監測成果

長期氣象監測

鹿林山背景站年平均溫度約為10.5°C,月平均溫度變化範圍在5-14°C之間。平均相對溼度於9月最高,約88 %,1月達最低,約67 %。平均氣壓最低的是2和8月,8月則是颱風影響最大的月份,2月由於鋒面系統的通過台灣的次數多,受大陸高壓影響,11和12月有最高氣壓值。盛行風為西南風,平均風速為3.9 m s-1。冬季降雨量最低,月平均降雨量約183 mm。5-6月因梅雨系統之西南氣流帶來旺盛水汽與降水。夏季降雨量最高,除山區午後常有午後雷陣雨外,颱風亦帶來豐沛的雨量,月降雨量較高可達1300 mm。

三、四月氣流大部份為經東南亞(中南半島)之地面大氣傳送至台灣,所以相當程度受到東南亞地面污染物影響;五至六月為台灣梅雨季之發生時節,此時氣流軌跡來源從東南亞移至較乾淨之南洋群島海面;於七月至八月中主要受到太平洋高壓影響,氣流來源為太平洋高層之較乾淨空氣,八月氣流軌跡線較為紊亂,應為此期間為夏秋轉變之季,主導鹿林山天氣之大氣系統的改變所致;九、十月則開始受中國來源氣流影響,並隨著時間氣流軌跡線往華南移,台灣低海拔地區受到東北季風吹拂,而高山測站則是受到西風帶影響,十二月至隔年一月以中國華南地區為氣流來源。到了二月後,氣流軌跡南移,以東南半島上空氣為主要來源,再次受到東南亞生質燃燒之影響。

後推氣流軌跡四季變化

空氣污染物監測

2006年4月至2020年5月鹿林山背景站站空氣品質CO、O3、PM10、PM2.5平均值分別140.6 ppb、35.8 ppb、9.3 μg m-3與7.7 μg m-3,並具有一致的季節性變化; 全年最低值皆出現於夏季,最高值則在春季。 春季三月CO、O3、PM10、PM2.5月平均值分別為233.7 ppb、54.4 ppb、20.2 μg m-3與16.2 μg m-3, 夏季七月平均值分別為 87.6 ppb、21.5 ppb、6.4 μg m-3與5.1 μg m-3。 CO和O3的季節性變化趨勢與緯度接近的夏威夷Mauna Loa高山測站(19.54°N,155.58°W,3,397 m)相似,且和北半球背景大氣相同,呈現春高夏低的特徵。上游氣團源區的轉換為鹿林山CO、O3與PM10季節性變化的主因,如春季中南半島生質燃燒所排放之污染物藉由西風帶的長程傳輸,途經中國南部而抵達鹿林山,造成春季大氣污染物峰值。

溫室氣體

根據2007年聯合國政府間氣候變遷委員會(IPCC)所發表的氣候變遷第四次評估報告(AR4)指出,全球平均氣溫正加速上升中,並指出長生命期溫室氣體的正向影響幅度最為顯著,包括二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、一氧化二氮(N2O)、氟氯碳化物(CFCs)等化合物,其輻射驅動力RF總和為+2.63 Wm-2,為明顯的增溫效應。若計算各溫室氣體對暖化效應的貢獻(全球暖化潛勢,GWP),設定CO2為1之參考基準,則CH4約為21倍,N2O約為310倍。

環保署與美國海洋大氣總署進行長期合作,共同採集與分析鹿林山溫室氣體,長期資料顯示,鹿林山背景站之CO2和CH4季節性變化特徵和全球平均同調,皆呈現春高夏低的趨勢。於2007年至2020年間,鹿林山CO2的年成長率為2.7 ppm yr-1, CH4的年成長率為7.6 ppb yr-1,N2O的年成長率為0.9 ppb yr-1,均呈現穩定上升之趨勢,略高於全球平均之成長率。

鹿林山背景站亦進行氟氯碳化物CFCs之採樣分析,CFCs因其大氣生命期極長,故可飄送至平流層破壞臭氧,導致太陽輻射得以長驅直入,此類物質亦有強化溫室效應的特性。鹿林山長期資料顯示蒙特婁規範物質如CFC-12、CFC-11、CFC-113、CCl4的濃度變異度極小,顯示大氣中已無明顯排放,而CH3Cl、CHCl3、CH3CCl3的濃度已明顯下降,說明鄰近國家之CFCs、CCl4等蒙特婁協議的施行已見成效。

其中六氟化硫(SF6)為無色、無味、無毒的氣體,分析方法為利用氣相層析搭配電子捕捉偵測器(GC-ECD)進行。根據政府間氣候變化專門委員會(IPCC)的第五次評估報告(AR5)指出,SF6的大氣生命期極長,約為3200年,其全球增溫潛勢(GWP100)為二氧化碳(CO2)的23500倍,因濃度遠較CO2為低,故SF6之增溫效應佔全部溫室氣體總比率少於0.2% (CO2佔比約為65.9%),例如鹿林山和東沙島之2018年平均濃度約為9.83和9.99 ppt (兆分之一),但SF6濃度連年急速攀升,歷年平均年增率約為0.31至0.32 ppt之間,過去5年間SF6濃度增長幅度約達2成。如觀測資料所示,東沙島受到近地表季風交替的影響,冬季東北季風常夾帶東亞外流之空氣污染物南下,故於每年冬季觀測到季節性最大值,而鹿林山因處於自由對流層中,受東北季風影響較弱,相對於此,鹿林山和東沙島在夏季均受到來自太平洋乾淨大氣的吹拂,呈現較低的背景濃度特徵。

降水化學

酸雨對動物(水生)的影響

大氣污染物中的酸性物質如硫酸與硝酸,會隨著降水或雲霧沉降至地面,在土壤與水域產生的化學反應會影響動植物的生存,其中水生環境生態影響最為明顯。當酸化雨水流經土壤時,會從土壤粘土顆粒中溶出鋁等重金屬離子,然後流入溪流和湖泊。不同的植物和動物能對耐受酸化水質和鋁(離子)的耐受性不盡相同;然而,對酸較為敏感的物種將隨著pH的下降而消失。一般來說,大多數物種的幼體比成年體在環境影響對更為敏感;在pH 5時,大多數魚卵不能孵化,更低的pH值也會導致成年魚死亡。即使某種魚或動物可以耐受中酸性的水值,但它食物來源的動物或植物也可能不能忍受。例如,青蛙的忍受的酸度約為pH 4,但它們吃的蒼蠅可能無法生存低於5.5的pH值的環境中。

酸雨對植物和樹木的影響

死亡或垂死的樹木是受酸雨影響的地區常見的景象。酸雨使鋁從土壤中滲出,鋁離子(重金屬)對植物和動物都有害。酸雨同時還會從樹木生長所需的土壤中去除生長所需礦物質和養分。在高海拔地區,酸性霧和雲可能從樹木的葉子中帶走營養物質,留下棕色或枯葉或針頭,進而使樹木吸收陽光的能力降低而變得虛弱。

鹿林山背景站的酸水監測如右圖示,受到長程傳輸生質燃燒之污染物影響,使得2-4月的降水偏酸,3月份平均降水pH值明顯低於酸雨定義的pH 5.0。

大氣輻射

氣膠光學厚度(AOD)代表整層大氣受氣膠污染的相對指標,鹿林山背景站月平均變化顯示,AOD於春季達到最大值。由於鹿林山背景站高度明顯高於大氣邊界層,較不易受到周邊都市邊界層內各種高濃度之人為污染物影響,因此,春季AOD高值主要受長程(境外)傳送氣膠之影響所致。

大氣氣膠對太陽輻射的衰減是影響大氣能見度以及導致溫度變遷的主因,氣膠消光係數(extinction coefficient)能顯示氣膠對太陽輻射削減效應,消光係數是由散光係數(scattering coefficient)與吸光係數(absorption coefficient)的合成,本文採用綠光的波長為550 nm,氣膠散光效應主要貢獻成分為氣膠水溶性無機離子,如:硫酸鹽、硝酸鹽等,氣膠吸光效應主要貢獻成分為黑碳以及部份的有機碳。從2008年以來,每年都有「生質燃燒好發期」(3-4月)氣膠吸光係數上升與「非生質值燃燒期」氣膠吸光係數下降的季節變化。

大氣汞

大氣中的汞除了自然來源之外,主要為人類活動的燃燒煤碳與化石燃料而排放到大氣之中,然後沉降到土壤或水體中。汞影響人類最大的途徑為食用那些已累積大量汞在體內的魚或海鮮,然而過多留在人類內的汞,可能會腦部與神經,尤其影響兒童的智力發育。

由於汞主要經由大氣長程傳輸影響世界各地,要降低其危害需要對大氣汞循環有深入的瞭解,尤其東亞與東南亞為主要大氣汞排放區域,而台灣則位居這些區域的下風處,地理位置有利於監測與研究東亞大氣汞的輸出、長程傳輸及其影響,所以鹿林山大氣背景測站自2006年4月13日啟用迄今即持續進行大氣汞監測,且目前仍為東亞大陸下風區域唯一長期高山大氣汞監測站,可收集境外大氣汞排放對我國影響之資料,未來可供環保單位擬定相關因應對策參考之用,對於東亞大氣汞輸出與全球大氣汞循環研究也可提供重要資訊(Sheu et al., 2010)。