研究計畫之背景及目的

 水溶性陰陽離子其含量常佔大氣懸浮微粒含量很高之比例，郭及鄭⁽¹⁾調查中部地區PM₁₀懸浮微粒之組成變化，發現其百分比可高達約50%左右。大氣中較重要的水溶性陰陽離子包括硫酸根離子( SO₄^2‾ )、硝酸根離子( NO₃^‾ )、氯離子( Cl^‾ )、鈉離子( Na⁺ )、銨根離子( NH₄⁺ )、鉀離子( K⁺ )、鎂離子( Mg²⁺ )及鈣離子( Ca²⁺ )，在這些陰陽離子中又以硫酸根離子( SO₄^2‾ )、硝酸根離子( NO₃^‾ )及銨根離子(NH₄⁺)之含量最為豐富。此三種離子在大氣中常形成硫酸銨[(NH₄)₂SO₄]、硫酸氫銨[(NH₄)HSO₄]及硝酸銨(NH₄NO₃)等衍生鹽類，鄭等⁽²⁾發現中部地區這些陰陽離子所形成之二次衍生物其含量約佔PM₁₀質量之23.5~27.3%，郭及洪⁽³⁾調查中部近海地區亦發現硫酸鹽及硝酸鹽亦分別佔18%及12%，這此數據均說明硫酸鹽及硝酸鹽等衍生性鹽類在中部地區之懸浮微粒佔有很高之比例。這些衍生性鹽類除了會造成大氣懸浮微粒含量偏高外，亦會影響大氣之能見度^(4-6)及氣膠或雨水之酸鹼度^(7-9)。近年來有關此兩種衍生性鹽類在大氣中濃度變化之研究也因此特別受到重視，但這些研究中有些針對季節變化^(10-12)、有些則偏向於不同粒徑分佈之比較^(13-15)，另有多篇文章針對不同測站之差異性進行比較或評估其與附近污染源之相關性^(16-19)。此外，有關這些衍生性氣膠在大氣上之化學變化，大都針對氣膠在長程傳輸過程其化學組成之變化加以描述^(20-22)，然而有關氣膠在短時間之變化情形，目前仍落在日夜間差異及反應機制之探討^(23-24)，對於在短時間所形成之PM₁₀事件，其氣膠化學組成之變化則僅有少數研究報告^(25-26)加以討論。Kuo et al.⁽²⁷⁾除了以相當完整之數據來說明PM₁₀事件(≧110μg/m³)發生過程其氣膠化學組成有明顯變化情形外，並提出氣膠化學組成能在事件日前後短時間內發生變化之理論基礎，也使得有關事件日氣膠組成明顯變異之研究方向有了初步之雛形。台灣地區由於氣象條件之特異性，造成經常出現不同型態之PM₁₀污染事件，這些事件常於一兩天內急速形成並急速消失，在此過程衍生性氣膠之變化及其對事件日PM₁₀濃度之貢獻程度，均是相當值得進一步探討及研究。  

郭及鄭⁽¹⁾分析中部地區大氣中PM₁₀懸浮微粒之化學組成，發現硝酸鹽佔PM₁₀之百分比在污染事件日有明顯上升之現象，且其上升之百分比明顯較其他的離子均來得更高，此一現象在蔡等⁽²⁸⁾調查台灣南部PM₁₀ 懸浮微粒化學組成時亦有相似之發現。Kuo et al.⁽²⁷⁾認為此一現象發生之原因係由於台灣地區春夏秋三季之氣温一般均很高，在非事件日時期氣膠中硝酸塩之主要成份－硝酸銨易揮發成氣體，造成其硝酸塩之含量常較硫酸塩為低。當事件日來臨，硝酸塩因其形成速率遠較硫酸塩之形成速率為快，造成新形成硝酸塩之量遠較新形成硫酸塩之量為高，此時易出現NO₃^－/SO₄^2－ 比值遠較平常日大幅提升之現象。

雖然Kuo et al.⁽²⁷⁾ 之研究已初步解釋氣膠化學組成在污染事件日變化之原因，然該研究所調查之PM₁₀事件幾乎均是單純天氣型態變化所造成的。事實上台灣中部地區近年來常發生之PM₁₀事件包括沙塵暴事件、農廢燃燒事件及單純天氣型態改變所造成之事件(定義為天氣型態事件)，這些事件有時會單獨出現，有時會伴隨其他事件一起出現，甚至曾出現不同PM₁₀事件緊接著發生之現象，在此情況下如單純使用PM₁₀濃度實際上並無法將這些不同型態之PM₁₀事件區別開來。郭等⁽²⁹⁾之新近研究調查曾收集到連續發生兩種不同型態PM₁₀事件之樣品，雖然此兩次事件之PM₁₀濃度相近，但其NO₃^－/SO₄^2－ 比值竟然有非常明顯之差異，顯示硝酸塩與硫酸塩在此兩PM₁₀事件中變化之快速。在此三種事件中，前兩種事件均受外來物增加之影響，而後者並無外來物增加之現象，雖然目前本研究室已建立天氣型態事件之特徵化資料及其組成份變化之理論基礎，然而伴隨外來物增加及天氣型態改變等雙重因素之變化將使氣膠組成之變化更為複雜。因此，本研究計畫除了比較三種不同型態PM₁₀事件其化學組成之差異，並建立各型態事件之氣膠特徵化資料外，有關這些不同型態PM₁₀事件發生過程，其化學組成之變化情形更有須要加以瞭解並比較彼此間之差異，藉此建立各種型態PM₁₀事件形成過程氣膠化學變化之理論架構。另因造成不同型態PM₁₀事件形成之天氣型態可能會有差異，本研究另將分析各種事件發生期間之天氣型態及其相關之氣象資料(温度、濕度、風向、風速及混合層高度)，並將收集各測站之空品資料(如NO_x、SO_x等)，藉此探討氣膠化學組成變化與大氣氣象及氣態污染物間可能之相關。

此外，Kuo et al.⁽²⁷⁾ 之研究係以整個PM₁₀微粒為分析對象，並未針對粗細不同粒徑之懸浮微粒做更深入之分析比較。Yoshizumi and Hoshi⁽³⁰⁾ 指出硝酸銨存在於細顆粒中，而硝酸鈉存在於粗顆粒中。Shimohara et al.⁽³¹⁾ 在比較日本九州北部兩地區之空氣氣膠時，發現硝酸鈣存在於粗顆粒中，其他之相關研究報告亦分別提到硫酸銨大都以細顆粒之方式存在於氣膠中^(19,32)。這些不同成份之鹽類在事件日形成時，會受不同污染源粒徑分佈差異及不同形態鹽類形成速率有差異等因素之影響，而導致其粒徑在事件日及非事件日有很大差異。例如沙塵暴期間之氣膠偏向於粗粒徑，而農廢燃燒事件之氣膠則傾向於細粒徑，至於天氣型態之事件則受天氣型態之種類及當時之氣象條件而有所差異。因此如能進行不同粗細粒徑懸浮微粒之組成份分析，將更有助於瞭解懸浮微粒在非事件日及事件日之化學轉化現象，且對未來空氣品質改善措施之擬定亦能提供更正確之方向。故本研究計畫之另一重點乃在收集非事件日及事件日粗(PM_10~2.5) 細(PM_2.5) 粒徑之懸浮微粒，藉由不同事件粗細粒徑分佈不相同之特點，來比較粗細粒徑懸浮微粒在各種型態事件之組成差異。另分析粗細粒徑懸浮微粒在事件形成前後其化學組成之變化情形，藉此瞭解粗細粒徑懸浮微粒在不同型態事件下各種化學物種之轉化情形。

有些研究指出PM₁₀濃度在空間分佈上有很大之差異⁽³³⁾，另有些報告更指出這些懸浮微粒上之組成份在空間分佈上亦有很大之差異^(12,34-35)，造成這種空間差異之因素很多，包括工業區等特定污染源之影響、都會區移動污染源之影響、裸露地面揚塵之影響、沿海地區海鹽之貢獻及氣團或風速風向等傳輸作用之影響等。郭等⁽²⁹⁾之研究調查即發現大甲測站氣膠中之鈉離子及氯離子濃度遠比太平及霧峰兩測站為高，而在沙塵暴期間其海鹽性硫酸塩之含量亦以大甲之測值為最高。由於各種型態PM₁₀事件對不同地區會有不等之影響，本研究將在中部地區選擇三個測站，以便瞭解各種型態PM₁₀事件期間氣膠組成之空間差異，另因中部地區同屬相同之天氣型態，故本研究計畫另將配合逆軌跡趨勢來瞭解各種型態PM₁₀事件採樣期間污染物之傳輸方向，作為驗證各種PM₁₀事件期間氣膠是否受污染物來源影響之重要佐證資料，並評析氣膠化學組成空間差異與污染源貢獻之相關性。

    為徹底瞭解三種型態事件氣膠組成之差異、空間上之差異及氣膠組成在事件日形成過程之變化，氣膠中兩種極重要之衍生性鹽類－硝酸鹽及硫酸鹽其組成分佈實有必要進一步加以分析。硝酸根離子及硫酸根離子在大氣中均可能與銨、鈉、鈣及鎂形成各種不同之鹽類，這些不同鹽類之比例易受外在環境之影響而發生變化，如能分析此兩種衍生性鹽類之組成分佈，對於判斷何種因素之影響將有更大助益。Karakas and Tuncel⁽³⁶⁾ 及Kuo et al.⁽²⁷⁾均曾利用複迴歸分析分別來探討環境因素之影響及事件日與非事件日組成上之差異，本研究計畫亦將利用複迴歸分析來評析不同型態事件之差異、空間之差異及事件日與非事件日組成上之差異，這些數據配合各種型態事件與空間分佈等之特殊性，將能更有效解析氣膠在不同型態事件及事件發生過程之化學變化。