[地科] #科普為什麼今天空氣那麼髒? | 自然科學板

第一次寫那麼長篇的科普文，一直在想我到底要從哪邊切入，又怕寫太長排版會很亂，結果最後還是寫了2000多個字😅 希望這堆字跟精美的小畫家製圖(?)有簡單到讓大家看懂😂 以下正文開始 ================================== 我們都知道，理財就是要開源節流，並且妥善保存，才可以致富。空氣汙染物質也是要開源節流，才可以有效的累積汙染物質，造成空氣污染事件，這也是以下要討論的主軸。 ⛅汙染物質的累積首先，我們要找到一個地方安置這些汙染物，不要讓他們跑掉，才有機會創造出最嚴重的汙染。 🌀較薄的混合層逆溫層代表溫度隨高度而增加，與對流層平均溫度分布隨高度降低的情況相反，是大氣極為穩定的一層。逆溫層的出現，會使空氣不容易產生垂直方向上的對流，使大氣擴散的條件變差。一般來說，近地表會因為地面的摩擦力還有熱力作用，造成許多亂流，使空氣混合得相當均勻，並將這層稱為混合層或是對流邊界層。在混合層頂，常常出現一個逆溫層，這個逆溫層會將所有汙染物質困在混合層中，使汙染物質累積。另外，受到熱力作用影響，在夏天的混合層厚度通常也會比冬天的厚，因此冬季比較容易發生空氣污染事件。 ↓圖中可見一明顯交界 http://i.imgur.com/YMjg5ew.jpg 在高壓區域或是颱風外圍下沉氣流造成的沉降逆溫，也會使混合層的厚度變薄。沉降氣流指示著晴朗的天氣，因此在這種情況下，地面的汙染物很容易受到日光照射，產生光化學反應，製造出更多樣化的空氣污染物質，例如臭氧、氮氧化物。 🌀汙染物質來源空氣污染物質來源可以分為本地生成跟境外移入的，不過這邊先只討論本地生成的。大家一定都看過工廠或焚化爐煙囪蓋得高高的，那又是為什麼呢? ↓全世界排碳量最大的台中龍井火力發電廠 http://i.imgur.com/ILnQyaJ.jpg 除了利用煙囪效應讓工廠產生的煙可以完全排出和讓一些汙染顆粒可以先沉降外，煙囪蓋高還可以讓煙流不易移動到地面。前面提到，在混合層內，空氣會混合得很均勻，若是排放到混合層之上，也代表汙染物質不容易回到混合層內，使混合層內空氣較清潔。但是煙囪蓋太矮，就變裝飾用的了。 (圖取自維基百科) http://i.imgur.com/5bfmqCA.jpg 除了工廠等的固定汙染源之外，汽機車也是很重要的移動汙染源。汽機車的汙染物直接排放在混合層當中，並且內含碳氫化合物、氮氧化物、一氧化碳，受到太陽光照射很容易會產生光化學反應，產生臭氧並危害人體健康。 ↓大致上的光化學反應流程 http://i.imgur.com/TebPR3e.png ⛅汙染物質的移除在移除汙染物的部分相對簡單許多，主要是沉降和傳送。沉降是汙染物質落回地面的方法，又分為乾沉降和濕沉降。乾沉降顧名思義，就是懸浮粒子受到重力作用而緩慢落至地表。濕沉降的速度就快多了，當雨滴大到可以落下後，會一路收集各種汙染物質，將空氣清潔乾淨。另外，二氧化硫、二氧化氮也屬於吸水性凝結核，當相對濕度<100%時就會開始凝結，形成的沉降稱為酸沉降，簡單來說就是酸雨。傳送就是另一個比較黑暗的方法了，簡單來說就是把我家不要的丟到你家，像是台灣就是大陸的苦主(? ----------------------------------------------------------------------- 其實台灣工廠的設置基本上都有考慮到空氣汙染的問題，只是工業發展和環境拉扯之下，還是要兩害相權取其輕。 ⛅為什麼高汙染產業要放在高雄，不是台北? 排除掉利益上的考量，純粹以環境因素來看，南部其實比北部有利一些。冬季時，因為熱源不足，混合層較薄，再加上冬天水氣較少，無法以濕沉降有效移除汙染物質。而冬季盛行東北風，若設廠在北部，就會把汙染物往台灣全島運送；但若是設廠在南部，可以很快地往南海運送，減少在台灣本島滯留的時間((理論上啦而季節轉換到夏季時，風向轉變為西南風，若設廠於南部，雖然會把汙染物往北部帶，但是由於夏季混合層厚，環境濕度高，對於擴散或是濕沉降會較有利，全台的空氣品質也不會受到太大的影響。 ⛅說那麼好聽，為何還是有空汙? 這又是個人算不如天算的例子了(?) 上面的理論，雖然可以理解平均的狀態，但是有更多細節是沒有被考慮到的。台灣有個護國神山(?)叫中央山脈，讓氣流要通過台灣的時候可以產生阻礙，使氣流減弱或轉向。想像一條溪流中，溪中有一顆石頭，你會發現在水流經過石頭時，會在石頭前後都有一區域是幾乎靜止不動的。空氣也是一樣，在上風處，氣流無法過山，產生滯流區；在下風處，因氣流繞山，產生一弱風區，稱尾流區。示意圖，流場可能受其他環境因素影響而不同。 ↓底圖來源：中央氣象局 http://i.imgur.com/6qTAGLX.png 在冬季時，東北風是盛行風，因此可以知道在西南部會形成尾流區。另外，當冬季高壓出海或是颱風從巴士海峽通過時，環境風向轉為偏東風，也會在西半部產一個龐大的尾流區。在尾流區中，風速較低，不利於汙染物向外海傳送，容易造成這個區域中空氣污染濃度較高。不過很多高汙染產業都設置在海邊，單純只靠渦流的混和將汙染傳送到較內陸區域，還是不夠有效率，不過這個時候，就出現了另一個現象來幫忙囉。白天時，因陸地升溫，使沿海地區吹起海風，這個海風就可以有效率的把海邊的染往陸地送，造成更大範圍的空氣汙染。左 105/11/17，東北風吹拂之下，西南部空汙右 105/10/26，高壓迴流偏東風影響，加上從海峽來的海風，造成西半部空汙 ↓資料來源：MODIS –Terra/Aqua http://i.imgur.com/L9G7fiY.jpg ⛅都市沒什麼工廠，但空氣汙染最嚴重? 應該有些人發現，都市似乎比較常發生空氣汙染，不過市區基本上沒有什麼工業發展，反而是郊區還比較多，這又是為什麼? 由於都市發展使地表性質改變，同時也改變都市區域的能量收支，進而造成都市區域的局部環流和微氣候改變，稱為都市熱島效應。在都市，建築物林立並且吸收熱能，使都市氣溫上升，造成由郊區向都市的輻合氣流，稱為城市風(country breeze)。不過大部分的郊區設立了許多工廠，而城市風剛好可以把郊區的汙染物往城市裡吹，造成都市嚴重的空氣汙染。 http://i.imgur.com/5xI6UPr.png =================================== 我猜應該該寫的都有寫到，如果有問題或內容有誤要說一下喔XD