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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:郭韋翔
研究生(外文):Wei-Hsiang Kuo
論文名稱:2006年至2010年特定期間臺北及高雄地區氣溶膠之特性分析
論文名稱(外文):Characteristics of ambient aerosol during cultural activities and yellow dust storms in Metropolitans Taipei and Kaohsiung from 2006 to 2010
指導教授:王玉純王玉純引用關係
指導教授(外文):Yu-Chun Wang
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:生物環境工程研究所
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:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:154
中文關鍵詞:主成份分析自我迴歸整合移動平均模式特殊事件氣溶膠沙塵暴
外文關鍵詞:PCAARIMAcultural activitiesaerosolyellow dust storm
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臺灣臺北市、新北市與高雄市是主要三大都會區,不但人口密度高,亦有頻繁之工商及民俗活動,而使氣溶膠濃度與成分會有不同的變化。此外臺灣位於亞洲季風帶,冬季與夏季受到季風的影響,氣溶膠濃度會有不同的變化。又因南北地理位置的影響,當冬季與春季沙塵暴來臨時,北部地方氣溶膠濃度上升通常是早於南部地區。因氣溶膠成因有自然排放與人為排放,來源包含長程傳輸與本地污染源,因而難以控管,故了解氣溶膠濃度變化與產生來源是本研究之重點。
本研究使用臺灣環保署於新北市新莊區新莊測站及高雄市大寮區輔英測站之超級測站氣溶膠資料(2006年至2010年),包含: PM2.5、PM10、硫酸鹽、硝酸鹽、有機碳、元素碳濃度;亦使用新莊與大寮普通測站之空氣污染物資料,如:一氧化碳、一氧化氮、二氧化氮、臭氧與二氧化硫;本研究使用之臺灣中央氣象局之氣象站資料,包含:每小時之溫度、雨量、相對濕度與風速;本研究之特定期間包含:元旦、除夕與農曆春節、中元節、中秋節、國慶日與沙塵暴期間。藉由以上資料整理後,分別進行趨勢分析、自我迴歸整合移動平均模式(Autoregressive Integrated Moving Average model, ARIMA)預測PM2.5濃度及主成份分析(Principal components analysis, PCA)。
研究結果顯示,氣溶膠之月平均濃度普遍看來皆有季節特性,大都呈現夏季濃度較低,冬季與春季較高。ARIMA模式預測PM2.5濃度結果顯示臺北地區預測PM2.5濃度所需參數只需PM2.5與PM10,而高雄地區需PM2.5、PM10、一氧化碳與臭氧;高雄地區預測相似程度較臺北地區佳。而一氧化碳與臭氧,很可能對高雄地區PM2.5質量濃度佔有一定量之貢獻。
沙塵暴氣溶膠之時序變化來看,當沙塵暴來臨時,根據不同地區其濃度峰值、影響時間亦有所不同。就特殊事件之時序變化結果而言,元旦跨年煙火氣溶膠濃度相對於類似性質之雙十國慶煙火較不明顯;除夕與農曆春節,氣溶膠濃度有明顯之峰值;中元節活動氣溶膠峰值較不明顯,但仍可發現氣溶膠濃度於中元節傍晚時可能受到祭祀活動影響有上升之現象;中秋節於新莊測站可發現氣溶膠濃度於當日,或前一日傍晚便開始上升,可能受到烤肉活動所影響。
PCA模式中以沙塵暴事件而言,臺北地區第一主成份大多以氣溶膠所組成(變異數:39.18%~49.45%),而高雄地區第一組成份則以其他空氣污染物(一氧化碳、一氧化氮、二氧化氮、臭氧與二氧化硫)組成(變異數:40.83%)。就特殊事件而言,臺北地區受到特殊事件之影響會較高雄地區來得大,在元旦、除夕與農曆春節與中元節,臺北的第一組成份多由氣溶膠所組成(變異數: 45.31%~54.28%);而高雄之元旦即除夕與農曆春節亦由氣溶膠所組成 (變異數: 29.10%~46.87%)。由以上之結果,可以研判特殊事件氣溶膠之影響高於沙塵暴。
由沙塵暴與特殊事件氣溶膠平均濃度比值中可以發現,當沙塵暴來臨時PM2.5濃度增量幅度較PM10濃度來得小,而特殊事件PM2.5濃度大多會隨著PM10濃度上升,因此可知道特殊事件人類行為對PM2.5濃度佔一定量之貢獻。


Population, along with frequent cultural activities, were weighest in Taipei city, New Taipei city and Kaohsiung. In addition, yellow dust storms (YDS) and increasing level of aerosols are considered important in these area. Therefore, this study aimed to analyze the concentrations and components of ambient aerosols in associated with the cultural acyivities and YDS in metropolitants Taipei and Kaohsiung.
This study used hourly measurements for PM2.5, PM10, sulfate, nitrate, organic carbon, element carbon obtaining from Taiwan Environmental Protection Agency (TEPA) supersites in Xinzhuang District, New Taipei City (Xinzhuang station), and Daliao District, Kaohsiung (Fooyin station), and hourly measurements for CO, NO, NO2, O3 and SO2 obtaining from general air pollution monitoring stations (Xinzhuang station and Daliao station). Weather data including temperature, rainfall, humidity, wind direction and wind velocity, were obtained from Central Weather Bureau in Taipei and Kaohsiung station. The concentration of ambient aerosols during cultural activities events, such as New Year’s Eve, Chinese New year, Ghost festival, Moon festival and National day, and YDS were analyzed from 2006 to 2010. Autoregressive Integrated Moving Average models (ARIMA) were useed to forcast the PM2.5 concentrations and Principal Components Analysis (PCA) were used to investigate the compnents of pollutants.
The monthly concentrations of aerosols are use higher in spring or winter. Concentration of PM2.5 concentration could be forcasted using concentration of PM2.5and PM10 in Taipei, and PM2.5, PM10, CO and O3 in Kaohsiung by ARIMA analyses. Levels of areosols increased earlier in Taipei metropolitan than in Kaohsiung. In addition, this study identified the levels of increasing aerosols durning Chinese New year, Ghost festival, Moon festival and National day, that could be explained by heavy traffic, burning praying cash and BBQ.
The PCA results show the first principal component is composed by aerosols for YDS in Taipei (Variance: 39.18%~49.45%), and other air pollutions (CO, NO, NO2, O3 and SO2) in Kaohsiung (Variance: 40.83%). Cultural activities caused greater elevation on concentrations of aerosols in Taipei than in Kaohsiung.The first principal component is composed by aerosols for New Year’s Eve, Chinese New Year and Ghost festival in Taipei (Variance: 45.31%~54.28%). In Kaohsiung is also composed by aerosols for New Year’s Eve and Chinese New Year (Variance: 29.10%~46.87%). From this, we also could know the affect of aerosol concentrations during cultural activities were higher than YDS.
The increment of PM10 was higher than PM2.5 durning YDS events. On the other hand, the increments of PM10 and PM2.5 were similar durning cultural activities.


目錄
摘要
Abstract
致謝
目錄
表目錄
圖目錄
第一章緒論
1-1 背景
1-2 目的
第二章文獻回顧
2-1 懸浮微粒組成之成分與來源
2-1-1 原生性氣膠
2-1-2 衍生性氣膠
2-1-3 懸浮微粒組成成份與來源之國內外研究
2-2 懸浮微粒對環境、健康之影響與各國法規標準
2-2-1 懸浮微粒對環境、健康之影響
2-2-2 懸浮微粒各國法規標準
2-2-3 懸浮微粒對環境與健康的影響之國內外研究
2-3 氣象因子與時空分布對於懸浮微粒濃度之影響
2-4 沙塵暴、特定節日與假日與懸浮微粒之關係
第三章材料與方法
3-1 研究流程
3-2 研究資料
3-2-1 超級測站資料
3-2-2 普通測站資料
3-2-3 氣象站資料
3-2-4 沙塵暴資料
3-2-5 特定節日資料
3-3 研究方法
3-3-1 資料整理
3-3-2 自我迴歸整合移動平均模式介紹
3-3-3 主成份分析介紹
第四章 結果與討論
4-1 氣溶膠之月平均趨勢與ARIMA模式預測PM2.5濃度
4-1-1 氣溶膠月平均趨勢
4-1-2 ARIMA模式預測PM2.5濃度
4-1-3 氣溶膠之月平趨勢與ARIMA模式預測PM2.5濃度小結
4-2 沙塵暴期間氣溶膠之趨勢
4-2-1 沙塵暴期間氣溶膠之趨勢小結
4-3 特殊事件期間氣溶膠之趨勢
4-3-1 元旦氣溶膠趨勢
4-3-2 除夕與農曆春節氣溶膠趨勢
4-3-3 中元節氣溶膠趨勢
4-3-4 中秋節氣溶膠趨勢
4-3-5 雙十國慶氣溶膠趨勢
4-3-6 特殊事件期間氣溶膠之趨勢小結
4-4 主成份分析結果
4-4-1 沙塵暴期間主成份分析
4-4-2 特殊事件期間主成份分析
4-4-3 主成份分析結果小結
4-6 沙塵暴與特殊事件氣溶膠平均濃度比值
4-6-1 沙塵暴期間氣溶膠平均濃度比值
4-6-2 特殊事件期間氣溶膠平均濃度比值
4-6-3 沙塵暴與特殊事件氣溶膠平均濃度比值小結
第五章 結論與建議
5-1 結論
5-2 建議
參考文獻
附錄一:沙塵暴期間氣溶膠趨勢
附錄二:特殊事件氣溶膠趨勢
口試委員意見與回覆

表目錄
表 1 PM2.5粒徑大小與分部特性對健康之影響情況
表 2 各國懸浮微粒法規標準
表 3 本研究使用氣溶膠之監測儀器設備
表 4本研究使用普通測站空氣污染物之監測儀器設備
表 5 2006年至2010年沙塵暴事件影響時段與空氣品質不良(PSI>100)之空品區測站數
表 6 2006年至2010年之元旦、農曆春節、中元節、中秋節與雙十國慶新曆日期
表 7 各節日使氣溶膠濃度上升可能人為原因
表 8 2006年至2010年施放國慶煙火之縣市及施放位置
表 9 理論ACF及PACF圖型特性
表 10臺北地區ARIMA模式結果與PM2.5預測值之相關性
表 11高雄地區ARIMA模式結果與PM2.5預測值之相關性
表 12 2006年3月19至20日沙塵暴事件氣溶膠平均濃度增量表
表 13 2006年3月19至20日沙塵暴事件新莊與輔英測站於事件開始前一日、事件發生期間、事件結束後三日之氣溶膠與氣象參數平均值及標準差
表 14 2009年4月25至26日沙塵暴事件氣溶膠平均濃度增量表
表 15 2009年4月25至26日沙塵暴事件新莊與輔英測站於事件開始前一日、事件發生期間、事件結束後三日之氣溶膠與氣象參數平均值及標準差
表 16 2010年3月21至23日沙塵暴事件氣溶膠平均濃度增量表
表 17 2010年3月21至23日沙塵暴事件新莊與輔英測站事件於開始前一日、事件發生期間、事件結束後三日之氣溶膠與氣象參數平均值及標準差
表 18 2010年4月28至29日沙塵暴事件氣溶膠平均濃度增量表
表 19 2010年4月28至29日沙塵暴事件新莊與輔英測站事件於開始前一日、事件發生期間、事件結束後三日之氣溶膠與氣象參數平均值及標準差
表 20 2007年元旦事件氣溶膠平均濃度增量表
表 21 新莊與輔英測站氣溶膠與氣象參數平均值及標準差於2007年元旦前一日、當日及後三日
表 22 2009年元旦事件氣溶膠平均濃度增量表
表 23新莊與輔英測站氣溶膠與氣象參數平均值及標準差於2009年元旦前一日、當日及後三日
表 24 2006年除夕與農曆春節事件氣溶膠平均濃度增量表
表 25 新莊與輔英測站氣溶膠與氣象參數平均值及標準差於2006年除夕前七日、除夕與農曆春節期間、農曆春節結束後七日
表 26 2008年除夕與農曆春節事件氣溶膠平均濃度增量表
表 27 新莊與輔英測站氣溶膠與氣象參數平均值及標準差於2008年除夕前七日、除夕與農曆春節期間、農曆春節結束後七日
表 28 2006年中元節事件氣溶膠平均濃度增量表
表 29 新莊與輔英測站氣溶膠與氣象參數平均值及標準差於2006年中元節前一日、當日及後三日
表 30 2008年中元節事件氣溶膠平均濃度增量表
表 31 新莊與輔英測站氣溶膠與氣象參數平均值及標準差於2008年中元節前一日、當日及後三日
表 32 2006年中秋節事件氣溶膠平均濃度增量表
表 33 新莊與輔英測站氣溶膠與氣象參數平均值及標準差於2006年中秋節前一日、當日及後三日
表 34 2009年中秋節事件氣溶膠平均濃度增量表
表 35 新莊與輔英測站氣溶膠與氣象參數平均值及標準差於2009年中秋節前一日、當日及後三日
表 36 2006年元旦事件氣溶膠平均濃度增量表
表 37 新莊與輔英測站氣溶膠與氣象參數平均值及標準差於2006年雙十國慶前一日、當日及後三日
表 38 2010年元旦事件氣溶膠平均濃度增量表
表 39 新莊與輔英測站氣溶膠與氣象參數平均值及標準差於2010年雙十國慶前一日、當日及後三日
表 40 2006年3月29至30日沙塵暴事件臺北地區之主成份分析
表 41 2007年1月28至29日沙塵暴事件臺北地區之主成份分析
表 42 2007年4月17至18日沙塵暴事件臺北地區之主成份分析
表 43 2008年3月3至4日沙塵暴事件臺北地區之主成份分析
表 44 2009年4月25至26日沙塵暴事件高雄地區之主成份分析
表 45 臺北地區於2006年元旦之主成份分析
表 46臺北地區於2007年元旦之主成份分析
表 47臺北地區於2009年除夕與農曆春節期間之主成份分析
表 48臺北地區於2010年除夕與農曆春節期間之主成份分析
表 49臺北地區於2008年中元節之主成份分析
表 50臺北地區於2009年中元節之主成份分析
表 51 高雄地區於2007年元旦之主成份分析
表 52 高雄地區於2007年除夕與農曆春節期間之主成份分析
表 53高雄地區於2009年除夕與農曆春節期間之主成份分析
表 54 2006年3月29至30日沙塵暴事件新莊測站於事件開始前一日、事件發生期間、事件結束後三日之氣溶膠平均濃度比值
表 55 2007年1月28至29日沙塵暴事件新莊測站於事件開始前一日、事件發生期間、事件結束後三日之氣溶膠平均濃度比值
表 56 2007年4月17至18日沙塵暴事件新莊測站於事件開始前一日、事件發生期間、事件結束後三日之氣溶膠平均濃度比值
表 57 2008年3月3至4日沙塵暴事件新莊測站於事件開始前一日、事件發生期間、事件結束後三日之氣溶膠平均濃度比值
表 58 2009年4月25至26日沙塵暴事件新莊測站於事件開始前一日、事件發生期間、事件結束後三日之氣溶膠平均濃度比值
表 59 新莊測站於2006年元旦前一日、當日及後三日之氣溶膠平均濃度比值
表 60 新莊測站於2007年元旦前一日、當日及後三日之氣溶膠平均濃度比值
表 61 新莊測站於2009年除夕前七日、除夕與農曆春節期間、農曆春節結束後七日之氣溶膠平均濃度比值
表 62 新莊測站於2010年除夕前七日、除夕與農曆春節期間、農曆春節結束後七日之氣溶膠平均濃度比值
表 63 新莊測站於2008年中元前一日、當日及後三日之氣溶膠平均濃度比值
表 64 新莊測站於2009年中元前一日、當日及後三日之氣溶膠平均濃度比值
表 65 輔英測站於2007年元旦前一日、當日及後三日之氣溶膠平均濃度比值
表 66 輔英測站於2007年除夕前七日、除夕與農曆春節期間、農曆春節結束後七日之氣溶膠平均濃度比值
表 67 輔英測站於2009年除夕前七日、除夕與農曆春節期間、農曆春節結束後七日之氣溶膠平均濃度比值

圖目錄
圖 1 研究流程圖
圖 2 新莊與輔英超級測站、新莊(同新莊超級測站)與大寮普通測站及臺北與高雄氣象站位置圖
圖 3 新莊與輔英測站2006年至2010年PM10逐月濃度及95%信賴區間
圖 4新莊與輔英測站2006年至2010年PM2.5逐月濃度及95%信賴區間
圖 5新莊與輔英測站2006年至2010年硝酸鹽逐月濃度及95%信賴區間
圖 6 新莊與輔英測站2006年至2010年硫酸鹽逐月濃度及95%信賴區間
圖 7新莊與輔英測站2006年至2010年有機碳逐月濃度及95%信賴區間
圖 8新莊與輔英測站2006年至2010年元素碳逐月濃度及95%信賴區間
圖 9臺北地區2006年至2010年PM2.5濃度觀測值與預測值
圖 10高雄地區2006年至2010年PM2.5濃度觀測值與預測值
圖 11 新莊與輔英測站2006 年3月19日至20日沙塵暴事件
圖 12 新莊與輔英測站2009年4月25日至26日沙塵暴事件
圖 13 新莊與輔英測站2010年3月21日至23日沙塵暴事件
圖 14 新莊與輔英測站2010年4月28日至29日沙塵暴事件
圖 15 新莊與輔英測站2007年元旦時序圖
圖 16 新莊與輔英測站2009年元旦時序圖
圖 17 新莊與輔英測站2006年除夕與農曆春節時序圖
圖 18 新莊與輔英測站2008年除夕與農曆春節時序圖
圖 19 新莊與輔英測站2006年中元節時序圖
圖 20 新莊與輔英測站2008年中元節時序圖
圖 21 新莊與輔英測站2006年中秋節時序圖
圖 22 新莊與輔英測站2009年中秋節時序圖
圖 23 新莊與輔英測站2006年雙十國慶時序圖
圖 24 新莊與輔英測站2010年雙十國慶時序圖


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