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災害預測新技術 (三):沙塵蓋目 不速之客千里而來

沙塵暴:千里而來的不速之客台灣每年的11月至隔年3、4月,容易遭受來自中國的沙塵暴侵襲,城市籠罩在一片霧茫茫的白色沙塵之中,遠方景物模糊不清,新聞提醒老人與小孩盡量避免外出活動…。為了更了解這種「不遠千里而來」的自然災害,我們邀請到文化大學楊之遠教授與環保署環境監測及資訊處朱雨其處長,深入淺出地介紹各種空氣污染物與沙塵暴的成因與威脅,以及面對這些飄浮在空氣中的威脅,目前是如何進行監測與預報呢?

空氣污染物知多少

在討論沙塵暴前,我們必須先知道,大氣中有哪些東西會對我們的健康造成威脅?

環保署目前主要監測的空氣污染物可以分為氣狀污染物與粒狀污染物,前者包含氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)、一氧化碳(CO)、揮發性有機物(VOCS)等等,而後者指空氣中的懸浮粒子,依粒徑大小可分為懸浮微粒(PM10)與細懸浮微粒(PM2.5)。

氣狀污染物主要來自人為排放,例如工業製程與汽機車引擎產生的廢氣。其中,氮氧化物與VOC會與陽光進行光化學作用,形成臭氧(O3)。臭氧在高空能阻礙紫外線照射地面,然而,在地面附近的臭氧會對眼睛,呼吸道有刺激作用。

粒狀污染物的來源可分為自然與人為。自然來源包含海洋、火山、森林大火等等。而人為來源包含工廠、汽機車與工程施工的揚塵等等。

粒狀污染物中,PM 2.5指微粒直徑等於或小於2.5μm,相當於頭髮直徑的28分之一,由於鼻毛無法過濾如此細小的顆粒,附著於顆粒上的細菌或病毒可能間接侵入肺部造成感染。每逢沙塵暴侵襲台灣,可觀測到各地測站PM10大幅飆升(約為平常的5~10倍),由於沙塵多屬較粗的顆粒,通常 PM2.5增加不如PM10顯著(約為平常的2~3倍)。

黃沙滾滾:沙塵暴的形成

台灣平均每年遭遇兩次到三次較為嚴重的沙塵暴。世界上主要的沙塵暴來源主要有四個:澳洲、撒哈拉、中亞以及中國內陸的沙漠。

沙塵暴來源地地區的地表土質鬆軟、乾燥、無植被,在沒有積雪的情況下,搭配特定的氣象條件,如強烈的地面風、垂直不穩定的氣象條件及沒有降雨降雪,便會造成沙塵揚起,懸浮於大氣當中,高度可達1000公尺至3000公尺,再藉由西風帶的氣流向東傳送至日本、韓國,甚至抵達美國。

每逢冬末春初,尤其每年二月至四月,是沙塵暴最頻繁的時間。其中少數會影響台灣,這些沙塵暴主要來自中國的甘肅、內蒙古、黃河河套地區,這些沙塵可能伴隨東北季風一起南下。

沙塵暴對於人體的威脅

由於沙塵暴漂洋過海來台灣時,主要以PM10為主,能來到台灣的細小的PM2.5並不顯著,有研究發現,沙塵暴影響期間,台灣本地可觀測到少見或甚至未曾出現過的真菌,但是否由沙塵所挾帶,需要進一步研究證實。

沙塵暴可能攜帶生物性的物質,這表示沙塵暴也有可能攜帶病毒與微生物來到台灣,提高健康風險以及疾病傳播,甚至造成生態環境的破壞。

另外,沙塵暴過後數天內,過敏性病人急診人數大量增加;而根據1994年至2007年台北的統計資料,沙塵暴來襲期間,會增加非意外死亡和心血管疾病死亡的人數,其中年長者更易受到沙塵暴的影響,故台灣對於沙塵暴的侵襲不可不慎。

空污防治最前線:台灣空氣品質監測站

目前,環保署一共有76個空氣品質監測站,遍布台灣本島與金門、馬祖、澎湖三個外島,即時監測懸浮微粒濃度、氮氧化物、硫氧化物、臭氧等空氣污染物。這些測站的數據都是上網即時公開,民眾能透過網路了解當下的空氣品質狀況。

同時,這些空氣品質測站可說是偵測境外污染物的最前線。境外污染物包含東南亞生質燃燒,以及中國的沙塵暴與酸雨等等。

76個測站中,部分測站由於本地污染源少,或者因為地理位置,境外污染物來襲時首當其衝,因此可作為背景測站。背景測站若偵測到污染物便可能是境外污染。

目前,環保署的背景站包含鹿林山、馬祖東引以及東沙群島。過去幾次沙塵暴侵襲台灣時,馬祖測站的懸浮微粒濃度為比台灣本島早數個小時提高,因此可視為沙塵暴即將來襲的預警。此外,本島的萬里石門、觀音、三義等測站也屬於背景測站。

沙塵暴監測與預報

目前環保署設有專門小組蒐集全球的觀測資料,如地面的沙塵觀測、衛星影像與各地的空氣品質,利用電腦預測模式,預測這波沙塵暴何時到達台灣,以及抵達時PM2.5懸浮微粒的濃度會有多高。

目前環保署在進行沙塵預報作業時,主要參考6個分別來自台灣、美國、日本、韓國與中國的沙塵模式,其中便以環保署與台灣大學大氣科學系發展的沙塵模式為最主要的參考依據。

這種研判沙塵影響台灣的方法,在時間點預估表現不錯,但是實際抵達台灣的濃度難以掌控。由於侵襲台灣的沙塵暴會先經過中國許多省分,如果能取得中國的觀測資料,對於實際評估沙塵威力將頗有幫助,建立兩岸監測合作機制已經列入環保署2013年的目標。

沙塵暴本來是自然現象,但是經過中國這幾十年來的過度砍伐森林、過度放牧等,沙漠化土地面積增加,使沙塵暴來源地更接近台灣,沙塵暴侵襲台灣的時間更快。目前中國已經開始正視沙塵暴的威脅,開始推動造林與其他監測空氣品質的措施。而台灣除了降低本身的污染物,對於境外污染物亦須做好防護措施,以將風險降至最低。

延伸閱讀:

楊之遠 2001。大陸沙塵暴影響台灣地區空氣品質之監測與預報。物理雙月刊23(3): 416-421。
趙馨、詹長權 2003。大陸沙塵暴與背景測站懸浮微粒成分特徵之研究。環境保護署委託之專題研究成果報告(編號:EPA-92-U1L1-02-101),未出版。
行政院環保署環境監測與資訊處 2012。行政院環境保護署環境監測及資訊發展25周年紀實。台北市:環保署。

關於作者

李柏昱

成大都市計劃所研究生,現為防災科普小組編輯。喜歡的領域為地球科學、交通運輸與都市規劃,對於都市面臨的災害以及如何進行防災十分感興趣。