州站臭氧濃度與風速、風向、溫度關係圖……...…3-38
圖 3-3-25 各測站臭氧濃度與氣壓關係圖……………………....…3-40
圖 3-3-26 各測站臭氧濃度與氣壓關係圖…………………...….…3-41
圖 3-3-27 各測站臭氧濃度與日照時數關係圖…………...…….…3-43
圖 3-3-28 各測站臭氧濃度與日照時數關係圖……………...….…3-44
圖 3-3-29 高屏地區88~90年累積降雨時數變化………..……...…3-45
圖 3-3-30 高屏地區88~90年累積降雨量變化……………….……3-45
圖 3-3-31 高屏地區88年累積降雨時數與臭氧濃度變化…..….…3-46
圖 3-3-32 高屏地區89年累積降雨時數與臭氧濃度變化……...…3-46
圖 3-3-33 高屏地區90年累積降雨時數與臭氧濃度變化……...…3-47
圖 3-3-34 各測站臭氧濃度與濕度關係圖……………..………..…3-48
圖 3-3-35 各測站臭氧濃度與濕度關係圖…………..…………..…3-49
圖3-4-1 高屏地區空品區監測站相關地理位置圖……………..…3-51
圖3-4-2 左營監測站臭氧、NMHC、NOx及CO變化圖(冬季) ..…3-55
圖3-4-3 左營監測站臭氧、NMHC、NOx及CO變化圖(秋季) ….3-56
圖 4-1-1 乾絕熱遞減率決定大氣混合層高度的方法………..……4-2
圖 4-1-2 高屏地區88年最大混合層高度………………….……....4-3
圖 4-1-3 高屏地區88年最小混合層高度………………………….4-4
圖 4-1-4 高屏地區89年最大混合層高度………………………….4-4
圖 4-1-5 高屏地區89年最小混合層高度………………………….4-5
圖4-1-6 88年春季混合層高度圖……………….………….……….4-5
圖4-1-7 88年夏季混合層高度圖……………….………….……….4-6
圖4-1-8 88年秋季混合層高度圖……………….……….………….4-6
圖4-1-9 88年冬季混合層高度圖……………….………………….4-7
圖4-1-10 89年春季混合層高度圖……………….…….…..……….4-7
圖4-1-11 89年夏季混合層高度圖……………….……..………….4-8
圖4-1-12 89年秋季混合層高度圖……………….……..………….4-8
圖4-1-13 89年冬季混合層高度圖……………….……..………….4-9
圖 4-2-1 高屏地區88年最大通風指數………………...………....4-10
圖 4-2-2 高屏地區88年最小通風指數…………………..……….4-11
圖 4-2-3 高屏地區89年最大通風指數…………………..……….4-11
圖 4-2-4 高屏地區89年最小通風指數………………..………….4-12
圖4-2-5 88年春季通風指數變化圖……………….……...……….4-12
圖4-2-6 88年夏季通風指數變化圖…………….…………...…….4-13
圖4-2-7 88年秋季通風指數變化圖…………….………...……….4-13
圖4-2-8 88年冬季通風指數變化圖…………….………...……….4-14
圖4-2-9 89年春季通風指數變化圖…………….………...……….4-14
圖4-2-10 89年夏季通風指數變化圖…………….……….……….4-15
圖4-2-11 89年秋季混合層高度圖……………….………….…….4-15
圖4-2-12 89年冬季混合層高度圖……………….…….………….4-16
圖 4-3-1 各測站臭氧濃度與混合層高度關係圖….……....……….4-18
圖 4-3-2 各測站臭氧濃度與混合層高度關係圖….……....……….4-19
圖 4-3-3 各測站臭氧濃度與通風指數關係圖….…….……...…….4-20
圖 4-3-4 各測站臭氧濃度與通風指數關係圖….…….……...…….4-21
圖4-4-1 東亞地區四季代表性天氣圖……………………………... 4-24
圖4-4-2 民國89年9月20日 地面天氣圖………………………. 4-25
附表目錄
附表A-1 單因子變異數分析之輸出資料…………………….…附A-1
附表B-1 高雄市臭氧事件日篩選結果一覽表 (1/4)……….……附B-1
附表B-1 高雄市臭氧事件日篩選結果一覽表 (2/4) ……………附B-2
附表B-1 高雄市臭氧事件日篩選結果一覽表 (3/4) ……………附B-3
附表B-1 高雄市臭氧事件日篩選結果一覽表 (4/4) ……………附B-4
附表B-2 高雄縣臭氧事件日篩選結果一覽表 (1/4) ……………附B-5
附表B-2 高雄縣臭氧事件日篩選結果一覽表 (2/4) ……………附B-6
附表B-2 高雄縣臭氧事件日篩選結果一覽表 (3/4) ……………附B-7
附表B-2 高雄縣臭氧事件日篩選結果一覽表 (4/4) ……………附B-8
附表B-3 屏東縣污染事件日篩選結果一覽表 (1/4) ……………附B-9
附表B-3 屏東縣污染事件日篩選結果一覽表 (2/4) ………..…附B-10
附表B-3 屏東縣污染事件日篩選結果一覽表 (3/4) ………..…附B-11
附表B-3 屏東縣污染事件日篩選結果一覽表 (4/4) ………..…附B-12
附表D-1 23種天氣類型……………………………………...…附D-1
附表D-2 14種天氣類型(1/2)……………………………...…附D-2
附表D-2 14種天氣類型(2/2)……………………………...…附D-3
附表F-1 揮發性有機物(VOC)排放源…………….…….……..…附F-2
附表F-2 高屏空品區固定與移動污染源排放量…...…….…...…附F-3
附圖目錄
附圖C 高屏地區臭氧事件日最大及最小混合層高度圖………..附C-1
附圖E-1 2001年1月18日地面天氣圖 (1/2) …………….…..附E-1
附圖E-1 2001年1月18日地面天氣圖 (2/2) …………….…..附E-2
附圖E-2 2001年1月19日地面天氣圖 (1/2) …………….…..附E-3
附圖E-2 2001年1月19日地面天氣圖 (2/2) …………….…..附E-4
附圖E-3 2001年1月20日地面天氣圖 (1/2) …………….…..附E-5
附圖E-3 2001年1月20日地面天氣圖 (2/2) …………….…..附E-6
附圖E-4 2000年9月18日地面天氣圖 (1/2) …………….…..附E-7
附圖E-4 2000年9月18日地面天氣圖 (2/2) …………….…..附E-8
附圖E-5 2000年9月19日地面天氣圖 (1/2) …………….…..附E-9
附圖E-5 2000年9月19日地面天氣圖 (2/2) ………..……...附E-10
附圖E-6 2000年9月20日地面天氣圖 (1/2) ………..……...附E-11
附圖E-6 2000年9月20日地面天氣圖 (2/2) ………..……...附E-12
附圖E-7 2001年5月11日地面天氣圖 (1/2) ………..……...附E-13
附圖E-7 2001年5月11日地面天氣圖 (2/2) ………..……...附E-14
附圖E-8 2001年5月12日地面天氣圖 (1/2) ………..……...附E-15
附圖E-8 2001年5月12日地面天氣圖 (2/2) ………..……...附E-16
附圖E-9 2001年5月13日地面天氣圖 (1/2) ………..……...附E-17
附圖E-9 2001年5月13日地面天氣圖 (2/2) ………..……...附E-18
附圖F-1 民國86年高屏空品區固定與移動污染源….
參考文獻
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