大陸沙塵暴氣象條件之分析與建立預警制度之研究期末報告執行期間 : 九十一年二月二十二日起至九十一年十二月三十一日止受託單位 : 國立台灣大學大氣科學系計畫經費 : 壹佰參拾陸萬元整主持人 : 陳正平協同主持人 : 蔡富容、王自發研究人員 : 王觀智、范惠菱、沈秀櫻、蔡宜君、謝幃鈞、黃鏡芸行政院環境保護署

計畫書中英文摘要 ―― Abstract ( 各約 300〜500 字 )摘要原計畫編號 :EPA-91-U1L1-02-108每年春季中國西北地區容易發生大範圍沙暴現象 , 部分沙塵可經大氣傳送到達台灣地區 , 可能造成本地居民呼吸系統與眼睛的不適 , 導致能見度降低 , 甚至影響飛航安全 , 改變太陽輻射量與降水機制。統計資料顯示 ,大陸地沙塵暴的發生頻率在近幾十年內有逐漸增加的趨勢 , 因此對沙塵暴影響的分析與預報有其必要與迫切性。由於沙塵暴的形成與傳送主要受源區地表特性與區域氣象條件的控制 , 因此欲準確地預報沙塵暴 , 必須能對起沙機制與綜觀氣象場有詳細模擬的能力。此研究對可能侵台之大陸沙塵進行綜觀氣象分析 , 並發展適用於台灣地區之數值模式進行沙塵暴模擬 , 以建立預警制度 , 及早告知民眾事前防範 ; 同時並提供本署啟動襲台沙塵密集觀測採樣與健康效應評估急診監測網之參考。本計畫完成項目包括 :(1) 發展適用於東亞與台灣地區的大氣沙塵預報系統 , 包括 TAQM 與 NAQPM 兩沙塵模式 ;(2) 分析影響台灣地區的大陸沙塵綜觀天氣型態與相關觀測資料 ;(3) 根據氣象分析與數值預報結果 , 協助評估大陸沙塵個案侵台之時間、影響範圍及濃度 , 以協助預警指揮中心進行沙塵暴守視與預警作業 ;(4)建立大陸沙塵預報網頁 , 將模擬動畫與相關分析資料以月曆型態建立資料儲存庫。2002 年春季共有 7 波顯著襲台沙塵事件 , 另有兩波不顯著事件。本計畫的沙塵模式預報結除了一次虛報一次漏報外 , 其餘均能大致掌握其侵台時間與範圍 , 而在最高濃度預報的表現上相對較差。虛報事件是由於華南雲雨將沙塵洗除 , 而模式未考慮洗除機制所致 , 目前已加入此機制。漏報事件是由於修改模式時誤植起沙量 ,以致雖模擬到沙塵來臨 , 但濃度量級不正確 , 因而列為漏報 ; 目前也已修正錯誤。整體評估國內外各個大氣沙塵模式對侵台沙塵事件的預報結果 , 本計畫的 TAQM 模式表現最優。關鍵字 : 沙塵暴 ; 大氣沙塵模式、TAQMAbstractLarge-scale dust storms originated at the Northeastern Chine frequently occur during springtime. Some of theelevated dust particle may be transported long distance through atmospheric circulation to the Taiwan area. The possiblyeffects of these atmospheric dust particles include the influence on public health, lowering the visibility and even causingaviation safety concerns, reducing solar radiation to the surface, and altering the precipitation processes. Due to itsincreasing frequency of occurrence during the past decade, it is essential to study the mechanisms controlling the transport ofyellow dust to Taiwan, and develop forecasting capability for early warning. The elevation and transport of atmosphericdust particles is controlled by the surface conditions of the source region (deserts) and the regional weather patterns. Thegoal of this study is to develop an modeling system that can accurately simulation the elevation of dusts as well as theirsubsequent transport in the regional scales, and to help establishing an early-warning system for the EnvironmentalProtection Agency for alerting the public regarding to their health, and to provide lead time of operation for thedust-sampling group and health effect evaluation group.The accomplishments of this project include: (1) development of dust storm forecasting models suitable for use in theEast Asia region and Taiwan area, this include a TAQM/dust model and NAQPM/dust model; (2) daily watch of the duststorm events by analysis of the synoptic weather patterns and observation data relevant to Asia dust storms; (3) evaluation ofthe time, duration, area extent and concentration of possible events of dust reaching Taiwan, so as to assist the issue ofwarnings by the operation center of EPA; (4) built a web site of atmospheric dust forecasting, using calendar-style data bankin exhibiting the movies of dust storm simulation and analysis data.Among the 7 significant and 2 minor dust events occurred during the Spring of 2002, our forecasting model missed

one of the event and false-alarmed the other. The false-alarm case was an event with strong rain scavenging effect, whichwas not considered in the TAQM/dust model at the time. Improvement has been made to include this rainout mechanism.For the event that was missed by the model, an error in coding was made when modifying the model, such that the eventwas actually captured but the order of dust concentration was wrong and is thus counted as a missed case. Correctionshave been made soon after. For the rest of the events, the forecasting model did fairly well on the arrival time, duration,and area extent, but not as satisfactory in the maximum mass concentrations. An overall evaluation of the performance ofour and foreign models was made, and we found that the TAQM/dust model is superior to all other models in forecastingdust events in Taiwan.Key words: Dust storm; atmospheric dust model, Taiwan Air Quality Mode

84.11.22 修訂版G R B 基本資料表填表說明原計畫編號 : 請輸入經費主管機關所賦與之計畫編號 ( 其原則以包括年度、主管機關代號及序號 ), 如 NSC85-0301-P-105-001、DOH85-TD-001….., 否則請以契約文號充當。甲、計畫依據 : 如專題計畫 , 十年長程計畫 , 六年中程計畫 , 防災大型計畫 ... 等乙、執行單位 : 請填單位名稱 , 如台大電機系、水試所台南分所、工研院工材所等 , 若委託個人則填「個人」。丙、年度 : 請填簽約時之經費所屬會計年度。主管機關 : 計畫經費來源之主管機關。丁、研究性質 :1、基礎研究 ;2、應用研究 ;3、技術發展 ;4、商品化 ;5、其他戊、研究領域 : 共二碼 , 分理、工、醫、農、人文及社會 , 請參照 C 表。己、計畫屬性 : 計畫係屬於科技類或非科技類 , 單選。凡屬科技研究範圍之計畫則屬於科技類 , 故若經建或行政計畫中有科技研究之 ( 子 ) 計畫則該 ( 子 ) 計畫亦請勾選「科技類」。所謂科技研究係以系統方法為依據 , 所作的創造性工作。其目的在增進有關人類 , 文化與社會方面的知識 , 以及利用此等知識累積而產生的新應用。其活動必具備兩項要件 :1. 在知識的增進方面 , 要有創造性。2. 在知識的應用方面 , 要有新穎性。科技單位內經常性的或例行的活動 , 不屬於科技研究發展活動 ( 例如 : 商品 , 儀器之檢驗及產品的品管 , 不屬於科技研究發展活動 ; 但發展新的產品檢驗或品管方法 , 則屬科技研發活動 , 又醫院所作的常規檢驗 , 如驗血、生化檢驗 , 細菌檢驗 , 不屬於科技研究發展活動 ; 但為開發新藥所設計之各種檢驗 , 則屬科技研究發展活動 )。庚辛、期間經費 : 全程期間應大於或等於本期期間 ; 全程經費應大於或等於本期經費。例 : 主計畫 ( 甲 ) 內含三項子計畫 (A,B,C) 為五年期 (82-86) 之科技專案計畫 , 總經費為五億元。子計畫 A: 為四年期 (82-85) 子計畫 , 全部經費為二億元 , 第一年度經費為一億元 , 第二年度經費為 0.5 億元 , 第三年度經費為 0.3億元 , 第四年度經費為 0.2 億元。子計畫 B: 為五年期 (82-86) 子計畫 , 全部經費為二億元 , 第一年度經費為 0.5 億元 , 第二年度經費為 0.4 億元 , 第三年度經費為 0.4億元 , 第四年度經費為 0.2 億元 , 第五年度為 0.5 億元。子計畫 C: 為四年期 (83-86) 子計畫 , 全部經費為一億元 , 第一年度經費為 0.2 億元 , 第二年度經費為 0.2 億元 , 第三年度經費為 0.3億元 , 第四年度經費為 0.3 億元因此 85 年度之 GRB 表之填寫為子計畫 A: 全程期間為 :81 年 7 月至 85 年 6 月 , 本期期間為 84 年 7 月至 85 年 6 月 , 本期經費為 0.2 億元子計畫 B: 全程期間為 :81 年 7 月至 85 年 6 月 , 本期期間為 84 年 7 月至 85 年 6 月 , 本期經費為 0.2 億元子計畫 C: 全程期間為 :82 年 7 月至 86 年 6 月 , 本期期間為 84 年 7 月至 85 年 6 月 , 本期經費為 0.3 億元若為單一非延續性計畫 , 則全程期間 = 本期期間 , 全程經費 = 本期經費。壬、經費來源 : 係指委託、補助、合作單位與執行單位之出資比 , 例如 : 委託單位 ( 經濟部 )70%; 執行單位 ( 學校 )30%, 百分比合計應等於100%。本期經費分析 : 分成資本支出及經常支出兩大項 , 以千元為單位 , 請就各項經費填寫 , 其總和應等於 “ 本期經費 ”。癸、摘要關鍵詞 : 請填申請計畫摘要之中、英文關鍵詞各三則。★ 參與計畫人力資料 :˙ 身份證字號 : 若非本國人則填護照號碼。˙ 專長領域 : 係參與是項計畫之研究人員所具之主要專長代碼 , 請參照 C 表填寫˙ 職級 :( 分 6 級 )

1. 研究員級 : 研究員、教授、主治醫師、簡任技正、若非以上職稱則相當於博士滿三年、或碩士滿六年、或學士滿九年之研究經驗者。2. 副研究員級 : 副研究員、副教授、助理研究員、助教授、總醫師、薦任技正、若非以上職稱則相當於博士、碩士滿三年、學士滿六年以上之研究經驗者。3. 助理研究員級 : 助理研究員、講師、住院醫院、技士、若非以上職稱則相當於碩士、或學士滿三年以上之研究經驗者。4. 研究助理級 : 研究助理、助教、實習醫師、若非以上職稱則相當於學士、或專科滿三年以上之研究經驗者。5. 技術人員 : 指目前在研究人員之監督下從事與研究發展有關之技術性工作 , 且具備下列資格之一者屬之 : 具初 ( 國 ) 中、高中( 職 )、大專以上畢業者 , 或專科畢業目前從事研究發展 , 經驗未滿三年者。6. 支援人員 : 指在研究發展執行部門參與研究發展有關之事務性及雜項工作者 , 如人事、會計、秘書、事務人員及維修、機電人員等。˙ 學˙ 性歷 :1 博士、2 碩士、3 學士、4 專科、5 博士班研究生、6. 碩士班研究生、7 其他別 :1 男 ,0 女˙ 參與人月 : 以以一年期 (12 個月 ) 計畫為例 , 參與研究人員 ( 含技術人員及支援人員 ) 實際投入本計畫之工作量佔全年工作時數之百分比乘以 12 人月之積 , 如參與工作量為佔全年工作時數之 80%, 則填 80%X12=10 人月若不便估計 , 則依實際支領薪資之月份數 ( 不含年終獎金 ) 填寫。˙ 參與性質 :1 計畫主持人 ( 或子計畫主持人 )2 共同主持人 ( 或子計畫共同主持人 )3 協同主持人 ( 或子計畫協同主持人 )4 顧問及諮詢5 其他◎ 研究人員 : 指目前從事研究發展工作 , 且具有博士、碩士、學士學位 , 或專科畢業具有三年以上研究經驗者 , 含研究所博、碩士班研究生。

C 表 ( 研究領域 , 專長領域代碼 )領域代碼領域代碼理 10 數學類 ( 含一般數學、應用數學、商用數學、數理數學、數理統計 ) 農 50 農藝11 物理類 ( 含一般物理、應用物理、電子物理、原子物理、天文物理 ) 51 園藝12 化學類 ( 含一般化學、有機化學、無機化學、分析化學、物理化學 ) 52 植物保護類13 大氣科學類 ( 含氣象學、大氣科學、大氣物理 ) 53 農業化學類14 地球科學類 ( 含地理學、地質學、地球物理學、土地資源學、地球化學 ) 54 農田水利類15 生物科學類 ( 含植物學、動物學、微生物學、生物化學、分子生物學 ) 55 農業機械類1A 海洋科學類 ( 含海洋物理、海洋生物、海洋化學、海洋地質學 )56 水土資源保育1L 生物技術57 林業類16 其他 58 漁業類 ( 含水產養殖 )59 畜牧獸醫類工 20 土木水利工程類 ( 含土木工程、水利工程、建築工程、營建工程、河海工程、都市計畫 )6061農業推廣類農業經濟類21 機械工程類 ( 機械工程、動力機械、造船工程 ) 6C 自動化工程22 電子電機工程類 ( 含電機工程、電子工程、控制工程 ) 6H 農業環境保護31 電信工程 6K 食品科技類23 化學工程類 ( 含化工、石油工業、燃料工業 ) 6L 生物技術24 工業工程類 ( 工業工程、工業管理、工程科學 ) 63 農產運銷25 航空工程 64 自然生態保育26 太空科技 62 其它27 紡織工程類 ( 含紡織、染整、製衣工程 )28 交通運輸人文 70 藝術29 醫學工程 71 宗教2B 防災工程72 語文2C 自動化工程73 哲學2E 材料科技 ( 包括冶金、非金屬、高分子 )75 人類2F 能源工程 ( 指一般能源 )76 歷史32 原子能工程 74 其它2G 光電工程2H 環境科學 ( 含環保工程、環境管理 ) 社會 80 社會2K 食品科技81 心理2M 資訊工程 — 硬體工程83 政治3M 資訊科學 — 軟體84 法律30 其他 85 經濟86 教育醫 40 基礎醫學類 ( 含解剖學科、生理學科、與醫學有關之生化學科等 ) 88 地理41 臨床醫學類 ( 含內科、外科、神經科等 ) 89 統計42 藥學 90 管理科學43 公共衛生學 92 科學教育44 牙醫學 93 財政 ( 含金融、保險 )45 護理學 94 公共行政 ( 含行政發展、行政管理、勞46 醫事技術行政 …. 等 )47 復健醫學 91 其他4J 肝炎防治4L 生物技術48 其它

目錄頁碼摘要 .............................................................................................................................. iiiAbstract........................................................................................................................iv1. 目的 ...........................................................................................................................12. 工作內容 ...................................................................................................................52.1. 大陸沙塵暴模擬預測 ....................................................................................52.2. 每日氣象資料分析 ........................................................................................52.3. 發展大陸沙塵暴侵台預報作業流程 ............................................................52.3.1. 沙塵預報 .............................................................................................62.3.2. 天氣分析 .............................................................................................72.3.3. 發布每日預報單 .................................................................................72.3.4. 預警通報流程 ...................................................................................103. 預報模式網站介紹 ................................................................................................. 113.1. 天氣觀測 ......................................................................................................113.2. 天氣預測 ......................................................................................................123.3. 沙塵觀測 ......................................................................................................143.3.1. Weather report about dust storms in China........................................143.3.2. Urban Air Quality in China................................................................153.3.3. 其他觀測資料 ...................................................................................163.4. 沙塵模式預測 ..............................................................................................183.4.1. TAQM 模式預報 ...............................................................................183.4.2. NAQPMS 模擬結果 ..........................................................................193.4.3. 其他模式預報 ...................................................................................203.5. 沙塵預報單 ..................................................................................................234. 沙塵天氣個案氣象分析 .........................................................................................255. 預報模式 .................................................................................................................29i

5.1. 台灣空氣品質模式 ......................................................................................295.1.1. 模式發展歷史簡介 ...........................................................................295.1.2. 「台灣空氣品質模式」模式包含範圍 ...........................................295.1.3. 「台灣空氣品質模式」技術概要 ...................................................295.1.4. 沙塵模組 ...........................................................................................325.1.5. 模式設定 ...........................................................................................335.2. NAQPM ........................................................................................................335.2.1. 嵌套 (Nesting) ...................................................................................335.2.2. 平流輸送與擴散 ...............................................................................335.2.3. 氣相化學 ...........................................................................................335.2.4. 液相化學與濕沉降 ...........................................................................345.2.5. 懸浮微粒 (Aerosol) ...........................................................................346. 預報模擬結果 .........................................................................................................356.1. TAQM 模式預報結果與觀測資料比較 ......................................................356.1.1. 環保署觀測資料 ...............................................................................356.1.2. Chinese Urban Air Quality Data........................................................416.1.3. 沙塵衛星觀測資料 ...........................................................................436.1.4. Dust storm in weather report..............................................................446.2. 模式模擬結果比較 ......................................................................................456.3. 空氣塊軌跡分析 ..........................................................................................546.4. 模擬驗證 ......................................................................................................616.4.1. 3 月 31 日強降雨個案 ....................................................................616.4.2. 4 月 9 日低估沙塵濃度個案 ..........................................................637. 總結與未來工作 .....................................................................................................658. 參考資料 .................................................................................................................67附錄 A:2002 年侵台沙塵個案綜觀天氣與污染物分析 ........................................A1附錄 B: 期中報告審查意見與回覆 ......................................................................... B1附錄 C: 期末報告審查意見與回覆 .........................................................................C1ii

摘要每年春季中國西北地區容易發生大範圍沙暴現象 , 部分沙塵可經大氣傳送到達台灣地區 , 可能造成本地居民呼吸系統與眼睛的不適 , 導致能見度降低 , 甚至影響飛航安全 , 改變太陽輻射量與降水機制。統計資料顯示 , 大陸地沙塵暴的發生頻率在近幾十年內有逐漸增加的趨勢 , 因此對沙塵暴影響的分析與預報有其必要與迫切性。由於沙塵暴的形成與傳送主要受源區地表特性與區域氣象條件的控制 , 因此欲準確地預報沙塵暴 , 必須能對起沙機制與綜觀氣象場有詳細模擬的能力。此研究對可能侵台之大陸沙塵進行綜觀氣象分析 , 並發展適用於台灣地區之數值模式進行沙塵暴模擬 , 以建立預警制度 , 及早告知民眾事前防範 ; 同時並提供本署啟動襲台沙塵密集觀測採樣與健康效應評估急診監測網之參考。本計畫完成項目包括 :(1) 發展適用於東亞與台灣地區的大氣沙塵預報系統 , 包括 TAQM 與 NAQPM 兩沙塵模式 ;(2) 分析影響台灣地區的大陸沙塵綜觀天氣型態與相關觀測資料 ;(3) 根據氣象分析與數值預報結果 , 協助評估大陸沙塵個案侵台之時間、影響範圍及濃度 , 以協助預警指揮中心進行沙塵暴守視與預警作業 ;(4) 建立大陸沙塵預報網頁 , 將模擬動畫與相關分析資料以月曆型態建立資料儲存庫。2002 年春季共有 7 波顯著襲台沙塵事件 , 另有兩波不顯著事件。本計畫的沙塵模式預報結除了一次虛報一次漏報外 , 其餘均能大致掌握其侵台時間與範圍 , 而在最高濃度預報的表現上相對較差。虛報事件是由於華南雲雨將沙塵洗除 , 而模式未考慮洗除機制所致 , 目前已加入此機制。漏報事件是由於修改模式時誤植起沙量 , 以致雖模擬到沙塵來臨 , 但濃度量級不正確 , 因而列為漏報 ; 目前也已修正錯誤。整體評估國內外各個大氣沙塵模式對侵台沙塵事件的預報結果 , 本計畫的 TAQM 模式表現最優。關鍵字 : 沙塵暴 ; 大氣沙塵模式、TAQMiii

AbstractLarge-scale dust storms originated at the Northeastern Chine frequently occurduring springtime. Some of the elevated dust particle may be transported longdistance through atmospheric circulation to the Taiwan area. The possibly effects ofthese atmospheric dust particles include the influence on public health, lowering thevisibility and even causing aviation safety concerns, reducing solar radiation to thesurface, and altering the precipitation processes. Due to its increasing frequency ofoccurrence during the past decade, it is essential to study the mechanisms controllingthe transport of yellow dust to Taiwan, and develop forecasting capability for earlywarning. The elevation and transport of atmospheric dust particles is controlled bythe surface conditions of the source region (deserts) and the regional weather patterns.The goal of this study is to develop an modeling system that can accurately simulationthe elevation of dusts as well as their subsequent transport in the regional scales, andto help establishing an early-warning system for the Environmental Protection Agencyfor alerting the public regarding to their health, and to provide lead time of operationfor the dust-sampling group and health effect evaluation group.The accomplishments of this project include: (1) development of dust stormforecasting models suitable for use in the East Asia region and Taiwan area, thisinclude a TAQM/dust model and NAQPM/dust model; (2) daily watch of the duststorm events by analysis of the synoptic weather patterns and observation datarelevant to Asia dust storms; (3) evaluation of the time, duration, area extent andconcentration of possible events of dust reaching Taiwan, so as to assist the issue ofwarnings by the operation center of EPA; (4) built a web site of atmospheric dustforecasting, using calendar-style data bank in exhibiting the movies of dust stormsimulation and analysis data.Among the 7 significant and 2 minor dust events occurred during the Spring of2002, our forecasting model missed one of the event and false-alarmed the other.The false-alarm case was an event with strong rain scavenging effect, which was notconsidered in the TAQM/dust model at the time. Improvement has been made toinclude this rainout mechanism. For the event that was missed by the model, anerror in coding was made when modifying the model, such that the event was actuallycaptured but the order of dust concentration was wrong and is thus counted as amissed case. Corrections have been made soon after. For the rest of the events, theforecasting model did fairly well on the arrival time, duration, and area extent, but notas satisfactory in the maximum mass concentrations. An overall evaluation of theperformance of our and foreign models was made, and we found that the TAQM/dustmodel is superior to all other models in forecasting dust events in Taiwan.Key words: Dust storm; atmospheric dust model, Taiwan Air Quality Modeiv

1. 目的中國的沙塵暴自第 4 世紀以來就有許多文獻記載 (Zhang,1984), 自 1952年開始 , 強烈沙塵個案更有詳細天氣狀況與等級的紀錄 ( 錢等 ,1996)。從 70 年代開始對沙塵暴天氣個案進行研究 ,1993 年 5 月 5 日中國西北地區發生了一次特大的沙塵暴 , 侵襲了新疆東部、甘肅河西地區、寧夏、內蒙古西部 , 造成了巨大的損失 , 引起社會關注。2000 年春季北京又經歷了 12 次的強沙塵暴天氣 ;3月 2 日至 4 月 25 日 , 內蒙古就出現了 13 次強沙塵和沙塵暴天氣 ; 寧夏、新疆、甘肅和青海沙塵暴的出現頻率也比往年還要高。2001 年沙塵暴發生的時間比起以前要來得早 , 沙塵暴一般多發生於春季 , 但是 2001 年 1 月甘肅河西走廊已接連的發生了三次沙塵暴 , 而 2000 年 12 月 31 日至 2001 年 1 月 2 日的沙塵暴是最近十幾年來中國發生的時間最早的沙塵暴 , 這些證明 , 頻率加快、間隔變短、強度增加被認為是接下來預測中國西北地區沙塵暴新的動向的根據。中國沙塵暴主要源地位於北緯 35 度以北 , 東經 125 度以西的中國大陸西北和華北、蒙古一帶 , 包括新疆、甘肅、河套、內蒙古、蒙古等地區 , 年降雨量均在 400mm 以下 , 且降雨季節分佈相當不平均。沙塵暴屬於季節性天氣現象 , 多發生於冬末至春季 (1 月至 5 月 ), 其中以 3 月至 5 月發生頻率最高 , 占全年的60% 以上。為了瞭解沙塵暴天氣發生的氣象條件 , 中國大陸學者根據西北地區實際的天氣狀況 , 參考國內及國外的現有標準 , 提出了中國西北地區沙塵暴天氣強度分級標準 , 將沙塵暴天氣強度以單點和區域分別進行了劃分 , 如表一 ( 徐和胡 ,1996):表 1.1. 中國西北地區沙塵暴天氣強度劃分標準 ( 徐和胡 ,1996)強度瞬間極大風速最小能見度特強 > 25m/s 0 級 < 50m強 > 20m/s 1 級 < 200m中 > 17m/s 2 級 200-500m弱 > 10m/s 3 級 500-1000m沙塵暴天氣發生需有三個必要條件 : 第一 , 足夠強度持久的大風 , 第二 ,大氣邊界層處於不穩定狀態 , 第三 , 大風經過的區域內 , 下界面植被稀疏 , 土質乾燥疏鬆。因此乾旱多沙漠的中國西北地區 , 處在冷空氣進入中國的西北路徑及西方路徑通道上 , 多沙多強風 ( 特別是春季 ); 春季土壤解凍 , 表層裸露疏鬆 ;加上春季午後地表常急遽增溫 , 最容易同時滿足上述三個條件 , 所以西北地區是1

中國沙塵暴的多發區 , 而春季午後至傍晚間則是沙塵暴爆發最多的時段 ( 錢正安等 ,1996)。Chen and Chen(1987 年 ) 分析了 1973〜1983 年東亞地區 (70〜150°E,20〜50°N) 地面觀測資料 , 指出地面的強風與低對流層的乾空氣顯然是沙塵暴產生的必要條件 , 而這種條件通常伴隨著冷風過境或強烈高壓在適當的位置。沙塵暴根據其移動性可分為以下四種類型 :Ⅰ. 滯留型 , 其沙塵暴影響範圍不改變或是移動範圍不超過 1000 公里 ,80% 在塔克拉瑪干沙漠發生 , 典型滯留型沙塵暴系統在發生時期的地面和 850hPa的天氣形勢為 , 在塔克拉瑪干沙漠的東北有一個高壓系統 , 沙塵暴系統的上空盛行東北風或東風 , 在地面和 850hPa 都是東部的風強於西部的風 , 大步分地區的空氣都非常乾燥 , 露點下降超過 20℃。Ⅱ. 移動型 , 沙塵暴系統過程中 , 其移動範圍超過 1000 公里 ,70% 發生在90〜115°E 之間的沙漠地區 , 其餘發生在其他較乾的沙漠地區 , 此種沙塵暴天氣系統通常先往東南移動 , 再向東或東北移動 , 最後在日本附近消散。Ⅲ. 部分滯留 - 部分移動型 , 沙塵暴系統發生後分裂成滯留部分和移動部分 , 多發生在塔克拉瑪干沙漠到中國黃土高原之間的區域 , 個案發生初期的地面和 850hPa 天氣形勢分析 , 在高壓系統的東邊華北和蒙古有兩個低壓中心形成 ,冷鋒後地面的西北風及 850hPa 來自西北籠罩黃土高原等地區的冷平流。發展後期 , 塔克拉瑪干沙漠的沙塵暴還是滯留在原地 , 而 100°E 的沙塵暴從源地移開 ,和移動型類似。Ⅳ. 高空傳送型 , 沙塵暴系統出現在遠離源的地方 , 在沙塵暴系統和源地之間沒有觀測到大氣懸浮塵土。通常在發源地在地面和 850hPa 有強烈的地面低層輻合上升運動 , 在 700hPa 是槽後的冷平流伴隨著下沈運動 , 低層輻合和伴隨的上升運動應是將沙塵從地面抬升至高空的基本條件。沙塵暴發生後 , 顆粒較大的粒子即於源地附近沈降到地面 , 僅影響鄰近地區 , 顆粒較小的粒子可以向上傳送到 1000 公尺至 3000 公尺的高空 , 再藉由西風帶的氣流向東傳送。在傳送的過程當中 , 一部份因擴散或稀釋 , 使得沙塵隨傳送的距離越遠 , 濃度越低 , 一部份因傳送過程中 , 受到沈降或降雨 ( 雪 ) 的沖刷而到達地面。大陸沙塵可東移到日本、韓國及數萬公里外的加拿大及美國西岸 , 往南可影響到台灣、香港 , 甚至達菲律賓 , 影響範圍相當的遼闊。過去大陸沙塵暴大多隨著高空西風帶向東傳送 , 影響日本、韓國等地 , 台灣並不是大陸沙塵主要影響的區域 , 只有在南北向移動的大陸高壓天氣系統影響下 , 沙塵會隨冷高壓天氣系統南下而影響到台灣。2

林、彭與吳 (2001) 針對 2000-2001 侵台之沙塵暴個案進行氣象特徵探討 ,利用三維大氣傳送模式模擬其傳送及擴散分佈 , 以瞭解其影響範圍及危害程度 ,並提供監控預警之條件 , 同時也根據環保署監測站、桃園酸雨觀測網與陽明山的雲水觀測 , 進一步證實沙塵暴對台灣空氣品質的影響。氣流軌跡模擬與沙塵暴的擴散模擬也發現源自內蒙古地區沙塵的擴散幾乎影響到整個東亞 , 也對台灣地區造成嚴重的空氣污染事件。劉與王 (2001) 進行沙塵暴數值模擬之研究 , 發展黃沙輸送模式 , 設計起沙機制模組 , 並根據各種因素 ( 天氣系統、風場、邊界層的濕度狀況 ) 來研判是否會起沙 , 以及估計起沙量 , 並根據台灣監測網的實際觀測資料去驗證模式的模擬結果。近幾年來 , 因大陸地區沙漠化情形日益嚴重 , 及受到全球氣候變遷導致乾旱、降雨分配不均等因素 , 大陸沙塵暴發生頻率及強度均有增加的趨勢。當大陸沙塵隨南下天氣系統影響到台灣時 , 首先位於北部地區的背景監測站可以監測到空氣中懸浮微粒的濃度在短時間內有急遽增加的現象 , 隨著帶有沙塵的冷空氣南移 , 台灣中、南部地區也會漸漸感受到沙塵的影響 , 空氣中的懸浮微粒濃度上升 ;通常濃度上升的時間由北往南延後 , 濃度上升的幅度也由北往南遞減。受沙塵影響造成空氣中懸浮微粒濃度上升的同時 , 來自機動車輛或工廠排放的一氧化碳、氮氧化物等污染物濃度並不會跟著上升 , 這種情形跟一般受高壓迴流影響而導致污染物累積的現象有很明顯的不同。台灣地區每年冬、春兩季都可能會受到大陸地區沙塵暴長程傳送的影響 ,對於環境方面的主要影響是造成塵土落在葉片上 , 影響植物的呼吸和光合作用 ,導致農作物產量降低 ; 另外能見度降低 , 影響交通安全 ; 還有沙塵所夾帶的超微細顆粒侵入室內 , 影響一些高科技產業工廠的生產環境。而大範圍的沙塵直接反射太陽輻射 , 造成地表的反照率增加。至於沙塵暴對於人體健康的影響則是因為空氣中的懸浮微粒增加 , 傷害人體的呼吸系統 , 也容易導致眼睛及呼吸道方面的疾病 , 使發病率大為提高。尤其是老人和小孩 , 對環境適應力比較低 , 也較容易患病。許多的超微細顆粒 , 會直接進入人體 , 並且存留在人的肺部中 , 不利於身體健康 , 尤其是易過敏的體質與呼吸道疾病患者更要特別注意。此外 , 隨著沙塵而來的 , 還可能有其他污染物 ,包括黴菌、病毒等 , 而接近源區的地區 , 漫天的黃沙還會使人感到壓抑、鬱悶 ,容易導致精神方面的疾病。沙塵粒子成分多為鹼金族元素 , 能中和大氣中的酸性離子 ( 如硫酸、硝酸 ),改變雨水的 pH 值 , 這些帶鹼性的粒子經由乾濕沉降過程落入地面 , 其累積的效果對於台灣酸化的土壤與生態的改變將具一定的影響力。再者 , 以沙塵為主體所形成的氣懸粒子 , 其粒徑較一般的氣懸粒子來的大 , 甚至具有冰核特性 , 能影響3

成雲降雨的過程。有鑑於由於沙塵暴的發生可能漸趨頻繁 , 但針對台灣地區的相關科學研究與作業預報能力卻相當缺乏。過去台灣對大陸沙塵來襲的預報方式僅限於對起沙現象的觀測資料加以分析 , 並配合綜觀氣象條件來做判斷 (Chen andChen,1987; 余 ,1996&1997), 因此 , 本研究在沙暴頻仍的春季進行每日氣象分析與數值模擬 , 針對可能侵台之大陸沙塵暴進行綜觀氣象場之分析 , 並發展適用於台灣地區之數值模式來進行沙塵暴模擬 , 以助環保署建立預警制度 , 提供社會大眾健康防護之觀念 , 以及提前告知相關觀測實驗與健康影響調查之進行 , 並進行襲台沙塵暴密集觀測採樣時間之參考 , 以及沙塵暴健康效應評估之急診監測網之啟動。4

2. 工作內容本計劃工作內容主要包含大陸沙塵預測模擬 , 每日氣象資料分析 , 與建立大陸沙塵暴侵台預報作業流程 , 逐一說明如下 :2.1. 大陸沙塵暴模擬預測目前主要根據台灣空氣品質模式 (TAQM) 與王自發等人所發展的 NAQPMS模式模擬結果 , 來研判當大陸地區有沙塵暴發生之後 , 沙塵是否會隨著天氣系統南下影響到台灣 , 同時也另外參考一些其他模式的預報結果來加以驗證 , 如 :RIAM-CFORS、ICoD Forecast、NRL forecast & analysis。2.2. 每日氣象資料分析經由分析東亞地面氣象報告資料 , 判斷沙塵暴發生的強度及範圍。多數沙塵暴發生後 , 細顆粒的揚塵多隨高空的西風氣流向東傳送到大陸地區的北京、東北以及韓國、日本等地 , 並不直接影響台灣地區。唯有配合南北向大陸高壓系統的綜觀氣象條件 , 才有利於沙塵透過低層盛行的東北季風向南輸送 , 進而影響到台灣地區 , 甚至是更低的緯度。此外 , 一旦大陸地區發生有沙塵天氣現象 , 可以透過沙塵軌跡移動模式及中央氣象局的全球模式 , 配合地面天氣圖的觀測資料 , 加上短期氣候分析 , 以及香港地下天文台的氣象場資料 , 美國太空總署衛星觀測資料 , 作為研判沙塵是否會影響台灣的依據 , 來對沙塵的移動作更好的掌握。當發現大陸地區有沙塵發生時 , 除了利用以上的氣象場觀測資料作分析之外 , 同時也參考文化大學大氣科學系的地面天氣現象繪圖 , 以及中國大陸的都市空氣品質報告和沙塵天氣報告 , 此外 , 劉振榮等人的衛星遙測資料、倪簡白等人的光達剖面分析以及中研院的地面監測資料都可以提供更好的參考 , 來幫助瞭解沙塵的移動情形。2.3. 發展大陸沙塵暴侵台預報作業流程目前的大陸沙塵侵台預報模式正在努力發展改進 , 必須跟實際的地面監測觀測資料作比對工作 , 並且比較模式與其他預報模式的優缺點 , 加以改進本身模式的缺失 , 以期能使得沙塵侵台預報模式預報時更加準確。實際工作時間為 2002 年 2 至 5 月 , 每日作業包含沙塵預報 , 天氣分析 , 發佈每日預報單及在有沙塵抵台的情況下通報環保署 , 其詳細作業流程如下 :5

2.3.1. 沙塵預報每日沙塵預報採自動化 , 其時序與流程如下 :全球氣象場 4 天預報值區域氣象場起沙 + 傳送繪圖圖 2.1. 沙塵預報模式自動化流程。其中美國 NCEP 全球預報提供區域氣象模擬的邊界條件 ;MM5 則模擬區域氣象場 ,TAQM 與 NAQPMS 則加入起沙機制 , 模擬沙塵的揚起並以 MM5 的氣象場計算沙塵傳送 ; 模擬結果再以 GrADs 軟體繪圖、製作動畫 , 最後自動納入網頁內容。模擬結果範例如下圖 :(1) TAQM 範例6

(2)NAQPM 沙塵模擬範例圖 2.2:TAQM( 上 ) 與 NAQPMS( 下 ) 模式模擬近地面沙塵濃度分佈之範例。2.3.2. 天氣分析由本計畫駐環保署王觀智先生根據氣象局最新地面及高空 (850mb、700mb、500mb) 天氣圖 , 對當日的氣象場做天氣分析 , 並參考沙塵地面觀測資料 , 以及其他模式所模擬出來的結果來填寫每日預報單 , 提供從地面到高空的當日天氣分析 , 以及未來的天氣預測資料。並由預報小組根據模擬與分析結果 , 判定此日作業階段區為守視階段、警戒階段或警報階段。至於確認階段以及警報解除階段則由指揮中心根據觀測結果而宣布。2.3.3. 發布每日預報單包含天氣分析及模式預報結果 , 於每日 16:30 將每日預報單放上網頁 , 其內容如下範例 :「91 年大陸沙塵密集觀測實驗計劃」預報小組每日預報建議單發布序號 :1007

發文時間 :91 年 05 月 31 日 1700 時發文者 : 預報小組主旨 : 沙塵預測分析說明 :一、目前作業階段守視階段警戒階段警報階段確認階段警報解除二、天氣分析 :地面 :大陸高壓自貝加爾湖向東北方伸展至蘇聯。分裂高壓中心位於湖南省 , 向東移動。另一分裂高壓位於日本南方 , 向東移動將併入太平副熱帶高壓。低壓位於蘇聯東方沿海地區 , 向東移動至白令海。原熱帶性低壓移至北緯 31 度 ,東經 134 度 , 即在日本南方海面 , 中心氣壓 1000 百帕 , 向東北東移動 , 時速廿公里 , 鋒面由此中心向西南延伸 , 經台灣北部、東海至廣東省。台灣地區受鋒面雲雨帶影響 , 各地均有降雨 , 以中部地區降雨量較大。依據 FNMOC NWP預報模式預測資料顯示 : 台灣地區天氣受西南氣流影響 , 南部地區受南來暖濕空氣影響 , 因對流旺盛產生陣性降水。綜觀七日預報資料 , 研判台灣地區除南部地區受南海地區低壓外圍雲系影響 , 部分地區仍有降雨外 , 其餘地區降水機率偏低。且雲雨帶持續自南海地區向東北東方移動 , 通過台灣南部海面 , 南部地區仍有降水機率 , 雨量仍以中南部地區較充沛。5/29 日熱帶低壓外圍環流雲系接近南部地區 , 台灣地區將逐漸受此低壓外圍環流影響 , 降雨機率預計將逐漸增加。在 5/31 日全台各地區均將進入低壓鋒面環流內 , 將影響台灣地區天氣至 6/2 日。高空 :850hPa: 高壓帶位於貝加爾湖至新疆附近 , 中心環流場向東南移動。低壓位於東北黑龍江與蘇聯交界 , 中心環流正逐漸加深囚錮中 , 冷鋒向西南伸展經日本海、日本、東海至福建、廣東外海海域。原熱帶性低壓環流通過台灣地區後持續向東北東方移動併入鋒面。自南海至台灣、華南沿海地區均位於低壓環流內。太平洋副熱帶高壓正逐漸增強並向西伸展。依據 FNMOC NWP 預報模式預測資料顯示 : 目前太平洋副熱帶高壓影響程度較弱。南海至台灣南部外海及南部地區地區受西南氣流影響 , 暖濕空氣進入陸地後 , 配合地表增溫 , 形成陣性降雨機率較大。熱帶低壓環流在南海至菲律賓西北方海面上形成 , 中心環流發展並向北北東緩慢移動 , 預計於 30 日起影響台灣地區。台灣地區受熱8

帶低壓外圍雲系影響 , 降雨機率以南部地區較高。6/1 日台灣北部地區受南北氣流輻合影響 , 將產生較明顯的降雨。700hPa: 大陸高壓脊線移至東經 110-120 度附近 , 向東南方伸展 , 向東移動出海。低壓位於東北黑龍江與蘇聯交界 , 中心加深中 , 槽線向西南伸展經日本海、東海至福建沿海。分裂高壓位於陜西省 , 向東移動。太平洋副熱帶高壓脊目前逐漸增強且向西伸展。南海地區目前為暖海面 , 太平洋副熱帶高壓脊尚未完全伸展至台灣地區附近海域 , 此區域將持續有熱帶性低氣壓生成發展 , 將影響台灣地區天氣。500hPa: 位於東經 110 度大陸高壓脊線 , 向東南方移動 , 西北風已伸展至湖北省。低壓位於庫頁島東方海面 , 持續向東移動並加深中。槽線向西南伸展至日本。太平洋副熱帶高壓位於北緯 20 度以南地區 , 目前逐漸增強且向西北方伸展。南海熱帶性低壓環流受副熱帶高壓外圍環流影響 , 向東北方移動接近台灣地區。台灣地區高層風場受位於副熱帶西南氣流影響 , 風場為偏西風至西北風環流。根據 FNMOC NWP 預報模式預測分析 : 台灣地區未來天氣仍以太平洋副熱帶高壓為主要之天氣系統 , 高空環流已偏西南風場為主。5/31 日於北緯 40 度以北地區通過東經 120 度 , 對台灣地區無直接影響。同時間太平洋副熱帶高壓亦逐漸北抬。南海熱帶低壓沿著副熱帶高壓西北緣移動 , 配合高壓東退向北北東方移動。小結 : 自地面至 500hPa 環流場上可看出 , 目前中國北方地區之高壓強度仍較微弱 , 且以較高緯度地區向東移動 , 對台灣地區無直接影響。而太平洋副熱帶高壓脊線目前雖仍正發展中但其位置亦正向北伸展。而大陸高壓脊線仍位於偏北方的地區向東移動 , 使西北風無法向東南伸展超過華南地區而伸入台灣地區。太平洋高壓脊線位置影響台灣地區天氣 , 台灣地區如位於高壓脊線 , 高層風場屬槽前西南氣流 , 氣流偏西南 , 使天氣系統均偏北移動 , 無法影響台灣地區。如太平洋高壓脊線北抬 , 南海之熱帶低壓環流接近台灣地區 , 則帶來較明顯的降雨。三、沙塵地面觀測 :文化大氣系天氣現象繪圖 : 觀測資料顯示 5 月 30 日除在河套地區和新疆仍有部分沙塵生成 , 但新沙塵生成不明顯 , 沙塵傳送侷限在沙塵源區附近 ; 在東北地區、華北地區和黃河長江流域的沙塵天氣現象已減弱。WMO report 整理 : 由 5 月 30 日觀測資料顯示 : 在內蒙、蒙古、河套地區、新疆和東北地區都有觀測到沙塵天氣現象 ; 由觀測資料可發現 : 沙塵源區仍持續有少量沙塵生成 , 沙塵天氣影響範圍主要在沙塵生成源區附近、東北地區和部分長江流域 , 顯示沙塵有往東北方向移出的現象。9

Urban Air Quality in China: 沒有觀測資料。小結 : 觀測資料顯示 5 月 30 日內蒙、蒙古和河套地區只有少量沙塵生成 ,四、沙塵預報模式分析 :預報日期模式侵台時間結束時間侵台範圍濃度TAQM 無無無無5/31NAQPMS 無無無無NRL 無無無無IcoD 無無無無小結 :預報日期侵台時間結束時間侵台範圍濃度採樣建議5/31 無無無無無行動建議事項 : 目前沙塵作業階段為「守視」階段。2.3.4. 預警通報流程將作業階段區分為守視階段、警戒階段、警報階段、確認階段以及警報解除階段。當每日天氣分析及模式預測和沙塵觀測資料顯示沙塵可能影響到台灣地區時 , 沙塵暴預報階段即由守視階段進入警戒階段 , 必須馬上通報環保署 , 並加以嚴密監控沙塵移動的最新情況。環保署可透過大眾傳播媒體發佈新聞消息 , 將沙塵可能的動向及可能對台灣地區空氣品質影響的程度 , 提醒民眾注意。10

3. 預報模式網站介紹此計畫由環保署支助 , 針對可能侵台之大陸沙塵暴進行綜觀氣象分析 , 發展適用於台灣地區之數值模式進行沙塵暴模擬 , 並建立預警制度 , 以期能及早預告民眾早做提防 , 並提供環保署進行襲台沙塵密集觀測採樣時間之參考 , 以及沙塵健康效應評估之急診監測網之啟動。為此本計劃建立了一個可以提供各項沙塵侵台參考的網站 , 網址為 http:// kohler.as.ntu.edu.tw/~banban/index.htm, 進入網頁後需要輸入使用者名稱 (VISITOR) 和密碼 (forecast!) 後 , 才能進入本網站瀏覽。進入本網站首頁後 , 首先可以看到右手邊有一沙塵預報捲動式佈告欄 , 佈告欄內容簡述當日預報小組的每日預報內容 , 在佈告欄上方並標明當日大陸沙塵暴密集觀測計畫的作業階段 , 讓瀏覽者在一進入首頁時就能得到最快速且簡要的重要資訊。在佈告欄上方除了有網站建議外 , 並有天氣觀測、天氣預測、沙塵暴觀測、沙塵暴模式預測和沙塵暴預報單五個下拉式選單 , 供瀏覽者使用。除了首頁外 , 網站中的每一頁的上方或右方都有一個「回到大陸沙塵暴密集觀測計畫」的連結 , 瀏覽者點選該字樣即可回到網站首頁。網站提供資料如下 :3.1. 天氣觀測連網中央氣象局最新的地面及高空天氣圖 , 分析當日的天氣狀況 , 另外看短期的氣候分析 , 以及參考香港地下天文台的氣象資料 , 期望能將天氣分析得更精確 , 便於幫助比對模式的預報值。以下為地面天氣圖範例。11

圖 3.1: 中央氣象局地面天氣圖範例。3.2. 天氣預測連網中央氣象局未來一週的地面及高空天氣圖 , 以及歐洲氣象中心European Center for Medium-Range Weather Forecasts(ECMWF) 的高空及地面預測天氣圖、NTU-MM5 的模式預報天氣圖、美國海軍預報中心 (FNMOC NWPWeather Maps) 的預報天氣圖 , 來預測未來的天氣 , 並研判沙塵移動方向 , 協助社會大眾採取必要的預防工作。以下為一周天氣圖範例。12

圖 3.2: 中央氣象局一週天氣預報圖範例。13

3.3. 沙塵觀測此研究整理上游地區有關沙塵的各種觀測資料 , 以助分析沙塵動向 , 並驗證模式結果。以下列出本團隊成員所提供的兩項觀測資料 :(1) 氣象目視觀測有關沙塵的現象 ( 包括趨勢 );(2) 大陸環保署觀測資料中有關懸浮微粒的資料。另附帶介紹其他可利用的觀測資料。3.3.1. Weather report about dust storms in China將沙塵暴發生時 , 中國大陸所發佈的沙塵天氣報告製作成分佈與趨勢圖。其沙塵觀測資料係來自於 SYNOP 資料 , 沙塵觀測代號共有八個 , 分別以「1」(raised by wind)、「2」(within sight,not at)、「3」(well developed)、「4」(widespreaddust)、「5」(slight to moderate)、「6」(no change)、「7」(decreasing) 和「8」(severeduststorm) 這八個數字表示沙塵濃度和沙塵天氣強度。圖 3.3: 氣象目視觀測有關沙塵現象的分類分佈圖。14

3.3.2. Urban Air Quality in China中國大陸沙塵暴天氣發生時 , 所經處的都市空氣品質指數 (Air PollutionIndex,API) 會顯著提高 , 特別是平日低污染區。其中 API 值是從 2000 年 7 月開始大陸 42 個城市每天下午所要公布的污染物量測數據 , 污染物種類有 NOX,、SO2、TSP(Total suspended particulates, 懸浮微粒 )、CO 和 O3, 以污染物中濃度最高者公布之 ( 北京市和上海市則要公布所有污染物的 API 值 )。大陸環保機構定義 API 最小值為 0、最大值為 500, 若該城市所有污染物的 API 值均小於 50,則認定該城市空氣品質良好 , 在 API 值圖中可不顯示。點選各日期進去後可分別看到大陸的 Air Pollution Indices( 簡稱 API) 觀測值、GMS 衛星雲圖 (12JST)、日本氣象廳地面天氣圖 (12JST)、降水預測圖和500hpa 高度場的天氣圖。網站中的 Urban Air Quality in China 的圖是以顏色區分污染物種類 , 例如 TSP 為灰色、NOX 為紅色、SO2 為藍色以及 CO 為黃色 ; 以圓形直徑大小來顯示 API 值的大小並顯示在大陸地圖上 , 使瀏覽者能一目了然。除了 Urban Air Quality in China 的圖外 , 並配合 GMS 衛星雲圖、日本氣象廳地面天氣圖、降水預測圖和 500hpa 高度場讓瀏覽者能將污染物觀測和天氣系統之間的關連更加緊密。另外 , 在此網頁的最上方 , 還能讓瀏覽者能選取前一日或後一日的 API 值 , 讓瀏覽者更能方便掌握 API 值和天氣系統隨時間的變化。15

圖 3.3: 大陸環保署空氣污染指標觀測資料。3.3.3. 其他觀測資料下圖為中央大學提供 , 由衛星所觀測到的沙塵氣柱分佈 , 但易受雲層覆蓋影響 , 同時也無高度分佈資訊 , 因此只能輔助判斷沙塵動向。16

圖 3.4: 衛星觀測沙塵資料。當沙塵暴發生時 , 實際經由光達往空中觀測 , 可以觀測到離地表一公里以上的沙塵 , 進而分析沙塵光學特性與垂直分佈 , 有助於瞭解沙塵源自何處。不過由於大部分抵台沙塵個案 , 沙塵傳送均侷限於低層大氣 1 至 2 公里厚度內 , 因此光達觀測必須增強近地面解析度 , 對預報與模式驗證比較有幫助。可幫助事後驗證模式結果的 , 有環保署與中央研究院所進行的地面氣膠化學成分監測資料。2002 年沙塵暴監測測站有台北、萬里、台中、台南、屏東、澎湖 , 監測項目有 :PM10、PM2.5、金屬離子、特殊成分等化學分析。沙塵實際觀測資料由以上各資料來源 , 來加以事後研判沙塵是否的確影響到台灣 , 另外也可以看到台灣地區沙塵的傳送過程及分佈範圍。17

3.4. 沙塵模式預測3.4.1. TAQM 模式預報本計畫以台灣空氣品質模式 (Taiwan Air Quality Model, 簡稱 TAQM) 模擬東亞地區沙塵的分佈。該模式為 3 度空間固定網格點的區域性模式 , 其輸入的氣象場取自於 MM5( 中尺度氣象模式 ) 的模擬結果。網頁表中為每日後 4 天預報為沙塵的濃度值 ; 前 4 天預報為 PM10 的濃度值 , 包含一次氣膠與二次氣膠( 含沙塵、海鹽氣膠、硫酸鹽、硝酸鹽、氨鹽、有機碳、元素碳 )。而日期中有(a) 和 (b) 選項為該日相差 12 小時的密集模式預報結果 , 多用於台灣地區可能受到沙塵天氣影響時所做的密集預報。TAQM 預報結果不僅有沙塵濃度亦有風場 , 讓瀏覽者能將沙塵濃度和風場一併讀取。其網頁如下 :台灣空氣品質模式 (Taiwan Air Quality Model, 簡稱 TAQM ) 為 3 度空間固定網格點的區域性模式 , 其輸入的氣象場取自於 MM5 的模擬結果。如有任何建議 , 請寄電子郵件至 fujung@aerosol.as.ntu.edu.tw。圖 3.5:TAQM 模式預報動畫結果的月曆式網頁選取單。18

3.4.2. NAQPMS 模擬結果本計畫並以 Nested Air Quality Prediction Modeling System (NAQPMS) 模式來進行東亞地區空氣品質的即時預報模式 , 模式模擬區域為東亞地區 , 氣象場輸入為 MM5( 中尺度氣象模式 ) 的模擬結果 , 每日有兩筆相差 12 小時的預報結果。預報結果不僅有沙塵濃度亦有風場 , 讓瀏覽者能將沙塵濃度和風場一併讀取。其網頁如下 :19

Real-time Forecast of Air Quality over East AsiaThis page presents real-time forecast results of the Nested Air Quality PredictionModeling System (NAQPMS) which applied to East Asia and nested to Taiwan.General links:• Urban Air Quality in China.• Weather report about dust storms in China• RIAM-CFORS modeling results (login name:VISITORpassword:riamcfors)• RIAM-CFORS modeling history results• Short-term Climate Analysis and ForecastSYSTEM INFORMATION• The models used in this system are:o Meteorology: The PSU/NCAR Mesoscale Model (MM5)o Air Quality: The Nested Air Quality Prediction ModelingSystem (NAQPMS)• System configuration• Domains圖 3.6:NAQPMS 模式預報動畫結果的月曆式網頁選取單。3.4.3. 其他模式預報除了本研究提供的兩種沙塵預報模式外 , 國界間尚有度種類似模式結果公開於網站上。圖 3.7 為東亞地區天氣及化學預報系統 Chemical weather FORecast20

System(CFORS), 此模式由日本九州大學研發。而 RIAM-CFORS archive 選項中則存有 RIAM-CFORS 模式預報的每日結果 , 預報結果不僅有沙塵濃度亦有風場 , 讓瀏覽者能將沙塵濃度和風場一併讀取。圖 3.7:RIAM-CFORS 模式模擬東亞地區沙塵濃度分佈結果。另兩個可供參考的模式為地中海區域性模式 IcoD 對東亞沙塵的模擬 , 以及美國海軍研究室 (NRL) 的模擬結果 , 如圖 3.8 與 3.9 所示。21

圖 3.8:ICoD 模式模擬東亞地區沙塵濃度分佈結果。圖 3.9:NRL 模式模擬東亞地區沙塵濃度分佈結果。22

3.5. 沙塵預報單預報小組每日於下午 4:30 分別依據天氣分析、沙塵觀測資料以及沙塵暴模式模擬討論以及目前作業階段提出每日預報建議單 , 其網頁如下 :圖 3.10: 沙塵預報建議單的月曆式選取單。23

4. 沙塵天氣個案氣象分析在過去的研究中 , 陳 (1985) 使用觀測資料分析 1973-1983 期間沙塵發生的時間與空間特性 , 發現 80% 的沙暴發生在春季 , 因為春季 (3-5 月 ) 時空氣乾燥 ,氣溫逐漸回升 , 加上黃土高原為氣旋產生區之一 , 因此有利於大規模沙暴的發生 , 作者將 111 個沙暴個案分為四類 : 滯留型、移動型、部分滯留部分移動型與高空傳送型。除高空傳送型以外 , 其他三種類型的共同特徵是 : 等壓線密集、地面強風、大氣十分乾燥 , 高空傳送型則多發生在 700 hPa 槽或槽後。在此節中 ,我們將先回顧整理一下今年沙塵暴期間的天氣狀況 , 再試圖整理出時間空間分佈特徵。今年共有九個影響台灣的沙塵個案 , 影響時間分別為 2 月 8 日 -2 月 9 日 ,2月 11 日 -2 月 12 日 ,3 月 6 日 -3 月 10 日 ,3 月 17 日 -3 月 22 日 ,3 月 23 日 -3 月24 日 ,3 月 30 日 -4 月 3 日 ,4 月 9 日 -4 月 10 日 ,4 月 17 日 -4 月 18 日以及 5 月23 日 -5 月 27 日。在這幾波沙塵個案中 , 均有鋒面過境或鋒面輕掃過台灣。這九個個案的詳細天氣分析、氣象與污染物觀測分析已列於附錄 A, 在此僅概述天氣分析的大致狀況。2 月 8 日 -2 月 9 日與 2 月 11 日 -2 月 12 日的個案 ( 附錄圖 A.1.1~ 圖 A.1.4),由地面天氣圖來看 ,2 月 8 日大陸高壓中心位於外蒙唐努烏拉山 , 中心強度 1044hPa, 向東緩慢移動。原位於內、外蒙的低壓 , 受大陸高壓前緣迅速南伸影響 ,低壓環流向東北地區移動且鋒面走向逐漸偏南北向 , 冷空氣隨高壓向東南移動 ,至 2 月 8 日 14 時已影響台灣地區 , 長江口以南至華南沿海地區受冷空氣南下影響 , 出現大範圍的降水 ,2 月 11 日高壓仍位於唐努烏拉山一帶 , 南下之冷氣團已分裂 , 主中心仍在北緯 40 度以北地區發展。南下之冷空氣在浙江、江西省形成分裂高壓中心 , 向東移動 , 台灣北部地區風向為北北西至北北東風 ,2 月 12日分裂高壓中心出海後 , 持續向東南移動 , 台灣地區風場已轉為高壓迴流 , 以東風為主。850hPa 天氣圖 ,2 月 7 日高壓向東南移動並影響台灣地區 , 高壓移動路徑均以北緯 40 度一帶為主。高壓主中心並未往東南伸展 , 僅部份冷空氣移出 ,冷空氣強度受主高壓並未南下 , 強度較弱。2 月 10 日原先位於準葛爾盆地之大陸高壓 , 高壓強度迅速減弱 , 高壓前緣向東南伸展至湖南省 , 台灣北部出現西北風。2 月 11 日高壓脊線前緣已伸進台灣南部 , 其中心仍位於長江口附近 , 台灣地區為分裂高壓環流所籠罩 ; 分裂高壓持續向東南移動 , 高壓迴流開始影響台灣地區天氣系統。3 月 6 日 -3 月 10 日地面天氣圖 ( 圖 A.2.1) 顯示高壓中心分別位於外蒙古西部及中部一帶 , 華中地區之分裂高壓在 3 月 7 日形成並於 3 月 8 日出海 ,3 月 9 日東移至日本東方 , 中心強度為 1026 hPa, 走向為東北 — 西南向。高壓迴流至本省25

東部外海以氣旋式彎曲經本省西北方外海再移入大陸 , 迴流帶來明顯之東風。鋒面於 3 月 5 日晚通過台灣 , 向東移動至日本南方海面。850hPa( 圖 A.2.2) 與 700hPa天氣圖 ( 圖 A.2. 3) 顯示 ,3 月 6 日高壓脊線在東經 110 度附近 , 走向為北北東 — 南南西 , 高壓前緣已伸展至台灣東部外海 , 並在 3 月 7 日逐漸減弱。3 月 8 日高壓中心位於新疆西北方。分裂高壓向東移進 , 中心約在福建 , 前緣並可包含華南、華中地區以及台灣、菲律賓 , 高壓迴流經過本省北部、東北部地區向西伸展至湖南一帶 , 此分裂高壓在 3 月 8 日 -10 日持續向東移動。3 月 17 日 -3 月 22 日的地面天氣圖 ( 圖 A.3.1) 顯示 ,17 日高壓前緣向東南伸展至湖北、江西一帶 , 分裂高壓環流已在四川發展中 , 鋒面自庫頁島東南方海面向西南方伸展 , 經日本海、東海至華南沿海地帶 , 雲雨區配合鋒面東移 , 台灣天氣受此鋒面雲雨帶不斷移入影響 , 北部地區持續有閒歇性降雨。18-22 日分裂高壓形成並持續向東移動 , 高壓迴流在 19 日以後影響台灣 , 台灣地區在 20 日以後受副熱帶高壓環流影響 , 各地天氣良好。高空天氣圖顯示 3 月 17 日位於貝加爾湖西方之 850 hPa( 圖 A.3.2) 高壓脊線向東南伸展 , 高壓前緣伸展至長江口 , 冷鋒自日本海西北方向西伸展至華南沿海地區。18 日鋒面通過台灣東移至日本南方海面。分裂高壓中心位於江西省 , 向東移動。19 日分裂高壓中心東移出海至琉球南方海面 , 並持續向東移動。3 月 17 日至 3 月 19 日地面至 500 hPa 環流場 ( 圖A.3.3) 顯示 , 外蒙至唐努烏拉山之高壓強仍持續向東南移動 , 但受到南方的副熱帶高壓脊線向北發展的影響 , 其強度均受影響。且通過本省的緯度均偏高。20日至 21 日 , 外蒙至唐努烏拉山之高壓強 , 仍受到南方的副熱帶高壓脊線向北發展的影響。另外 , 南方副熱帶高壓強度仍持續增強且向北伸展 , 南來氣流影響北方天氣系統南下。3 月 23 日 -3 月 24 日個案 ,3 月 19 日〜3 月 22 日地面 ( 圖 A.4.1) 與 850 hPa( 圖A.4.2) 環流場顯示 , 外蒙至唐努烏拉山之高壓強仍持續向東南移動 , 直到 3 月 22日已向東南伸展至浙江沿海地區 , 但受到南方的太平洋副熱帶高壓脊線向北發展的影響 , 其強度均受影響 , 且緯度偏高。南方副熱帶高壓強度仍持須增強且向北伸展 , 南來氣流引入暖濕的空氣 , 使華南地區雲雨帶持續向東移動 , 影響台灣地區天氣。自 22 日起 , 受鋒面影響 , 台灣中部以北、東北部、東部、澎湖、金門及馬祖地區均轉為有陣雨或雷雨的天氣 , 各地氣溫下降。3 月 30 日 -4 月 3 日個案 , 由 3 月 30 日至 4 月 1 日地面 ( 圖 A.5.1) 至 850 hPa( 圖A.5.2) 環流場顯示 , 中國北方地區之高壓強度仍較微弱 , 且偏北方位置移動 , 在3 月 30 日、3 月 31 日日鋒面系統向南移動接近本省 , 受到南方的太平洋副熱帶高壓脊線導引暖濕的空氣之其降雨量增加。而南方副熱帶高壓強度仍持須增強且向北伸展 , 南來氣流引入 , 使華南地區雲雨帶持續生成向東移動 , 台灣地區天氣受其影響。4 月 2、3 日地面至 500 hPa 環流場上 , 中國北方地區之高壓強度仍較26

微弱 , 且偏北方位置移動。而南方副熱帶高壓強度仍持須增強且向北伸展 , 南來氣流引入 , 使華南地區雲雨帶持續生成向東移動 , 台灣地區天氣受其影響。惟受到太平洋高壓脊線阻塞現象仍明顯影響 , 在台灣東西兩方形成槽線 , 台灣地區正好落在脊線之輻散氣流位置 , 氣流偏南 , 且均向北移動 , 對台灣無影響。4 月 9 日 -4 月 10 日個案顯示 ,4 月 7 日地面 ( 圖 A.6.1) 至 850 hPa( 圖 A.6.2)環流場上可看出 , 中國北方地區之高壓強度仍較微弱 , 且偏北方位置移動。而南方副熱帶高壓強度仍持須增強且向北伸展 , 南來氣流引入 , 使華南地區雲雨帶持續生成向東移動 , 台灣地區天氣受其影響。受到太平洋高壓脊線影響 , 台灣地區落在槽前西南氣流 , 氣流偏南 , 使北方天氣系統均偏北移動 , 對台灣地區並無影響。4 月 9 日南方副熱帶高壓強度仍持續增強且向北伸展 , 另在東經 160 度附近逐漸形成阻塞現象。4 月 10 日受到南來氣流持續引入暖濕空氣 , 使華南地區雲雨帶持續生成向東移動 , 影響台灣北部地區地區天氣。4 月 17 日 -4 月 18 日個案 , 自地面 ( 圖 A.7.1) 至 850 hPa( 圖 A.7.2) 環流場顯示中國北方地區之高壓強度仍較微弱 , 且太平洋副熱帶高壓脊線向北伸展至華中、華北一帶 , 致使大陸高壓脊線位置偏北的向東移動 , 使西北風無法向東南伸展超過華南地區而伸入台灣地區。台灣地區受到太平洋高壓脊線影響 , 台灣地區正好落在槽前西南氣流 , 氣流偏南 , 使北方天氣系統均偏北移動 , 無法影響台灣地區。5 月 23 日 -5 月 27 日個案 , 鋒面雲系於 5 月 23 日通過台灣地區 , 台灣地區出現較大降水量 , 鋒面雲系於 5 月 24 日通過後 , 因其移速趨緩 , 台灣地區除南部地區外 , 其餘地區降水仍偏低。且雲雨帶持續自華南沿海地區出海 , 移向台灣 ,台灣南部地區仍有明顯的降水 , 雨量仍以中南部地區較充沛。5 月 25 日低壓位於日本東南方海面 , 冷鋒向西南方伸展經台灣南方海面至菲律賓、巴士海峽 , 台灣南部地區受西南氣流提供之充沛水汽影響 , 仍有明顯的降水。自地面 ( 圖 A.8.1)至 850 hPa( 圖 A.8.2) 環流場顯示 , 大陸高壓脊線仍位於偏北方的地區向東移動 ,使西北風無法向東南伸展超過華南地區而伸入台灣地區 , 太平洋高壓脊線東退、西伸影響台灣地區天氣 , 台灣地區如位於高壓脊線 , 高層風場屬槽前西南氣流 ,氣流偏西南 , 使天氣系統均偏北移動 , 無法影響台灣地區。如太平洋高壓脊線東退 , 槽線接近台灣地區 , 或是南海之熱帶低壓環流接近台灣地區 , 則帶來較明顯的降雨。從各個案的天氣分析可知 , 在 2 月 8 日 -2 月 9 日 ,2 月 11 日 -2 月 12 日 ,3月 6 日 -3 月 10 日等 3 個個案沙塵來襲期間 , 大陸高壓大多位於外蒙唐努烏拉山 ,冷空氣與沙塵南下 , 之後分裂高壓中心形成 , 出海並向東移動 , 台灣地區受高壓迴流的影響 ,PM10 濃度再度上升。3 月 17 日 -3 月 22 日 ,3 月 23 日 -3 月 24 日 ,3 月 30 日 -4 月 3 日 ,4 月 9 日-4 月 10 日 ,4 月 17 日 -4 月 18 日以及 5 月 23 日 -5 月 27 日等個案中 , 因季節變27

化 , 南方副熱帶高壓強度持續增強且向北伸展 , 南來氣流影響北方天氣系統南下。雖然外蒙至唐努烏拉山之高壓強仍持續向東南移動 , 冷鋒雲系通過台灣地區 , 但受到南方的副熱帶高壓脊線向北發展的影響 , 其強度均受影響。大陸高壓脊線位於偏北方的地區向東移動 , 使西北風無法向東南伸展超過華南地區而伸入台灣地區 , 南來氣流引入暖濕空氣 , 使華南地區雲雨帶持續生成向東移動 , 影響台灣地區天氣並帶來降水。28

5. 預報模式本計劃的預報模式主要有台灣空氣品質模式 (TAQM) 與 Nested AirQuality Prediction Modeling System (NAQPMS), 其內容分別介紹如下5.1. 台灣空氣品質模式5.1.1. 模式發展歷史簡介第一代「台灣空氣品質模式」(Taiwan Air Quality Model; TAQM) 是環保署於 1993 年所支持發展建立 , 其主要結構乃根據美國環保署「酸沉降評估計畫」(National Acid Precipitation Assessment Program;NAPAP) 所發展之「區域酸沉降模式」(Regional Acid Deposition Model;RADM) 系統 , 經台大環工所鄭福田教授引進 , 並加以修改 , 使符合台灣地區特性 , 適合台灣地區使用。目前的第二代的「台灣空氣品質模式」於 1997 年開始由台大環工所鄭福田教授、美國紐約州立大學奧本尼分校大氣科學研究中心 (Atmospheric Science Research Center,State University of New York at Albany) 張時禹教授、黃賀春博士、雲科大張艮輝教授、以及台大環工所劉遵賢等共同發展 , 並於 1999 年完成第二代模式的建置 ,其主要架構除遵循原第一代模式的精神 , 並參考美國 SARMAP Air Quality Model(SAQM) 裡更為先進的數值方法結構而做修正 , 模式的精確度、準確度與計算效能比起第一代都有相當的進步。5.1.2. 「台灣空氣品質模式」模式包含範圍完整的「台灣空氣品質模式」包含五大次模式 , 包括 ..• 化學傳輸模式 ( 此部份為「台灣空氣品質模式」的核心模式 , 以下若未特別提及 ,「台灣空氣品質模式」與 TAQM 皆代表化學傳輸模式部份 )• 氣象資料前處理程式• 空氣污染物排放資料前處理程式• 空氣污染物化學濃度初始條件處理程式• 空氣污染物化學濃度邊界條件處理程式5.1.3. 「台灣空氣品質模式」技術概要「台灣空氣品質模式」最重要的核心程式為化學傳輸模式 , 此模式室為三維的尤拉式 (Eulerian) 網格模式 , 可模擬大氣對流層中空氣污染物重要的物理及化學程序 , 包括傳輸、擴散、沉降、氣相化學反應、以及液相化學反應等。TAQM29

加入「次層模式」(Sub-Layer Submodel;SLS), 以更高的垂直方向解析度解析近地層空氣污染物的問題 ; 並利用「嵌套技術」(Nesting techniques) 解析水平方向都市尺度的局部空氣品質現象。因此 ,TAQM 模擬範圍可大至數千公里 , 亦可小至十數公里 , 應用上的彈性相當大。TAQM 針對模式化學機制中每個物種 , 解其在每個網格的質量守恆方程式 :∂c∂c∂c= −∇ ⋅ ( vc)+ ∇ ⋅ ( ke∇c)+ Pchem− Lchem+ E + ( ) cloud + ( ) dry (5-1)∂t∂t∂t其中 c 為所模擬大氣中某物種之濃度 ;v 為三維的速度向量 ; ke 為紊流擴散係數 (eddy diffusivity); P chem 與 L chem 為大氣氣相化學的反應生成與消耗速率 ;∂c ∂cE 為污染源排放污染物之速率 ; ( ) cloud 為雲效應所造成的濃度變化率 ; ( ) dry∂ t∂ t為地表沉降所造成的濃度變化率。以下簡介 TAQM 一般技術概要、各項物理與化學程序、以及數值處理方式 :5.1.3.1. 座標系統TAQM 為三維的模式 , 水平為卡氏直角座標系統 , 由於 TAQM 可處理區域性的空氣品質問題 , 所以將實際的地理狀況投影在地圖平面上的技術相當重要 ,TAQM 採用的投影方式屬於藍伯特保角投影 (Lambert comformal projection), 此投影法非常適合中緯度地區 , 投影所產生的地理輪廓變形較少。TAQM 垂直座標採用非靜力平衡 (non-hydrostatic) 的 σ- 座標系統 , 此座標系統最大的好處是垂直座標實際上隨地形高度而變化 , 但在程式編寫時可以視為固定高度的垂直座標 , 利於程式的編寫。5.1.3.2 模式垂直方向解析TAQM 一般在處理區域性的空氣污染問題時 , 從地面對流層頂將整個對流層 ( 約 12 km 高 ) 分成 15 層 , 愈接近地面格點愈細 , 第一層地面層厚度約 70 公尺 , 以上慢慢增加其厚度 , 第一層 70 公尺的解析度對一般區域性空氣品質的模擬已足夠。對都市尺度的空氣品質模擬 ,TAQM 將第一層再細分為 3 層次層(Sub-layer), 第一次層約 10 公尺 , 第二次層約 25 公尺 , 第三次層約 35 公尺 ,這樣的解析度以足以滿足都市尺度空氣品質模擬的需求 , 也提高了 TAQM 模擬的準確性。次層模式的使用可經由使用者介面選擇是否進行次層模式模擬。30

5.1.3.3. 模式水平方向解析TAQM 一般在處理區域性空氣品質問題時 , 模擬範圍可大至數千公里 , 配合的網格大小可達數十公里 ; 模擬範圍亦可小至數十公里 , 配合的網格大小可小至 1 公里 , 此端視模擬的範圍與要求之解析度而定。由於 TAQM 的建立將其應用範圍定位在區域性及都市尺度的空氣品質模擬 , 模式中部份參數的選取亦根據此一尺度 , 所以太大或太小範圍的模擬皆不適用 , 一般我們建議模擬範圍的尺度超過數千公里時 , 可採用全球模式來模擬 , 模擬網格格點在一公里以下時 , 應採用其他適當規模的模式來模擬。為達到高精確度、高準確度的模擬結果 ,TAQM 亦加入了嵌套技術的模擬功能 , 模擬時可先進行大範圍的模擬 , 之後將局部細網格套疊在大網格之內 , 由大網格模擬結果提供逐時的資料供作小網格模擬時的邊界條件 , 如此可將大範圍地區的影響引入 , 而解析非常精細的局部現象。TAQM 目前嵌套技術網格套疊的設計比例為 1:3, 套疊的層數依實際需要而定 , 例如網格大小 27 公里時 , 配合水平 50 ×50 格點的解析 , 可探討東亞地區的空氣污染物傳輸現象 , 套疊一層後 , 網格大小為 9 公里 , 配合 37 ×61 的格點解析 , 可探討台灣附近地區的空氣品質現象 ; 再套疊一層 , 網格大小為 3 公里 ,配合 49 ×49 的格點解析 , 可探討台灣北部、中部或南部地區的空氣品質情況 ,若再更進一步的套疊 , 網格大小為 1 公里 , 配合 31 ×31 的格點 , 足可解析台灣各縣市細部的空氣品質問題。5.1.3.4. 模擬時間步階與輸出時間步階TAQM 目前設計的計算全時間步階長度為 5 分鐘 , 亦即所有的物理與化學程序每 5 分鐘模擬時間完成一次時間的進程。化學程序的次時間步階則設定為2.5 分鐘 , 亦即每全時間步階內進行 2 次化學程序的計算 , 基本上這些時間步階皆可調整 , 全時間步階可於使用者操作介面中修改 , 化學次時間步階則必須於程式中修改 , 全時間步階不得小於化學次時間步階 , 所以在目前的設計下 ,2.5 分鐘為全時間步階的最小值。經過測試 ,5 分鐘的全時間步階與 2.5 分鐘的化學次時間步階為考量計算精度與計算時間下較佳的選擇。至於輸出時間步階 , 則為考量計算機儲存容量的選項 , 一般設定為每小時模擬時間輸出一次 , 基本上 , 若全時間步階設定為 5 分鐘 , 理論上可以每 5 分鐘模擬時間即輸出一次 , 但在一般情況下 , 如此的輸出資料將會非常龐大 , 以一 5天模擬時間的案例為例 , 若水平格點數為 60 ×60, 基本輸出資料所需的空間為1000 百萬位元組 (1000MB), 所以在設定以上的時間步階時 , 必須考慮到計算機的能力與所需的精度。31

5.1.3.5. 控制方程式數值解演算法TAQM 中所考慮的微量物種會受到大氣傳輸、排放源、沈降移除及化學轉換等各種作用之影響 , 為了讓模式計算結果之準確度及運算效率最佳化 , 本模式採用了運算子分割方法 , 每一種化學及物理過程皆使用不同的時間步長求解 , 此時間步階的長度將由各個過程的特性決定 , 而其重複計算累計的時間則會等於全域時間步階長度 ( 若無另外註明皆為 300 秒 )。5.1.3.6. 傳輸程序TAQM 所考慮的傳輸程序包括水平方向的傳流 (advection), 水平方向的渦流擴散 (eddy diffusion), 垂直方向的對流混合 , 垂直方向的渦流擴散等。由於數值擴散 (numerical diffusion) 一直是網格模式數值模擬上的一個問題 , 為解決這個問題 ,TAQM 水平方向的傳流採用準確性相當高的 Bott 演算法 , 利用 Bott法可將數值擴散減至非常低 , 也因此 , 水平方向的傳輸就必須考慮在水平方向的渦流擴散 ; 由於仍有些微的水平方向數值擴散的問題 , 所以水平方向渦流擴散的計算就與實際擴散和數值擴散的差值有關。在邊界層內 , 模式除了傳送與擴散外 , 還包含了非局部的對流運動 (Pleim and Chang,1992), 在不穩定的天氣狀況下 , 沙塵的排放源能切於實際地快速傳送到上層。5.1.4. 沙塵模組本計劃為模擬沙塵需要在台灣空氣品質模式中加入沙塵的物理機制 , 包含了起沙源 , 水平與垂直傳送 , 擴散及沉降機制。起沙源採用 Wang et al.(2000)的起沙機制 , 其起沙強度和模式的地面摩擦速度、近地面的相對溼度及鋒面過境與否有關。當以上條件滿足起沙門檻條件時 , 起沙強度 S 如下的公式計算 :S = C 1 C 2 u* 2 (1-RH) W (5-2)其中起沙強度 S 的單位為 kg m -2 s -1 ,C 1 為不同地表的權重 ,C 2 為經驗值 ,設為 2.9x10 -11 ,u* 為地表摩擦速度 ,RH 為最近地表層的相對溼度 ,W 是由起沙源地粒徑分布所推導出來的不同粒徑的百分比 , 其中沙塵粒徑由 0.13 至 20.13 µm共分 12 類。在沙塵的沉降方面分為乾、濕沉降兩部分 , 在乾沉降方面 , 模式最低層之外的其他層只有重力沉降 ; 而模式最低層則另外包含了其他乾沉降作用。濕沉降則只考慮雲下的洗除過程 , 其洗除速率是採用 Pruppacher and Klett (1978) 的計算方式 ,Λ = 10.8 E R 0.16 / D (5-3)32

其中 ,E 為 coagulation kernel, 設為 0.83(Wang et al.,2000),R 為降雨強度 ( 單位為 mm hr -1 ),D 為雲底到邊界層的厚度。5.1.5. 模式設定針對沙塵的模擬 , 模式模擬的範圍涵蓋整個中國大陸與台灣 , 水平解析度為 81 公里 , 垂直採用 sigma 座標 , 在近地面層的垂直解析度約 40 公尺。5.2. NAQPMNAQPM 結構為三維歐拉輸送模式 , 垂直採用地形追隨坐標 (η)。水平結構為多重嵌套格點 , 採用單向或雙向嵌套技術 (one-way and two-way nestingprocedures), 解析度為 3-81 公里 , 垂直不等距的分為 18 層。污染物包括 SO 2 、NO X 、 NMHC、 O 3 、 CO、 NH 3 、懸浮微粒等 , 主要包括了污染物之排放、平流輸送、擴散、氣象和液相反應、亁沉降以及濕沉降等物理與化學過程。5.2.1. 嵌套 (Nesting)可以使用任何之嵌套比率 , 進行各類大小網格之嵌套 , 以擴大模式之水平解析度。主要採用單向嵌套 (one-way) 和雙向嵌套技術 (Two-way interaction)。雙向嵌套指嵌套 DOMAIN 之邊界輸入從母 DOMAIN 區域獲得 , 並且整個 DOMAIN之輸出結果會反饋 (feedback) 到母 DOAMIN。單向嵌套則沒有反饋 (feedback) 到母DOAMIN。由於本研究著重於模擬黃沙的長程傳輸 , 模擬過程主要採用單向嵌套(one-way)。5.2.2. 平流輸送與擴散平流輸送項採用簡單但是精確且質量守恆之差分格式 (Walcek and Aleksic,1998). 採用改進的 MM5 輸出的擴散係數處理擴散過程。5.2.3. 氣相化學在臭氧光化模擬部分 , 採用 Gery、Whitten 和 Killus (1988) 所發表的碳鍵機制 (Carbon-Bond Mechanism-IV,CBM-IV),CBM-IV 機制中所模擬的物種可達 33種 , 主要分類原則是以碳氫化合物中 , 碳原子鍵結的情形來分類 , 具有相同的鍵結的碳原子 , 則具有相似的反應性過程。具體説明見前節。33

5.2.4. 液相化學與濕沉降為充分利用 MM5 所提供之諸多雲水資料 , 採用改進之 RADM2 之液相化學反應機制 , 包括次網格之垂直再分布 (sub-grid scale vertical redistribution), 濕沉降等。5.2.5. 懸浮微粒 (Aerosol)偶合加拿大懸浮微粒模塊 CAM (Canadian Aerosol Module), 考慮懸浮微粒之微物理過程 , 包括核化、碰並、蒸發、沉降等。我們把懸浮微粒分為 9 組 , 每組分為三類 : 可融的、不溶的以及二者的混合。在春季 , 大陸風沙的長程輸運可以導致臺灣地區大範圍的 PSI 超標 , 為使本模式系統反映東亞地區的起沙過程並具有預報沙塵長距離輸送的能力 , 在所使用的懸浮微粒模型中 , 耦合了新發展的的沙塵起沙機制 (Wang et al. 2000)。34

6. 預報模擬結果6.1. TAQM 模式預報結果與觀測資料比較觀測資料選用環保署觀測資料、Chinese Urban Air Quality Data、沙塵衛星觀測資料、Dust storm in weather report。其中 , 主要利用環保署觀測 PM10 濃度來作為沙塵侵台的依據 ( 但包括其他污染物 ), 為一種定量比較的觀測資料 ;ChineseUrban Air Quality Data 觀測資料記錄大陸各地總懸浮微粒 (Total SuspendedParticles) 濃度 , 為一種半定量的觀測資料 ; 沙塵衛星觀測資料利用衛星定影技術反演沙塵分佈情形 , 為一種定性的觀測資料 ;Dust storm in weather report 為各地氣象測站觀測的沙塵天氣記錄 , 亦為一種定性的觀測資料。6.1.1. 環保署觀測資料圖 A.1.7、A.2.9、A.3.8、A.4.8、A.5.8、A.6.9、A.7.9、A.8.8 (a)~(f) 為 2002年 9 波大陸沙塵個案環保署馬祖、萬里、陽明、宜蘭、花蓮和台東各站的污染物濃度包括 PM10、SO 2 、NOx、CO、O 3 、風向、溫度和降雨量等參數之時間序列。觀測污染物包括 PM10、O 3 、CO、SO 2 和 NOx, 圖中綠色箭頭代表風向 , 長度代表風速大小 , 紅色柱狀圖為降雨量。表 2 為整理 2002 年大陸沙塵來襲 (PM10濃度 ) 個案 ,SO 2 、NOx、CO、O 3 濃度隨 PM10 變化情形。arise 代表沙塵來襲 ,污染物濃度跟著增加 ;low 代表污染物濃度持續很低 ;fluct 代表污染物濃度有波動起伏 ( 不似 low 為持續低迷 );x 表示其表現不明顯以致無法分類。另外 ,O 3的分類為 Yes、No, 主要的依據是 O3 每日可因光化作用而產生 , 故每日午時可看到有一高峰 , 故 Yes 代表於大陸沙塵來臨時 , 仍可以看出午間高峰的現象 ,No 代表無法看出午間高峰的現象並且於此段其間 O 3 的濃度維持很高。在此 , 只列出觀測到實際受沙暴影響區域以及時間 , 故模式於 3/29 虛報第六波個案並沒有包含在其中。由環保署的觀測資料顯示在大陸沙塵事件發生時 ,台灣受影響的範圍主要集中在北部與東部地區 , 北部地區於 2002 年沙塵暴來臨均有顯著 PM10 濃度升起且有一高峰值發生 , 觀測到 PM10 濃度的最高值範圍從33120~320 µ g / m , 東部地區則是 85~230 µ g / m , 比平常多出了數倍之多。另外 ,可看出第 1、3、4 個案於沙暴來襲時 ,SO2 的濃度也一併升高 , 由之後軌跡分析討論得知 , 在個案 3、4 中不管是垂直速度法與等熵法空氣塊的軌跡都有經過上海 , 故可能在沙塵傳送的過程中 , 將上海的污染物也一併帶過來 , 導致 SO 2 濃度較平常為高。而個案 1 NOx、個案 3 中 NOx、個案 4 中 NOx、CO 的濃度皆有升高 , 為本地污染的貢獻亦或是傳送效應的影響 , 在現有的資料中難以解析。35

O 3 於沙暴來臨時 , 其日間高值的特徵也不復存在 , 反而變成長時間持續高濃度 , 表中所列舉個案北部地區 O 3 表現幾乎都是 No( 光化作用不明顯 ), 這一點可視為沙塵暴侵襲的主要特徵之一。其他像 NOx、CO 的濃度在後面幾個個案也幾乎都是很低的 , 這一特徵於北部地區表現較明顯 , 而東部地區在沙暴來襲時 ,NOx、CO 都還是可看出濃度起起伏伏 , 不像北部地區很明顯的持續低濃度特徵。另外一個特徵為沙塵暴期間 , 大部分的測站均觀測到 PM10 濃度有前後兩波的高值 ( 雙峰特徵 ), 是否因為第一波沙塵因為鋒面所帶來 , 而第二波沙塵為高壓出海造成迴流所導致尚須進一步的驗證。此外 , 降雨對沙塵有很好的洗除效率 , 這一點可由圖看出 , 當測站有降雨時 ,PM10 的濃度會降低。表 6-1: 沙塵侵台個案中 ,SO 2 、NOx、CO、O 3 於沙暴影響範圍內的濃度變化情形。觀測侵台日期 SO 2 NOx CO O 32/09 01 L ~ 2/09 23L 北部 arise low arise No東部 low fluct fluct Yes2/11 12 L ~ 2/12 12L 北部 low low low No東部 low fluct fluct x3/06 12 L ~ 3/09 08L 北部 arise arise low No東部 low fluct fluct Yes3/18 12 L ~ 3/20 00L 北部 arise arise arise No東部 low fluct x Yes3/23 06 L ~ 3/24 18L 北部 low low low No4/09 00 L ~ 4/11 00L 北部 low low low No4/17 12 L ~ 4/18 12L 北部 low low low No5/23 18 L ~ 5/27 12L 北部 x low low x東部 fluct fluct fluct Yes36

表 6-2 為 TAQM 模式的預報結果與 EPA 觀測資料的比較 , 分為以下三方面來討論 :(1)TAQM 模式預報沙塵侵台時間扣除模式一個虛報與一個漏報的個案 ,TAQM 模式在預報沙塵侵台時間上大致有良好的表現。預報侵台時間與實際觀測侵台時間差距最大發生在第 9 波沙塵個案 , 模式預報沙暴侵台時間為 5/24 日 07:00L ~ 5/27 日 19:00L, 實際觀測侵台的時間為 5/23 日 18:00L ~ 5/27 日 12:00L, 模式晚了 13 小時。差距最小發生在第 3 波沙塵個案 , 模式預報沙暴侵台時間為 3/6 日 11:00L ~ 3/9 日 08:00L, 實際觀測侵台的時間為 3/6 日 12:00L ~ 3/9 日 08:00L, 模式預報侵台時間早了 1 個小時。整體而言 , 模式預報沙塵侵台時間晚報的情形比較多 , 分別是第 4 波 5 小時、第 5 波 7 小時、第 8 波 3 小時、第 9 波 13 小時。而模式早報的情形有兩次 , 發生在第 1,2 波 10 小時 , 第 3 波 1 小時。(2)TAQM 模式預報沙塵侵台範圍由表 2 中我們可以看出模式預報沙塵侵台範圍 , 似乎都有高估的情形。扣除第 7 波模式漏報的個案外 , 模式只有在第 8 波沙塵個案對沙暴侵台範圍有較佳的預報 : 模式預報沙塵僅影響到北部 , 實際觀測亦是如此 , 且數值亦差不多 ( 這一點下面會討論 )。其他 7 波沙暴個案中模式均預報出『全台』均有受到影響 ,但實際觀測值顯示僅『北部地區』、『東部地區』受沙暴影響較為顯著 , 然而觀測資料亦顯示了第 5、7、8 波沙塵個案東部地區也沒有受到影響 , 整體來說 , 北部地區受沙塵的影響較為顯著 , 這一點與我們的直覺相符。(3)TAQM 模式預報侵台沙塵濃度最高值與實際觀測最高值扣掉實際觀測顯示對台無影響的第六波沙塵以及模式漏報的第七波沙塵 ,模式整體而言對沙塵濃度的大小低估的次數有 4 次 , 但除了第一波沙塵個案 : 模33式預報最高值為 150ug/m3, 觀測最高值為 320 µ g / m , 低估了 170 µ g / m 外 ,3其餘個案模式低估的量並不高 , 分別是第 4 波沙塵個案 ( 模式 100 µ g / m 、觀測3333160 µ g / m ) 低估 60 µ g / m 、第 8 波沙塵個案 ( 模式 100 µ g / m 、觀測 160 µ g / m )333低估 60 µ g / m 、第 9 波沙塵個案 ( 模式 100 µ g / m 、觀測 120 µ g / m ) 低估320 µ g / m 。反倒是模式高估的兩個個案中 , 其高估的數值均很大。分別為第 3333波沙塵個案 ( 模式 400 µ g / m 、觀測 170 µ g / m ) 高估 230 µ g / m 、第 5 波沙塵333個案 ( 模式 300 µ g / m 、觀測 120 µ g / m ) 高估 180 µ g / m 。綜合比較的結果 ,TAQM 模式對沙塵暴發生的時間有良好的掌握 , 對其侵台的範圍似乎都有高估的情形 , 誤差的原因包括模式氣象場、起沙源區範圍的誤差 , 以及模式解析度 (81km) 可能不足。這都是影響沙塵是否能夠到達台灣的重要根據 , 也是模式沒有考慮進去的。而對於侵台最高濃度的預報方面 , 在模式37

低估實際沙塵濃度時有較好的表現 , 在高估時預報的準確度降低 , 這可能是因為模式於模擬過程中並沒有考慮濕沈降過程 ( 觀測資料顯示雨除過程是沙塵濃度下降的主因 ), 以及起沙條件設定之誤差、實際觀測值包括其他污染物等等 , 故在沙塵濃度的預報上會有些出入。此外 , 由於模式解析度為 81 公里 , 因此所代表的是較大區塊的平均 , 其變化會比單點的觀測資料的變化為平緩。整體來說 , 模式在 2002 年的大陸沙塵事件侵台時間有一定的預報準確度 , 因此模式具有提供沙塵是否侵台的參考價值 , 但在範圍與最高濃度上仍有改進空間。38

預報日期表 6-2: TAQM 模式預報與實際觀測值比對以及天氣概況預報侵台範模式預報侵台時間圍 : 預報最高值觀測侵台時間觀測最高值天氣概況註時間差北部 :3202/8 TAQM 2/11 日 02:00L ~ 2/12 日 12:00L 全台 :150 2/11 日 12:00L ~ 2/12 日 12:00L東部 :230鋒面、高壓迴流1,2 波*2/9-10hrs3/5TAQM 3/6 日 11:00L ~ 3/9 日 08:00L 全台 :400NAQPMS 不影響台灣不影響台灣RAIM-CFORS 3/6 日 11:00L ~ 3/10 日 17:00L 全台 :403/6 日 12:00L ~ 3/9 日 08:00L北部 :140東部 :170鋒面、高壓迴流3 波 -1hrs3/15TAQM 3/18 日 17:00L ~ 3/19 日 07:00L 全台 :100NAQPMS 3/18 日 08:00L ~ 3/19 日 08:00L 北部 :50RAIM-CFORS 3/18 日 08:00L ~ 3/19 日 20:00L 全台 :200北部 :1603/18 日 12:00L ~ 3/20 日 00:00L東部 :140鋒面、高壓迴流4 波 +5hrs3/21TAQM 3/23 日 13:00L ~ 3/24 日 20:00L 全台 :300NAQPMS 3/23 日 08:00L ~ 3/24 日 20:00L 全台 :100RAIM-CFORS 3/23 日 14:00L ~ 3/24 日 05:00L 全台 :503/23 日 06:00L ~ 3/24 日 18:00L 北部 :120鋒面、華南雲雨區5 波 +7hrs3/29TAQM 3/31 日 21:00L ~ 4/1 日 19:00L 全台 :200NAQPMS 3/31 日 20:00L ~ 4/1 日 20:00L 中北部 :50RAIM-CFORS 3/31 日 11:00L ~ 4/1 日 20:00L 中北部 :40無明顯影響鋒面輕掃無明顯影響過、高壓迴流6 波虛報4/6TAQM 不影響台灣不影響台灣NAQPMS 4/9 日 05:00L ~ 4/10 日 08:00L 全台 :50RAIM-CFORS 4/8 日 11:00L ~ 4/8 日 20:00L 北部 :204/9 日 00:00L ~ 4/11 日 00:00L僅萬里、馬滯留鋒面祖 :2007 波漏報

4/155/22TAQM 4/17 日 15:00L ~ 4/18 日 19:00L 北部 :100NAQPMS 不影響台灣不影響台灣RAIM-CFORS 不影響台灣不影響台灣TAQM 5/24 日 07:00L ~ 5/27 日 19:00L 全台 :100NAQPMS 不影響台灣不影響台灣4/17 日 12:00 L ~ 4/18 日 12:00L 北部 :160 滯留鋒面 8 波 +3hrs北部 :1205/23 日 18:00L ~ 5/27 日 12:00L東部 :85鋒面、高9 波 +13hrs壓迴流漏報 :EPA 時間可能原因2 月 9 日需進一步分析天氣系統。4 月 9 日 ~4 月 11 日模式在此時有所更動。虛報 :EPA 時間可能原因3 月 31 日 ~4 月 1 日無影響鋒面只在北部地區輕掃過。原第七波預計影響時間 :4 月 12 日 ~4 月 13 日但實際台灣地區未受到影響TAQM 模式預報台灣地區不受影響僅 NAQPMS 模式和 NRL 模式預報有受到影響40

6.1.2. Chinese Urban Air Quality Data圖 A.1.9、A.2.1、A.3.10、A.4.10、A.5.10、A.6.11、A.7.11 為 2002 年沙塵 9波個案 Chinese Urban Air Quality Data 觀測資料 , 表 4 為沙塵襲台期間 ChineseUrban Air Quality Data 觀測資料整理 , 可看出沙塵暴發生時總懸浮微粒 (TotalSuspended Particles) 濃度增加 , 此現象在沙塵侵台前幾日就可以在上游地區看到。由表 4 中可看出大陸沙塵分佈的範圍大多集中在新疆、內蒙、黃土高原等源區 , 與大陸東北、華北、華中、華南、東南沿岸等下游地區。由觀測資料圖 A.1.9、A.2.1、A.3.10 顯示 , 沙塵侵台的個案 1、2、3、4 的沙塵有往東、東南方傳送的趨勢 , 進而影響台灣地區。至個案 5 的沙塵傳送卻是先往東北方的 :3/24 在內蒙地區生成沙塵有減弱的現象 , 而各地區沙塵天氣強度都有減弱的跡象 , 影響範圍主要在黃河流域以北的區域 , 惟 3/25 在東北地區沙塵的量較前一天來得多為判斷沙塵往東北方傳送的主因。另外 , 在 2002 年最後幾個沙塵個案 , 沙塵傳送的趨勢已不似前幾個個案來得明顯 , 故表 4 中訂為 X。而沙塵分佈的範圍 , 在前面1、2、3、4 個案中 , 大陸東南沿岸還可以看到有沙塵蹤跡 , 後幾面的個案中 ( 除6 外 ), 大陸東南沿岸已鮮少受沙塵天氣影響。幾個個案的最大 TSP 都超過200ug/m3, 出現的地點也不一 , 但值得注意的是 , 第 2 個個案中 , 最大 TSP 出現在 2/12, 出現區域在大陸的東南沿岸 , 此時台灣北部測站觀測 PM10 濃度最高到達 320ug/m3, 東部測站到達 230ug/m3, 是 9 波侵台沙塵個案中 PM10 濃度最高的 : 此觀測結果與環保署觀測值比對 , 再進一步分析天氣系統 , 可發現第 2、3、4 個案當時台灣地區天氣型態都是鋒面過境、高壓迴流。另外 , 與 TAQM 模式結果比較 ,Chinese Urban Air Quality Data 的觀測資料在大陸東南沿岸的 TSP 值在第 1、2、3、4、5 個個案其數值都大於 100, 第 6、7、8 個個案的數值都在 50 附近或小於 50, 相較模式結果在 9 波沙塵預報中 , 大3陸東南沿岸的 PM10 量級都有達到 100 µ g / m , 顯然與觀測有些出入。且模式預3報到第二波沙塵侵台濃度是 150 µ g / m , 此時 Chinese Urban Air Quality Data 的觀測資料顯示在大陸東南沿岸的 TSP 值甚至超過最大量 (200), 實際觀測值則33為 320 µ g / m ( 北部 ); 而模式預報第三波沙塵濃度高達 400 µ g / m , 此時 ChineseUrban Air Quality Data 的觀測資料顯示在大陸東南沿岸的 TSP 值接近 100, 實際3觀測值則為 140 µ g / m ( 北部 )。故模式的預報結果與 Chinese Urban Air QualityData 的觀測資料在上述個案中不是很一致 , 但均顯示沙塵傳送到台的路徑由上游往東南方輸送效應顯著 , 故模式已具有預報整體沙塵傳送趨勢的能力 , 但在沙塵濃度與分佈的預報上仍有改進的空間。41

表 6-3: 沙塵襲台期間 Chinese Urban Air Quality Data 觀測資料整理 , 分別列舉沙塵分佈範圍、最大總懸浮微粒濃度及其出現區域與時間以及沙塵傳送的趨勢 ,X 代表傳送趨勢不明顯。觀測侵台日期分佈範圍最大 TSP: 出現區域 TSP 傳送趨勢: 出現時間 ( 方向 )1. 2/8〜2/9 內蒙、東北、華北 ~200: 內蒙 :2/8 東南、黃土高原、華南、東南沿岸2. 2/11〜2/12 新疆、華中、長江流 >200: 東南沿岸 :2/12 東域附近、東南沿岸3. 3/6〜3/10 新疆、內蒙、東北、 >200: 新疆 :3/7 東南華中、華南、東南4. 3/17〜3/22 內蒙、華北、華中 >200: 黃河流域 :3/21 東、黃河流域附近、東南沿岸東南5. 3/23〜3/24 內蒙、東北、華北 >200: 內蒙 :3/23 東北、黃河流域口6. 3/30〜4/3 內蒙、東北、華北 >200: 華北 :4/3 X、華中、東南沿岸7. 4/9〜4/10 東北、華北、黃河 >200: 黃河流域口 :4/9 X流域口8. 4/17〜4/18 東北、內蒙、華中 >200: 東北 :4/17、18 X沿岸42

6.1.3. 沙塵衛星觀測資料圖 A.1.10、A.2.12、A.3.11、A.4.11、A.5.11、A.6.12、A.7.12、A.8.10 為沙塵衛星影像分佈圖 , 衛星影像顯示了 2002 年 9 個沙塵暴個案中 , 沙塵分佈的範圍主要在大陸內蒙、河套、東北、華北、華中、黃海海域。沙塵的衛星影像資料不僅可以提供即時『連續的』大範圍沙塵分佈區域以及作為沙塵生成時間、地點的良好依據。從分析沙塵暴發生前日期的沙塵衛星影像的時間序列一直到沙塵暴結束 , 連續性的沙塵分佈範圍不僅可定性地得知沙塵所在地 , 亦可推知其傳送的路徑與趨勢。而沙塵衛星觀測資料亦可以提供我們大致的沙塵量值 , 圖中色階代表沙塵濃度大小 , 深綠色為正常值 , 紫色屬於沙塵濃度最大 , 白色區域為雲所在區域。因此於衛星影像對沙塵量值大小僅可以提供「相對」關係 , 並無法將之定量化 , 於應用上需特別注意。利用沙塵衛星觀測資料分析 2002 年 9 波沙塵暴個案中 , 發現衛星觀測資料與 Chinese Urban Air Quality 觀測資料 ( 圖 A.1.9、A.2.1、A.3.10、A.4.10、A.5.10、A.6.11、A.7.11) 大致相符 , 僅第 2、3、6 波個案沙塵往東南傳送的趨勢較明顯 ,而第 4、5、7 個案有向東傳送的趨勢 , 甚至第 5、8 個案沙塵有向東北方傳送的趨勢 , 第 9 個個案則不明顯。相較於 TAQM 模式結果 , 模式於第 5 個個案預報全台均會受到沙塵影響 , 但實際觀測卻無 , 對照衛星觀測 , 此時沙塵分佈範圍在華北、華中一帶 , 整體沙塵傳送的是往大陸東北。由 TAQM 模式結果可看出影響台灣的沙塵個案 , 傳送的趨勢是以源區為始, 整體往外並往東、東南方擴張 , 路徑有從西北方向直接傳送過來 , 亦有從東北方帶過來 , 因此在模式結果均可看出傳送到台灣的沙塵在上游的地區皆有沙塵的蹤跡。對於影響至台灣的沙塵軌跡 , 模式較沙塵衛星有較明顯的結果可供解析。而沙塵衛星資料對於大範圍沙塵分佈狀況 , 有很好的解析能力。這一點亦可由模式準確地預報出來。但對於傳送至下游區濃度較低的沙塵 , 沙塵衛星觀測影像在第 5、7、8、9 個個案中並沒有反映出來 ( 其沙塵最遠僅到華中一帶 ); 但3模式提供即時連續的沙塵分佈狀況 , 其數量級涵蓋 25~400 µ g / m , 對於沙塵濃度的大小可明顯區分出來並可提供沙塵濃度傳送情形的半定量分析。此外 , 由衛星資料可看出沙塵濃度值 ( 色階顏色 ) 明顯出現在台灣附近區域只有圖 A.1.10,因此再一次的驗證了衛星影像的應用適用於尺度較大的分析 , 只能用來看「綜觀」的沙塵分佈情形 , 對於台灣地區是否受到沙塵天氣影響 , 還是要依據地面測站所觀測的數值為準 , 不過還是可以當作是一項比較性的參考工具。43

6.1.4. Dust storm in weather report圖 A.1.8、A.2.10、A.3.9、A.4.9、A.5.9、A.6.10、A.7.10、A.8.9 為 Dust stormin weather report 觀測資料 , 選用此圖的原因在於氣象測站會將觀測到的沙塵天氣都記錄下來 , 並且加以分類。每張圖的下方都有紅色數字 1~8,1 表示當地沙塵天氣是屬於風揚沙塵 ,2 表示沙塵在視野所及範圍 ,3 表示沙塵發展良好 ,4 表示沙塵分佈廣泛 ,5 代表沙塵分佈普通 ,6 表示沙塵狀態無改變 ,7 表示沙塵減少 ,8 表示當地有強烈的沙暴天氣。而圖中數字又加以顏色區分 , 不同的顏色代表不同的測報時間 , 符號說明列位於圖的左下方。由此沙塵天氣報告圖 , 可以分析各地沙塵天氣狀況以及何地有風揚沙塵的現象產生 , 並且可以經由較大時間解析度的觀測資料 (00Z、03Z、06Z、09Z、12Z、15Z、18Z) 可看出沙塵分佈之時間序列 , 進一步可推知沙塵傳送趨勢。大致上可以說由 Dust storm in weatherreport 觀測資料所推得沙塵的傳送趨勢較前面兩個觀測資料 Chinese Urban AirQuality 、沙塵衛星資料來得準確 , 並且可獲得沙塵天氣的資訊 : 何地有強烈沙暴發生、某地區的沙塵是否發展、減少還是沒有改變以及大致的沙塵分佈狀況。與模式的結果比較 , 扣掉模式一個漏報與一個虛報的個案 , 模式的結果與 Duststorm in weather report 的觀測資料在沙塵傳送的方向大致呈現良好的一致 , 進而比較大陸東南沿岸沙塵的分佈 ,Dust storm in weather report 觀測資料僅顯示第2、3、4、6 個案有沙塵蹤跡 , 而模式則是在侵台的這幾個個案中均有 ; 而由模式可以看到影響到台灣的沙塵大部分是經由大陸沙塵源區與下游區傳送過來的 , 與觀測資料相比 , 也可以看到在第三波台灣的沙塵天氣記錄為 4, 代表沙塵分佈廣泛為傳送效應使然。而其他在大陸東南沿岸的沙塵天氣報告 , 出現最多的亦為 4 或 5, 顯示模式預報與觀測結果在沙塵定性分析上相當吻合 ; 與利用上述的沙塵衛星資料一樣 , 僅能將此測報資料所得沙塵傳送趨勢與模式模擬的情形加以定性分析並比對其結果。44

6.2. 模式模擬結果比較今年度共有九波影響台灣的沙塵個案 , 其影響時間分別為 2 月 8 日 ~2 月 9日、2 月 11 日 ~2 月 12 日、3 月 6 日 ~3 月 10 日、3 月 17 日 ~3 月 22 日、3 月 23日 ~3 月 24 日、3 月 30 日 ~4 月 3 日、4 月 9 日 ~4 月 10 日、4 月 17 日 ~4 月 18 日以及 5 月 23 日 ~5 月 27 日。在這次計畫期間中 ,TAQM 模式並沒有預報到 2 月 8 日至 2 月 9 日的沙塵侵台事件。而由 TAQM 模式 2 月 11 日的預報圖 ( 圖 A.1.5(a)) 可見 , 台灣地區 2月 11 日會受沙塵天氣影響 , 比對環保署測站 PM10 濃度小時平均值可發現 , 模式有低估的情形。由表 A.1 中可看出 TAQM 模式在 2 月 8 日就已預測到沙塵可能影響台灣地區 , 預報沙塵源區在內蒙和河套地區 ( 和觀測資料吻合 ), 惟影響台灣地區沙塵濃度有低估情形且預測之侵台時間提早了 10 小時。另外 , 上列表格亦顯示模式訂定的初始時間離沙暴實際發生時間越接近 , 預報所得的侵台時間結果亦較準確 , 惟濃度還是有低估的現象。由表 A.3 中可看出 3 月 3 日 TAQM 與 RIAM-CFORS 模式均預報到沙塵侵台 , 惟所預報侵台時間均較觀測到的侵台時間晚了 2 小時 ; 在沙塵濃度預測上 ,TAQM 模式為高估 , 而 RIAM-CFORS 則為低估。3 月 4 日三個模式均預報到了沙塵侵台 :TAQM 與 NAPQM 預報沙塵影響台灣日期分別為 3 月 7 日 06L 和 3月 7 日 02L,RIAM-CFORS 預報則為 3 月 6 日 11L。值得注意的是 , 接下來兩天(3 月 5 日、3 月 6 日 ),RIAM-CFORS 預報沙塵侵台日期時間亦相同 , 但結束時間均較前一日的預報為晚。3 月 5 日、6 日兩天 NAQPM 模式結果有所變化 ,預報沙塵不會影響台灣 ;;3 月 5 日 TAQM 預報侵台與結束時間分別為 6 日 11L、9 日 08L, 侵台範圍為全台 , 最高濃度為 400 µg/m 3 , 有高估的現象。3 月 6 TAQM預報侵台與結束時間分別為 6 日 11L、10 日 08L, 侵台範圍為全台 , 最高濃度為300 µg/m 3 , 仍是高估。3 月 7 日、3 月 8 日、3 月 9 日三天 NAQPM 模式則又預報出沙塵侵台現象 , 侵台時間分別為 8 日 20L、9 日 02L、9 日 08L, 惟侵台持續時間較短 , 特別是 3 月 9 日只維持 3 小時。3 月 7 日、3 月 8 日、3 月 9 日 TAQM模式均預測 7 日 08L 台灣受沙塵影響一直到預報結束時間 ,3 月 9 日預報之最高濃度已減少至 150µg/m 3 , 較接近實測值。RIAM-CFORS 在 3 月 7 日、3 月 8 日、3 月 9 日三天與 TAQM 預報侵台時間表現相當 , 惟 RIAM-CFORS 之預報對台影響時間較短 , 沙塵濃度亦有低估的情形。3 月 18 日沙塵侵台 TAQM 模式和 NAQPMS 模式都模擬出此一沙塵侵台個案 , 並預報台灣地區 3 月 18 日起受沙塵天氣影響 ; 但 RIAM-CFORS 模式預報則預測沙塵往東北方向傳送不影響台灣地區。三個模式預測結果比較如表 A.4 所示 , 可看出三個模式預報沙塵源區均在內蒙和河套地區 , 且在 3 月 15 日就已預45

測到沙塵可能影響台灣地區 , 最高濃度則略有差異 ;TAQM 模式自 3 月 15 日至3 月 17 日預報的最高濃度約為 100 g/m 3 ,NAQPMS 則略低 , 約在 50 g/m 3左右 ,RIAM-CFORS 則預報在 3 月 17 日以後沙塵不影響台灣。TAQM 和 NAQPMS模式預報到 3 月 19 日高壓迴流造成第二波高峰的現象 ,RIAM-CFORCS 則無。三個模式預報 3 月 18、19 日的 PM10 濃度空間分布圖如圖 A.3.4、圖 A.3.5 和圖A.3.6 所示。3 月 15 日模式預報結果 ,TAQM 預報沙塵侵台時間為 18 日 17L,NAQPMS 和 RIAM-CFORS 預報時間偏早為 18 日 08L, 影響範圍偏中北部 , 在濃度的預報方面 ,RIAM-CFORS 濃度值較高 , 達 200 g/m 3 , 另外兩個模式預報的沙塵濃度值約在 50-100 g/m 3 左右。3 月 16 日的預報結果 ,NAQPMS、 TAQM和 RIAM-CFORS 預報時間和 3 月 15 日差不多 , 並都預報到高壓迴流所造成的第二波高峰。3 月 17 日預報結果為 TAQM 預報沙塵影響全台 , 最高濃度約 150,NAQPMS 結果顯示沙塵影響台灣中北部地區 , 最高濃度約 50 g/m 3 ,RIAM-CFORS 預報結果則顯示對台灣地區無明顯影響。3 月 22 日大陸都市空氣品質資料 ( 圖 A.3.10) 與沙塵天氣報告 ( 圖 A.3.9)顯示 , 在內蒙、蒙古、新疆、東北地區、河套地區、華中地區、華北地區、黃河長江流域一帶和華南沿海地區都有大範圍的沙塵天氣現象。此時 TAQM 模式、NAQPMS 與 RIAM_CFORS 日本模式均顯示沙塵往東南傳送 , 影響台灣 , 各模式預報結果整理於表 A.5。各模式均在 3 月 20 日就已預測到沙塵暴可能影響台灣 , 濃度在 30-300 g/m 3 不等。三個模式預報 3 月 22、23 日的 PM10 濃度空間分布圖如圖 A.4.4、圖 A.4.5 和圖 A.4.6 所示。3 月 21 日 TAQM 預報沙塵 23 日侵台 , 影響範圍為全台 , 濃度最高值為 300 g/m 3 , 比環保署觀測值高 ,NAQPMS預報濃度為 100 g/m 3 ,RIAM-CFORS 預報濃度為 500 g/m 3 , 兩模式預報侵襲範圍均是全台。3 月 22 日預報結果 ,TAQM 預報沙塵侵台時間較環保署觀測的時間晚 , 其餘兩個模式則偏早 , 濃度方面的預報 ,TAQM 的濃度預報直仍偏高 ,NAQPMS 預報濃度向下修正 , 和 RIAM-CFROS 均為 50 g/m 3 左右 , 較環保署資料為低。3 月 23 日預報結果 ,TAQM 對於沙塵侵台時間預報結果和環保署觀測所訂出的侵台時間相近 , 唯沙塵濃度仍明顯偏高 , 其餘兩模式侵台時間都較觀測時間晚 ,NAQPMS 的濃度和環保署觀測值較近 ,RIAM-CFORS 濃度值偏低。3 月 30 日 Dust storm in weather report 與 Chinese Urban Air Quality Data 顯示 , 在內蒙、蒙古、新疆、東北地區、河套地區、華中地區、華北地區、黃河長江流域一帶和華南沿海地區都有觀測到大範圍的沙塵天氣現象。此時 TAQM 模式與 RIAM_CFORS 日本模式顯示沙塵往東南傳送 , 影響台灣 , 各模式預報結果整理於表 A.6, 各模式均在 3 月 29 日就已預測到沙塵暴可能影響台灣 , 濃度在40~200 g/m 3 不等。3 月 29 日模式預報結果 ,TAQM 預報沙塵侵台時間為晚上 ,和 NAQPMS 相近 ,RIAM-CFORS 時間偏早 , 影響範圍偏中北部 , 在濃度的預報46

方面 ,TAQM 濃度值偏高 , 達 200 g/m 3 , 另外兩個模式預報的沙塵濃度值約在50 g/m 3 左右。3 月 30 日的預報結果 ,NAQPMS 的預報結果顯示對台灣沒有影響 ,TAQM 和 RIAM-CFORS 結果顯示仍有影響 ,TAQM 顯示會影響全台 , 濃度極值約為 100 g/m 3 ,RIAM-CFORS 顯示影響北部地區 , 濃度最高值約為20 g/m 3 。3 月 31 日預報結果和 3 月 30 日預報結果相近 ,TAQM 預報沙塵影響全台 , 最高濃度約 100,RIAM-CFORS 結果顯示沙塵影響台灣北部地區 , 最高濃度約 20 g/m 3 ,NAQPMS 預報結果則顯示對台灣地區無明顯影響。4 月 9 日和 4 月 10 日沙塵個案三個模式比較如表 5 所示 , 可看出 TAQM 模式這一次並沒有準確的預報到時間與濃度 , 因此為漏報 ;NAQPMS 模式在 4 月7 日的模式預報的時間大致上在觀測侵台期間內 , 掌握的還算不錯 , 在濃度方面 ,有低估的現象 ; 而 RIAM-CFORS 模式預報的時間比實際沙塵影響台灣的時間早了約 12 個小時 , 同時在濃度方面也低估了 , 但是模式預報北部地區都會受到影響 , 與實際上只有北部地區受到影響一致。4 月 17 日與 18 日沙塵個案可看出 TAQM 模式 4 月 15 日的預報顯示沙塵侵台時間與實際觀測時間蠻一致的 , 都是在 4 月 17 日與 18 日 , 但是比起實際沙塵影響台灣的時間延後了約三小時。在沙塵濃度方面 , 有低估的情況 , 不過也達到100 g/m3; 同時 , 模式預報只有北部地區或是中部地區會受到沙塵影響 , 這與實際結果大致上吻合。NAQPMS 模式在 4 月 14、15 日模式並沒有預報出這一次的沙塵影響 , 到了 4 月 16 日才有預報出來 , 預報抵台的時間也比實際的時間晚了約一天 , 而在濃度方面有低估的現象 , 不過只有預報北部地區會受到影響 , 這還掌握的不錯。RIAM-CFORS 模式在 4 月 14、15 日模式並沒有預報出這一次的沙塵影響 , 之後模式預報影響台灣時間為 4 月 17〜19 日兩天 , 比起實際沙塵影響時間晚了約 7 小時 , 在濃度預報方面一樣也有低估的情形 , 而模式預報全台灣均會受到影響 , 這就與實際結果有比較大的差異了。5 月 23 日沙塵個案中 TAQM 模式預報沙塵影響台灣的時間是在 5 月 24 日早上 , 比實際沙塵影響時間 (23 日晚間 ) 晚了約 13 小時 , 預報的強度大致上與實際觀測值差不多 , 都到達 100 g/m3, 但是模式預報會影響整個台灣地區 , 實際觀測有受到沙塵影響的只有北部和東部地區 ;NAQPMS 模式在 5 月 21、22 日的模式預報並沒有預測到這一次的沙塵影響 , 到了 5 月 23 日才有預報出影響北部地區為 5 月 25 日 , 濃度也低估 , 而 5 月 25、26 的模式預報則較為準確 , 但是預報的濃度仍然比實際的濃度值小 ; 而此時 RIAM-CFORS 模式已經停止模式預報作業。整體而言 , 除了 2 月 9 日第一次沙塵個案模式尚未就緒以外 , 三個模式大致上都有預報到沙塵襲台的情形 , 其中 TAQM 在其餘八次個案中虛報了一次 ,47

低估了一次 , 而 NAQPMS 虛報了一次 , 漏報了三次 , RIAM-CFORS 模式虛報了一次 , 低估了一次 , 但是最後一次沙塵沒有資料。表 6-4 為 TAQM、NAQPMS、RAIM-CFORS 模式預報沙塵侵台時間、結束時間、侵台範圍、最高濃度的正確度比較 : 各預報項目的表現分佳、良、可、差 ,對應的評分等級為 4、3、2、1。而表 6-5、6-6、6-7、6-8 為整理在 2002 年大陸沙塵事件發生期間 TAQM、NAQPMS、RIAM-CFORS 模式的「沙塵侵台時間」、「結束時間」、「侵台範圍」、「濃度最高值」四種預報項目的評分表 , 包含各個項目的總得分數與平均得分數。由於 NAQPMS 與 RIAM-CFORS 模式的預報作業分別在 3~5 月與 3~4 月 , 因此必須比較模式間的平均得分才有意義。而 IcoD 模式未將結果庫存 , 且有一段時間不公開及時結果 , 因此無法一齊評估 ; 不過根據作業期間的經驗 , 其結果並不佳 , 可能是所有模式中最差者。表 6-9 比較 4 個模式各項評分的總平均。TAQM 在預報沙塵侵台時間、結束時間、侵台範圍、濃度最高值的平均得分分別為 2.125、2.125、2.25、1.875;而 NAQPMS 為 1.429、0.857、1.143、1.143;RAIM-CFORS 為 1.667、1、2、1.833,NRL 則為 2.125、1.125、2.375、2.375。整體而言 ,TAQM 模式在 2002 年大陸沙塵事件的預報能力是四者中最好的 , 平均得分 2.01, 其中又屬預報侵台起迄時間的正確度最高。NRL 模式也有相當的表現 , 平均得分 2.00, 並在侵台範圍與最高濃度兩項的表現最好 ; 不過因其庫存資料每個時間僅有一份 , 應是其最近 ( 前一日 ) 的預報結果 , 即代表其最佳結果 , 而其他模式則多是以 3 天前的預報來評分。RIAM-CFORS 模式 , 在侵台範圍的預報上也有達到分數 2; 最差的為NAQPMS 模式 , 每一項的平均得分均不到 1.5, 且在沙塵侵台結束的預報上 , 其平均得分更不到 1(0.857)。48

表 6-4:TAQM、NAQPMS、RAIM-CFORS、NRL 模式預報沙塵侵台時間、結束時間、侵台範圍、最高濃度之正確度比較。模式沒有預報到與虛報的個案其評分等級 0 分。各預報項目的表現分優、良、可、差 , 對應評分等級為 4、3、2、1; 詳細分類依據見下附表。預報日期模式侵台時間 : 評分結束時間 : 評分侵台範圍 : 評分預報最高值 : 評分2 月 8 日TAQM 2/11 日 02:00L:2 2/12 日 12:00L:4 全台 :3 150:2NRL 2/11 日 02:00L:2 2/15 日 20:00L:1 全台 :3 80:1TAQM 3/6 日 11:00L:4 3/10 日 08:00L:4 全台 :3 400:13 月 5 日NAQPMS 不影響台灣 :0 不影響台灣 :0 不影響台灣 :0 不影響台灣 :0RAIM-CFORS 3/6 日 11:00L :4 3/10 日 17:00L:1 全台 :3 40:2NRL 3/6 日 08:00L:3 3/11 日 02:00L:1 全台 :3 80:3TAQM 3/18 日 17:00L :3 3/19 日 07:00L:1 全台 :3 100:33 月 15 日NAQPMS 3/18 日 08:00L :3 3/19 日 08:00L:1 北部 :4 50:2RAIM-CFORS 3/18 日 08:00L :3 3/19 日 20:00L:3 全台 :3 200:4NRL 3/18 日 02:00L:2 3/20 日 20:00L:1 全台 :3 160:4TAQM 3/23 日 13:00L :2 3/24 日 20:00L:4 全台 :2 300:23 月 21 日NAQPMS 3/23 日 08:00L:4 3/24 日 20:00L:4 全台 :2 100:4RAIM-CFORS 3/23 日 14:00L:2 3/24 日 05:00L:1 全台 :2 50:3NRL 3/22 日 20:00L:2 3/25 日 02:00L:2 全台 :2 320:23 月 29 日 TAQM 3/31 日 21:00L :0 4/1 日 19:00L:0 全台 :0 200:0NAQPMS 3/31 日 20:00L:0 4/1 日 20:00L:0 中北部 :0 50:0RAIM-CFORS 3/31 日 11:00L:0 4/1 日 20:00L:0 中北部 :0 40:049

4 月 6 日4 月 15 日5 月 22 日NRL 3/30 日 02:00L:0 4/2 日 00:00L:0 全台 :0 80:0TAQM 不影響台灣 :0 不影響台灣 :0 不影響台灣 :0 不影響台灣 :0NAQPMS 4/9 日 05:00L :3 4/10 日 08:00L:1 全台 :2 50:2RAIM-CFORS 4/8 日 11:00L :1 4/8 日 20:00L:1 北部 :4 20:2NRL 4/8 日 20:00L:3 4/14 日 08:00L:1 全台 ::2 320:2TAQM 4/17 日 15:00L:4 4/18 日 19:00L:2 北部 :4 100:3NAQPMS 不影響台灣 :0 不影響台灣 :0 不影響台灣 :0 不影響台灣 :0RAIM-CFORS 不影響台灣 :0 不影響台灣 :0 不影響台灣 :0 不影響台灣 :0NRL 4/17 日 14:00L:4 4/20 日 02:00L:1 全台 :2 160:4TAQM 5/24 日 07:00L :2 5/27 日 19:00L:2 全台 :3 100:4NAQPMS 不影響台灣 :0 不影響台灣 :0 不影響台灣 :0 不影響台灣 :0NRL 5/24 日 08:00L:1 5/27 日 02:00L:2 中北部 :4 40:3附表 . 正確度分類 , 分四個預報項目。預報表現分類優良可差評分等級 4 3 2 1A. 侵台時間

表 6-5:TAQM 模式表現評分表。TAQM 預報日期侵台時間結束時間侵台範圍最高濃度2002 年 2 月 8 日 2 4 3 22002 年 3 月 5 日 4 4 3 12002 年 3 月 15 日 3 1 3 32002 年 3 月 21 日 2 4 2 22002 年 3 月 29 日 0 0 0 02002 年 4 月 6 日 0 0 0 02002 年 4 月 15 日 4 2 4 32002 年 5 月 22 日 2 2 3 4平均得分 2.125 2.125 2.25 1.875表 6-6:NAQMPS 表現評分表。NAQMPS 預報日期侵台時間結束時間侵台範圍最高濃度2002 年 3 月 5 日 0 0 0 02002 年 3 月 15 日 3 1 4 22002 年 3 月 21 日 4 4 2 42002 年 3 月 29 日 0 0 0 02002 年 4 月 6 日 3 1 2 22002 年 4 月 15 日 0 0 0 02002 年 5 月 22 日 0 0 0 0平均得分 1.429 0.857 1.143 1.14351

表 6-7:RAIM-CFORS 模式表現評分表。RAIM-CFORS 預報日期侵台時間結束時間侵台範圍最高濃度2002 年 3 月 5 日 4 1 3 22002 年 3 月 15 日 3 3 3 42002 年 3 月 21 日 2 1 2 32002 年 3 月 29 日 0 0 0 02002 年 4 月 6 日 1 1 4 22002 年 4 月 15 日 0 0 0 0平均得分 1.667 1 2 1.833表 6-8:NRL 表現評分表。NRL 預報日期侵台時間結束時間侵台範圍最高濃度2002 年 2 月 8 日 2 1 3 12002 年 3 月 5 日 3 1 3 32002 年 3 月 15 日 2 1 3 42002 年 3 月 21 日 2 2 2 22002 年 3 月 29 日 0 0 0 02002 年 4 月 6 日 3 1 2 22002 年 4 月 15 日 4 1 2 42002 年 5 月 22 日 1 2 4 3平均得分 2.125 1.125 2.375 2.37552

表 6-9:TAQM、NAQPMS、RAIM-CFORS、NRL 模式表現比較。預報項目 TAQM NAQMPSRIAM-CFORSNRL侵台時間 2.125 1.429 1.667 2.125結束時間 2.125 0.857 1 1.125侵台範圍 2.25 1.143 2 2.375最高濃度 1.875 1.143 1.833 2.375總得分平均 2.094 1.143 1.625 253

6.3. 空氣塊軌跡分析軌跡分析採用 HYSPLIT (Hybrid Single-Particle Lagrangian IntegratedTrajectory) 模式 (Draxler,R.R. and G.D. Hess,1997,1998) 透過 READY 系統 , 即可在網站上即時運作。以下簡介 HYSPLIT。HYSPLIT 模式為計算簡單空氣塊軌跡 , 結合頻散、沈降作用模擬之最新版本。新的特徵包含改善平流演算法、即時穩定性和頻散方程。新的圖形使用者介面系統並包含化學變化之組件於其中。倘若沒有附加頻散模組 ,HYSPLIT 模式則為計算單一污染物平流或僅僅為其軌跡。而污染物之頻散計算為假設風吹或粒子頻散效應兩種情形 , 在風吹模式中 , 由於風吹作用使污染物擴散直到超出氣象網格點大小 , 然後分散至不同數個新路徑 , 均分配到污染物。粒子模式則為固定數量的初始粒子在模式的定義域中藉由平均風場及紊流效應產生平流。開始時模式的預設為假設在水平方向風吹分佈 , 垂直方向為粒子的頻散。如此一來 , 粒子模式之垂直參數式 , 結合了粒子擴散係數 , 更能代表污染物分佈的正確性。模式特徵包含同一時刻多重尺度軌跡分析 , 計算方式有向前 (Forward) 與向後 (Backward) 兩種 , 預設垂直運動為利用模式計算之垂直速度法 , 其他選擇有等熵法、等壓面法、Isosigma、Isopycnic 等。若考慮對大尺度運動場假設靜力平衡 , 垂直速度的求得為利用連續方程一層層積分至所欲求的高度 ( 準水平運動場輻散值可利用水平風場求得 ), 即可得之該層的垂直速度。空氣塊的運動為絕熱過程 , 此時空氣塊位溫 (θ ) 是保守 , 故實際上空氣塊是沿著等位溫面上在移動 ,也就是沿著等熵面此次就沙塵發生個案作空氣塊的軌跡分析 , 並以台北〔25.00N 121.35E〕、花蓮〔23.58N 121.35E〕兩點作空氣塊軌跡分析 , 起始時間採用觀測到沙暴侵台時間 , 氣象資料採用 FNL data, 預報模式選用 NCU MM5 Model (81km over SEAsia), 軌跡路徑為後推 (Backward), 總運作時間為五天 120 小時 , 並選取地面高度 100、1000、2000 公尺三層 , 垂直運動選用模式垂直速度法與等熵法兩種方式。以台北〔25.00N 121.35E〕、花蓮〔23.58N 121.35E〕兩點做 2002 年沙塵暴侵台九個個案的空氣塊軌跡分析 , 起始時間採用觀測到沙暴侵台時間 , 軌跡路徑為回溯式 , 總運作時間為五天 (120 小時 )。以軌跡分析方法並未考慮粒子終端速度 , 而沙塵粒子循著空氣塊軌跡回到源區 , 勢必比實際空氣塊位置來的高。一般而言 , 粒子由源區傳送到台灣地區約需 5 天 ; 而觀測到的沙塵質量的粒徑分佈約以 3〜4 m 為分佈中心 , 如此大小的粒子終端速度約為 0.06 cm/s, 傳送 5 天後的沉降距離約為 300 m。而最大的 PM10 粒子 ( 即直徑 10 µm), 傳送五天垂直高度會下降 1500 公尺。所以 , 欲分析傳送至台灣近地面的沙塵的來源 , 必須配54

合較高層的空氣塊軌跡分析 , 才能合理解釋沙塵傳送的過程。因此反向軌跡分析的初始點選取地面高度 100、1000、2000 公尺三層。而垂直運動選用模式垂直速度法〈以下簡稱垂直速度法〉與等熵法兩種方式 , 如圖 A.1.12-15、A.2.14-15、A.3.13-14、A.4.13-14、A.5.13-14、A.6.14-15、A.7.14-15、A.8.12。空氣塊軌跡分析可幫助我們分析空氣塊的行進路線 , 因此此分析資料不僅可提供氣塊有無經過沙塵源區 , 進一步亦可利用此資料來看氣塊的行進路線是否有經過上海等高污染地區 , 作為外來污染物傳送的依據。由於沙塵暴發生時常伴隨有持續性的高 O 3 濃度以及偶而有高 SO 2 濃度 ( 表 6-1), 這是否是經由高污染區伴隨沙塵而來尚須進一步驗證 , 因此 ; 表 6-11: 整理了 2002 年沙暴發生時間總共 9 個個案的軌跡分析資料 , 追蹤重點放在空氣塊軌跡是否經過上海。北部地區選用台北當參考座標點 , 東部地區則選用花蓮 , 分垂直速度法與等熵法討論 ,進而比較兩種方法的差異。表中 X 代表空氣塊軌跡沒有經過上海 ,O 代表有經過上海。以垂直速度法分析台北的空氣塊軌跡行經上海的個案有個案 2、4、5、7、9, 相較於等熵法 , 為個案 2、3、4、6、9 經過上海。而垂直速度法 - 花蓮經過上海則只有個案 2, 等熵法 - 花蓮經過上海的個案為 2 和 3。看起來軌跡的模擬用不同的方法結果不完全一樣。值的注意的是 , 根據環保署觀測資料顯示 , 北部地區測站於 2002 年沙塵暴襲台期間 , 除了第 9 個個案表現不明顯外 , 其餘個案於此段時間內的 O3 濃度都維持很高並且 O 3 濃度每日波動變化的特徵不明顯 , 對照軌跡分析來看 , 高 O3 濃度的特性是隨沙塵從上海傳送過來的證據並不是非常顯著。但若看東部地區測站的環保署觀測資料 , 在沙塵暴有影響到東部地區的個案中 , 只有 2002/2/11~12 個案的 O 3 濃度表現不明顯 , 其餘個案 O3 濃度每日波動變化的特徵都還是可以看的出來 , 而此時期的花蓮軌跡分析經過上海的只有個案 2( 垂直速度法、等熵法 )、個案 3( 等熵法 ), 因此似乎東部地區較北部地區較沒有受到其他污染物傳送的作用的影響。另外在今年的大陸沙塵事件發生期間 , 在第 1、3、4 個個案中 ,SO 2 的濃度升起並形成一個高峰 , 而 NOx、CO 的特徵整體來講也是上升的 ( 表 6-1 第 1 個個案為 SO 2 、CO 上升 ; 第 3 個個案則為 SO 2 、NOx 上升 ; 第 4 個個案則 SO 2 、NOx、CO 均有上升 )。由空氣塊軌跡分析得知 : 在第 2、3 個個案中在台北與花蓮兩初始點 , 兩種軌跡分析方法均有經過上海 , 但在個案 1 中軌跡分析的結果卻是均沒有經過上海 ; 因此 , 到底是上游的傳送效應亦或是本地污染的貢獻亦或是兩者都包含 , 在這個案例中 , 單純用軌跡分析並無法驗證。因此軌跡分析僅能提供空氣塊行走的軌跡 , 實際沙塵與污染物的傳送過程 , 是否會遵循空氣塊的軌跡亦無法確定。整體而言 , 由於軌跡分析可提供空氣塊是否經過沙塵源區與污染高排放源地區 , 而對於分析台灣沙塵濃度與污染濃度有一定的相關 , 因此外來污染55

的影響的確不容忽視 ; 但也就是因為外來與本土的污染不易區分 , 故亦將軌跡分析當作一項比較性的參考資料。表 6-12 為整理 2002 年沙塵侵台個案中台北、花蓮 100、1000、2000 公尺的空氣塊軌跡分析。模式的初始時間設定在觀測到沙塵侵台的時間 , 可以看出空氣塊的軌跡在第 2、3、4、5 個個案中有經過沙塵源區 , 其他個案均無。其中第 5個個案兩種軌跡分析方法最為一致 , 台北 100 公尺空氣塊於 5 天前在哈薩克斯坦東部沙漠區 , 行經北疆等地到達台北。第 2、3 個案 100 公尺空氣塊行經內蒙古東部的蘇尼特盆地以及渾善達克沙地中西部 , 第 4 個個案兩種軌跡方法的殺塵源區差異頗大 , 垂直速度法經過巴丹吉林沙漠 , 等熵法經過新疆南疆的塔克拉馬干沙漠。整體來說 , 在往後 5 天追蹤空氣塊軌跡路徑的分析顯示 , 位於台灣上空100 公尺空氣塊 , 行經沙塵源區進而到達台灣的個案較 1000、2000 公尺高空較多 , 顯示空氣塊行進的軌跡 , 隱含著沙塵傳送來台的效應。另一方面來討論 , 表中所列舉個案 , 皆為環保署實際觀測沙塵侵台事件 , 但由軌跡分析卻僅顯示 4 個個案空氣塊的軌跡有經過沙塵源區 , 可見空氣塊軌跡分析僅能當作一項輔助性的參考資料 , 因為我們無法得知 , 實際沙塵運動的軌跡 , 是否與空氣塊一致。表 6-11: 以垂直速度法、等熵法模擬空氣塊軌跡 , 分析 2002 沙塵侵台個案 , 台北、花蓮兩地空氣軌跡是否經過上海 ,X 代表否 ,O 代表是。垂直速度法 / 初始時間台北花蓮等熵法 / 初始時間台北花蓮1. 2002/2/9 00UTC X X 1. 2002/2/9 00UTC X X2. 2002/2/11 12UTC O O 2. 2002/2/11 12UTC O O3. 2002/3/6 12UTC O O 3. 2002/3/6 12UTC O O4. 2002/3/18 12UTC O X 4. 2002/3/18 12UTC O X5. 2002/3/23 06UTC O X 5. 2002/3/23 06UTC X X6. 2002/3/31 00UTC X X 6. 2002/3/31 00UTC O X7. 2002/4/9 00UTC O X 7. 2002/4/9 00UTC X X8. 2002/4/17 12UTC X X 8. 2002/4/17 12UTC X X9. 2002/5/23 18UTC O X 9. 2002/5/23 18UTC O X56

表 6-12: 以垂直速度法與等熵法分析 2002 年沙暴侵台個案 , 台北、花蓮 100、1000、2000 公尺空氣塊軌跡是否經過沙塵源區 , 沙塵源區以 1、2、3、4、5、6 來表示。1. 蒙古國東南部戈壁荒漠區 ,2. 哈薩克斯坦東部沙漠區 ,3. 內蒙古東部的蘇尼特盆地或渾善達克沙地中西部 4. 阿拉善盟中蒙邊境地區 ( 巴丹吉林沙漠 )5. 新疆南疆的塔克拉瑪幹沙漠 6. 新疆北疆的庫爾班通古特沙漠。符號 X 表示空氣塊行進路線無經過沙塵源區。垂直速度法 / 初始時間台北100/1000/2000花蓮100/1000/2000 等熵法 / 初始時間台北100/1000/2000花蓮100/1000/20001. 2002/2/9 00UTC X X 1. 2002/2/9 00UTC X X2. 2002/2/11 12UTC 3/1,4/2,6 3/1,4/X 2. 2002/2/11 12UTC 1,2,4 3/2,4/X3. 2002/3/6 12UTC 3/1/X X 3. 2002/3/6 12UTC 3/5/X 3/X/X4. 2002/3/18 12UTC X/4/X 3/X/X 4. 2002/3/18 12UTC 5/X/X X5. 2002/3/23 06UTC 2,6/2,6/X 2,6/X/X 5. 2002/3/23 06UTC 2,6/X/X 5/X/X6. 2002/3/31 00UTC X/X/5 X 6. 2002/3/31 00UTC X X7. 2002/4/9 00UTC X 1/X/X 7. 2002/4/9 00UTC X X8. 2002/4/17 12UTC X X 8. 2002/4/17 12UTC X X9. 2002/5/23 18UTC X X 9. 2002/5/23 18UTC X X

圖 6-1 為 2000 年東亞地區 SO 2 、NOx、CO 排放總量 , 可用以推估各地區的污染排放情形。其中 SO 2 排放量較高 ( 色階到達綠色〜60000 ton 含以上 ) 的地區分佈在大陸山東、河北、河南、安徽、江蘇、上海、四川以及韓國、台灣一帶 ;NOx 排放量較高 ( 色階到達綠色〜30000 ton 含以上 ) 的地區分佈在大陸山東、河北、河南、安徽、江蘇、上海、廣東、廣西一帶 , 且沿岸的排放濃度更高 , 另外韓國、日本、台灣等亦為高 NOx 排放源。CO 排放量較高 ( 色階到達綠色〜30000ton 含以上 ) 的地區分佈在大陸河北、山東、河南省境內以及上海市、台灣。值的注意的是 , 山東、河北、河南、上海、台灣四地均為 SO 2 、NOx、CO 高排放源地區。表 6-13 為整理 2002 年沙暴侵台個案中 , 台北、花蓮 100 公尺空氣塊軌跡是否行經 SO 2 、NOx、CO 高排放源區。可看出兩種方法計算的空氣塊的軌跡行經河北、山東、上海三地次數最多 , 若只比較是否經過 SO 2 、NOx、CO 高排放源區 , 則兩種方法差異不大。惟行經的高排放源區是三種污染物都很高的地區 , 理論上若污染物隨空氣塊軌跡傳送到台灣應該三種污染物的濃度都會一起升起來。但由表 6-1 可以看到台北地區 SO2 只有第 1、3、4 個個案的濃度顯著上升 ,其餘個案的濃度均不高。而由空氣塊軌跡分析得知 : 在第 2、3 個個案中 , 初始點位於台北與花蓮 , 兩種軌跡分析方法均經過上海 , 但在個案 1 中軌跡分析的結果卻是均沒有經過上海 ( 詳細分析見上一節 ); 若擴大檢查污染排放區域 ( 圖6-1), 則在這三個個案中台北空氣塊的軌跡大多行經山東、河北、上海、廣東等地 , 似乎較僅比較空氣塊軌跡是否經過上海來得嚴謹 , 畢竟 SO 2 的高排放源不是只有上海 ; 也較能合理解釋這些個案中 SO 2 濃度的升高。平均而言 ,2002 年沙塵侵台的 9 個個案中 , 北部地區觀測到的 NOx 與 CO的濃度均很低。而以北部地區萬里站來看 ,NOx 在第 1、2、7、8 個案有個很特別的特徵 , 其濃度反應為先小幅度上升 , 之後再降低甚至接下來的時間一直維持低到 2 ppb 以下 , 確實原因為何目前還不清楚 , 也許是在沙粒表面有摧毀 Nox 的異質化學反應發生。而若以陽明測站來看 , 則 9 個個案的 NOx 濃度在沙塵暴襲台期間濃度值非常低 , 可能原因為陽明站為背景測站 , 污染較少 ; 至少可以知道在沙塵暴發生期間 , 外來的 NOx 傳送進而影響到陽明幾乎是沒有的。因此由圖6-1 的 SO 2 、NOx、CO 排放源區 , 和空氣塊軌跡分析的 , 僅能做一參考提供定性的資料 , 觀測到的污染物濃度變高 , 到底是上游傳送的效應 , 還是本地的污染排放 , 亦或是兩者都包含 , 這些節需要更高解析空間的模擬才能分析。58

5040302010CO > 50000 ton SO 2SO 2 Em ission by a re a source(year 2000, 1deg.,unit : ton)100000800006000040000200000100120140160180Longitude (deg)CO > 50000 tonNOxNO x Emission by area source(yea r 2000, 1deg.,unit : ton)5000040000300002000010000100120140160180Longitude (deg)Latitude (deg)50403020100CO > 50000 tonCOCO Emission by area source(year 2000, 1deg.,unit : ton)500000400000300000200000100000圖 6-1: 由上到下 ,2000 年東亞地區 SO 2 、NOx、CO 排放總量59

表 11. 以垂直速度法與等熵法分析 2002 年沙暴侵台個案 , 台北、花蓮 100 公尺空氣塊軌跡是否行經 SO 2 、NOx、CO 高排放源區。符號 X 表示空氣塊行進路線沒有經過高排放源區。其中 SO 2 、NOx、CO 的高排放源區見內文。垂直速度法 / 初始時間台北花蓮等熵法 / 初始時間台北花蓮1. 2002/2/9 00UTC 山東山東 1. 2002/2/9 00UTC 廣東、廣西廣東、江西2. 2002/2/11 12UTC 上海河北 2. 2002/2/11 12UTC 上海河北、上海河北、山東、河北、山西、河北、山東、河北、山3. 2002/3/6 12UTC 安徽上海 3. 2002/3/6 12UTC 上海東、上海4. 2002/3/18 12UTC 河北、山東河北、山東 4. 2002/3/18 12UTC 上海廣東、廣西5. 2002/3/23 06UTC 河北、山東河北、山東 5. 2002/3/23 06UTC 河北、山東河北、山東6. 2002/3/31 00UTC 韓國 X 6. 2002/3/31 00UTC 韓國 X7. 2002/4/9 00UTC 河北、山東 X 7. 2002/4/9 00UTC X X8. 2002/4/17 12UTC X X 8. 2002/4/17 12UTC X X9. 2002/5/23 18UTC 韓國韓國 9. 2002/5/23 18UTC 韓國廣東60

6.4. 模擬驗證造成 TAQM 模擬虛報與漏報的結果主要原因包括 1. 氣象場是 NCEP 全球模式預報資料提供 , 並非實際觀測資料 , 預報資料的品質與解析度會影響 TAQM的表現。2.TAQM 空間解析度較低 , 目前 TAQM 的解析度為 81km*81km, 一些較小尺度的特徵無法確切表現出來。3. 乾濕沈降過程 , 計畫進行初期 , 濕沈降過程並未加入 TAQM, 若個案期間出現降雨 ,TAQM 容易出現高估濃度的現象。4. 排放量不對 , 模式初期未能掌握沙塵量 , 可能沙塵排放低估或高估。至於虛報與漏報的改進方面 , 就其原因分為 1. 氣象場 , 因為資料是 NCEP 全球模式預報資料提供 , 雖然造成預報幾天前有誤差 , 其預報目前已經比其它模式還準確。針對台灣的預報 , 中央氣象局也許能提供更準確的預報值 , 值得將來參考。2. TAQM 的解析度為 81km*81km, 針對沙塵的傳送已經算是相當不錯 , 但是台灣面積小 , 地形變化大 , 所以需要更高解析度來分辨沙塵濃度 , 此項改進需花費相當多時間 , 但值得日後做為改進目標。3. 乾濕沈降過程 , 計畫進行初期 ,濕沈降過程並未加入 TAQM, 而乾沉降量也不對 , 目前已經改進完成。4. 排放量不對 , 模式初期未能掌握沙塵量 , 目前已經改進完成。以下就 3 月 31 日虛報與4 月 9 日漏報兩個個案討論模式的改進結果。另外 , 由環保署陽明站 PM10 資料看來 ,2 月 9 日似乎也有一波沙塵來襲 , 但 5 個模式均未正確預報到 ; 其可能原因包括 (1) 此沙塵自源區起沙後時間超過 5 天 , 因此模式並未將其納入初始條件中 ,(2)PM10 升高也許是東亞生質燃燒被傳送來台的結果。未來將對此個案進一步探討。6.4.1. 3 月 31 日強降雨個案3 月 31 日原有沙塵 , 但因華南有強降雨過程 , 造成沙塵被洗刷。林能暉教授在陽明山的雲水採樣中也發現大量沙塵成分 , 證實確有雲水或雨水的洗除作用。而 TAQM 先前未及加入雨除機制 , 故而模式中仍有高濃度的沙塵。目前已在 TAQM 沙塵模式中加入降水洗除機制 , 模擬結果如圖 6-2b 所示 , 整個華南地區空氣中沙塵濃度均顯著減少。61

(a) 之前模擬結果 – 模式沙塵到達台灣 , 但實際觀測並沒有沙塵(b) 目前模擬結果 – 模式沙塵未到達台灣 , 與實際觀測符合圖 6-2:3 月 31 個案模擬結果。(a) 原始結果 ;(b) 經過雨除修正 ( 以及其他修正 ) 的最新結果。62

6.4.2. 4 月 9 日低估沙塵濃度個案4 月 9 日低估沙塵濃度是由於之前 TAQM 模式對沙塵起沙機制尚未完全修改完善 , 在修改過程中卻將排放量的數量級輸入錯誤。因此 , 雖然預報沙塵會來臨 , 但整個區域的濃度均偏低。不過 , 由於及早發現數量級的問題 , 因此並未耽誤預警作業 , 事後並立即修正沙塵的排放量。目前 TAQM 已經大致將沙塵的機制建立好 , 因此模擬結果如圖 6-3 所示 , 已經更能符合觀測值。63

(a)之前模擬結果 – 沙塵濃度太低 , 與觀測不符(b) 目前模擬結果 – 沙塵濃度與觀測一致圖 6-3:4 月 9 日個案模擬結果。(a) 原始結果 ;(b) 經過修正的結果。64

7. 總結與未來工作總結本研究研究成果 , 可得以下結論 :• 本研究應用台灣空氣品質模式 (TAQM), 加上起沙機制 , 建立了適用台灣地區的大氣沙塵模式 , 並應用 NAQPM 模式 , 同時對侵台沙塵進行數值預報• 將模式結果 , 配合綜觀天氣分析 , 與上游沙塵觀測資料分析 , 協助環保署對抵台沙塵進行預警工作• 大氣沙塵模式有效掌握 2002 春季沙塵侵台的時間、範圍、持續時間 , 但在濃度預報的準確性上仍須加強• TAQM/ 沙塵模式對抵台沙塵事件的預報成效顯著優於其他沙塵模式• 探討本年度失敗案例的原因 , 已進一步改進 TAQM/ 沙塵模式 , 使其更適用於東亞與台灣地區此外 , 根據模式與其他分析結果 , 對侵台沙塵的起源與傳送可得以下結論 :• 抵台的沙暴多源於內、外蒙古及河套等地的移動性沙源區• 模擬結果顯示高層與低層的沙塵移動方向不同 , 高層多隨西風帶前進 , 近地面的沙塵隨鋒面路徑移動• 模擬結果抵台的沙塵高度多低於 2 km, 但也有高至 6 km 的沙塵通過台灣上空• 抵台沙塵多處於分裂高壓前緣 , 隨鋒面系統南下、過境之後抵達 • 高壓迴流的天氣系統可能使得沙塵在台灣地區滯留較長的時間並造成第二波高峰TAQM 在沙塵預報期間陸續改進了多項機制 , 使沙塵預報能更準確 , 未來TAQM 在模式部分將更努力改進 , 預報小組也將在預報作業上提供更完善與準確的預報 , 使沙塵預報能更能提供環保署準確發布資料的依據。以下為今年 TAQM改進的多項機制與為來努力的目標 :1. TAQM 在沙塵預報期間所進行的改善(a) 2 月 24 日 - 關掉化學 , 只模擬沙塵 , 使模擬更快速 (b) 3 月 18 日 - 預報時間由 3 天 3 小時增為 3 天 16 小時(c) 4 月 8 日 - 修改沙塵程式中相對溼度的錯誤(d) 4 月 16 日 - 將原來只有全部沙塵質量分為 12 個沙塵粒徑的質量(e) 4 月 16 日 - 模式垂直分布由 23 層修改成 24 層(f) 6 月 15 日 - 改進沙塵沈降速度(g) 6 月 17 日 - 加入溼沈降65

(h) 2 月 - 8 月 - 改進排放量大小2. TAQM 未來努力方向(a) 採用 PC cluster 使預報更快速 , 目前所拿到 4 天的預報值 , 計算花費約半天的時間 , 對預報上只算勉強夠用 , 將來希望能運用 PC cluster, 採平行化計算 ,是計算速度更快。(b) 除了沙塵預報並加入化學模擬 , 使沙塵能達到預報外 , 化學污染物也能同時有預報以瞭解一般污染物與黃沙佔 PM10 之比例。(c) 提高空間解析度 , 台灣面積小 , 地形變化大 , 所以希望以更高解析度來分辨沙塵濃度。(d) 陸續改進沙塵模式 , 使其更能符合觀測值。66

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附錄 A:2002 年侵台沙塵個案綜觀天氣與污染物分析A.1、第一與第二波侵台沙塵 (2 月 8 日 ~2 月 9 日、2 月 11~2 月 12 日 )2 月 6、7 日在蒙古、河套地區、黃河、長江流域一帶有明顯的沙塵天氣現象 , 而沙塵 ( 應是生質燃燒的煙塵 ) 也遍及中南半島印度一帶和日本。2 月 8 日沙塵已明顯減弱 , 只在零星地區觀測到沙塵現象 , 惟台灣北部、東部地區在 2 月 8、9 日之 PM10 濃度仍有升高的情況 , 此為今年第一波沙塵暴個案。模式在此並沒有預報到此次沙塵天氣 , 以下就天氣、空氣品質資料與模式預報結果及軌跡分析加以討論 , 並進一步探討沙塵的可能來源。2 月 9、10 日新的沙塵在內蒙和河套地區生成 , 在東北地區和華北地區也有觀測到部分沙塵天氣 , 顯示內蒙和河套地區所生成的沙塵有東移的現象 ; 而 2 月 11、12 日在長江流域一帶和華南地區亦發現部分沙塵天氣現象 , 顯示沙塵有往東南方向移出的現象 , 並影響台灣地區 , 此為今年第二波沙塵暴個案。模式在 2 月 8 日的預報結果即估計此波沙塵在 2 月 11 日影響台灣 , 以下就天氣、空氣品質資料與模式預報結果及軌跡分析加以討論。A.1.1 天氣分析91 年 2 月 5 日至 2 月 12 日沙塵天氣侵襲期間氣象場資料如下 :地面 :2 月 5 日鋒面位於台灣東北方海面向西南伸展至海南島北方 , 向東北方快速移動 ,至 6 日 02 時已移至日本南方海面。大陸高壓位於貝加爾湖西南方 , 目前中心強度約為1032 hPa, 向東南伸展 , 高壓前緣至 2 月 6 日 02 時已伸展至陜西與河南省交界。分裂高壓中心位於四川省與湖南省交界 , 向東移動 ,18Z 已移至長江口。大陸高壓與分裂高壓均快速向東移動。大陸高壓前緣之低壓帶受其影響 , 環流正逐漸發展中 , 惟強度並未增強 ( 圖 A.1.1a)。2 月 6 日原位於台灣東北方海面之鋒面持續向東北方移動 , 且中心環流逐漸發展 ,至 7 日 02 時已移至日本東方洋面。分裂高壓中心位於浙江省東移出海 , 移速已逐漸減慢 , 高壓強度出海後減弱。大陸高壓中心已自貝加爾湖西南方 , 向東南移動至內蒙包頭一帶 , 高壓前緣逐漸與原長江口的分裂高壓環流合併。原大陸高壓前緣低壓環流已發展成低壓鋒面 , 向東移動至東北地區 , 冷鋒向西南伸展經日本海、東海至台灣北部外海 , 並受大陸高壓南下影響 , 鋒面向東快速移動。至 2 月 7 日 02 時第一波冷空氣已移至山西、山東省地區 , 惟強度受主高壓中心仍滯留於外蒙唐努烏拉山 , 冷空氣受內、外蒙地區之低壓阻斷影像 , 強度逐漸減弱 ( 圖 A.1.1b)。2 月 7 日第一波冷空氣伴隨長江口的分裂高壓向東移動 , 但移動速度緩慢 , 至 2 月A-1

8 日 02 時仍位於東海。大陸高壓中心位於外蒙唐努烏拉山 , 中心強度 1044 hPa, 向東緩慢移動 , 至 2 月 8 日 02 時仍在唐努烏拉山南麓。高壓前緣向東南快速伸展至江西與湖南省一帶。原位於內、外蒙的低壓 , 受大陸高壓前緣迅速南伸影響 , 低壓環流向東北地區移動且鋒面走向逐漸偏南北向 , 鋒面尾端受冷空氣快速南下影響 , 未來將脫離主鋒面仍滯留於四川、雲貴一帶。( 圖 A.1.1c)。2 月 8 日第二波冷空氣隨高壓向東南移動 , 至 2 月 8 日 14 時已影響台灣地區 , 長江口以南至華南沿海地區受冷空氣南下影響 , 出現大範圍的降水 , 地面風場已北風為主。大陸高壓已向東南緩慢移至新疆土魯番盆地東北方與外蒙交界處 , 中心已分裂為兩個環流場 , 近似滯留。高壓前緣向東南快速移動出海。原移至東北地區低壓則向東移動 , 且鋒面向西南伸展至台灣東部沿海地區。鋒面尾端仍滯留於廣西、南海一帶( 圖 A.1.1d)。2 月 9 日大陸高壓位於唐努烏拉山一帶 , 中心強度約 1049 hPa, 前緣向東南伸展至山西省。位於庫頁島之低壓 , 正囚錮中。鋒面伸展至琉球南方海域。華中、華北地區目前尚未發展出明顯的天氣系統 ( 圖 A.1.1e)。2 月 10 日位於庫頁島之低壓 , 向東移動。鋒面伸展至日本南方洋面。高壓仍位於唐努烏拉山一帶 , 中心強度減弱至 1045 hPa, 高壓前緣向東南伸展至湖南省 ,2 月 10 日06Z 東北風已移至福建沿海至台灣北部外海 , 其中心強度減弱至 1039 hPa。華中至華南地區仍未形成分裂高壓 ( 圖 A.1.1f)。2 月 11 日高壓仍位於唐努烏拉山一帶 , 中心強度 1040 hPa, 其南下之冷氣團已分裂 , 主中心仍在北緯 40 度以北地區發展。南下之冷空氣在浙江、江西省形成分裂高壓中心 , 向東移動 , 台灣北部地區風向為北北西至北北東風 ;06Z 分裂高壓中心位於長江口 , 台灣北部風場仍未改變。12Z 分裂高壓已東移至東海 , 台灣北部風廠已轉為東北風至東風。另在華北地區新生成低壓。大陸高壓中心仍位於唐努烏拉山一帶 , 中心強度已減弱至 1038 hPa( 圖 A.1.1g)。2 月 12 日分裂高壓中心出海後 , 持續向東南移動 ,00Z 中心位於福建沿海地區 , 台灣地區風場以東北風為主。華北之低壓 , 中心強度為 1019 hPa, 持續發展中。大陸高壓仍在唐努烏拉山一帶發展中。06Z 分裂高壓中心向東北方移動至琉球附近海域 , 台灣地區風場已轉為高壓迴流 , 以東風為主。台灣地區持續受高壓迴流影響 , 風場仍維持為東風 ( 圖 A.1.1h)。850 hPa:2 月 5 日鋒面通過台灣地區 , 分裂高壓線向東南移動 , 至 2 月 6 日 20 時已移出海。自 2 月 6 日 20 時第二波高壓向東南移動 , 至 2 月 7 日 20 時影響台灣地區 , 高壓移動路徑均以北緯 40 度一帶為主。高壓主中心並未往東南伸展 , 僅部份冷空氣移出 , 冷空氣強度受主高壓並未南下 , 強度較弱。華南地區受印度洋的附熱帶高壓環流影響 , 提供A-2

南方潮濕的暖空氣 , 形成廣大地區的溼度場 , 使鋒面系統均以東北向移動出海 ( 圖A.1.2a~d)。2 月 9 日大陸高壓位於準葛爾盆地 , 中心強度 1600 hPa, 高壓脊前緣向東南伸展至陜西省。低壓中心位於庫頁島 , 鋒面向西南伸展至台灣東方海域。印度半島至印度洋一帶之副熱帶高壓向東伸展至中南半島。華南沿海地區環流均屬西南氣流 , 溼度非常高 ( 圖 A.1.2e)。2 月 10 日原先位於準葛爾盆地之大陸高壓 , 高壓強度迅速減弱 , 高壓前緣向東南伸展至湖南省 , 台灣北部出現西北風。位於印度半島至印度洋一帶之副熱帶高壓前緣仍向東伸展至中南半島。位於庫頁島之低壓 , 除繼續加深並分裂成東西兩個中心 ; 位於西方之低壓中心 , 其鋒面並未明顯的向東移動 , 仍滯留於本省東方洋面上 ( 圖A.1.2f)。2 月 11 日庫頁島之低壓 , 位於其東方分裂之中心 , 向東持續移動。位於西方之低壓中心 , 其鋒面已開始明顯的向東移動 , 移至日本南方洋面上。但中心仍滯留於庫頁島 , 可明顯的分析出南北系統移速不一致。高壓脊現前緣已伸進台灣南部 , 其中心仍位於長江口附近 ,2 月 11 日 12Z 移至福建沿海至東海 , 台灣地區為分裂高壓環流所籠罩 ; 分裂高壓持續向東南移動 , 高壓迴流開始影響台灣地區天氣系統 ( 圖 A.1.2g)。2 月 12 日位於庫頁島之低壓 , 其中心持續分裂並向東移動 , 鋒面仍在日本東方洋面向東移動。大陸高壓位於新疆至外蒙東部 , 高壓強度因前波冷空氣南下 , 目前高壓環流正發展中。副熱帶高壓勢力正加強中 ( 圖 A.1.2h)。700 hPa:2 月 5 日槽線通過台灣地區 , 雲雨帶迅速移出。高壓脊線位於北緯 40 度以北 , 向東南移動。自 2 月 7 日 08 時第二波高壓脊線向東南移至安徽、江蘇省 , 至 2 月 7 日 20 時東移出海影響台灣地區。高壓主中心並未往東南移出 , 僅部份冷空氣移出 ; 因主高壓並未南下 , 冷空氣強度較弱。華南地區受印度洋的副熱帶高壓環流影響 , 提供南方潮濕的暖空氣 , 形成廣大地區的溼度場 , 使槽線系統均以東北向移動出海 ( 圖A.1.3a~d)。2 月 9 日高壓脊位於巴爾喀什湖東北方 , 高壓脊線向東移至東經 80 度。西北風以南下至陜西省。另一短槽位於四川 , 台灣地區位於脊線。太平洋副熱帶高壓脊線位於北緯 20 度以南 , 強度較強。低壓位於蘇聯東方沿海地區 , 槽線向南伸展至日本本州南方海域 ( 圖 A.1.3e)。2 月 10 日高壓脊自巴爾喀什湖東北方向東移至東經 90 度 , 西北風已到達浙江省沿海區域。低壓位於庫頁島 , 槽線向南伸展至黃海海域。台灣地區出現之西北風 , 應屬印度半島之副熱帶高壓外圍輻散氣流 ( 圖 A.1.3f)。2 月 11 日高壓脊持續向東移至東經 90 - 100 度 , 西北風已到達福建省沿海區域至台A-3

灣地區。低壓位於庫頁島 , 中心近似滯留 , 槽線向南伸展至日本南方海域。太平洋副熱帶高壓脊線仍在北緯 20 度以南活動 ( 圖 A.1.3g)。2 月 12 日高壓脊位於東經 100 度 , 西北風已到達南海海域至台灣地區。位於庫頁島之低壓 , 中心近似滯留 , 槽線向南伸展至日本東方海域。太平洋副熱帶高壓脊線已逐漸東退至東經 140 度以東之海域 ( 圖 A.1.3h)。500 hPa:2 月 5 日槽線再北緯 30 度以北通過台灣地區。高壓脊線位於北緯 40 度以北 , 向東南移動。自 2 月 7 日 08 時第二波高壓脊線向東南移動 , 高壓前緣之槽線在 6 日 20 時東移出海影響台灣地區。高壓主中心並未往東南移出 , 僅部份冷空氣移出 , 因主高壓並未南下 , 冷空氣強度較弱 , 且華南地區的鋒場仍以西風為主。華南地區受副熱帶高壓環流影響 , 提供南方潮濕的暖空氣 , 形成廣大地區的溼度場 , 使槽線系統均以東北向移動出海 ( 圖 A.1.4a~d)。2 月 9 日高壓脊位於巴爾喀什湖北方 , 高壓脊線向東南伸展至內蒙西部。低壓中心位於蘇聯東方沿海地區 , 槽線向南伸展至琉球南方海域。太平洋副熱帶高壓脊線已向西伸展至中南半島 ( 圖 A.1.4e)。2 月 10 日高壓脊自巴爾喀什湖北方向東移動 , 脊線向東南伸展至華北地區。高壓脊導引之西北風偏北緯 30 度以北。低壓中心自蘇聯東方沿海地區東移至庫頁島 , 槽線向南伸展至琉球南方海域。太平洋副熱帶高壓脊線西伸展至中南半島 ( 圖 A.1.4f)。2 月 11 日低壓中心仍滯留於庫頁島附近海域 , 槽線向南伸展至琉球南方海域。高壓脊線已向東移動至東經 110 至 120 度之間 ; 東南沿海地區至台灣地區 , 風向已偏西北風。太平洋副熱帶高壓脊線西伸展至中南半島 ( 圖 A.1.4g)。2 月 12 日槽線自巴爾喀什湖向南伸展至印度半島 , 高壓脊線位於東經 90 度 , 西北風向東南伸展至台灣地區 , 西北風風速達 40~60 浬 / 時。太平洋副熱帶高壓脊線位於北緯 20 度以南 ( 圖 A.1.4h)。A.1.2. TAQM 模式模擬在這次個案中 ,TAQM 模式並沒有預報到 2 月 8 日至 2 月 9 日的沙塵侵台事件。而由 TAQM 模式 2 月 11 日的預報圖 ( 圖 A.1.5) 可見 , 台灣地區 2 月 11 日會受沙塵天氣影響 , 比對環保署測站 PM10 濃度小時平均值可發現 , 模式有低估的情形。由表 2.1 中可看出 TAQM 模式在 2 月 8 日就已預測到沙塵可能影響台灣地區 , 預報沙塵源區在內蒙和河套地區 ( 和觀測資料吻合 ), 惟影響台灣地區沙塵濃度有低估情形且預測之侵台時間提早了 10 小時。另外 , 上列表格亦顯示模式訂定的初始時間離沙暴實際發生時間越接近 , 預報所得的侵台時間結果亦較準確 , 惟濃度還是有低估的現象。A.1.3. 觀測資料之分析A-4

環保署觀測資料在 91 年 2 月 3 日 ~2 月 14 期間 , 由環保署的觀測資料顯示 ( 如圖 A.1.6), 北部地區測站 PM10 濃度在 91 年 2 月 9 日上午與 2 月 11 日晚間 , 分別出現兩個明顯的高峰值。由 91 年 2 月 3 日 ~2 月 14 日 PM10 濃度的逐時分佈圖 , 北部地區測站 PM10 濃度第一個高峰值 ( 第一波 ) 出現在 2 月 9 日 , 於 9 日 0 時開始有顯著上升 , 到 2 月 9 日上午有最高值發生 , 分別為萬里站〔8 時 199.5 µg/m 3 〕、陽明站〔9 時 134.1 µg/m 3 〕、馬祖站〔9 時 116.0 µg/m 3 〕。第二個高峰值 ( 第二波 ) 發生在 2 月 11 日晚間 , 分別為萬里站〔21 時 315.1 µg/m 3 〕、陽明站〔21 時 232.1 µg/m 3 〕、馬祖站〔17 時 203.4µg/m 3 〕。另外 , 東部地區測站 PM10 濃度在 91 年 2 月 9 日晚間、91 年 2 月 11 日晚間亦分別出現兩個明顯的高峰值。由 91 年 2 月 3 日 ~2 月 14 日 PM10 濃度的逐時分佈圖 , 東部地區測站污染物 PM10 濃度第一個高峰值發生在 2 月 9 日 , 花蓮測站由 9 日凌晨時段開始逐漸增加 , 於 13 時發生第一個高峰值 , 濃度為 169.6 µg/m 3 , 於 18 時發生相對高峰 , 濃度為 159.4 µg/m 3 。另一東部測站台東站第一個高峰值發生在 9 日 20 時 ,濃度為 157.3 µg/m 3 , 宜蘭站第一高峰發生在 9 日 14 時 , 濃度為 135.1 µg/m 3 。第二個高峰值發生在 2 月 11 日晚間 , 分別為花蓮站〔19 時 118.5 µg/m 3 〕、台東站〔20 時93.1 µg/m 3 〕、宜蘭站〔18 時 227.6 µg/m 3 〕。北部測站所量測到的第二波 PM10 濃度比第一波來得高為值得探討的原因。中部測站 ( 斗六 ) 與南部測站 ( 橋頭、恆春 )PM10濃度的變化則不明顯。而在一般污染物方面 , 接近都市或重工業地區的臭氧因光化反應產生與夜間滴定效應而消滅 , 有顯著日夜變化 , 每日大約在中午時候可見一高峰 , 清晨日出前有最低值。但於此次沙暴襲台時 , 萬里、陽明、馬祖觀測資料顯示 , 臭氧濃度居高不下 , 此為沙暴侵襲之主要特徵之一。此三個測站的臭氧濃度均有顯示此特性 , 濃度大約在 60ppb 上下 , 且持續時間高達三天。SO 2 的濃度於此兩波沙暴襲台時 , 於萬里、陽明、馬祖、宜蘭、花蓮、台東站可發現濃度亦有些微上升 , 其餘時間濃度均不高 , 台東測站於 2 月 10 日一整天持續低於 5 ppb。惟第一波侵台時間 (2 月 9 日 ) 之 SO 2 與 CO 濃度較第二波 (2 月 11 日 ) 為高 , 值得探討其原因。此外 ,NOx 的濃度明顯降低許多 , 部分測站的觀測值低於 10 ppb 以下 , 此現象在萬里、陽明、馬祖三個北部測站表現最為顯著 , 此現象可能與鋒面過境風速增強 , 一併將本地一般污染物吹散有關 , 此現象亦可由風速大小看出。東部測站的表現皆不明顯 , 可能與本地的污染排放有關。又 CO在此個案的表現不似其他個案 , 北部測站的 CO 濃度多在 0.2〜0.8 ppm 之間 , 而東部測站濃度更高 , 高低峰起伏也較明顯 , 花蓮站更有量測到有 1.7 ppm 之高值 , 此現象亦不排除跟本地的污染物排放有關 , 如圖 A.1.7。A-5

其他觀測資料圖 A.1.8a〜圖 A.1.8h 分別為 2 月 5 日至 2 月 12 日之沙塵天氣報告圖。2 月 5 日觀測顯示在內蒙古以林塔沙拉沙漠附近沙塵天氣現象較不明顯 , 反倒河北、遼寧省於 09Z有激烈的風暴現象 , 惟範圍較小。另外 , 由觀測資料亦可見華中地區、部分長江流域一帶有沙塵分佈現象 , 可推知此為受上游影響。2 月 6 日大範圍風揚沙塵現象於蒙古北方、內蒙巴丹札藍沙漠、庫布齊沙漠以及黃河流域兩岸、長江流域地區一帶皆有此現象。此外 , 沙塵 ( 應是生質燃燒的煙塵 ) 於 06Z 遍及中南半島印度一帶 , 而日本亦於15Z 觀測有大量沙塵 , 配合上述沙塵分佈並佐以時間序列分析 , 沙塵似乎有向東傳送的趨勢 , 惟沙塵量的分佈難以證明確實為傳送作用的影響。2 月 7 日觀測資料還是有大範圍沙塵現象 , 分佈在大陸東北、內蒙區、黃河流域兩岸以及華中地區 , 且韓國於06Z 亦有風揚沙塵現象 , 並由沙塵分佈之時間序列來分析 , 沙塵確有整體往外擴散的趨勢 , 且向東傳送明顯。2 月 8 日沙塵已明顯減弱 , 只在 00Z、03Z 於零星地區觀測到沙塵現象 , 其他地區皆無 , 且接下來的時刻亦無觀測到明顯的沙塵天氣。2 月 9 日觀測顯示在蒙古南方戈壁沙漠區、大陸內蒙古以林塔拉沙漠、庫布齊沙漠、毛烏素沙漠 ,黃土高原一帶 , 東北地區以及朝鮮皆有大範圍風成沙暴現象 , 且由時間序列的分佈上來看 , 沙塵有向東、東南傳送的趨勢。鄰近本省的福建省 , 亦可觀測到部分沙塵現象。2 月 10 日 , 沙塵觀測較前一日整體上較少 , 在朝鮮一帶觀測到有風吹揚起沙塵的現象 ; 在內蒙古沙塵源地庫布齊沙漠及蒙古東南方戈壁沙漠區亦有大範圍遍佈的沙塵區。2 月 11 日 , 東北、華中、蒙古地區、黃河流域兩岸 , 以及朝鮮地區 , 並以時間序列上來分析 , 沙塵有向東南方傳送的趨勢 , 位於大陸東北方的沙塵傳送至朝鮮 , 而位於華中地區的沙塵傳送至下游華南、東南沿岸 , 惟下游沙塵如福建有漸減的情形 , 到了 12 日只在浙江可以觀測到少部分遍及沙塵的蹤影 , 顯示沙塵對本省影響其勢力亦漸為減弱。圖 A.1.9a〜h 分別為 2 月 5 日至 2 月 12 日之大陸地區都市空氣品質資料。2 月 5 日觀測資料顯示新疆準噶爾盆地附近 , 內蒙古毛烏素沙漠有沙塵現象 , 其 TSP 最高且大於 200 µg/m 3 。東北地區、黃土高原一帶次之 , 約在 150~200µg/m 3 左右。另外 , 大陸東南沿岸皆觀測到有小範圍沙塵分佈 ,TSP 多介於 50〜100 µg/m 3 之間。2 月 6 日沙塵主要集中在沿岸地區 , 前一日在新疆觀測到的沙塵現象已消失 , 內蒙古毛烏素沙塵減弱。此外 , 沿岸省分遼寧、河北、山東、江蘇觀測顯示有較高的 TSP 值 , 配合前一日的沙塵分佈 , 顯示沙塵確有向東傳送的現象發生。而鄰近本省之浙江、福建兩省沙塵濃度均不高。2 月 7 日華中、華北地區一帶沙塵明顯減少 , 惟江蘇省沙塵濃度仍高 ,TSP 達 200。而東南沿岸浙江、福建、廣東省一帶 , 有沙塵增加的現象 , 配合前一日的沙塵分佈 , 顯示東南沿岸增加的沙塵可能由華中地區向東南輸送過來。2 月 8 日內蒙古毛烏素沙漠附近有大範圍且高濃度的沙塵現象 , 其 TSP 指數超過 200 µg/m 3 。華北地區亦有沙塵現象出現 , 而華中地區、東南沿岸沙塵明顯減少 , 此與沙塵天氣報告所顯示A-6

的 , 在當天幾乎沒有觀測到沙塵現象有頗大的差異。2 月 8 日觀測資料顯示內蒙古毛烏素沙漠附近有沙塵現象 , 其 TSP 指數高達 200 µg/m 3 。其他東北地區、黃土高原一帶以及東南沿岸皆觀測到有小範圍的沙塵分佈。9 日內蒙區、華北、東北地區所觀測之沙塵有明顯減少 , 東南沿岸有些微增加 , 華南地區增加最為明顯 , 其 TSP 指數亦到達 150µg/m 3 。10 日在新疆準噶爾盆地發現新生沙塵 , 原 9 日在甘肅、東北、華北地區的沙塵減少 , 惟黃土高原與華南地區以及東南沿岸 , 沙塵皆有增加的現象 , 顯示沙塵從前一日開始 , 有向東及東南方傳送的趨勢 , 靠近台灣的浙江、福建其 TSP 指數亦有達到100 µg/m 3 。11 日原來位於新疆準噶爾盆地的新生沙塵區範圍已擴大 , 其 TSP 指數大於200 µg/m 3 之多。另外 , 華中地區江蘇、安徽一帶沙塵亦有第二明顯的增加。而甘肅、長江流域附近沙塵觀測亦為增加 , 惟東南沿岸則為減少。12 日內蒙區呼和浩特附近以及長江流域一帶江蘇、安徽、河南、湖南、湖北沙塵觀測均有顯著增加 , 其 TSP 指數高出 200, 為增加第一大宗。大陸東南沿岸也有增加 , 惟增加的量沒有前述地區來得多。圖 A.1.10a~h 分別為 2 月 5 日至 2 月 12 日之沙塵觀測衛星資料 ,2 月 5 日觀測資料顯示在大陸東北、華北、華中、內蒙、甘肅、青海皆有沙塵產生 , 且江蘇、浙江有較高濃度的沙塵出現 , 惟範圍較小。另外 , 山東外海黃海亦有高濃度沙塵現象 , 且達最高沙塵濃度指標 ( 紫色 )。2 月 6 日 , 整體來看 , 沙塵濃度較前一日減少 , 華中地區沙塵已消失 , 原位於山東外海沙塵濃度減弱並可明顯看出其往東傳送到達韓國。此外 ,浙江外海亦發現小範圍沙塵現象 , 配合前一日的分析 , 顯示上游往南傳送效應明確。2月 7 日整體沙塵更加減少 , 內蒙、東北地區一帶沙塵消失 , 只剩少部分華中地區可觀測出低濃度沙塵分佈。上海外海有一狹長高濃度的沙塵 , 為華中地區沙塵向東傳送而來。2 月 8 日觀測資料顯示華北、甘肅、青海有沙塵現象發生 , 惟濃度不高 ; 此外 , 華中地區亦有小範圍的沙塵現象。2 月 8 日觀測資料顯示在大陸華北地區、內蒙古首都呼和浩特附近有大範圍的沙塵分佈 , 而在江蘇、安徽一帶亦發現有沙塵現象。到了 9日 , 上述於 8 日觀測到有沙塵天氣的地區都不再出現 , 反而是在黃海以及南韓、日本兩地看到有零星的沙塵分佈 , 顯示沙塵有向東方傳送的趨勢。10 日華北地區、黃河、長江流域一帶發現有沙塵蹤跡 , 到了 11 日 , 觀測資料顯示於台灣上方有高濃度的沙塵 , 且到達最高等級的範圍 ( 紫色 )。顯示沙塵往東南方向傳送 , 可能影響台灣。此現象可由環保署的觀測資料看出 , 在萬里、陽明、馬祖、宜蘭所量測到的 11 日第二波的 PM10 濃度皆較第一波來得高 , 且數值均超過 200 µg/m 3 , 萬里站更量測到有大約320 µg/m 3 之多。12 日台灣地區已漸漸脫離沙塵範圍。A.1.4. TAQM 模式和觀測值比對在第二波沙塵事件中 , 各測站觀測值與 TAQM 模式比對 , 模式初始時間訂為 2 月 9日 08 時 , 可發現萬里站於初始時模擬之 PM10 濃度即往上升高 , 於 2 月 11 日 18 時有A-7

一高峰值 , 為 180.7 µg/m 3 。與觀測值比對 , 模式顯然有低估的現象。花蓮站於 2 月 11日 21 時出現高峰點 , 其值為 113.0 µg/m 3 , 此模擬的時間與數值皆有相當良好的吻合。馬祖站亦呈現單峰狀分佈 , 最高峰出現在 2 月 11 日 10 時 , 其值為 116.9 µg/m 3 , 而觀測資料顯示高值出現時間在 2 月 11 日 16 時 , 濃度為 207 µg/m 3 ; 顯示模式所預估沙塵侵台時間偏早 , 而濃度亦偏低。三義站模式模擬的曲線與其他站不同 , 呈現雙尖峰狀分佈 , 其預測的時間點與濃度值均和觀測值相近 , 惟模式預報第一波有高估且延遲的現象 , 第二波亦有高估但時間提早。橋頭站模式預估的時間發生在 2 月 12 日早晨 , 但此時並無顯著觀測到沙塵天氣 , 此結果可能與南部地區受沙暴影響不明顯有關。整體來說 , 模式預報此次沙塵有時間提早且濃度低估的現象。此個案期間內 TAQM 模式只有在三義站預報到兩波的沙塵 , 其他測站只有預報到有第二波沙塵 , 可能與模式初始時間設定過晚有關 , 如圖 A.1.11。A.1.5. 空氣塊軌跡分析以台北〔25.00N 121.35E〕、花蓮〔23.58N 121.35E〕兩點作空氣塊軌跡分析 , 起始時間採用觀測到沙暴侵台時間 , 為 2 月 9 日 00 時 , 軌跡路徑為回溯式 , 總運作時間為五天 120 小時。在軌跡分析中 , 若考慮粒子終端速度 , 則沙塵粒子循著空氣塊軌跡抵台時 , 勢必比實際空氣塊位置來的低。一般而言 , 粒子由源區傳送到台灣地區約需 5天之久 ; 而觀測到的沙塵質量的粒徑分佈約以 3〜4 µm 為分佈中心 , 如此大小的粒子終端速度約為 0.06 cm/s, 傳送 5 天後的沉降距離約為 300 m。而最大的 PM10 粒子 ( 即直徑 10 µm), 傳送五天垂直高度會下降 1500 公尺。所以 , 欲分析傳送至台灣近地面的沙塵的來源 , 必須配合較高層的空氣塊軌跡分析 , 才能合理解釋沙塵源區。因此反向軌跡分析的初始點選取地面高度 100、1000、2000 公尺三層。而垂直運動選用模式垂直速度法〈以下簡稱垂直速度法〉與等熵法兩種方式 , 進而比較兩者差異。A.1.5.1. 初始時間 2/9 00UTC垂直速度法台北 :100 公尺空氣塊軌跡於五天前 2 月 4 日 00 時於山東 ( 離地 1500 公尺 ) 行經黃海、東海到達台灣北部 , 無經過高污染排放區。1000 公尺 2 月 4 日 00 時始於大陸江蘇、浙江 , 轉彎再繞行安徽 , 經過上海、東海到達台灣北部上空 , 且空氣塊軌跡在垂直方向移動不大。2000 公尺 2 月 4 日 00 時從浙江省東方海域開始往南移動 , 行經台灣海峽 , 轉彎繞行華南地區 , 再行經福建抵達本省 , 如圖 A.1.12a。花蓮 :1000、2000 公尺空氣塊軌跡與台北不同 ,5 天前主要從中南半島向東移動到達台灣東部。100 公尺卻是從山東省垂直高度大約 1500 公尺處往南移行 , 經過黃海、東海抵達本省東部。明顯看出高低層空氣塊的移動軌跡並不相同 , 主導其移行的應為A-8

不同系統 , 如圖 A.1.12b。等熵法台北 :2000 公尺空氣塊於 2 月 4 日 00 時從越南 ( 離地 1500 公尺 ) 開始 , 轉彎行經廣西 ( 離地 100 公尺 ) 廣東、江西、福建等地抵達台灣北部上空 , 並無經過沙塵源區。1000 公尺空氣塊移動軌跡似 2000 公尺 , 惟行經 2 月 5 日 00 時〜2 月 6 日 00 時 ,其垂直高度落在 100 公尺 , 爾後慢慢上升至 2000 公尺高空 (2 月 17 日 18 時 ), 再下降回 1000 公尺高。100 公尺處值得注意空氣塊軌跡經過上海高污染區 , 可能將一般污染物傳送過來。故於台北測站所量測之兩波高濃度 PM10 是否真為沙塵現象 , 還是夾雜大量其他污染物傳送來台尚須更進一步求證 , 如圖 A.1.13a。花蓮 :100、1000、2000 公尺 5 天前空氣塊均由南海出發 , 繞行大陸東南沿岸 , 到達台灣東部 , 以此法分析空氣塊軌跡並無經過沙塵源區 , 惟台灣東部地區亦觀測到有PM10 濃度高起的現象 , 可能原因為 PM10 不只包括沙塵 , 一般的粒狀污染物均包含在內 , 故到底量測到的是否為沙子還需更進一步驗證 , 如圖 A.1.13b。A.1.5.2. 初始時間 2/11 12UTC垂直速度法台北 :100 公尺高的空氣塊軌跡於 5 天前於俄羅斯上空約 1500 公尺處垂直方向向下 , 水平方向往東南方移動行經黃海 , 繞行上海、東海到達台灣北部 , 是否可能一併將上海的一般污染物傳送過來 , 需要較小尺度的模擬才可分析。1000、2000 公尺高的空氣塊軌跡行駛路徑大致相仿 , 惟 2000 公尺後推 5 天其軌跡於較遠處較高 ( 約 7500公尺 ) 發跡 , 均繞行沙塵源區長驅直下到達台灣北部 , 可能攜帶沙塵來台。若考慮粒子的終端速度 , 沙塵循著空氣塊軌跡抵台時 , 勢必比實際空氣塊位置來的低 ; 例如 ,直徑 10 µm 與 5 µm 的粒子 , 終端速度各約為 0.03 cm/s 與 0.1 cm/s, 傳送五天後垂直高度各會下降 1500 公尺與 500 公尺 , 故必須配合較高層的空氣塊軌跡分析來解釋於地面測站觀測到 PM10 濃度升高的來源 , 如圖 A.1.14a。花蓮 :100 公尺高的空氣塊軌跡於 5 天前由貝加爾湖上空約 3000 公尺高沈降而來 ,中途行經蒙古、大陸東北、上海、黃海、東海等地。1000 公尺高的空氣塊軌跡 5 天前源於俄羅斯西方 , 於 2/9 06 時行經毛烏素沙漠 , 水平方向再沿東南方向到達台灣東部。2000 公尺空氣塊軌跡於 5 天前從尼泊爾發跡 , 行經西藏、四川、華南地區 , 無經過沙塵源區以及高污染區 , 如圖 A.1.14b。等熵法台北 : 100、1000、2000 公尺三層空氣塊水平移動軌跡型態一致 , 均行經內蒙、河套等沙源區 ,100、1000 公尺兩層皆經過上海高污染區 , 是否此個案不僅帶來沙塵 , 亦A-9

帶來一般污染物 , 造成北部地區測站 ( 萬里、陽明、馬祖 ; 圖 A.29) 觀測到第二波的PM10 濃度皆較第一波為高 , 實際原因尚須進一步查證。2000 公尺高的空氣塊垂直軌跡於 2 月 7 日 12 時於 1500 公尺處慢慢往下移動 , 至 2/8 18 時到達 100 公尺處 , 此時剛好行經沙塵源區 ( 內蒙 ), 之後軌跡再度往上移動至高層 , 顯示有大尺度對流現象將沙塵揚起至高處 , 再輸送至下游影響台灣 , 如圖 A.1.15a。花蓮 :100 公尺空氣塊軌跡於 5 天前在俄羅斯南方上空 , 往東南方移行 , 至 2 月 8日 00 時 , 垂直軌跡無大移動 , 途中亦行經上海繞行黃海、東海到達台灣北部。1000 公尺空氣塊軌跡於 5 天前從哈薩克往東南方移行 , 垂直軌跡為向下 , 於 2 月 8 日 18 時經內蒙沙塵區 , 並於此時刻軌跡轉為向上移行 ,27 小時之後 (2 月 10 日 00 時 ) 再往下移到達台灣東部上空 1000 公尺處。2000 公尺空氣塊軌跡 5 天前為於印度大約 4500 高空處 , 行經西藏、四川、長江流域一帶抵達台灣 , 其軌跡與垂直速度法計算所得軌跡相似 , 差異不大 , 如圖 A.1.15b。A.1.6. 小結沙塵侵台期間 ,NO x 與 SO 2 的濃度明顯降低許多 , 部分測站的 NO x 觀測值低於 10ppb 以下 , 此現象在萬里、陽明、馬祖三個北部測站表現最為顯著 , 此現象可能與鋒面過境風速增強 , 一併將本地一般污染物吹散有關。此外 , 北部地區測站 ( 萬里、陽明、馬祖 ) 觀測到第二波的 PM10 濃度皆較第一波為高 , 並由等熵法於 2 月 11 日 12 時的軌跡分析可推論此 PM10 高的主因可能為空氣塊繞行軌跡路線不僅可將沙塵攜帶 ,亦帶來大陸上海地區的一般污染物。TAQM 模式在 2 月 8 日就已預測到沙塵可能影響台灣地區 , 預報沙塵源區在內蒙和河套地區 ( 和觀測資料吻合 ), 惟影響台灣地區沙塵天氣濃度有低估情形且預測之侵台時間提早了 10 小時。TAQM 模式於 2 月 8 日即預報到 11 日會有沙塵侵台 , 往後三天亦有預報出 11 日之侵台沙塵 , 且時間點越接近實際發生時間。顯示模式訂定的初始時間離沙暴實際發生時間越接近 , 預報所得的侵台時間結果亦較準確 , 惟於此個案濃度還是有低估的現象。綜合軌跡分析 ( 初始時間 2 月 9 日 00 時 ) 垂直速度法與等熵法 , 台灣東部與北部空氣塊來源不同 , 且均無經過沙塵源地 , 且以軌跡分析兩種方法顯示到達台北空氣塊軌跡皆有繞行上海高污染區的行徑。另外 , 於此個案期間內 , 環保署觀測資料顯示台灣北部及東部地區前後有兩波高濃度的 PM10, 而此高濃度 PM10 數值 , 是否就代表沙塵侵台 , 抑或是挾帶大量其他污染物來台 , 尚須進一步求證。A-10

表 A.1:TAQM 模式預報沙塵侵台時間與範圍表格EPA侵台時間結束時間侵台範圍最高濃度11 日 12L 12 日 12L 北部和東部北部 :320東部 :120預報日期模式侵台時間結束時間侵台範圍最高濃度備註2/8 TAQM 11 日 02L 12 日 12L 全台 150沙塵生成源區 :內蒙、河套2/9 TAQM 11 日 10L 12 日 23L 全台 1502/10 TAQM 11 日 12L 13 日 09L 全台 1002/11 TAQM 11 日 12L 12 日 13L 全台 50A-11

(a) (b)(c) (d)(e) (f)A-12

(g) (h)圖 A.1.1: 日本地面天氣圖。(a)~(h) 依序分別為 2 月 5 日 00Z〜2 月 12 日 00Z 的地面天氣圖。(a) (b)(c) (d)A-13

(e) (f)(g) (h)圖 A.1.2: 日本高空 850 hPa 天氣圖。(a)~(h) 依序分別為 2 月 5 日 00Z〜2 月 12 日 00Z高空 850 hPa 天氣圖。(a) (b)A-14

(c) (d)(e) (f)(g) (h)圖 A.1.3: 日本高空 700 hPa 天氣圖。(a)~(h) 依序分別為 2 月 5 日 00Z〜2 月 12 日 00Z高空 700 hPa 天氣圖。A-15

(a) (b)(c) (d)(e) (f)A-16

(g) (h)圖 A.1.4: 日本高空 500 hPa 天氣圖。(a)~(h) 依序分別為 2 月 5 日 00Z〜2 月 12 日 00Z高空 500 hPa 天氣圖。(a) (b)圖 A.1.5: 依序為 TAQM(a)、CFORS(b) 模式 2 月 11 日模式預報圖。濃度 (ug/m^3)萬里、陽明、馬祖站 91萬里陽明馬祖濃度 (ug/m^3)三義、斗六站 91 年 2 月 3 日〜2 月 14 日 PM10 濃度逐時三義斗六320200280180240160200140120160100120808040604020(a)002 月 03 日 00 時12 時02 月 04 日 00 時12 時02 月 05 日 00 時12 時02 月 06 日 00 時12 時02 月 07 日 00 時12 時02 月 08 日 00 時12 時02 月 09 日 00 時12 時02 月 10 日 00 時12 時02 月 11 日 00 時12 時02 月 12 日 00 時12 時02 月 13 日 00 時12 時02 月 14 日 00 時12 時時間(b)002 月 03 日 00 時12 時02 月 04 日 00 時12 時02 月 05 日 00 時12 時02 月 06 日 00 時12 時02 月 07 日 00 時12 時02 月 08 日 00 時12 時02 月 09 日 00 時12 時02 月 10 日 00 時12 時02 月 11 日 00 時12 時02 月 12 日 00 時12 時02 月 13 日 00 時12 時02 月 14 日 00 時12 時時間A-17

濃度 (ug/m^3)橋頭、恆春站 91 年 2 月 3 日〜2 月 14 日 PM10 濃度逐時橋頭恆春濃度 (ug/m^3)宜蘭、花蓮、台東站 91花蓮台東宜蘭2002501801602001401201501008010060405020002 月 03 日 00 時12 時02 月 04 日 00 時12 時02 月 05 日 00 時12 時02 月 06 日 00 時12 時02 月 07 日 00 時12 時02 月 08 日 00 時12 時02 月 09 日 00 時12 時02 月 10 日 00 時12 時02 月 11 日 00 時12 時02 月 12 日 00 時12 時02 月 13 日 00 時12 時02 月 14 日 00 時12 時時間時間(c)(d)圖 A.1.6: 環保署北部 (a)、中部 (b)、南部 (c)、東部 (d)2 月 3 日 ~2 月 14 日 PM10 濃度逐時觀測資料。002 月 03 日 00 時12 時02 月 04 日 00 時12 時02 月 05 日 00 時12 時02 月 06 日 00 時12 時02 月 07 日 00 時12 時02 月 08 日 00 時12 時02 月 09 日 00 時12 時02 月 10 日 00 時12 時02 月 11 日 00 時12 時02 月 12 日 00 時12 時02 月 13 日 00 時12 時02 月 14 日 00 時12 時(a) (b)(c) (d)A-18

(e) (f)圖 A.1.7: 依序為萬里 (a)、陽明 (b)、馬祖 (c)、宜蘭 (d)、花蓮 (e)、台東 (f) 站 2 月 8 日 ~2月 12 日各污染物逐時濃度變化圖 ( 包含風速風向、氣溫、降雨量 )。(a)(b)(c) (d)A-19

(e) (f)(g) (h)圖 A.1.8:Dust storm in weather report((a)~(h) 依序分別為 2 月 5 日〜2 月 12 日 Duststorm in weather report)。(a) (b)A-20

(c) (d)(e) (f)(g) (h)圖 A.1.9:Chinese Urban Air Quality Data((a)~(h) 依序分別為 2 月 5 日〜2 月 12 日Chinese Urban Air Quality Data)。A-21

(a) (b)(c) (d)(e) (f)A-22

(g) (h)圖 A.1.10: 沙塵觀測衛星資料 ((a)~(h) 依序分別為 2 月 5 日〜2 月 12 日沙塵觀測衛星資料 )。PM10 濃度 (ug/m3) 萬里、陽明站觀測值和 TAQM 模式比對萬里陽明 c 萬里 020935030025020015010050PM10 濃度 (ug/m3) 三義站觀測值和 TAQM 模式比對三義 c 三義 02092001801601401201008060402000(a)02 月 03 日 00 時12 時02 月 04 日 00 時12 時02 月 05 日 00 時12 時02 月 06 日 00 時12 時02 月 07 日 00 時12 時02 月 08 日 00 時12 時02 月 09 日 00 時12 時02 月 10 日 00 時12 時02 月 11 日 00 時12 時02 月 12 日 00 時12 時02 月 13 日 00 時12 時02 月 14 日 00 時12 時時間(b)02 月 03 日 00 時12 時02 月 04 日 00 時12 時02 月 05 日 00 時12 時02 月 06 日 00 時12 時02 月 07 日 00 時12 時02 月 08 日 00 時12 時02 月 09 日 00 時12 時02 月 10 日 00 時12 時02 月 11 日 00 時時間12 時02 月 12 日 00 時12 時02 月 13 日 00 時12 時02 月 14 日 00 時12 時PM10 濃度 (ug/m3) 橋頭、恆春站觀測值和 TAQM 模式比對橋頭恆春 c 橋頭 020920018016014012010080PM10 濃度 (ug/m3) 花蓮站觀測值和 TAQM 模式比對花蓮 c 花蓮 020918016014012010080604020002 月 03 日 00 時12 時02 月 04 日 00 時12 時02 月 05 日 00 時12 時02 月 06 日 00 時12 時02 月 07 日 00 時12 時02 月 08 日 00 時12 時02 月 09 日 00 時12 時02 月 10 日 00 時12 時02 月 11 日 00 時12 時02 月 12 日 00 時12 時02 月 13 日 00 時12 時02 月 14 日 00 時12 時時間時間(c(d)圖 A.1.11: 依序為萬里、陽明 (a)、三義 (b)、橋頭、恆春 (c)、花蓮 (d) 站 TAQM 模式 2604020002 月 03 日 00 時12 時02 月 04 日 00 時12 時02 月 05 日 00 時12 時02 月 06 日 00 時12 時02 月 07 日 00 時12 時02 月 08 日 00 時12 時02 月 09 日 00 時12 時02 月 10 日 00 時12 時02 月 11 日 00 時12 時02 月 12 日 00 時12 時02 月 13 日 00 時12 時02 月 14 日 00 時12 時A-23

月 9 日模式模擬結果與觀測值比對。(a) (b)圖 A.1.12: 分別為台北 (a)、花蓮 (b) 垂直速度法計算空氣塊軌跡分析圖 ( 初始時間 2 月9 日 00UTC)。(a) (b)圖 A.1.13: 分別為台北 (a)、花蓮 (b) 等熵法計算空氣塊軌跡分析圖 ( 初始時間 2 月 9 日00UTC)。A-24

(a) (b)圖 A.1.14: 分別為台北 (a)、花蓮 (b) 垂直速度法計算空氣塊軌跡分析圖 ( 初始時間 2 月11 日 12UTC)。(a) (b)圖 A.1.15: 分別為台北 (a)、花蓮 (b) 等熵法計算空氣塊軌跡分析圖 ( 初始時間 2 月 11 日12UTC)。A-25

A.2. 第三波侵台沙塵 (3 月 6 日 ~3 月 10 日 )3 月 5 日新的沙塵在內蒙和河套地區生成 , 沙塵天氣強度在東北地區和華北地區十分顯著 , 顯示內蒙和河套地區所生成的大量沙塵仍持續東移 ; 而 3 月 6、7 日在長江流域一帶和華南地區發現部分沙塵天氣現象 , 顯示沙塵有往東南方向移出的現象 , 並影響台灣地區 ; 而 3 月 8 日因高壓出海迴流使台灣地區沙塵濃度又再次升高 , 此即為今年第三波沙塵暴個案。模式在 3 月 3 日的預報結果即估計此波沙塵在 3 月 6 日影響台灣 , 以下就天氣、空氣品質資料與模式預報結果及軌跡分析加以討論。A.2.1. 天氣分析91 年 3 月 6 日至 3 月 10 日第三波沙塵天氣侵襲期間氣象場資料如下 :地面 :3 月 6 日大陸高壓在蒙古西南方 , 中心強度明顯減弱 , 約 1047 hPa。其勢力範圍向南方延伸至台灣、中南半島一帶。鋒面於昨晚通過台灣 , 向東移動至日本南方海面。華中、華北地區目前尚未發展出明顯的天氣系統。台灣東南方 ( 菲島東方海上 ) 之米塔颱風 , 目前因太平洋副熱帶高壓勢力東退 , 行徑已轉為偏北方向緩慢移動 , 惟強度已增強至超級颱風 ( 圖 A.2.1a)。3 月 7 日高壓中心位於內蒙東方 , 目前中心強度約 1030 hPa。高壓前緣向東南延伸至台灣東部海域 , 華中地區有一分裂高壓形成並有向東移動的趨勢 , 未來可望能會影響台灣天氣。低壓在日本東方海域 , 中心強度約 980 hPa, 並緩慢地往東北方向移動 ,且持續加深中。米塔颱風向東北方移動 , 強度已明顯減弱 , 華中以南至本省均無明顯之天氣系統 , 顯示南方之環流仍為主導華南至本省的天氣 ( 圖 A.2.1b)。3 月 8 日大陸高壓位於蒙古西方 , 中心強度約 1035 hPa, 走向為東西向 , 高壓前緣伸至俄羅斯南方 , 華中地區之分裂高壓已經出海 , 此分裂高壓範圍延伸包含大陸華中、華南、台灣地區。低壓位於日本東方海域 , 中心強度約為 972 hPa, 呈現囚固。華中以南至本省無發展明顯之天氣系統 ( 圖 A.2.1c)。3 月 9 日高壓中心分別位於外蒙古西部及中部一帶 , 中心強度 1044 hPa, 走向仍為東西向 , 前緣已向東伸展至內蒙。分裂高壓向東移至日本東方 , 中心強度為 1026hPa, 走向為東北 — 西南向。高壓迴流至本省東部外海以氣旋式彎曲經本省西北方外海再移入大陸 , 迴流帶來明顯之東風。華北以南至本省並無明顯的天氣系統 ( 圖A.2.1d)。3 月 10 日高壓中心分別位於外蒙古西部及中部一帶 , 中心強度 1042 hPa, 走向仍維持東西向。高壓前緣已在內蒙與山西交界形成分裂高壓中心。分裂高壓持續向東移動 , 大陸沿海地區有明顯之高壓環流 , 並帶來明顯之東北風。庫頁島東方海上之低壓 , 冷鋒自此向西南伸展至華北地區 , 並配合華西低壓向東南沿海移動 , 其後方之高A-26

壓目前移向為西北西 - 東南東 , 鋒面未來應由較高的緯度移出 ( 圖 A.2.1e)。850 hPa:3 月 6 日高壓脊線在東經 110 度附近 , 走向為北北東 — 南南西 , 高壓前緣已伸展至台灣東部外海。低層槽約在東經 130 度 , 延伸至台灣東部海域。於日本至台灣、大陸華南地區一帶有溫度梯度 , 惟出海後強度減弱。菲律賓東方海域上的米塔颱風受太平洋副熱帶高壓減弱影響 , 逐漸向東北方移動 ( 圖 A.2.2a)。3 月 7 日高壓脊向東移 , 約在東經 120 度附近 , 其勢力逐漸減弱 , 發展緩和。位於大陸華南地區、台灣一帶的溫度梯度已消失 , 於日本東方海域有較明顯的溫度梯度。位於菲律賓東北方海域之米塔颱風勢力減弱 , 在大陸四川省分裂高壓形成並逐漸往東移動 ( 圖 A.2.2b)。3 月 8 日高壓中心位於新疆西北方 , 高壓強度 1540 hPa。分裂高壓像東移進 , 中心約在福建 , 前緣並可包含華南、華中地區以及台灣、菲律賓 , 高壓迴流經過本省北部、東北部地區向西伸展至湖南一帶。位於日本東方海域之低層槽線延伸至東經 140度附近 ; 米塔颱風移向為東北向 , 未來可望移入高緯度後將併入溫帶氣旋 ( 圖A.2.2c)。3 月 9 日高壓中心分別位於唐努烏拉山至內蒙一帶 , 高壓強度 1540 hPa。低壓位於河北 , 冷鋒自此向西南伸展經華北地區至四川 , 南方之暖低壓強度仍伸入中國西南方。米塔颱風已轉為溫帶氣旋。分裂高壓中心位於日本琉球群島附近之海域 , 持續向東移動 ( 圖 A.2.2d)。3 月 10 日高壓中心持續向東移至貝加爾湖西南方 , 高壓中心強度 1540 hPa。低層槽位於庫頁島東方海 , 並向西南伸展經華北地區至四川。在大陸東南沿海至東海一帶仍可分析出分裂高壓中心 , 持續向東移動 ( 圖 A.2.2e)。700 hPa:3 月 6 日高壓脊線約在東經 110 度附近 , 走向為東北 — 西南向 , 低壓位於朝鮮半島 , 向東移動 , 槽線向南伸展至福建省。位於菲律賓東北方之米塔颱風受太平洋高壓東移的影響 , 行徑有往北的趨勢 ( 圖 A.2.3a)。3 月 7 日高壓脊持續向東移動且強度減弱中 ; 低壓中心位於朝鮮半島東方 , 約在東經 160 度附近 , 槽線向南延伸至琉球一帶。米塔颱風已移入西風帶 , 其行徑向北至東北移動 , 併入西風帶後將轉為溫帶氣旋 ( 圖 A.2.3b)。3 月 8 日高壓脊持續向東移動且強度減弱中 , 目前位於東經 113 度附近。低壓中心移至堪察加半島東南方海域 , 槽線向西南伸展至日本南方海域。米塔颱風持續向東北方移動 ( 圖 A.2.3c)。3 月 9 日高壓脊持續向東移動且強度減弱中 , 目前已出海。低壓中心移至堪察加半A-27

島東方海域 , 槽線向西南伸展至日本南方海域。在貝加爾湖東西方尚無發展明顯之天氣系統 , 僅在俄羅斯北方之低壓系統 ( 圖 A.2.3d)。3 月 10 日在貝加爾湖高壓脊正逐漸發展 , 且強度仍較弱。低壓中心移至庫頁島東方海域 , 槽線向西南伸展至朝鮮半島 , 俄羅斯北方之低壓系統仍持續向東伸展 , 但在哈薩克西方逐漸形成深槽 , 冷空氣亦正加強中 ( 圖 A.2.3e)。500 hPa:3 月 6 日高壓脊位於貝加爾湖北方。低壓中心位於遼寧省 , 槽線目前自朝鮮半島向南伸展至華中 , 目前槽線之移動已有南北移速不同之現象 , 後方冷空氣移入已趨緩和 , 南方的環流為偏西風。目前在北緯 30 度以南出現強風軸 , 風速在 40 至 60 浬。自印度洋經中南半島至華南沿海地區均受副熱帶高壓環流影響 , 太平洋高壓脊線目前有東退之趨勢 , 目前米塔颱風行徑已偏北移動 ( 圖 A.2.4a)。3 月 7 日高壓脊移至東經 115 度 , 走向為東北 — 西南向。低壓中心位於日本東北方海上 , 槽線向南延伸至琉球一帶 , 槽線目前在日本海分為南北兩支 , 低壓受前方之阻塞高壓影響 , 移速趨於緩和 , 目前南方之槽線之移移速緩慢 , 預測未來將併和米塔颱風向東移動。俄羅斯東方沿海新形成之槽線 , 向西南伸展至華北。副熱帶太平洋高壓有向西移動的趨勢 ( 圖 A.2.4b)。3 月 8 日俄羅斯東方沿海槽線 , 已向東移至庫頁島東北方海面 , 槽線向西南伸展至黃海 , 在東經 110 度形成一支短槽 , 在華中、華南、台灣地區均屬西風帶 , 在雲南、貴州一帶形成一支短槽。太平洋高壓向西伸展至菲律賓 ( 圖 A.2.4c)。3 月 9 日高壓脊向東移動 , 強度減弱 , 脊線約在東經 100 度 , 走向呈東北 — 西南向。低壓中心移至堪察加半島東方海域 , 並持續加深中 , 槽線向西南延伸至大陸華南地區一帶 , 華南至台灣地區均為西風區。在雲南、貴州一帶的短槽並無發展 , 太平洋高壓向西伸展至菲律賓 , 且正擴張中 ( 圖 A.2.4d)。3 月 10 日低壓中心位於堪察加半島東方海域上 , 位於庫頁島東方海上之低壓 , 槽線向西南延伸至朝鮮半島 , 湖南省出現另一槽線 , 強度較弱。哈薩克西方逐漸形成深槽 , 走向為東北東 — 西南西 , 冷空氣正加強中 ( 圖 A.2.4e)。A.2.2. TAQM、NAQPMS 和 CFORS 模式模擬表 A.2 為 TAQM、NAQPMS 和 CFORS 三個模式比較表格 , 由表中可看出 3 月 3 日TAQM 與 RIAM-CFORS 模式均預報到沙塵侵台 , 惟所預報侵台時間均較觀測到的侵台時間晚了 2 小時 ; 在沙塵濃度預測上 ,TAQM 模式為高估 , 而 RIAM-CFORS 則為低估。3 月 4 日三個模式均預報到了沙塵侵台 :TAQM 與 NAPQM 預報沙塵影響台灣日期分別為 3 月 7 日 06L 和 3 月 7 日 02L,RIAM-CFORS 預報則為 3 月 6 日 11L。值得注意的是 , 接下來兩天 (3 月 5 日、3 月 6 日 ),RIAM-CFORS 預報沙塵侵台日期時間A-28

亦相同 , 但結束時間均較前一日的預報為晚。3 月 5 日、6 日兩天 NAQPM 模式結果有所變化 , 預報沙塵不會影響台灣 ;;3 月 5 日 TAQM 預報侵台與結束時間分別為 6 日11L、9 日 08L, 侵台範圍為全台 , 最高濃度為 400 µg/m 3 , 有高估的現象。3 月 6TAQM 預報侵台與結束時間分別為 6 日 11L、10 日 08L, 侵台範圍為全台 , 最高濃度為 300 µg/m 3 , 仍是高估。3 月 7 日、3 月 8 日、3 月 9 日三天 NAQPM 模式則又預報出沙塵侵台現象 , 侵台時間分別為 8 日 20L、9 日 02L、9 日 08L, 惟侵台持續時間較短 , 特別是 3 月 9 日只維持 3 小時。3 月 7 日、3 月 8 日、3 月 9 日 TAQM 模式均預測7 日 08L 台灣受沙塵影響一直到預報結束時間 ,3 月 9 日預報之最高濃度已減少至 150µg/m 3 , 較接近實測值。RIAM-CFORS 在 3 月 7 日、3 月 8 日、3 月 9 日三天與 TAQM預報侵台時間表現相當 , 惟 RIAM-CFORS 之預報對台影響時間較短 , 沙塵濃度亦有低估的情形。圖 2.2.5、圖 2.2.6 和圖 2.2.7 分別為 3 月 6 日 ~3 月 9 日 TAQM、NAPQM 和RIAM-CFORS 模式預報結果。A.2.3. 觀測資料之分析環保署觀測資料圖 A.2.8a〜圖 A.2.8d 分別為 3 月 2 日至 3 月 10 日之北部、中部、南部和東部 PM10濃度逐時圖。於沙塵侵台時間 , 在北部陽明測站的 PM10 濃度明顯上升 , 分別在 3 月 6日與 3 月 8 日有一個高峰值 , 為 3 月 6 日 18 時的 77 µg/m 3 、3 月 8 日 13 時的 108µg/m 3 。同一時段 , 馬祖測站觀測之 PM10 濃度亦有升高的趨勢 , 中部測站 ( 三義、斗六 ) 與南部測站 ( 橋頭、恆春 ) 之 PM10 濃度變化並無明顯兩波高峰值。東部測站PM10 升高的表現最顯著 , 於 3 月 6 日與 3 月 8 日分別各有一個高峰值 : 在為宜蘭 3 月6 日 19 時的 115 µg/m 3 與 3 月 8 日 16 時的 142.8 µg/m 3 ; 在花蓮為 3 月 6 日 19 時的 108µg/m 3 與 3 月 8 日 18 時的 171 µg/m 3 ; 在台東則有 3 月 6 日 18 時的 57 µg/m 3 與 3 月 8 日18 時的 116 µg/m 3 。圖 A.2.9a~f 依序為萬里、陽明、馬祖、宜蘭、花蓮和台東站 3 月 5 日 ~3 月 9 日各種污染物濃度與氣象場 ( 包含風速風向、氣溫、降雨量 ) 的逐時變化。都市地區臭氧因光化反應產生 , 通常會有明顯的日夜週期變化 , 但於此次沙暴襲台時 , 萬里、陽明、台東觀測到的臭氧濃度不分日夜居高不下 , 此為沙暴侵襲之主要特徵之一。陽明測站的表現最明顯 , 從 3 月 6 日中午開始 , 臭氧濃度就維持在 60 ppb 左右 , 且持續三天之久。此現象於第一個個案亦可發現。另外 ,SO 2 的濃度卻明顯下降許多 , 有些測站 ( 如宜蘭 ) 所觀測到的值甚至為零 , 並持續數天之久。此 SO 2 濃度值甚低的表現 , 可從北部地區測站 ( 萬里、陽明、馬祖 )、東部地區測站 ( 宜蘭、花蓮、台東 ) 的觀測資料得到驗證。惟萬里測站在 3 月 8 日高壓迴流帶來第二波沙塵時 ,SO 2 的濃度反而升高 , 有18.2 ppb 之多。此外 ,NOx 的濃度明顯降低許多 , 有些幾乎已經低於測量極限 (2 ppb),此現象在萬里、陽明、馬祖三個北部測站表現最為顯著 , 東部測站的表現皆不明顯。A-29

此現象可能與鋒面過境風速增強 , 一併將本地一般污染物吹散有關 ; 但所測得的高臭氧值又應與 NOx 等污染物有關 , 這可能顯示上游的 NOx 大多已轉換為硝酸。又 CO 在此個案的表現和 NOx 的表現類似 , 亦只有北部地區的測站觀測值顯示 CO 濃度有下降的趨勢 , 其他地區表現並不明顯。其他觀測資料圖 A.2.10a~d 分別為 3 月 6 日至 3 月 9 日之沙塵天氣報告圖。由 3 月 6 日觀測資料顯示在大陸內蒙、新疆和華中地區仍有大區域的沙塵生成 , 由時間序列來看 , 沙塵往大陸東北、華北地區傳送。3 月 7 日在蒙古、內蒙、新疆、東北地區、河套地區、黃河流域、長江流域、福建、台灣地區都有沙塵現象 ; 顯示沙塵有向南傳送的趨勢 , 到了 3月 8 日長江流域、華南地區、東南沿岸一帶沙塵有明顯減少。3 月 9 日沙塵觀測資料顯示沙塵已減少許多 , 台灣地區亦漸漸脫離沙塵影響。圖 A.2.11a~d 分別為 3 月 6 日至 3 月 9 日之大陸地區都市空氣品質資料圖 , 由 3 月 6日觀測資料顯示在大陸內蒙和新疆地區有沙塵生成 , 並往大陸東北、華北地區傳送。3月 7 日觀測資料顯示 , 在新疆、內蒙、華中地區、大陸東南沿岸都有沙塵現象 ;3 月 8日沙塵在華中地區、黃河、長江流域有明顯增加的趨勢 , 在新疆則明顯減小。3 月 9 日在內蒙、河套、華中、華南、東北地區皆有觀測到沙塵天氣 , 顯示沙塵有往東、東南方傳送的趨勢。圖 A.2.12a~d 分別為 3 月 6 日至 3 月 9 日之沙塵觀測衛星資料圖 , 由 3 月 6 日在內蒙、河套、華中地區有大範圍、高濃度的沙塵天氣 , 並且由 3 月 7 日以及 3 月 8 日的衛星資料 , 沙塵有往東南方傳送的趨勢 , 台灣地區在此段時間內受到顯著影響 , 北部及東部測站所量測之 PM10 濃度都有明顯的高峰值。到了 3 月 9 日 , 衛星觀測原在內蒙、河套地區的沙塵對台灣影響減小 , 並有往東傳送向日本的趨勢。A.2.4. TAQM 模式結果和觀測值比對圖 A.2.13a~d 分別依序為萬里、三義、橋頭和花蓮站 TAQM 模式和觀測值比對。由萬里測站觀測值與 TAQM 模式比對 , 模式初始時間訂為 3 月 4 日 08 時 , 可發現模式在前三天預報之 PM10 濃度均不高 , 多在 20 g/m 3 以下 ,3 月 7 日 08 時開始往上升 , 於3 月 8 日 01 時達到最高點 263 g/m 3 。另一個初始時訂在 3 月 6 日 08 時 , 預報 PM10 曲線於一開始即往上爬升 , 於 3 月 7日 12 時達到一個高點 , 為 385 g/m 3 ; 另一波的最高點為發生在 3 月 8 日 08 時的 392g/m 3 。比較 3 月 4 日與 3 月 6 日兩個不同初始日期的預報可發現 ( 以萬里為例 ):3月 4 日只預測了一波沙塵高峰 ( 因預報期限限制 ), 且來臨時間偏晚 ;3 月 6 日的預報則改善了沙塵來襲時間 , 而且還預測到了因高壓迴流而帶來的第二波沙塵高峰 , 不過兩高峰間的的波谷值並未如實際測到的那麼低 , 這可能與模式空間解析度不足有關。三義、花蓮測站結果與萬里測站類似 , 惟橋頭測站兩曲線於預報第二波高峰時 , 時間A-30

點相近 , 差距僅兩小時 , 濃度分別為 256、347 g/m 3 。只是南部測站並無觀測到有顯著 PM10 濃度高起的變化 , 兩個可能原因為 :(1) 南部地區本地污染太高 , 蓋過了沙塵的訊號 ;(2) 模式空間解析度不足 , 不能正確模擬出台灣複雜地形對氣流的影響。此外 , 模式於四測站所預報之沙塵濃度均有高估的現象。A.2.5. 空氣塊軌跡分析以台北〔25.00N 121.35E〕、花蓮〔23.58N 121.35E〕兩點作空氣塊軌跡分析 , 起始時間採用觀測到沙暴侵台時間 , 為 3 月 6 日 12 時 , 軌跡路徑為回溯式 , 總運作時間為五天 120 小時 , 並選取離地面高度 100、1000、2000 公尺三層 , 垂直運動選用模式垂直速度法〈以下簡稱垂直速度法〉與等熵法兩種方式。垂直速度法台北 :100 公尺空氣塊從戈壁區大約 3000 公尺高度沈降而來 , 行經沙塵源區 , 繞行軌跡經過上海高污染區 , 可能帶來沙塵與其他污染物。1000 公尺空氣塊運行軌跡 , 於3 月 3 日 12 時〜3 月 4 日 00 時行經戈壁沙漠區 , 亦經過上海高污染源區 , 將沙塵與其他污染傳送過來。配合天氣圖分析 ,100、1000 公尺空氣塊運行軌跡從西北方向傳送至台灣 , 與鋒面經過冷空氣行經路徑相符 , 此應為鋒後冷空氣南移所帶來的沙塵 ( 如圖A.2.14a)。花蓮 :100、1000 公尺空氣塊軌跡由西北方向抵達台灣 , 同為鋒後冷空氣南移遵行路徑。惟只有 100 公尺軌跡行經上海 , 且均無經過沙塵主要源區 , 由 3 月 2 日〜3 月 5日大陸都市地區空氣品質資料 ( Chinese Urban Air Quality Data) 顯示當時沙塵已輸送至下游區 ( 華中、華南、與東南沿海一帶 , 黃土高原為重要的沙塵匯區 ), 顯示沙塵經過下游區延此傳送路徑而到達台灣東部 ( 如圖 A.2.14b)。等熵法台北 :1000、2000 公尺五天前之空氣塊軌跡在西歐 8000 公尺高空以上 , 行經哈薩克、新疆、甘肅、內蒙等地 , 空氣塊行經沙塵源區從西北方傳送過來台灣 , 此為空氣塊運行軌跡 , 若考慮沙塵粒子於移行中的終端速度 ,1000、2000 公尺實際沙塵粒子離地的高度應較空氣塊來得低 , 因此可能於地面測站可量測到沙塵 ( 如圖 A.2.15a)。花蓮 :1000、2000 公尺軌跡與台北相似 , 惟延伸路徑沒有那麼遠 ,100 公尺空氣塊行經上海 , 可帶來其他污染物 , 由環保署所的之測站資料顯示 , 東部測站 ( 宜蘭、花蓮、台東 ) 所量測之 NOx 與 CO 濃度比其他測站來得高 ( 如圖 A.2.15b)。A.2.6. 小結 :此個案期間 , 第一波侵台沙塵主要路徑為西北方向傳送過來 , 為鋒面過後冷空氣攜A-31

帶大量沙塵南下影響結果 ; 第二波主要為高壓出海迴流所造成 , 台灣北部、東部地區明顯感受到有沙塵天氣。此兩波沙塵對台灣影響較大的區域均為北部與東部地區 , 中部及南部地區表現不明顯。TAQM 模式於四測站 ( 萬里、三義、橋頭、花蓮 ) 所預報之沙塵濃度均有高估的現象 , 且數值大於 300 µg/m 3 。此次沙暴襲台時 , 北部、東部地區部分測站的觀測資料顯示 , 臭氧濃度偏高且有持續現象 , 此為沙暴侵襲之特徵之一。而 SO 2 、NOx 與 CO濃度皆有明顯降低情形 , 可能與鋒面過境地面風速增強而加速本地污染物的擴散有關。萬里站於 3 月 8 日高壓迴流帶來第二波沙塵時 ,SO2 的濃度反而升高 , 有 18.2ppb 之多 , 不排除與本地污染排放有關。表 A.2:TAQM、NAQPMS 和 CFORS 三個模式比較表格EPA侵台時間結束時間侵台範圍最高濃度6 日 12L 9 日 12L 北部和東部北部 :140東部 :170預報日期模式侵台時間結束時間侵台範圍最高濃度備註3/33/43/5TAQM 6 日 14L 7 日 08L 全台 300RIAM-CFORS6 日 14L 7 日 20L 全台 30TAQM 7 日 06L 8 日 08L 全台 300NAQPMS 7 日 02L 7 日 05L 北部 100RIAM-CFORS6 日 11L 8 日 20L 全台 40TAQM 6 日 11L 9 日 08L 全台 400NAQPMSRIAM-CFORS6 日 11L 9 日 20L 全台 40沙塵生成源區( 內蒙、河套 )沙塵生成源區相同 ( 內蒙、河套 )高壓迴流造成第二波高峰不影響台灣高壓迴流造成第二波高峰A-32

3/63/73/83/9TAQM 6 日 11L 10 日 08L 全台 300NAQPMSRIAM-CFORS6 日 11L 10 日 17L 全台 40TAQM 7 日 08L 11 日 08L 全台 300NAQPMS 8 日 20L 9 日 20L 北部 50RIAM-CFORS7 日 08L 11 日 08L 全台 30TAQM 8 日 08L 12 日 08L 全台 300NAQPMS 9 日 02L 9 日 11L 北部 50RIAM-CFORS8 日 08L 10 日 23L 全台 30TAQM 9 日 08L 13 日 08L 全台 150NAQPMS 9 日 08L 9 日 11L 北部 50RIAM-CFORS9 日 08L 10 日 17L 全台 30高壓迴流造成第二波高峰不影響台灣高壓迴流造成第二波高峰高壓迴流造成第二波高峰高壓迴流造成第二波高峰高壓迴流造成第二波高峰高壓迴流造成第二波高峰高壓迴流造成第二波高峰高壓迴流造成第二波高峰A-33

A-34(a) (b)(c)980984984992992992992100010001000100010001000100810081008100810081008100810081008101610161016101610161016 101610161016101610161016101610161016101610201020102010201020102010201020102010201020102010241024102410241024102410241024102410321032(d)97698098098098498498499299299210001000100010001000100810081008100810081008100810081016101610161016101610161016101610161016101610161016102010201020102010201020102010201020102010201020102010241024102410241024102410241024102410321032

98410009849921032100010089921000100810081000992984980992100010241020101610081020101610241032102010161008100010161008101610201020102410201008101610201024102010161016102410201024102010241016101610201024102010201016101610161016(e)圖 A.2.1: 地面天氣圖。(a)~(b) 依序分別為 3 月 6 日 00Z〜3 月 7 日 00Z 的日本地面天氣圖 ;(c)~(e) 依序分別為 3 月 8 日 00Z〜3 月 10 日 00Z 的 CWB 地面天氣圖。(a) (b)A-35

012181801218186-61440-61320135013801260-6-12-18-121260-61200-12-60666-61440-61320135013801260-6-12-18-121260-61200-12-6066150061206-6-121500061440-6138001500132013500-12-60121500150061206-6-121500061440-6138001500132013500-12-6012150015601215601266186186150018121218150018121218181818181818(c)(d)151515(e)圖 A.2.2:850hPa 天氣圖。(a)~(b) 依序分別為 3 月 6 日 00Z〜3 月 7 日 00Z 的日本850hPa 天氣圖 ;(c)~(e) 依序分別為 3 月 8 日 00Z〜3 月 10 日 00Z 的 CWB 850hPa 天氣圖。A-36

A-37(a) (b)(c)27002700276027602820282028502850288028802940294030003000300030603060306031203120312031503150315031803180-24-24-18-18-18-18-12-12-12-12-12-6-6-6-6-6-6-6-6000000066666612(d)26402700270027602760282028202850285028802880294029403000300030603060306031203120312031503150315031803180-18-18-18-18-12-12-12-12-12-6-6-6-6-6-6-6000000666666

-120-120-186-63000312002940-6-1230602880285028200-62760-182700300030603120-2429400-62880-122700-1828502820627600-63060-183120-12603150-631503150663150(e)圖 A.2.3:700hPa 天氣圖 ((a)~(b) 依序分別為 3 月 6 日 00Z〜3 月 7 日 00Z 的日本700hPa 天氣圖 ;(c)~(e) 依序分別為 3 月 8 日 00Z〜3 月 10 日 00Z 的 CWB 700hPa 天氣圖 )。(a) (b)A-38

-30-10-305100-20-3055205640570054005280-2051605100-30-30552054005280-305160-20-105640570057605850-10-20-20-20552056405700540052805160-20-30-30552054005640-3051605100528051605040-30-20-10-30-205850564057005760-1058805850-105760-105850-2058805640-1057005760585058805880-1057605850 58505880-10-2057005760-1058505880588058805880(c)(d)5100-3055205400-305280516051005160-30-2057005640-20552054005280-30564057005760-20-105760-20564057005760-10-205850-10588058505880-105850588058805880(e)圖 A.2.4:500hPa 天氣圖。(a)~(b) 依序分別為 3 月 6 日 00Z〜3 月 7 日 00Z 的日本500hPa 天氣圖 ;(c)~(e) 依序分別為 3 月 8 日 00Z〜3 月 10 日 00Z 的 CWB 500hPa 天氣圖。A-39

(a) (b)(c) (d)圖 A.2.5:TAQM 模式預報圖 (a~d 依序分別為 3 月 6 日〜3 月 9 日 TAQM 預報圖 )。(a) (b)A-40

(c) (d)圖 A.2.6:NAQPMS 模式預報圖 (a~d 依序分別為 3 月 6 日〜9 日 NAQPMS 預報圖 )。(a) (b)(c) (d)圖 A.2.7:RIAM-CFORS 模式預報圖 ((a)~(d) 依序分別為 3 月 6 日〜3 月 9 日 )。A-41

濃度 (ug/m^3) 萬里、陽明、馬祖站 91 年 3 月 2 日〜3 月 10 日 PM10 濃度逐時分佈圖萬里陽明馬祖16014012010080604020濃度 (ug/m^3) 三義、斗六站 91 年 3 月 2 日〜3 月 10 日 PM10 濃度逐時分佈圖三義斗六4003503002502001501005000(a)03 月 02 日 00 時12 時03 月 03 日 00 時12 時03 月 04 日 00 時12 時03 月 05 日 00 時12 時03 月 06 日 00 時12 時03 月 07 日 00 時12 時03 月 08 日 00 時12 時03 月 09 日 00 時12 時03 月 10 日 00 時12 時時間(b)03 月 02 日 00 時12 時03 月 03 日 00 時12 時03 月 04 日 00 時12 時03 月 05 日 00 時12 時03 月 06 日 00 時12 時03 月 07 日 00 時12 時03 月 08 日 00 時12 時03 月 09 日 00 時12 時03 月 10 日 00 時12 時時間濃度 (ug/m^3) 橋頭、恆春站 91 年 3 月 2 日〜3 月 10 日 PM10 濃度逐時分佈圖橋頭恆春14012010080604020濃度 (ug/m^3) 宜蘭、花蓮、台東站 91 年 3 月 2 日〜3 月 10 日 PM10 濃度逐時分佈圖花蓮台東宜蘭18016014012010080604020003 月 02 日 00 時12 時03 月 03 日 00 時12 時03 月 04 日 00 時12 時03 月 05 日 00 時12 時03 月 06 日 00 時12 時03 月 07 日 00 時12 時03 月 08 日 00 時12 時03 月 09 日 00 時12 時03 月 10 日 00 時12 時時間時間(c)(d)圖 A.2.8: 環保署北部 (a)、中部 (b)、南部 (c)、東部 (d)3 月 2 日 ~10 日 PM10 濃度逐時觀測資料。003 月 02 日 00 時12 時03 月 03 日 00 時12 時03 月 04 日 00 時12 時03 月 05 日 00 時12 時03 月 06 日 00 時12 時03 月 07 日 00 時12 時03 月 08 日 00 時12 時03 月 09 日 00 時12 時03 月 10 日 00 時12 時(a) (b)A-42

(c) (d)(e) (f)圖 A.2.9: 依序為萬里 (a)、陽明 (b)、馬祖 (c)、宜蘭 (d)、花蓮 (e)、台東 (f) 站 3 月 5 日 ~3月 9 日各污染物逐時濃度變化圖 ( 包含風速風向、氣溫、降雨量 )。(a) (b)A-43

(a) (b)(c) (d)圖 A.2.12: 沙塵觀測衛星資料。(a)~(d) 依序為 3 月 6 日〜3 月 9 日沙塵觀測衛星資料。萬里觀測和 TAQM 模式比對三義觀測和 TAQM 模式比對萬里萬里 0304 萬里 0306三義三義 0304 三義 0306450450400400350350300300PM10 濃度25020025020015015010010050500003 月 02 日 00 時12 時03 月 03 日 00 時12 時03 月 04 日 00 時12 時03 月 05 日 00 時12 時03 月 06 日 00 時12 時03 月 07 日 00 時12 時03 月 08 日 00 時12 時03 月 09 日 00 時12 時03 月 10 日 00 時12 時03 月 02 日 00 時12 時03 月 03 日 00 時12 時03 月 04 日 00 時12 時03 月 05 日 00 時12 時03 月 06 日 00 時12 時03 月 07 日 00 時12 時03 月 08 日 00 時PM10 濃度12 時03 月 09 日 00 時12 時03 月 10 日 00 時12 時(a)時間(b)時間A-45

橋頭觀測和 TAQM 模式比對花蓮觀測和 TAQM 模式比對橋頭橋頭 0304 橋頭 0306花蓮花蓮 0304 花蓮 0306400400350350300300250250PM10 濃度200PM10 濃度20015015010010050500003 月 02 日 00 時12 時03 月 03 日 00 時12 時03 月 04 日 00 時12 時03 月 05 日 00 時12 時03 月 06 日 00 時12 時03 月 07 日 00 時12 時03 月 08 日 00 時12 時03 月 09 日 00 時12 時03 月 10 日 00 時12 時時間03 月 02 日 00 時12 時03 月 03 日 00 時12 時03 月 04 日 00 時12 時03 月 05 日 00 時12 時03 月 06 日 00 時12 時03 月 07 日 00 時12 時03 月 08 日 00 時12 時03 月 09 日 00 時12 時03 月 10 日 00 時12 時(c)(d)圖 A.2.13: 依序為萬里 (a)、三義 (b)、橋頭 (c)、花蓮 (d) 站 TAQM 模式 3 月 4 日、3 月 6日模擬結果和觀測值比對。時間圖 A.2.14: 由左 (a) 而右 (b) 分別為台北、花蓮垂直速度法計算空氣塊軌跡分析圖。圖 A.2.15 : 由左 (a) 而右 (b) 分別為台北、花蓮等熵法計算空氣塊軌跡分析圖。A-46

A.3. 第四波侵台沙塵 (3 月 17 日 -3 月 22 日 )3 月 16、17 日新的沙塵在內蒙和河套地區生成 , 沙塵天氣強度在東北地區和華北地區十分顯著 ; 而 3 月 18、19 日在長江流域一帶和華南地區發現部分沙塵天氣現象 , 顯示沙塵有往東南方向移出的現象 , 並影響台灣地區 , 此為今年第四個沙塵暴個案。模式在 3 月 17 日的預報結果即估計此波沙塵在 3 月 19 日影響台灣 , 以下就天氣、空氣品質資料與模式預報結果及軌跡分析加以討論。A.3.1. 天氣分析地面天氣 :3 月 17 日天氣圖 ( 圖 A.3.1a) 顯示 , 地面高壓中心原位於貝加爾湖西方 , 向東南移動至內蒙、甘肅一帶 , 中心強度 1036 hPa。高壓前緣向東南伸展至湖北、江西一帶 ,分裂高壓環流已在四川發展中 , 鋒面自庫頁島東南方海面向西南方伸展 , 經日本海、東海至華南沿海地帶 , 雲雨區配合鋒面東移 , 台灣天氣受此鋒面雲雨帶不斷移入影響 , 北部地區持續有閒歇性降雨。18 日 ( 圖 A.3.1b) 分裂高壓中心位於內蒙 , 向東南移動。另一中心位於浙江省 , 向東移動出海 , 高壓迴流將影響台灣東部及西北部地區。19 日 ( 圖 A.3.1c) 的地面天氣圖顯示 , 分裂高壓中心位於琉球至日本九州南方海域 , 向東移動 , 高壓迴流向西伸展至廣西省。3 月 20 日地面圖 ( 圖 A.3.1d) 顯示分裂高壓中心仍位於琉球至日本南方海域 , 向東移動 , 副熱帶高壓迴流向西伸展至廣東省至海南島間 , 向北伸展至朝鮮半島北方。台灣地區天氣受副熱帶高壓環流影響 , 各地天氣良好。低壓中心位於東北大興安嶺 , 中心氣壓 989 hPa, 冷鋒自此中心向西南伸展 , 經過河北 , 河南、四川至雲貴一帶 , 鋒面系統受副熱帶高壓強度仍強且西伸影響 , 鋒面已逐漸囚錮。原位於哈薩克之高壓強度向東移動至外蒙 , 中心強度 1040hPa, 高壓脊線向東南伸展。位於東北大興安嶺之低壓 , 中心氣壓 987 hPa,21 日低壓中心持續加深 ( 圖 A.3.1e), 囚錮鋒自此中心向西南伸展 , 經過日本海至華南沿海 , 鋒面雲系系統自本省北部通過。台灣地區天氣受副熱帶高壓環流影響 , 各地天氣良好。原位於唐努烏拉山之高壓目前移至外蒙中部 , 中心強度 1042 hPa, 高壓脊線向東南伸展至甘肅。高空部分3 月 17 日位於貝加爾湖西方之 850 hPa( 圖 A.3.2a) 高壓脊線向東南伸展 , 高壓前緣伸展至長江口。冷鋒自日本海西北方向西伸展至華南沿海地區。500 hPa 的圖顯示 ,在貝加爾湖西方之高壓脊線向東南伸展至安徽省一帶 , 槽線位於河北沿海地帶 , 向南伸展至湖南省境 , 槽線東移出海影響台灣天氣。副熱帶高壓勢力自印度半島伸展至太平洋 , 勢力並未減弱。18 日 850 hPa 圖 ( 圖 A.3.2b) 則顯示鋒面通過台灣東移至日本南方海面。分裂高壓中心位於江西省 , 向東移動。太平洋高壓脊線向西伸展至南海。A-47

另在哈薩克北方至歐俄一帶 , 正形成一個深槽 , 槽前之脊線正發展中。500 hPa 圖 ( 圖A.3.3b) 則顯示 , 高壓脊線向東南伸展至浙江省一帶 , 槽線自朝鮮半島向南伸展至浙江省沿海地區 , 槽線東移出海影響台灣。太平洋副熱帶高壓向西伸展至中南半島 , 勢力逐漸加強。哈薩克北方至歐俄一帶 , 正形成一個深槽 , 槽前脊線正發展中。19 日 850hPa 圖顯示分裂高壓中心東移出海至琉球南方海面 , 持續向東移動 ( 圖 A.3.2c)。太平洋高壓脊線線西伸展至南海 , 廣東至福建一帶沿海地區氣流仍偏西南氣流。新疆省西北部高壓正發展中 , 高壓脊向東北伸展至貝加爾湖。原哈薩克北方至歐俄一帶之深槽 ,向東伸展 , 槽線在貝加爾湖南方加深形成低壓環流。500 hPa 圖顯示高壓脊線沿著東經110 度向南伸展至貝加爾湖一帶 ( 圖 A.3.3c)。槽線東移出海後迅速向東北方移動。太平洋副熱帶高壓向西伸展至中南半島 , 勢力逐漸加強。哈薩克北方已發展深槽 , 槽後有另一脊線正發展中。3 月 20 日的 850 hPa 圖顯示太平洋高壓脊線線西伸展至海南島西方 , 廣東、西至福建一帶沿海地區氣流仍偏西南氣流 , 且脊線向北方伸展至黃海 ( 圖A.3.2d)。另外 , 廣東、西至福建一帶沿海地區溼度場強度仍偏強且向北伸展至華中地區。新疆省北部高壓脊向東北伸展至貝加爾湖 , 向東南伸展至湖北省 , 風向為西北 ,風速達 35 浬。原哈薩克北方至歐俄一帶之低壓 , 向東南移至內蒙 , 鋒面逐漸囚錮 , 冷鋒向西南伸展至四川省。500 hPa 圖則顯示 , 高壓脊線向東移動至東北 ( 圖 A.3.3d)。槽線位於外蒙 , 向南伸展至四川省。太平洋副熱帶高壓向西伸展至中南半島 , 勢力逐漸加強。東南沿海地區仍有強風軸且最大風速達 60 浬。21 日 850 hPa 圖顯示 , 太平洋高壓脊線線西伸展至海南島西方 , 廣東、西至福建一帶沿海地區氣流仍偏西南氣流 ,且脊線受鋒面通過影響 , 稍微向南退縮 ( 圖 A.3.2e)。廣東、西一帶沿海地區溼度場強度已減弱 , 惟自海南島至中南半島風場仍可分析出旺盛之南來氣流 , 持續提供暖濕空氣進入東南沿海地區。新疆省東北方高壓脊向東北伸展至貝加爾湖 , 向南伸展至四川省。北緯 30 度以南風場以西南 - 東南風為主。 500 hPa 圖顯示低壓向東移動至東北大興安嶺 ( 圖 A.3.3e), 槽線向南伸展至東海。太平洋副熱帶高壓向西伸展至中南半島 , 勢力仍強。東南沿海地區仍有強風軸且最大風速達 60 浬。3 月 17 日至 3 月 19 日地面至 500 hPa 環流場顯示 , 外蒙至唐努烏拉山之高壓強仍持續向東南移動 , 但受到南方的副熱帶高壓脊線向北發展的影響 , 其強度均受影響。且通過本省的緯度均偏高。20 日至 21 日 , 外蒙至唐努烏拉山之高壓強 , 仍受到南方的副熱帶高壓脊線向北發展的影響。另外 , 南方副熱帶高壓強度仍持須增強且向北伸展 , 南來氣流影響北方天氣系統南下。A.3.2. 模式表現比較TAQM 模式和 NAQPMS 模式都模擬出此一沙塵侵台個案 , 並預報台灣地區 3 月 18日起受沙塵天氣影響 ; 但 RIAM-CFORS 模式預報則預測沙塵往東北方向傳送不影響台A-48

灣地區。三個模式預測結果比較如表 2.3 所示 , 可看出三個模式預報沙塵源區均在內蒙和河套地區 , 且在 3 月 15 日就已預測到沙塵可能影響台灣地區 , 最高濃度則略有差異 ;TAQM 模式自 3 月 15 日至 3 月 17 日預報的最高濃度約為 100 g/m 3 ,NAQPMS則略低 , 約在 50 g/m 3 左右 ,RIAM-CFORS 則預報在 3 月 17 日以後沙塵不影響台灣。TAQM 和 NAQPMS 模式預報到 3 月 19 日高壓迴流造成第二波高峰的現象 ,RIAM-CFORCS 則無。三個模式預報 3 月 18、19 日的 PM10 濃度空間分布圖如圖A.3.4、圖 A.3.5 和圖 A.3.6 所示。3 月 15 日模式預報結果 ,TAQM 預報沙塵侵台時間為 18 日 17L,NAQPMS 和 RIAM-CFORS 預報時間偏早為 18 日 08L, 影響範圍偏中北部 , 在濃度的預報方面 ,RIAM-CFORS 濃度值較高 , 達 200 µg/m 3 , 另外兩個模式預報的沙塵濃度值約在 50-100 µg/m 3 左右。3 月 16 日的預報結果 ,NAQPMS、 TAQM 和RIAM-CFORS 預報時間和 3 月 15 日差不多 , 並都預報到高壓迴流所造成的第二波高峰。3 月 17 日預報結果為 TAQM 預報沙塵影響全台 , 最高濃度約 150,NAQPMS 結果顯示沙塵影響台灣中北部地區 , 最高濃度約 50µg/m 3 ,RIAM-CFORS 預報結果則顯示對台灣地區無明顯影響。A.3.3. 觀測資料分析環保署觀測資料圖 A.3.7 為環保署北部 (a)、中部 (b)、南部 (c)、東部 (d)3 月 14 日 ~3 月 21 日 PM10 濃度逐時觀測資料 , 由圖中可以看出此波沙塵影響範圍主要在台灣北部和東部地區。北台灣地區的 PM10 濃度升起的時間 , 以萬里最早 , 馬祖次之 , 陽明最晚 , 但時間差距不大 , 影響時間為 3 月 18 日 10L 至 3 月 20 日 00L; 東台灣的宜蘭、花蓮和台東站PM10 濃度升起時間一致 , 均在 3 月 18 日 12L, 並影響至 3 月 20 日 00L; 中台灣的斗六、三義站在 3 月 18 日缺資料 , 故看不出明顯的變化。南台灣影響不明顯 , 橋頭站和恆春站 PM10 濃度很少超過 100 µg/m 3 。圖 A.3.8 為 3 月 17 日至 3 月 21 日環保署馬祖站、萬里站、陽明站、宜蘭站、花蓮站和台東站的觀測資料時間序列、風向、溫度和降雨量圖。觀測資料包括 PM10、O 3 、CO、SO 2 和 NOx, 圖中綠色箭頭代表風向 , 紅色柱狀圖為降雨量。從 PM10 的濃度變化情形來看 , 馬祖、陽明、宜蘭、花蓮、台東的濃度均在 3 月 18日上午 10 點左右升起 , 馬祖和宜蘭的極大值出現在 3 月 18 日下午 1、2 點 , 花蓮、台東的極值出現時間較晚 , 約在傍晚 6 點左右 , 陽明極值出現時間更晚 , 約在 3 月 19 日凌晨才達極大值。萬里在 3 月 17 日出現降雨 ,PM10 濃度約 30 µg/m 3 ,3 月 18 日之後濃度開始上升 , 極值出現在 3 月 18 日傍晚 8 點左右。總和來說 , 第一波沙塵約在 3 月18 日中午過後來臨 , 包括馬祖、萬里、陽明、宜蘭、花蓮和台東都測到 PM10 濃度增加的情形 , 極大值均超過 100 µg/m 3 , 萬里站濃度超過 150 µg/m 3 。A-49

萬里在第一波沙塵來襲之後 19 日傍晚 6 點、20 日中午 12 點和 21 日凌晨 4 點左右 ,PM10 濃度均超過 100 µg/m 3 , 但濃度極值不及第一波來得高 ; 陽明站在 19 日下午3 點和 20 日傍晚 6 點出現濃度增加的情形 , 其中 20 日傍晚的 PM10 濃度甚至高過第一波的濃度 (100 µg/m 3 ), 達 120 µg/m 3 。馬祖站在 21 日中午才出現第二波濃度增加的現象 , 其他時間無顯著變化。宜蘭、花蓮和台東等站 , 第二波濃度增加的情形 , 均在 19日傍晚 6 點以後出現 , 至於 20 日和 21 日 , 和萬里、陽明不同 , 沒有出現濃度增加的情形。接下來看其他物種濃度和 PM10 的變化是否相關。馬祖站 O 3 濃度在沙塵來臨前略微下降 ,PM10 濃度開始上升時 ,O 3 濃度也跟著上升 , 然後維持至個案結束 , 沒有再出現濃度顯著跳動的情形 ,SO 2 則在第一波濃度增加時 , 略微上升 , 但只維持 2 個小時左右就下降了。第二波濃度增加時 , 濃度也跟著上升 , 但仍然維持一小時左右就結束了。NOx 跟 SO 2 的變化有點相像 , 但跳動又比 SO 2 劇烈一些 ,CO 則無明顯變化。萬里站的在第一波沙塵來襲後 , 也隨之增加 , 維持 2 個小時左右便又下降 , 後面幾個 PM10濃度高值出現時 ,SO 2 沒有跟著增加 , 反而是 CO 和 NOx 在 21 日凌晨 PM10 濃度增加前 , 濃度搶先大量增加 , 維持 3 小時左右便下降。陽明、花蓮和台東站在第一波沙塵來襲之時 , 其他站均出現 SO 2 濃度增加的情形 , 在第二波或第三波 PM10 濃度增加時 , 卻並不一定隨之增加。花蓮和台東站的 NOx 與 CO 濃度在第一波沙塵來襲前 , 濃度增加 ; 在 19 日清晨 PM10 濃度第二次增加時 , 也明顯升高。根據馬祖、萬里、台東、花蓮等站的風向時間序列圖 , 在第一波沙塵來襲時 , 均吹東北風 , 但在隨後幾次濃度又增加的情形下 , 風卻轉為偏南風 , 可能第一波沙塵是由東亞地區吹送而來 , 而隨後幾波卻是高壓迴流所造成。這次個案期間 , 只有萬里站在 3 月 17 日中午附近出現降水 ,PM10 濃度降低 , 其他站無降水。其他觀測資料根據 Dust storm in weather report 和 Chinese Urban Air Quality Data( 圖 A.3.9、圖A.3.10) 顯示 ,3 月 16 日沙塵天氣影響範圍集中在黃河流域以北 , 沙塵天氣強度在黃河流域以北和長江口都有增強的現象。值得注意的是從 3 月 16 日 06Z 開始到 3 月 16 日12Z 在內蒙、蒙古、河套地區持續生成大量沙塵 , 沙塵天氣並嚴重影響到華北地區、東北地區、韓國和日本九州地區。17 日觀測資料顯示沙塵天氣影響範圍主要集中在黃河流域以北 , 相較於 3 月 16 日的觀測資料 , 沙塵天氣強度在黃河流域以北有增強的現象。在內蒙、蒙古、河套地區仍持續生成大量沙塵 , 沙塵天氣仍嚴重影響到華北地區、東北地區、韓國和日本九州地區。3 月 18、19 日沙塵天氣影響範圍主要在長江流域以北和華南地區 , 沙塵天氣強度在東北地區和華北地區雖有減弱但仍十分顯著 , 內蒙和河套地區所生成的大量沙塵仍持續東移 ; 而在長江流域一帶和華南地區發現部分沙塵天氣現象 , 顯示沙塵往東南方向移出。3 月 20 日沙塵天氣影響範圍主要在長江流A-50

域以北。相較於 3 月 19 日的觀測資料可發現 : 新沙塵仍持續在內蒙和河套地區生成 ,沙塵天氣強度在華北地區和華中地區仍十分顯著 , 顯示內蒙和河套地區所生成的大量沙塵仍持續東移。3 月 21 日沙塵影響範圍南移至華南沿海 , 沙塵天氣強度有增強的趨勢。而在內蒙和河套地區生成的大量沙塵有往大陸東北方向和東南方向擴散傳送的趨勢。衛星資料 ( 圖 A.3.11)3 月 17 至 19 日所反演出來的沙塵指數顯示 , 沙塵集中在山東半島與朝鮮半島附近 , 直到 3 月 20 日才南移至上海外海一帶 , 從衛星資料所看到的現象 , 並無顯示對台灣地區有明顯影響。A.3.4. TAQM 與觀測資料比較圖 A.3.12 為 3 月 16 日、3 月 17 日 TAQM 模式模擬結果與環保署 PM10 濃度時間序列比較圖 , 依序為北部 ( 馬祖站與陽明站 )、中部 ( 三義站 )、南部 ( 恆春站 ) 和東部 ( 花蓮站 )。TAQM 模擬 PM10 濃度開始增加的時間和陽明站 PM10 濃度開始上揚的時間相近 ,比馬祖站稍晚一些 , 模擬濃度極值約 100 µg/m 3 , 陽明站觀測濃度極值約為 100µg/m 3 , 馬祖站約為 140 µg/m 3 , 顯示 TAQM 對於此波沙塵到北台灣的時間和濃度掌握均不錯。中台灣 PM10 濃度開始增加的時間也掌握到 , 但模擬濃度極值比觀測值略低 ; 南台灣模擬結果較不佳 , 時間似比觀測到的時間晚 , 濃度也比觀測濃度低 ; 東部的 PM10 濃度上升時間比觀測時間稍晚 , 濃度則和觀測濃度相近。從此個案的空氣品質資料來看 , 此波沙塵影響範圍主要在台灣北部地區 ( 如陽明和馬祖 ) 和東部地區 ( 如花蓮 ), 在 3 月 18、19 日分別有兩個濃度高值 ,TAQM 模式也模擬出高壓迴流造成第二波濃度升高的情形。而由環保署空氣品質資料與 TAQM 模式模擬結果比較可發現 ,TAQM 模式在陽明測站的濃度值和時間方面均能有效掌握 ; 在花蓮測站的預報濃度值相近 , 但時間上有延後的現象。A.3.5. 軌跡分析圖 A.3.13 和圖 A.3.14 為台灣北部與東部向後軌跡分析五天的結果 , 顯示在台灣北部中低層 (100 公尺和 1000 公尺 ) 的空氣是自中國大陸河套 , 甚至遠至中亞的高空 ,但北部 2000 公尺高空的空氣 , 卻源自中南半島相近的高度。台灣東部 1000 公尺以上氣塊均源自中南半島甚至南亞地區 ; 低層的來源則因方法不同而有不同的結果 : 使用等熵面方法追蹤 ,1000 公尺和 100 公尺的氣塊均來自中南半島低層 ; 使用垂直速度追蹤 , 台灣東部低層的氣塊來自外蒙地區約五公里高之處。A.3.6. 小結3 月 17 日至 3 月 21 日個案影響區域主要在台灣北部 ( 陽明、馬祖 ) 與東部 ( 花A-51

蓮 ), 在 3 月 18 日第一波沙塵來襲 ,3 月 19 日又有另一個高值 , 此應為高壓迴流所造成。 PM10 濃度升高的時候 , 有些污染物濃度也跟著升高 , 但持續時間較短 , 約為 1-2小時 , 這些污染物濃度升高是否為外來污染物造成 , 還有待進一步分析。從模式模擬結果來看 ,TAQM 模式在陽明測站的濃度值和時間方面均能有效掌握 ;在花蓮測站的預報濃度值相近 , 但時間上有延後的現象。而在此兩個個案中 ,TAQM模式均預報到高壓迴流造成第二波高峰值的現象 , 但時間有延遲的現象。表 A.3:TAQM、NAQPMS 和 RIAM-CFORS 三個模式預報結果比較。EPA侵台時間結束時間侵台範圍最高濃度18 日 12L 20 日 00L 北部和東部北部 :160東部 :140預報日期3/15模式侵台時間結束時間侵台範圍最高濃度備註TAQM 18 日 17L 19 日 07L 全台 100NAQPMS 18 日 08L 19 日 08L 北部 50RIAM-CFORS 18 日 08L 19 日 20L 全台 200沙塵生成源區相同 ( 內蒙、河套 )3/16TAQM 18 日 15L 20 日 07L 全台150150NAQPMS 18 日 14L 20 日 08L 中北部5050RIAM-CFORS 18 日 08L 19 日 20L 全台 200高壓迴流造成第二波高峰3/17TAQM 18 日 13L 21 日 07L 全台150150 高壓迴流造成NAQPMS 18 日 11L 19 日 23L 中北部第二波高峰5050RIAM-CFORS 不影響台灣3/18 TAQM 18 日 20L 20 日 21L 中北部5050高壓迴流造成第二波高峰A-52

NAQPMS 18 日 08L 19 日 20L 中北部 50高壓迴流時已消散RIAM-CFORS 不影響台灣(a) (b)(c) (d)A-53

(e)圖 A.3.1: 日本地面天氣圖 ((a)~(e) 依序分別為 3 月 17 日 00Z〜3 月 21 日 00Z 的地面天氣圖 )。(a) (b)(c) (d)A-54

(e)圖 A.3.2: 日本高空 850 hPa 天氣圖 ((a)~(e) 依序分別為 3 月 17 日 00Z〜3 月 21 日 00Z高空 850 hPa 天氣圖 )。(a) (b)(c) (d)A-55

(e)圖 A.3.3: 日本高空 500 hPa 天氣圖 ((a)~(e) 依序分別為 3 月 17 日 00Z〜3 月 21 日 00Z高空 500hPa 天氣圖 )。(a) (b)圖 A.3.4:TAQM 模式模擬 3 月 18、19 日 PM10 濃度分布圖。(a) (b)A-56

圖 A.3.5:NAQPMS 模式模擬 3 月 18、19 日 PM10 濃度分布圖。(a) (b)圖 A.3.6:CFORS 模式模擬 3 月 18、19 日 PM10 濃度分布圖。20018016014012010080604020萬里、陽明、馬祖站 91 年 03 月 14 日 ~03 月 21 日 PM10 濃度逐時分佈圖濃度 (ug/m^3)萬里陽明馬祖三義、斗六站 91 年 03 月 14 日 ~03 月 21 日 PM10 濃度逐時分佈圖濃度 (ug/m^3)三義斗六300250200150100500003 月 14 日 00 時12 時03 月 15 日 00 時12 時03 月 16 日 00 時12 時03 月 17 日 00 時12 時03 月 18 日 00 時12 時03 月 19 日 00 時12 時03 月 20 日 00 時12 時03 月 21 日 00 時12 時03 月 14 日 00 時12 時03 月 15 日 00 時12 時03 月 16 日 00 時12 時03 月 17 日 00 時12 時03 月 18 日 00 時12 時03 月 19 日 00 時12 時03 月 20 日 00 時12 時03 月 21 日 00 時12 時時間(a)時間(b)12010080604020橋頭、恆春站 91 年 03 月 14 日 ~03 月 21 日 PM10 濃度逐時分佈圖濃度 (ug/m^3) 橋頭恆春宜蘭、花蓮、台東站 91 年 03 月 14 日 ~03 月 21 日 PM10 濃度逐時分佈圖濃度 (ug/m^3) 花蓮台東宜蘭160140120100806040200003 月 14 日 00 時12 時03 月 15 日 00 時12 時03 月 16 日 00 時12 時03 月 17 日 00 時12 時03 月 18 日 00 時12 時03 月 19 日 00 時12 時03 月 20 日 00 時12 時03 月 21 日 00 時12 時時間03 月 14 日 00 時12 時03 月 15 日 00 時12 時03 月 16 日 00 時12 時03 月 17 日 00 時12 時03 月 18 日 00 時12 時03 月 19 日 00 時12 時03 月 20 日 00 時12 時03 月 21 日 00 時12 時時間(c)(d)圖 A.3.7: 環保署北部 (a)、中部 (b)、南部 (c)、東部 (d)3 月 14 日 ~3 月 21 日 PM10 濃度A-57

逐時觀測資料。(a) (b)(c) (d)(e) (f)圖 A.3.8: 依序為馬祖 (a)、萬里 (b)、陽明 (c)、宜蘭 (d)、花蓮 (e)、台東 (f) 站 3 月 17 日 ~3月 21 日各污染物逐時濃度變化圖 ( 包含風速風向、氣溫、降雨量 )。A-58

(a) (b)(c) (d)(e)圖 A.3.9:Dust storm in weather report((a)~(e) 依序分別為 3 月 17 日〜3 月 21 日 )。A-59

(a) (b)(c) (d)(e)圖 A.3.10:Chinese Urban Air Quality Data((a)~(e) 依序分別為 3 月 17 日〜3 月 21 日Chinese Urban Air Quality Data)。A-60

(a) (b)(c) (d)(e)圖 A.3.11: 沙塵觀測衛星資料 ((a)~(e) 依序分別為 3 月 17 日〜3 月 21 日 )。A-61

濃度 (ug/m^3)160陽明、馬祖站 91 年 3 月 14 日〜3 月 21 日 PM10 濃度逐時分佈圖陽明馬祖 TAQM0316 TAQM0317濃度 (ug/m^3)三義站 91 年 3 月 14 日〜3 月 21 日 PM10 濃度逐時分佈圖三義 TAQM0316 TAQM03172101401801201501008012060904060203000(a)03 月 16 日 00 時12 時03 月 17 日 00 時12 時03 月 18 日 00 時12 時03 月 19 日 00 時12 時03 月 20 日 00 時12 時03 月 21 日 00 時12 時時間(b)03 月 16 日 00 時12 時03 月 17 日 00 時12 時03 月 18 日 00 時12 時03 月 19 日 00 時12 時03 月 20 日 00 時12 時03 月 21 日 00 時12 時時間濃度 (ug/m^3)恆春站 91 年 3 月 14 日〜3 月 21 日 PM10 濃度逐時分佈圖濃度 (ug/m^3)花蓮站 91 年 3 月 14 日〜3 月 21 日 PM10 濃度逐時分佈圖花蓮 TAQM 花蓮 0316 TAQM 花蓮 0317恆春 TAQM0316 TAQM03171601201401001208010060806040402020003 月 16 日 00 時12 時03 月 17 日 00 時12 時03 月 18 日 00 時12 時03 月 19 日 00 時12 時03 月 20 日 00 時12 時03 月 21 日 00 時12 時時間(c)(d)圖 A.3.12: 依序為萬里 (a)、三義 (b)、橋頭 (c)、花蓮 (d) 站 TAQM 模式 3 月 16 日、3 月17 日模擬結果和觀測值比對。003 月 16 日 00 時12 時03 月 17 日 00 時12 時03 月 18 日 00 時12 時03 月 19 日 00 時12 時03 月 20 日 00 時12 時03 月 21 日 00 時12 時時間(a) (b)圖 A.3.13: 台灣北部氣塊往前軌跡分析圖 ,(a) 為等熵面法 ,(b) 為垂直速度計算結果。A-62

(a) (b)圖 A.3.14: 台灣東部氣塊往前軌跡分析圖 ,(a) 為等熵面法 ,(b) 為垂直速度計算結果。A-63

A.4. 第五波侵台沙塵 (3 月 23 日 -3 月 24 日 )3 月 18、19 日觀測資料顯示新的沙塵在內蒙和河套地區生成 , 沙塵天氣強度在東北地區和華北地區雖有減弱但仍十分顯著 , 顯示內蒙和河套地區所生成的大量沙塵仍持續東移 ; 而在長江流域一帶和華南地區發現部分沙塵天氣現象 , 顯示沙塵有往東南方向移出的現象 , 此為今年第五個沙塵暴個案。A.4.1. 天氣分析地面天氣3 月 22 日地面天氣圖 ( 圖 A.4.1a) 顯示 , 低壓中心位於東北黑龍江省及庫頁島東方海上 , 中心持續加深 , 冷鋒自日本東方海面向西南伸展 , 經過日本南方海面、東海、福建至廣東廣西一帶 , 鋒面雲系位於北緯 30 度附近向東移動。台灣地區天氣受副熱帶高壓環流影響 , 各地天氣良好。高壓位於外蒙中部 , 中心強度 1034 hPa, 有部分冷空氣南下。23 日 ( 圖 A.4.1b) 黑龍江省及庫頁島東方海上低壓中心持續加深 , 冷鋒自日本東方海面向西南伸展 , 經過日本南方海面、東海、福建至廣東廣西一帶 , 鋒面雲系位於北緯 30 度附近向東移動。分裂高壓中心位於陜西省 , 高壓前緣向東南伸展江蘇省 , 向東南移動。24 日冷鋒自日本東方海面向西南伸展 , 經過日本南方海上、東海、福建至廣東廣西一帶 ( 圖 A.4.1c)。台灣地區天氣受副熱帶高壓環流影響 , 各地天氣良好。25 日 ( 圖 A.4.1d) 低壓位於貝加爾湖東方 , 中心持續加深 , 冷鋒自向西南伸展至內蒙中部 ( 包頭 ), 另一低壓位於東經 160 度北緯 35 度之太平洋洋面 , 鋒面自此向西南延伸至本省東方海面。分裂高壓中心位於日本 , 高壓迴流向西伸展至陜西省南方 , 台灣地區天氣受滯留台灣東方之雲系影響 , 為多雲偶雨天氣。26 日 ( 圖 A.4.1e)低壓向東移至東北與蘇聯交界 , 中心持續加深 , 冷鋒自向西南伸展經遼寧省南部、渤海 , 與位於河北、山東一帶的低壓連接 , 向西南伸展至湖南、四川省交界。高壓位於貝加爾湖東方 , 中心強度僅為 1023 hPa, 現正發展中。副熱帶高壓中心位於日本東方海面 , 高壓迴流向西伸展至華南沿海地區。高空部分22、23、24 日 850 hPa 圖 ( 圖 A.4.2a~c) 顯示鋒面位於日本海 , 冷鋒向西南伸展經東海、浙江省至湖南省南方 , 分裂高壓中心位於陜西省南方 , 高壓環流已向東南伸展至江浙一帶。沿海地區仍屬來自海南島至中南半島之旺盛之南來氣流 , 持續提供暖濕空氣進入東南沿海地區。高壓中心位於唐努烏拉山一帶 , 環流尚不明顯。25 日 ( 圖A.4.2d) 鋒面位於日本東方洋面 , 冷鋒向西南伸展至琉球海域。另一低壓位於貝加爾湖東方 , 冷鋒向西南伸展至內蒙。高壓位於準葛爾盆地東北方 , 高壓環流較弱。沿海地區仍偏西南風 , 南方暖濕空氣持續進入東南沿海地區。26 日 ( 圖 A.4.2e) 低壓位於東北北方 , 持續加深中 , 鋒面向西南伸展至遼寧省。另一鋒面位於山東省向西南伸展至A-64

湖南、四川省交界。副熱帶高壓環流向西伸展至沿海地區 , 沿海風場仍偏西南風 , 南方暖濕空氣持續進入東南沿海地區。22、23、24 日 ( 圖 A.4.3a~c)500 hPa 圖顯示低壓向東移動至東北黑龍江。槽線向南伸展至浙江、江西省一帶。另外南支短槽位於四川至貴州省境 , 槽前西南風強勁 ,風速在 35 至 60 浬之間。太平洋副熱帶高壓勢力仍強。25 日 ( 圖 A.4.3d) 低壓位於貝加爾湖東方 , 槽線強度微弱 , 向南伸展至內蒙中部一帶。副熱帶高壓勢力仍強。由 3 月 19 日〜3 月 22 日地面至 500 hPa 環流場上可看出 , 外蒙至唐努烏拉山之高壓強仍持續向東南移動 , 直到 3 月 22 日已向東南伸展至浙江沿海地區 , 但受到南方的太平洋副熱帶高壓脊線向北發展的影響 , 其強度均受影響 , 且緯度偏高。南方副熱帶高壓強度仍持須增強且向北伸展 , 南來氣流引入暖濕的空氣 , 使華南地區雲雨帶持續向東移動 , 影響台灣地區天氣。自 22 日起 , 受鋒面影響 , 台灣中部以北、東北部、東部、澎湖、金門及馬祖地區均轉為有陣雨或雷雨的天氣 , 各地氣溫將下降。A.4.2. 模式表現比較3 月 22 日大陸都市空氣品質資料 ( 圖 A.4.9) 與沙塵天氣報告 ( 圖 A.4.10) 顯示 ,在內蒙、蒙古、新疆、東北地區、河套地區、華中地區、華北地區、黃河長江流域一帶和華南沿海地區都有大範圍的沙塵天氣現象。此時 TAQM 模式、NAQPMS 與RIAM_CFORS 日本模式均顯示沙塵往東南傳送 , 影響台灣 , 各模式預報結果整理於表2.4。各模式均在 3 月 20 日就已預測到沙塵暴可能影響台灣 , 濃度在 30-300 µg/m 3 不等。三個模式預報 3 月 22、23 日的 PM10 濃度空間分布圖如圖 A.4.4、圖 A.4.5 和圖A.4.6 所示。3 月 21 日 TAQM 預報沙塵 23 日侵台 , 影響範圍為全台 , 濃度最高值為300 µg/m 3 , 比環保署觀測值高 ,NAQPMS 預報濃度為 100 µg/m 3 ,RIAM-CFORS 預報濃度為 500 µg/m 3 , 兩模式預報侵襲範圍均是全台。3 月 22 日預報結果 ,TAQM 預報沙塵侵台時間較環保署觀測的時間晚 , 其餘兩個模式則偏早 , 濃度方面的預報 ,TAQM的濃度預報直仍偏高 ,NAQPMS 預報濃度向下修正 , 和 RIAM-CFROS 均為 50 µg/m 3左右 , 較環保署資料為低。3 月 23 日預報結果 ,TAQM 對於沙塵侵台時間預報結果和環保署觀測所訂出的侵台時間相近 , 唯沙塵濃度仍明顯偏高 , 其餘兩模式侵台時間都較觀測時間晚 ,NAQPMS 的濃度和環保署觀測值較近 ,RIAM-CFORS 濃度值偏低。A.4.3. 觀測資料環保署觀測資料圖 A.4.7 為環保署北部 (a)、中部 (b)、南部 (c)、東部 (d)3 月 21 日 ~3 月 28 日 PM10 濃度逐時觀測資料 , 由圖中可以看出此波沙塵影響範圍主要在台灣北部地區。從環保署觀測資料來看 ,3 月 23、24 日北台灣地區只有馬祖和萬里站的 PM10 濃度有升起的情A-65

況並超過 100 µg/m 3 , 在陽明站 PM10 濃度則維持在 20µg/m 3 以下。而在中台灣、南台灣和東台灣測站 PM10 濃度雖時有超過 100 µg/m 3 的情況發生 , 但看不出有受到沙塵影響的情況 , 有可能是當地污染物所造成的。圖 A.4.8 依序為為 3 月 22 日 3 月 26 日環保署馬祖站、萬里站、陽明站、宜蘭站、花蓮站和台東站的觀測資料時間序列、風向、溫度和降雨量圖。觀測資料包括 PM10、O 3 、CO、SO 2 和 NOx, 圖中綠色箭頭代表風向 , 紅色柱狀圖為降雨量。馬祖和萬里站的 PM10 濃度在 22 日中午和 23 日凌晨均稍稍升高至 80 µg/m 3 , 隨後馬祖站在 24 日凌晨 , 萬里站在 23 日下午 4 點左右 , 達到濃度 130 µg/m 3 的極值 , 之後在 24 下午 4 點左右 , 馬祖和萬里站 PM10 濃度再度上升至 50~70 µg/m 3 左右 , 此時兩地均出現降雨 , 濃度再度下降。萬里 22 日下午、23 日下午均出現零星降雨 , 較大雨勢出現在 24 日下午 3 點 , 持續至 25 日 6 時 , 此段時間 PM10 濃度較低 , 至 26 日晚上 ,才又出現濃度上升至 90 µg/m 3 的情形。馬祖站的降雨時間從 23 日中午到 24 日凌晨 ,降雨量也比萬里少 ,25 日中午 PM10 濃度上升至 70 µg/m 3 , 比萬里站稍高。此段期間 , 馬祖和萬里站以東北風或北風為主 , 萬里站在 26 日傍晚才出現偏南風。萬里和馬祖站在 23 日下午或 24 日凌晨才出現 PM10 濃度超過 100 µg/m 3 的情形 ,其他站的紀錄卻大不相同。陽明站 PM10 濃度在 22 日凌晨 3 點升高至 70~80 µg/m 3 ,隨後出現降雨 ,PM10 濃度急速下降至 10 µg/m 3 , 直到 24 日上午 6 點才又開始升高至40 µg/m 3 。24 日中午過後 , 陽明站又出現降水 ,PM10 濃度再度下降 , 隨後 PM10 濃度維持在 20 µg/m 3 以下 , 直至個案結束。宜蘭站在 22 日下午 5 點左右出現 PM10 濃度超過 100 µg/m 3 的極值 , 花蓮站稍晚 , 在傍晚 10 點才出現 PM10 濃度超過 65 µg/m 3 的高值 , 台東站更晚至 23 日凌晨才出現 PM10 濃度超過 65 µg/m 3 的情形 , 宜蘭站在 23 日傍晚 6 點 ,PM10 濃度又升高到 100 µg/m 3 。從環保署觀測資料來看 , 此次沙塵個案對東部影響較不明顯 ,PM10 濃度未出現超過 100 µg/m 3 的情形 , 而北台灣的 PM10 濃度升起的時間 , 以宜蘭最早 , 萬里和馬祖晚了一天半 , 這兩次濃度升高是否因同一波沙塵 , 還有待釐清。至於其他物種的濃度變化 , 萬里站在 22 日上午 PM10 濃度稍稍上升至 60 µg/m 3時 ,CO、SO 2 、O 3 和 NOx 濃度均隨之上升 ; 而 23 日下午 PM10 濃度超過 100 µg/m 3時 , 雖然 SO 2 和 NOx 濃度也上升 , 上升幅度卻不如 22 日上午 ,O 3 濃度不升反降。馬祖站因為資料時有中斷 , 不易看出完整變化情形。陽明站 22 日下午 P 濃度上升 ,CO、SO 2 和 NOx 濃度也上升 ,O 3 濃度下降 , 隨後到 24 日上午 PM10 濃度再度上升時 , 再度出現 CO、SO 2 和 NOx 濃度上升 ,O 3 濃度下降的情形。宜蘭站 PM10 濃度在22 日下午 2 點左右達最高值 , 此時 SO 2 和 O 3 濃度上升 ,CO、NOx 濃度無明顯上升現象 , 在 25 日凌晨 ,SO 2 濃度陡升至 24 ppb, 高出平常值許多 , 這個現象是當地污染物或是長程傳送而來 , 還需進一步分析其他資料才能判斷。A-66

其他觀測資料根據 Dust storm in weather report 和 Chinese Urban Air Quality Data( 圖 A.4.9、圖A.4.10) 顯示 3 月 22 日在內蒙和河套地區仍持續生成大量沙塵 , 而生成的大量沙塵仍有往大陸東北方向和東南方向擴散傳送的趨勢。沙塵天氣影響範圍主要在長江流域以北 , 研判長江流域以南地區因受華南雲雨影響 , 故沙塵天氣現象微弱。23 日文化大氣系天氣現象繪圖顯示沙塵天氣主要集中在新疆、內蒙、河套地區 , 在山東、山西和長江口附近也有發現部份沙塵天氣 , 沙塵影響範圍主要在長江流域以北 ; 相較於 3 月 22日的觀測資料沙塵天氣強度在黃河長江流域一帶有減弱的現象。24 日在內蒙和河套地區生成沙塵趨弱 , 而生成的沙塵有往大陸東北方向傳送的趨勢 , 沙塵天氣強度在各地區都有減弱的現象 , 沙塵天氣影響範圍主要在長江流域以北並有逐漸北移至黃河流域以北的趨勢 , 而研判長江流域以南地區因受華南雲雨影響 , 故沙塵天氣現象微弱。25日在內蒙和河套地區生成沙塵持續趨弱 , 而生成的沙塵有往大陸東北方向傳送的趨勢 , 沙塵天氣強度在各地區都有減弱的現象 , 沙塵天氣影響範圍北移至黃河流域以北 , 而華南沿海地區不受沙塵天氣影響。衛星資料反演的沙塵指數分布圖顯示 ( 圖 A.4.11), 此個案期間沙塵集中於山東半島 , 並向東傳送 , 往南傳送的沙塵濃度並不顯著。A.4.4. TAQM 模式與觀測資料比較圖 A.4.12 為 3 月 22 日 TAQM 模式模擬結果與環保署 PM10 濃度時間序列比較圖 ,依序為北部 ( 淡水站與萬里站 )、中部 ( 台中、三義站 )、南部 ( 恆春站 ) 和東部( 花蓮站 )。環保署空氣品質資料與 TAQM 模式模擬結果發現 ,TAQM 模式在此個案中高估濃度值 , 濃度值超過 200 µg/m 3 , 觀測 PM10 濃度值最高約為 130 µg/m 3 , 可能原因為TAQM 模式目前未考慮濕沈降過程。而從前面的觀測資料得知 , 此個案期間 , 台灣北部出現降雨 , 可能導致沙塵移除 , 使觀測濃度沒有明顯增加 , 模式濃度偏高的情形。未來應將濕沈降過程加入 TAQM 模式 , 以期能更準確的模擬沙塵濃度。A.4.5. 軌跡分析圖 A.4.13、圖 A.4.14 為 3 月 23 日反向軌跡分析五天的結果 , 從等熵面計算結果( 圖 A.4.13a、A.4.14a) 來看 ,100 公尺高的氣塊的源頭為中亞 5 公里以上高空 ,1000與 2000 公尺高的氣塊來源為均為中南半島 1.5 公里以下低空。東台灣 100 公尺處氣塊來源與北台灣來源相近 ,1000 和 2000 公尺高空的氣塊均由南方來。使用垂直速度計算軌跡 ( 圖 A.4.13b、圖 A.4.14b), 結果顯示北台灣 100 和 1000 公尺氣塊來源 , 均為亞洲內陸高緯度 5 公里以上高空 ,2000 公尺處氣塊則為南來的氣塊 , 東台灣 100 公尺氣塊來自中亞內陸高空 ,1000 公尺氣塊來自太平洋 ,2000 公尺氣塊來源亦是中南半島 2 公A-67

里高的地方。A.4.6. 小結此個案沙塵濃度較低 ,PM10 濃度僅有馬祖站在 24 日凌晨 , 萬里站在 23 日下午 4點左右 , 達到濃度 130 µg/m 3 的極值 , 宜蘭站在 22 日中午、23 日傍晚出現 PM10 濃度100 µg/m 3 的情形 , 其他各站 PM10 濃度並無超過 100 µg/m 3 的情形。各站 PM10 濃度極值出現的時間相隔較久 , 萬里的 PM10 高濃度時間和宜蘭花蓮相差了 1 天半左右 , 宜蘭和萬里均位於北台灣 , 為何 PM10 濃度升起的時間卻相差一天 , 這兩次濃度高值是否為同一個原因 , 有待進一步討論。TAQM 模式在此個案的預報 , 沙塵來臨的時間有預報到 , 但是 PM10 濃度預報明顯高估 PM10 濃度。從觀測資料顯示 , 此個案期間北台灣出現降雨 ,TAQM 模式目前未考慮濕沈降過程 , 可能因此導致 TAQM 模式出現高估濃度的情況 , 但真正原因是否如此 , 未來將濕過程加入 TAQM 模式後 , 將再進行進一步討論。表 A.4:TAQM、NAQPMS 和 RIAM-CFORS 三個模式預報結果比較EPA侵台時間結束時間侵台範圍最高濃度23 日 06L 24 日 18L 北部 120預報日期模式侵台時間結束時間侵台範圍最高濃度備註3/203/213/22TAQM 23 日 09L 23 日 19L 北部 100NAQPMS 23 日 17L 24 日 08L 北部 50RIAM-CFORS 23 日 08L 24 日 05L 北部 30TAQM 23 日 13L 24 日 20L 全台 300NAQPMS 23 日 08L 24 日 20L 全台 100RIAM-CFORS 23 日 14L 24 日 05L 全台 50TAQM 23 日 11L 25 日 01L 全台 300NAQPMS 23 日 01L 24 日 11L 全台 50RIAM-CFORS 23 日 02L 25 日 05L 全台 50沙塵生成源區相同( 內蒙、河套 )A-68

TAQM 23 日 05L 25 日 17L 全台 3003/23NAQPMS 22 日 20L 24 日 20L 全台 100RIAM-CFORS 23 日 08L 24 日 11L 全台 50(a) (b)(c)(d)A-69

(e)圖 A.4.1: 日本地面天氣圖 ((a)~(e) 依序分別為 3 月 22 日 00Z〜3 月 26 日 00Z 的地面天氣圖 )。(a)(b)(c) (d)A-70

(e)圖 A.4.2: 日本高空 850 hPa 天氣圖 ((a)~(e) 依序為 3 月 22 日 00Z〜3 月 26 日 00Z 高空850 hPa 天氣圖 )。(a) (b)(c) (d)A-71

(e)圖 A.4.3: 日本高空 500 hPa 天氣圖 ((a)~(e) 依序為 3 月 22 日 00Z〜3 月 26 日 00Z 高空500hPa 天氣圖 )。(a) (b)圖 A.4.4 : TAQM 模式模擬 3 月 22 日 (a) 、 23 日 (b)PM10 濃度分布圖。(a) (b)圖 A.4.5:NAQPMS 模式模擬 3 月 22、23 日 PM10 濃度分布圖。A-72

(a) (b)圖 A.4.6:CFORS 模式模擬 3 月 22、23 日 PM10 濃度分布圖。濃度 (ug/m^3)140萬里、陽明、馬祖站 91 年 03 月 21 日〜03 月 28 日 PM10 濃度逐時分佈圖萬里陽明馬祖三義、斗六站 91 年 03 月 21 日〜03 月 28 日 PM10 濃度逐時分佈圖濃度 (ug/m^3) 三義斗六3001202501008020060150401002050003 月 21 日 00 時12 時03 月 22 日 00 時12 時03 月 23 日 00 時12 時03 月 24 日 00 時12 時03 月 25 日 00 時12 時03 月 26 日 00 時12 時03 月 27 日 00 時12 時03 月 28 日 00 時12 時時間003 月 21 日 00 時12 時03 月 22 日 00 時12 時03 月 23 日 00 時12 時03 月 24 日 00 時12 時03 月 25 日 00 時12 時03 月 26 日 00 時12 時03 月 27 日 00 時12 時03 月 28 日 00 時12 時時間(a)(b)橋頭、恆春站 91 年 03 月 21 日〜03 月 28 日 PM10 濃度逐時分佈圖濃度 (ug/m^3)160橋頭恆春宜蘭、花蓮、台東站 91 年 03 月 21 日〜03 月 28 日 PM10 濃度逐時分佈圖濃度 (ug/m^3)花蓮台東宜蘭1401201201001008080606040402020003 月 21 日 00 時12 時03 月 22 日 00 時12 時03 月 23 日 00 時12 時03 月 24 日 00 時12 時03 月 25 日 00 時12 時03 月 26 日 00 時12 時03 月 27 日 00 時12 時03 月 28 日 00 時12 時時間003 月 21 日 00 時12 時03 月 22 日 00 時12 時03 月 23 日 00 時12 時03 月 24 日 00 時12 時03 月 25 日 00 時12 時03 月 26 日 00 時12 時03 月 27 日 00 時12 時03 月 28 日 00 時12 時時間(c)(d)圖 A.4.7: 環保署北部 (a)、中部 (b)、南部 (c)、東部 (d)3 月 21 日 ~3 月 28 日 PM10 濃度A-73


(a)(b)(c)(d)(e)圖 A.4.9:Dust storm in weather report((a)~(e) 依序分別為 3 月 22 日〜3 月 26 日 )。A-75

(a) (b)(c) (d)(e)圖 A.4.10:Chinese Urban Air Quality Data((a)~(e) 依序分別為 3 月 22 日〜3 月 26日 )。A-76

(a) (b)(c) (d)(e)圖 A.4.11: 沙塵觀測衛星資料 ((a)~(e) 依序分別為 3 月 22 日〜3 月 26 日沙塵觀測衛星 )。A-77

萬里、淡水站 91 年 3 月 21 日〜3 月 26 日 PM10 濃度逐時分佈圖三義站 91 年 3 月 21 日〜3 月 26 日 PM10 濃度逐時分佈圖濃度 (ug/m^3)淡水萬里 TAQM0322濃度 (ug/m^3)三義台中 TAQM03223504003002503002002001501001005000(a)03 月 21 日 00 時12 時03 月 22 日 00 時12 時03 月 23 日 00 時12 時03 月 24 日 00 時12 時03 月 25 日 00 時12 時03 月 26 日 00 時時間(b)03 月 21 日 00 時12 時03 月 22 日 00 時12 時03 月 23 日 00 時12 時03 月 24 日 00 時12 時03 月 25 日 00 時12 時03 月 26 日 00 時時間濃度 (ug/m^3)160恆春站 91 年 3 月 21 日〜3 月 26 日 PM10 濃度逐時分佈圖恆春TAQM0322濃度 (ug/m^3)250花蓮站 91 年 3 月 21 日〜3 月 26 日 PM10 濃度逐時分佈圖花蓮TAQM03221401202001001508060100405020003 月 21 日 00 時12 時03 月 22 日 00 時12 時03 月 23 日 00 時12 時03 月 24 日 00 時12 時03 月 25 日 00 時12 時03 月 26 日 00 時時間(c)(d)圖 A.4.12: 依序為淡水、萬里 (a)、三義、台中 (b)、恆春 (c)、花蓮 (d) 站 TAQM 模式 3月 22 日模擬結果和觀測值比對。003 月 21 日 00 時12 時03 月 22 日 00 時12 時03 月 23 日 00 時12 時03 月 24 日 00 時12 時03 月 25 日 00 時12 時03 月 26 日 00 時時間(a) (b)圖 A.4.13: 台灣北部氣塊往前軌跡分析圖 ,(a) 為等熵面法 ,(b) 為垂直速度計算結果。A-78


A.5. 第六波侵台沙塵 (3 月 30 日〜4 月 3 日 )3 月 29、30 日在內蒙和河套地區生成大量沙塵 , 新生成的沙塵有往東北方向和東南方向擴散傳送的趨勢 , 沙塵主要影響範圍南移至長江流域以北 , 沙塵天氣強度在各地區有增強的現象。模式預報從 3 月 29 日內蒙、蒙古和河套地區又持續有沙塵生成 , 沙塵持續往東南方向傳送 , 預計台灣地區 3 月 31 日晚間至 4 月 1 日可能會受到沙塵天氣影響 , 此為今年第六個沙塵個案。A.5.1. 天氣分析地面天氣3 月 30 日地面天氣圖 ( 圖 A.5.1a) 顯示低壓中心位於日本九州南方 , 鋒面向西南伸展經巴士海峽、南海至海南島。台灣地區受此鋒面雲系影響 , 北部、東北部天氣為陰雨天氣。位於菲律賓附近海域之副熱帶高壓環流 , 東退至東經 150 度以東之太平洋上。華南沿海地區之鋒面雲系 , 隨鋒面系統向東南方向移出 , 但受到南來充沛之暖濕空氣影響 , 鋒面雲系雖持續東移出海 , 但南來水氣供應情況決定沿海地區雲雨區發展的強度。位於內蒙低壓向東南移動至河北遼寧省境 , 鋒面向西南伸展至湖南四川省。大陸高壓位於外蒙 , 高壓強度微弱 , 其行徑均為向東移動。31 日 ( 圖 A.5.1b) 低壓中心位於日本九州南方 , 鋒面向西南伸展至巴士海峽。台灣地區受此鋒面雲系影響 , 北部、東北部天氣為陰局部偶雨天氣。分裂高壓位於長江口 , 預測將向東移動出海 , 台灣地區將逐漸受高壓迴流影響。原先位於菲律賓附近海域之副熱帶高壓環流 , 東退至東經 150 度以東之太平洋洋面 , 並向北發展已形成阻塞現象。自 GMS 衛星雲圖資料分析 , 華南沿海地區之鋒面雲系 , 隨鋒面系統向東方向移出 , 但受到南來充沛之暖濕空氣影響 , 鋒面雲系仍將持續東移出海 , 但南來水氣供應情況決定沿海地區雲雨區發展的強度。內蒙至東北地區形成低壓帶 , 低壓向東北方發展。4 月 1 日 ( 圖 A.5.1c) 鋒面向西南伸展經台灣北部外海至福建、廣東及廣西沿海地區。台灣地區受此鋒面雲系影響 , 北部、東北部天氣為陰局部偶雨天氣。副熱帶高壓環流位於太平洋洋面 , 並向北發展已形成阻塞現象。華南沿海地區之鋒面雲系 , 隨鋒面系統向東方向移動 , 但受到南來充沛之暖濕空氣影響 , 雲雨區仍將持續東移出海。河北省東北部形成之鋒面 , 預測將伴隨唐努烏拉山之高壓南下。2 日 ( 圖 A.5.1d) 分裂高壓位於琉球南方海域 , 向東移動 , 高壓迴流向西伸展經台灣南方海域至福建、廣東沿海地區。低壓中心分別位於東北遼寧省、四川省及甘肅省 , 低壓帶自東北地區向西南延伸至華西地區。台灣地區受高壓迴流及華南雲帶東移影響 , 雲量較多。台灣地區高層在 900 hPa 至 800 hPa 有逆溫現象。華南沿海地區之雲系 , 持續向東方向移動。預測大陸地區之低壓系統 , 將持續發展中 , 配合下一波冷空氣南下 , 影響本省天氣。3 日 ( 圖 A.5.1e) 分裂高壓位於日本南方海域 , 向東移動 , 高壓迴流向西伸展經台灣南方海域至福建、廣東沿海地區。低壓中心位於日本 , 鋒面向西南延伸至台灣東方海域。大陸高壓中心位於內蒙、東北A-80

交界 , 中心強度 1024 hPa, 大陸高壓前緣向南伸展至東海、台灣北部外海。台灣地區受高壓迴流影響 , 雲量較多。華南沿海地區之雲系持續向東方向移動。預測大陸地區之低壓系統 , 將持續發展中 , 配合下一波冷空氣南下 , 影響本省天氣。高空部分3 月 30 日 850 hPa 圖 ( 圖 A.5.2a) 顯示 , 位於內蒙一帶之低壓 , 向東南移動至河北遼寧一帶 , 鋒面向西南伸展至河南、湖北省一帶。原位於朝鮮半島南方隻低壓 , 移至日本本州東方海面 , 鋒面向南伸展至台灣東方海域。福建、廣東沿海地區雲雨帶仍持續向東移動接近台灣地區。太平洋副熱帶高壓南緣向西伸展至中南半島 , 沿海地區受副熱帶高壓環流 , 導引之南方暖濕空氣持續進入。而北方冷空氣 , 伴隨北方鋒面向東南移動至福建、廣東沿海 , 形成一波波雲雨帶。台灣天氣受此雲雨帶移東影響 , 天氣為陰偶陣雨天氣。3 月 31 日、4 月 1 日 ( 圖 A.5.2b、c) 太平洋副熱帶高壓在東經 160度形成明顯的阻塞現象。高壓以東之天氣系統移速將逐漸趨緩並向北移動。4 月 2、3日 ( 圖 A.5.2d、e) 高壓位於唐努烏拉山附近 , 高壓向東北方伸展至外蒙東邊。高壓脊線移至朝鮮半島向東移動。低壓位於內蒙 , 鋒面向西南伸展至內蒙包頭一帶。副熱帶高壓勢力仍強 , 持續盤據在北緯 20 度以南的海域。自沿海地區至山東南方 , 受副熱帶高壓環流導引之西南氣流持續進入 , 向北可伸展至朝鮮半島。3 月 30、31 日 500 hPa 圖 ( 圖 A.5.3a、b) 顯示 , 位於遼寧沿海地區槽線移至日本海及北海道西方海域。向南伸展至日本南方海上。副熱帶高壓勢力仍強惟位置較偏南。內外蒙間之環流場偏緯流。遼寧、河北生之槽線 , 持續向東南移動。4 月 1 日 ( 圖A.5.3c) 低壓槽東移至日本東方洋面 , 向南伸展至日本南方海上。副熱帶高壓勢力已向北伸展 , 西南氣流已向北伸展至長江口一帶。低壓位於巴爾喀什湖西北方 , 環流正逐漸發展中 , 北緯 40 度以北環流偏緯流。高壓脊東移出海且強度減弱。4 月 2、3 日 ( 圖A.5.3d、e) 低壓槽位於巴爾喀什湖北方 , 環流正逐漸發展中。槽前之高壓脊強度微弱 , 其西北風達華北地區。華中、華南至台灣地區 , 均屬副熱帶高壓外圍環流。3 月 30 日至 4 月 1 日地面至 500 hPa 環流場上可看出 , 中國北方地區之高壓強度仍較微弱 , 且偏北方位置移動 , 在 3 月 30 日、3 月 31 日日鋒面系統向南移動接近本省 ,受到南方的太平洋副熱帶高壓脊線導引暖濕的空氣之其降雨量增加。而南方副熱帶高壓強度仍持須增強且向北伸展 , 南來氣流引入 , 使華南地區雲雨帶持續生成向東移動 , 台灣地區天氣受其影響。4 月 2、3 日地面至 500 hPa 環流場上 , 中國北方地區之高壓強度仍較微弱 , 且偏北方位置移動。而南方副熱帶高壓強度仍持須增強且向北伸展 , 南來氣流引入 , 使華南地區雲雨帶持續生成向東移動 , 台灣地區天氣受其影響。惟受到太平洋高壓脊線阻塞現象仍明顯影響 , 在台灣東西兩方形成槽線 , 台灣地區正好落在脊線之輻散氣流位置 , 氣流偏南 , 且均向北移動 , 對台灣無影響。A.5.2. 模式表現比較A-81

3 月 30 日 Dust storm in weather report( 圖 A.5.9) 與 Chinese Urban Air Quality Data( 圖 A.5.10) 顯示 , 在內蒙、蒙古、新疆、東北地區、河套地區、華中地區、華北地區、黃河長江流域一帶和華南沿海地區都有觀測到大範圍的沙塵天氣現象。此時TAQM 模式與 RIAM_CFORS 日本模式顯示沙塵往東南傳送 , 影響台灣 , 各模式預報結果整理於表 A.5, 各模式均在 3 月 29 日就已預測到沙塵暴可能影響台灣 , 濃度在40~200 µg/m 3 不等。圖 A.5.4、圖 A.5.5 和圖 A.5.6 分別為三個模式所模擬的 PM10 濃度空間分布圖。3 月 29 日模式預報結果 ,TAQM 預報沙塵侵台時間為晚上 , 和 NAQPMS相近 ,RIAM-CFORS 時間偏早 , 影響範圍偏中北部 , 在濃度的預報方面 ,TAQM 濃度值偏高 , 達 200µg/m 3 , 另外兩個模式預報的沙塵濃度值約在 50µg/m 3 左右。3 月 30 日的預報結果 ,NAQPMS 的預報結果顯示對台灣沒有影響 ,TAQM 和 RIAM-CFORS 結果顯示仍有影響 ,TAQM 顯示會影響全台 , 濃度極值約為 100µg/m 3 ,RIAM-CFORS 顯示影響北部地區 , 濃度最高值約為 20µg/m 3 。3 月 31 日預報結果和 3 月 30 日預報結果相近 ,TAQM 預報沙塵影響全台 , 最高濃度約 100,RIAM-CFORS 結果顯示沙塵影響台灣北部地區 , 最高濃度約 20µg/m 3 ,NAQPMS 預報結果則顯示對台灣地區無明顯影響。A.5.3. 觀測資料環保署觀測資料圖 A.5.7 為北台灣、中台灣、南台灣與東台灣 PM10 濃度逐時分佈圖。圖 A.5.8 依序為 3 月 30 日至 4 月 3 日環保署馬祖站、萬里站、陽明站、宜蘭站、花蓮站和台東站的觀測資料時間序列、風向、溫度和降雨量圖。觀測資料包括 PM10、O 3 、CO、SO 2 和NOx, 圖中綠色箭頭代表風向 , 紅色柱狀圖為降雨量。馬祖站的 PM10 濃度在 4 月 1 日淩晨升高至 160 µg/m 3 , 持續至 2 日下午才下降 ; 萬里站 PM10 濃度在 4 月 1 日下午 3 點左右開始升高 ,6 點左右達到 130 µg/m 3 的極值 ;之後在 2 日中午左右 , 萬里站 PM10 濃度再度上升至 110 µg/m 3 左右。萬里 30 日淩晨至中午出現降雨 , 此段時間 PM10 濃度約為 30 µg/m 3 。陽明站 PM10 濃度在 4 月 1 日下午 2 時左右迅速升高 , 約 4 時達到 110 µg/m 3 的高值 , 隨後濃度下降 ; 直到 2 日下午 6 點才又開始升高至 100 µg/m 3 。宜蘭站濃度變化不大 , 個案期間 PM10 濃度均未超過 100 µg/m 3 , 在 3 日中午過後 , 濃度稍稍上升至 90µg/m 3 。花蓮站在 31 日晚上與 4 月 3 日晚上出現 PM10 濃度超過 65 µg/m 3 的情況 , 台東站在個案期間 ,PM10 濃度均未超 60 µg/m 3 。從環保署觀測資料來看 , 此次沙塵個案對台灣影響不明顯 , 尤其是東部 ,PM10 濃度未出現超過 100 µg/m 3 的情形 , 而北台灣地區的 PM10 濃度升起的時間 , 以陽明最早 , 馬祖次之 , 萬里最晚。中台灣的斗六站在 3 月 31 日下午與 4 月 2 日凌晨的 PM10濃度超過 200 µg/m 3 , 斗六站在 4 月 2 日中午 PM10 濃度超過 150 µg/m 3 。南台灣影響不A-82

明顯 , 只有橋頭站在 4 月 2 日中午 PM10 濃度超過 100 µg/m 3 。至於其他物種的濃度變化 , 萬里站在 4 月 1 日下午 PM10 濃度上升至 140 µg/m 3時 ,CO、SO 2 、O 3 和 NOx 濃度均隨之上升 , 而 2 日中午 PM10 濃度超過 120 µg/m 3時 ,SO 2 和 O 3 濃度比 PM10 濃度上升時間來得早 , 上升幅度卻不如 1 日下午。馬祖站 4月 1 日淩晨 PM10 濃度上升時 ,CO、SO 2 、和 NOx 濃度均隨之上升。陽明站 31 日下午PM10 濃度上升 ,CO、SO 2 、O 3 和 NOx 濃度沒有明顯升高 , 隨後到 2 日下午 PM10 濃度再度上升時 , CO、SO 2 、O 3 和 NOx 濃度上升。宜蘭站 PM10 濃度在 3 日中午過後升高 , 此時 CO、SO 2 、Nox 和 O 3 濃度上升 , 而 1 日中午 PM10 濃度無明顯上升 ( 約 60µg/m 3 ) 時 ,CO、SO 2 、Nox 濃度卻有升高的現象 , 此時 O 3 濃度降低至 10 ppb。其他觀測資料根據 Dust storm in weather report、Chinese Urban Air Quality Data ( 圖 A.5.9、圖A.5.10) 顯示 3 月 30 日在內蒙和河套地區生成大量沙塵 , 新生成的沙塵有往東南方向傳送的趨勢 , 沙塵主要影響範圍在長江流域以北 , 沙塵天氣強度在各地區有增強的現象。31 日在內蒙和河套地區持續有沙塵生成 , 沙塵有往東南方向傳送的趨勢 , 沙塵主要影響範圍在長江流域一帶以北 , 華南沿海地區不再受沙塵天氣影響 , 沙塵天氣強度在各地區有減弱的現象。4 月 1 日的觀測資料顯示沙塵主要集中在內蒙、河套地區、華北地區、華中地區、東北地區和黃河長江流域一帶 ; 由觀測資料發現 , 在內蒙和河套地區仍有沙塵生成 , 在長江口附近沙塵天氣強度明顯 , 沙塵主要影響範圍在長江流域以北 , 華南沿海地區則受微弱沙塵天氣影響。2 日在內蒙和河套地區持續有沙塵生成 ,沙塵有往東方傳送的趨勢 , 沙塵主要影響範圍在黃河流域以北一帶 , 華南沿海地區受部分微弱沙塵天氣影響 , 沙塵天氣強度在各地區有略微減弱的現象。3 日在內蒙和河套地區仍有些微沙塵生成 , 在東北地區、華北地區到黃河流域一帶沙塵天氣強度明顯 ,顯示沙塵有持續從沙塵源區移出的現象 , 沙塵主要影響範圍在黃河流域以北。衛星資料顯示 ( 圖 A.5.11) 在 3 月 30 至 4 月 2 日期間 , 沙塵主要集中於中國大陸東北與朝鮮半島、日本一帶 , 台灣地區沙塵濃度不顯著。A.5.4. TAQM 模式與觀測資料比較圖 A.5.12 為 3 月 29 日 TAQM 模式模擬結果與環保署 PM10 濃度時間序列比較圖 ,依序為北部 ( 萬里站 )、中部 ( 三義站 )、南部 ( 橋頭站 ) 和東部 ( 花蓮站 )。模擬結果顯示萬里站 PM10 濃度在 3 月 30 日淩晨開始上升 , 但觀測資料並無顯示如此的變化 ,PM10 濃度均維持在 20 µg/m 3 左右。中台灣的 PM10 模擬濃度在 31 日中午過後開始升起 , 觀測濃度比模擬濃度稍晚 , 約在 4 日凌晨才開始上升 , 中台灣的觀測極值約為 150 µg/m 3 , 模擬值稍高 , 接近 200 µg/m 3 。橋頭站觀測濃度無明顯變化 ,3月 31 日凌晨濃度稍微稍高 , 和模擬結果的濃度上升時間相近。東台灣在此個案期間 ,濃度無明顯變化 , 模擬的濃度值比觀測值高出一些。A-83

A.5.5. 軌跡分析圖 A.5.13、圖 A.5.14 為 3 月 30 日反向軌跡分析五天的結果 , 從等熵面計算結果( 圖 A.5.13a、A.5.14a) 來看 ,100 和 1000 公尺的氣塊均來自朝鮮半島一帶 ,2000 公尺高的氣塊來源為中亞五公里以上高空。東台灣 100 公尺處氣塊來源來自海上 ,1000和氣塊來源為中南半島近地面 ,2000 公尺高空氣塊來自青康藏高原附近。使用垂直速度計算軌跡 ( 圖 A.5.13b、A.5.14b), 結果顯示北台灣 100 公尺氣塊來自朝鮮半島 ,1000公尺氣塊來源為山東一帶 ,2000 公尺處氣塊來源則為印度北部五公里以上高空 , 東台灣 100 公尺氣塊來自東北近地面氣塊 , 經海上通過日本而來 ,1000 公尺氣塊來自上海外海 ,2000 公尺氣塊來源為印度東部 2 公里高的地方。A.5.6. 小結此個案沙塵濃度較低 , 環保署觀測資料顯示此個案對台灣無明顯影響 , 只有萬里、馬祖、陽明等站的 PM10 濃度出現大於 100 µg/m 3 的情形 , 北台灣的 PM10 濃度升起的時間 , 以陽明最早 , 馬祖次之 , 萬里最晚。東部 PM10 濃度未出現超過 100 µg/m 3 的情形。模式預報結果 ,TAQM 與 RIAM-CFORS 模式預報沙塵 31 日會影響台灣 , 與實際情況較為接近 , 而 NAQPMS 模式 30 日則預報此波沙塵不影響台灣。軌跡分析顯示此次個案低層空氣塊可能來自東亞或東北亞 ( 沙塵實際源區為內蒙古、河套地區 ), 高層空氣來源則為南亞或中亞。表 A.5:TAQM、NAQPMS 和 RIAM-CFORS 三個模式預報結果比較EPA侵台時間結束時間侵台範圍最高濃度無明顯影響無明顯影響無明顯影響無明顯影響預報日期模式侵台時間結束時間侵台範圍最高濃度備註3/28TAQM 31 日 07L 31 日 19L 全台 200NAQPMS 沒有影響沒有影響沒有影響沒有影響RIAM-CFORS 沒有影響沒有影響沒有影響沒有影響沙塵生成源區相同( 內蒙、河套 )3/29 TAQM 31 日 21L 1 日 19L 全台 200A-84

NAQPMS 31 日 20L 1 日 20L 中北部 50RIAM-CFORS 31 日 11L 1 日 20L 中北部 40TAQM 31 日 19L 3 日 11L 全台 1003/30NAQPMS 沒有影響沒有影響沒有影響沒有影響RIAM-CFORS 31 日 17L 1 日 05L 北部 20TAQM 31 日 19L 3 日 11L 全台 1003/31NAQPMS 沒有影響沒有影響沒有影響沒有影響RIAM-CFORS 31 日 17L 1 日 05L 北部 20(a) (b)(c) (d)A-85

(e)圖 A.5.1: 日本地面天氣圖 ((a)~(e) 依序分別為 3 月 30 日 00Z〜4 月 3 日 00Z 的地面天氣圖 )。(a) (b)(c) (d)A-86

(e)圖 A.5.2: 日本高空 850 hPa 天氣圖 ((a)~(e) 依序分別為 3 月 30 日 00Z〜4 月 3 日 00Z高空 850 hPa 天氣圖 )。(a) (b)(c) (d)A-87

(e)圖 A.5.3: 日本高空 500 hPa 天氣圖 ((a)~(e) 依序分別為 3 月 30 日 00Z〜4 月 3 日 00Z高空 500hPa 天氣圖 )。(a) (b)圖 A.5.4:TAQM 模式模擬 3 月 31 日、4 月 1 日 PM10 濃度分布圖。(a) (b)圖 A.5.5:NAQPMS 模式模擬 3 月 31 日、4 月 1 日 PM10 濃度分布圖。A-88

(a) (b)圖 A.5.6:RIAM-CFORS 模式模擬 3 月 31 日、4 月 1 日 PM10 濃度分布圖。三義、斗六站 91 年 03 月 28 日〜04 月 03 日 PM10 濃度分佈圖萬里、陽明、馬祖站 91 年 03 月 28 日〜04 月 03 日 PM10 濃度逐時分佈圖濃度 (ug/m^3)萬里陽明馬祖濃度 (ug/m^3)250三義斗六20018020016014015012010010080604050200003 月 28 日 00 時12 時03 月 29 日 00 時12 時03 月 30 日 00 時12 時03 月 31 日 00 時12 時04 月 01 日 00 時12 時04 月 02 日 00 時12 時04 月 03 日 00 時12 時時間03 月 28 日 00 時12 時03 月 29 日 00 時12 時03 月 30 日 00 時12 時03 月 31 日 00 時12 時04 月 01 日 00 時12 時04 月 02 日 00 時12 時04 月 03 日 00 時12 時時間(a)(b)濃度 (ug/m^3)120橋頭、恆春站 91 年 03 月 28 日〜04 月 03 日 PM10 濃度分佈圖橋頭恆春濃度 (ug/m^3) 宜蘭、花蓮、台東站 91 年 03 月 28 日 ~ 04 月 03 日 PM10 濃度分佈圖100花蓮台東宜蘭10090808070606050404030202010003 月 28 日 00 時12 時03 月 29 日 00 時12 時03 月 30 日 00 時12 時03 月 31 日 00 時12 時04 月 01 日 00 時12 時04 月 02 日 00 時12 時04 月 03 日 00 時12 時時間003 月 28 日 00 時12 時03 月 29 日 00 時12 時03 月 30 日 00 時12 時03 月 31 日 00 時12 時04 月 01 日 00 時12 時04 月 02 日 00 時12 時04 月 03 日 00 時12 時時間(c)(d)A-89

圖 A.5.7: 環保署北部 (a)、中部 (b)、南部 (c)、東部 (d)3 月 28 日 ~4 月 3 日 PM10 濃度逐時觀測資料。(a) (b)(c) (d)(e) (f)圖 A.5.8: 依序為馬祖 (a)、萬里 (b)、陽明 (c)、宜蘭 (d)、花蓮 (e)、台東 (f) 站 3 月 30 日 ~4月 3 日各污染物逐時濃度變化圖 ( 包含風速風向、氣溫、降雨量 )。A-90

(a) (b)(c) (d)(e)A.5.9:Dust storm in weather report((a)~(e) 依序分別為 3 月 30 日〜4 月 3 日 )。A-91

(a) (b)圖 A.5.10:Chinese Urban Air Quality Data((a)~(b) 依序分別為 4 月 1 日、4 月 3 日Chinese Urban Air Quality Data, 其中 3 月 30 日、3 月 31 日和 4 月 2 日無資料 )。(a) (b)(c)圖 A.5.11: 沙塵觀測衛星資料 ((a)~(c) 依序分別為 3 月 30 日、3 月 31 日和 4 月 2 日沙塵觀測衛星資料 )。A-92

萬里測站模式和觀測值比對三義測站觀測和模式比對250250200200PM10 濃度 (ug/m3)150100萬里c 萬里 0329PM10 濃度 (ug/m3)150100三義c 三義 03295050003 月 28 日 00 時03 月 28 日 12 時03 月 29 日 00 時03 月 29 日 12 時03 月 30 日 00 時03 月 30 日 12 時03 月 31 日 00 時03 月 31 日 12 時04 月 01 日 00 時04 月 01 日 12 時04 月 02 日 00 時04 月 02 日 12 時04 月 03 日 00 時04 月 03 日 12 時003 月 28 日 00 時03 月 28 日 12 時03 月 29 日 00 時03 月 29 日 12 時03 月 30 日 00 時03 月 30 日 12 時03 月 31 日 00 時03 月 31 日 12 時04 月 01 日 00 時04 月 01 日 12 時04 月 02 日 00 時04 月 02 日 12 時04 月 03 日 00 時04 月 03 日 12 時(a)時間(b)時間橋頭測站觀測和模式比對花蓮測站觀測和模式比對160200140180120160PM10 濃度 (ug/m3)100806040橋頭c 橋頭 0329PM10 濃度 (ug/m3)140120100806040花蓮c 花蓮 032920200003 月 28 日 00 時03 月 28 日 12 時03 月 29 日 00 時03 月 29 日 12 時03 月 30 日 00 時03 月 30 日 12 時03 月 31 日 00 時03 月 31 日 12 時04 月 01 日 00 時04 月 01 日 12 時04 月 02 日 00 時04 月 02 日 12 時04 月 03 日 00 時04 月 03 日 12 時03 月 28 日 00 時03 月 28 日 12 時03 月 29 日 00 時03 月 29 日 12 時03 月 30 日 00 時03 月 30 日 12 時03 月 31 日 00 時03 月 31 日 12 時04 月 01 日 00 時04 月 01 日 12 時04 月 02 日 00 時04 月 02 日 12 時04 月 03 日 00 時04 月 03 日 12 時時間(c)(d)圖 A.5.12: 依序為萬里 (a)、三義 (b)、橋頭 (c)、花蓮 (d) 站 TAQM 模式 3 月 29 日模擬結果和觀測值比對。時間(a) (b)圖 A.5.13: 台灣北部氣塊往前軌跡分析圖 ,(a) 為等熵面法 ,(b) 為垂直速度計算結果。A-93


A.6 第七波侵台沙塵 (4 月 9 日 -4 月 10 日 )4 月 6、7 日在內蒙以南及河套地區產生大量沙塵 ,4 月 8 日整個內外蒙、東北、黃河流域以及長江以北地區均受到沙塵影響 , 沙塵持續往東及東南方移動 , 並在 4 月 9、10 日影響到韓國、日本和台灣地區的空氣品質 , 此為今年的第七個沙塵個案。模式在4 月 6 日的預報結果即估計此波沙塵在 4 月 9 日影響台灣 , 以下就天氣、空氣品質資料與模式預報結果及軌跡分析加以討論。A.6.1. 天氣分析地面4 月 7 日 , 如圖 A.6.1a 所示 , 大陸高壓向東移動至貝加爾湖西方 , 中心強度為 1047hPa, 高壓前緣向東南伸展。低壓位於東北 , 中心逐漸囚錮 , 鋒面向西南伸展經山東半島 , 併入四川、雲貴一帶之低壓內。另外 , 低壓前緣分裂之鋒面雲系已於清晨通過台灣地區。自 GMS 衛星水汽頻道雲圖資料分析 , 鋒面雲系自東北向西南伸展 , 經過日本海、黃海、東海至華南沿海區域 , 於清晨向東移出海。台灣地區受鋒面外圍雲系通過後 , 各地雲量減少。4 月 8 日 , 如圖 A.6.1b 所示 , 大陸高壓中心強度為 1046 hPa。位於東北的低壓中心已囚錮 , 鋒面向西南伸展經日本至琉球海域。4 月 9 日 ( 圖A.6.1c), 鋒面向西南伸展經日本、琉球海域、台灣、華南沿海至海南島 ; 另外 , 華南沿海地區受北方冷空氣持續南下與南方暖濕空氣交會 , 雲雨帶強度較強 , 沿海地區仍持續發生雷陣雨。台灣地區受鋒面雲系向東移出接近影響 , 北部地區今晚雲量增多 ,部分地區有陣雨。4 月 10 日 , 如圖 A.6.1d 所示 , 大陸高壓分別位於貝加爾湖西北方及湖南省向東移動 , 中心強度為 1038 hPa, 高壓前緣向東伸展至朝鮮半島。低壓分別為位於東北及日本東南方海面 , 鋒面自日本東南方海面向西南伸展至海南島北方。華南沿海地區仍因北方冷空氣持續南下與南方暖濕空氣交會 , 雲雨帶活動強度仍高 , 浙江 , 福建省沿海地區仍持續發生陣雨。自 GMS 衛星水汽頻道雲圖資料分析 , 華南地區雲雨帶仍持續發展 , 台灣北部地區仍為短暫陣雨的天氣 , 至 4 月 12 日分裂高壓出海後變性 , 台灣地區受副熱帶高壓環流西伸 , 在高壓迴流影響下 , 環流場轉為以南風為主的氣流 , 華南地區雲雨帶逐漸開始發展且向北伸展。高空850 hPa 高度場如圖 A.6.2a~e 所示 ,4 月 7 日高壓位於外蒙向東移動。低壓位於東北 , 中心強度加深且囚錮後 , 移速趨緩。囚錮鋒向西南伸展併入四川、雲貴一帶之低壓內 , 副熱帶高壓目前仍在北緯 20 度以南 , 高壓迴流伸展至大陸東南沿海區域。鋒面雲系並向東移出 , 鋒面雲系出海後強度減弱 , 對台灣地區影響較小 ,4 月 8 日囚錮鋒向西南伸展經東海、浙江至雲南省 , 鋒面雲系 ( 冷暖空氣交會地帶 ) 並向東移出 , 鋒面雲系出海接近台灣地區 , 影響台灣北部、東北部地區天氣。之後華南雲系增強 , 持續A-95

向東移出接近台灣北部外海及北部、東北部地區。台灣北部、東北部地區至 4 月 11 日20 時 , 天氣均受鋒面雲系持續東移出海影響 , 天氣為多雲至陰、局部地區有雨天氣。4月 12 日 20 時分裂高壓位於江西省至福建省 , 分裂高壓前緣已出海 , 台灣北部外海地區風場逐漸轉為北北東至東北風 , 雲雨區位置偏台灣東南海域。之後鋒面雲系向東北移動 , 台灣地區環流轉為東北季風。分裂高壓前緣已出海 , 台灣北部外海地區風場逐漸轉為北北西至北風。分裂高壓向東移動速度受太平洋高壓阻塞影響 , 至 4 月 13 日 20時分裂高壓中心才移至琉球海域 , 台灣地區在此期間環流場屬高壓環流且溼度偏低。700 hPa 高度場如圖 A.6.3a~e 所示 ,4 月 7 日大陸高壓脊線已東移至貝加爾湖西方 ,冷空氣南下至北緯 30 度以北。低壓中心位於東北大興安嶺附近 , 槽線巷西南伸展併入四川、雲貴一帶之低壓內。副熱帶高壓目前仍在北緯 20 度以南 , 高壓迴流伸展至大陸東南沿海區域。4 月 9 日冷空氣南下的強度已開始減弱 , 北緯 30 度以南至大陸東南沿海地區溼度場強度較大 , 且風場為 25 浬至 40 浬的西風 , 溼度場向東逐漸移出。4 月11 日低壓中心位於庫頁島北方 , 受太平洋副熱帶高壓阻塞影響 , 中心逐漸加深。槽線自日本海向西南伸展。大陸東南沿海地區溼度場強度較大 , 且風場為西至西北風 , 溼度場東移出海。華南沿海至台灣地區環流場自 4 月 7 日到 4 月 11 日 , 均位於副熱帶高壓外圍環流與北方大陸高壓交會地帶。500 hPa 高度場如圖 A.6.4a~e 所示 ,4 月 7 日低壓中心位於東北 , 槽線向西南伸展至四川、雲貴一帶。溫度及高度場的梯度集中在北緯 40 度以北。台灣地區受副熱帶高壓脊線西深至南海地區之影響 , 高層環流屬輻散氣流。4 月 8 日溫度及高度場的梯度集中在北緯 30 度以北。4 月 9 日溫度及高度場的梯度已開始減弱 , 太平洋副熱帶高壓脊線約在東經 160 度形成阻塞且向北伸展 , 致使槽線在蘇聯東方沿海地區向西南方伸展至浙江省 , 槽線近似滯留。4 月 10 日太平洋高壓脊在東經 160〜170 度形成阻塞 , 東經160 度以西之天氣系統移速緩慢 , 致使低壓槽線走向逐漸偏東北東 – 西南西。台灣地區受副熱帶高壓脊線位置影響 , 屬西風環流。而 4 月 7 日自地面至 500 hPa 環流場上可看出 , 目前中國北方地區之高壓強度仍較微弱 , 且偏北方位置移動。而南方副熱帶高壓強度仍持須增強且向北伸展 , 南來氣流引入 , 使華南地區雲雨帶持續生成向東移動 , 台灣地區天氣受其影響。惟受到太平洋高壓脊線影響 , 台灣地區正好落在槽前西南氣流 , 氣流偏南 , 使北方天氣系統均偏北移動 , 對台灣地區並無影響。4 月 9 日南方副熱帶高壓強度仍持續增強且向北伸展 , 另在東經 160 度附近逐漸形成阻塞現象 , 影響未來天氣系統的移速。4 月 10 日受到南來氣流持續引入暖濕空氣 , 使華南地區雲雨帶持續生成向東移動 , 台灣北部地區地區天氣受其影響。A.6.2 模式表現比較三個模式比較如表 2.6 所示 , 可看出 TAQM 模式這一次並沒有準確的預報到時間與A-96

濃度 , 因此為漏報 ;NAQPMS 模式在 4 月 7 日的模式預報的時間大致上在觀測侵台期間內 , 掌握的還算不錯 , 在濃度方面 , 有低估的現象 ; 而 RIAM-CFORS 模式預報的時間比實際沙塵影響台灣的時間早了約 12 個小時 , 同時在濃度方面也低估了 , 但是模式預報北部地區都會受到影響 , 與實際上只有北部地區受到影響一致。圖 A.6.5、圖 A.6.6 和圖 A.6.7 分別是 TAQM、NAQPMS、RIAM-CFORS 三個模式預報 4 月 9 日和 4 月 10 日的沙塵濃度分佈圖 , 由圖中可以看到 ,TAQM 並沒有準確的預報出這一波的沙塵 , 而在 NAQPMS 模式預報 , 顯示在台灣南部以外的地區均受到沙塵影響 , 地表一公里以下的沙塵濃度在 20〜50 µg/m 3 ,RIAM-CFORS 模式則預報只有中部以北地區會受到影響 , 濃度在 30〜40 µg/m 3 之間。A.6.3. 觀測資料分析環保署觀測資料圖 A.6.8a 為北部地區 ( 萬里、陽明、馬祖 ) 在月 4 月 5〜13 日的 PM10 濃度分佈圖 , 圖中可以看到 , 萬里與陽明測站在月 9 日的凌晨開始 ,PM10 濃度快速增加 , 而後一直延續到 4 月 11 日濃度值才下降 , 應是受到大陸地區 4 月 6 日在內蒙生成的沙塵暴傳送到台灣所影響 , 而陽明站因缺乏資料 , 加上當時正在降雨 , 所以 PM10 濃度值均低。圖 A.6.8b 中部地區 ( 三義、斗六 ) 在月 4 月 5〜13 日的 PM10 濃度分佈圖 , 三義站的 PM10 濃度在 4 月 5 日及 4 月 9 日中午均有上升 , 在月 5 日應是由於局部污染所致 ;而 4 月 9 日中午過後 ,PM10 濃度可能因受到大陸沙塵影響而上升 ; 斗六站同樣在 4 月5 日因局部污染不易擴散而 PM10 濃度值高 , 也在 4 月 7 日凌晨發現同樣的情形 , 而到了 4 月 9 日中午過後 ,PM10 濃度也急速上升 , 並一直持續到 4 月 11 日晚上 , 在這期間內 ,4 月 10 日接近中午的時候 ,PM10 濃度甚至高達 240 µg/m 3 。圖 A.6.8c 為南部地區 ( 橋頭、恆春 ) 在月 4 月 5〜13 日的 PM10 濃度分佈圖 , 可以看到橋頭站在月 5 日中午的時候有 PM10 濃度上升的現象 , 應是由於局部污染所導致的 , 而恆春站在月 9 日下午 PM10 濃度也逐漸上升 , 而後下降 , 接著在 4 月 10 日晚間至 4 月 11 日凌晨 , 橋頭與恆春站均發現到 PM10 濃度又再度上升 , 一直持續到 4 月 11日晚間。圖 A.6.8d 為東部地區 ( 宜蘭、花蓮、台東 ) 在月 4 月 5〜13 日的 PM10 濃度分佈圖 , 整個東部地區的 PM10 濃度分佈均差不多 , 除了每天的日夜變化以外 , 在 4 月 9日中午的時候有 PM10 濃度高值出現 , 同時也看到在 4 月〜9 日期間的 PM10 濃度都蠻大的 , 到了 4 月 11 日以後 ,PM10 濃度變得較小。而在一般污染物逐時變化中 , 其中馬祖測站 ( 圖 A.6.9a) 在 4 月 7 日即有 PM10 濃度些微上升的現象 , 但是持續不久 ; 到了 4 月 9 日當天凌晨 ,PM10 濃度即開始急速上升 , 一直延續到 4 月 11 日以後 ,PM10 濃度測值才開始下降。從月 8 日中午過後 , 均A-97

伴隨著有很強的風速與很強的東北風 , 雖然在這期間內均有零星降水 , 但是 PM10 濃度在雨水洗刷後又再度上升 , 至於其他污染物方面 ,NOx 與 SO 2 濃度在 4 月 7 日有跟著 PM10 濃度一起上升的現象 , 此時風速很小 , 應是由於局部污染所導致 , 之後的濃度值並沒有太大的變化。萬里測站 ( 圖 A.6.9b) 在 4 月 7 日臭氧濃度值有上升的現象 , 同時其他污染物濃度也跟著上升 , 此段期間風速小 , 應是由於局部污染所造成的 ; 而 4 月 9 日 PM10 濃度上升的時間比馬祖站延後約一到兩小時左右 , 在此期間 , 臭氧濃度也有上升的趨勢 ,NOx 與 SO2 濃度均低 , 此時有比較強的風速 , 同時也有零星降水洗刷掉一些 PM10,使濃度值有降低一點 , 但是之後又繼續升高。陽明站 ( 圖 A.6.9c) 在 4 月 7 日即有 PM10 濃度上升的現象 , 但是其他污染物濃度並沒有跟著一起上升。到了 4 月 9 日 , 陽明站的所有污染物濃度均低 , 因為在 4 月 9日當天有零星降水 , 導致所有污染物濃度均突然的下降到很低。宜蘭站 ( 圖 A.6.9d) 的 PM10 濃度一直有很大的變化 , 最主要的濃度上升是在 4 月8 日凌晨、4 月 9 日下午、4 月 10 日下午到 11 日凌晨的時候 , 在 PM10 濃度上升的時候 , 同時也看到了臭氧濃度上升的現象 , 同時 ,NOx 與 SO2 的濃度也跟著一起上升 ,這一段期間宜蘭站風場均不明顯 , 風速均小。花蓮站 ( 圖 A.6.9e) 與台東站 ( 圖 A.6.9f) 的 PM10 濃度上升是在 4 月 9 日下午的時候 , 在其他的時間裡 , 污染物濃度分佈都很不均勻 , 變化非常的大 , 此時的風場也很不平均 , 風向一直在變 , 風速也不大 , 因此污染物不易擴散 , 才會有這種濃度分佈變化很大的現象發生。其他觀測資料圖 A.6.10 為 Dust storm in weather report 在 4 月 7 日〜4 月 11 日天的地面沙塵天氣觀測分析圖 , 圖中可以看到 4 月 6〜7 日在內蒙以南及河套地區產生大量沙塵 , 往東及東南方移動 , 並在 4 月 9〜10 日影響到台灣地區。圖 A.6.11 為 Chinese Urban Air Quality Data 在 4 月 8 日〜4 月 11 日的觀測資料 , 可以看到在 4 月 8 日的時候 , 整個內外蒙、東北、黃河流域以及長江以北地區 , 均受到沙塵影響 , 而在 4 月 9 日的時候 , 沙塵影響範圍變小。圖 A.6.12 為 4 月 7 日〜4 月 11 日 15Z 的衛星遙測分析圖 , 圖中綠色部分代表有雲 ,而沙塵濃度的顏色如圖下色標所表示 , 顏色越深代表沙塵濃度越高 , 可以看到在 4 月 7日的時候 , 沙塵大量在河套地區生成 , 並往東及東南方移動 ,4 月 9 日到達韓國、日本一帶 , 影響當地的空氣品質。A.6.4. TAQM 模式與觀測值比較圖 A.6.13 為 4 月 6 日、4 月 8 日 TAQM 模式模擬結果與環保署 PM10 濃度時間序列A-98

比較圖 , 依序為萬里站、馬祖站、三義站和橋頭站。TAQM 模式在預報此次沙塵個案中 , 因對模式作了測試性的修正使得預報濃度有明顯低估的現象 , 其中環保署觀測值濃度為左軸 ,TAQM 模式預報濃度為右軸 , 由圖中可以明顯看出 TAQM 模式有明顯低估濃度的現象 , 但若不考慮絕對濃度 , 就預報抵台時間和濃度變化型態型態而言 ,TAQM 模式在此個案中仍有不錯的表現。以下分別就萬里、馬祖、三義和橋頭測站TAQM 模式預報時間以及型態和觀測資料作比對。由萬里站觀測值和 TAQM 模式 4 月 6 日與 4 月 8 日的模式預報值作比對 ( 圖A.6.13a), 可以發現模式預報與實際得到的觀測值基本上變化情形很一致 , 均在 4 月9 日與 4 月 10 日有預報到 PM10 濃度上升的現象 ; 但是 4 月 6 日的模式預報 ,9 日的PM10 上升濃度比起 10 日的低很多 , 而 4 月 8 日預報的則相反 ,8 日的 PM10 濃度上升的比較多。由馬祖站觀測值和 TAQM 模式 4 月 6 日與 8 日的模式預報值作比對 ( 圖A.6.13b), 因為馬祖站的 PM10 濃度在月 9 日與 10 日均有上升的現象 , 但是模式預報 , 不管是 4 月 6 日還是 4 月 8 日的預報 , 均對 9 日的那波 PM10 濃度高值有比較掌握到正確的上升時間 , 而模式預報 10 日的濃度高值上升時間均比實際觀測值還要晚了幾小時。由三義站觀測值和 TAQM 模式 4 月 6 日與 8 日的模式預報值作比對 ( 圖A.6.13c), 基本上 4 月 9 日與 4 月 10 日的 PM10 濃度高值都有被預測到 , 但是規模比起來 , 與萬里站的模式比對很一致。由橋頭站觀測值和 TAQM 模式 4 月 6 日與 8 日的模式預報值作比對 ( 圖A.6.13d), 可以發現 4 月 10 日與 11 日的 PM10 濃度高值均有被預報到 , 但是 4 月 8日的模式預報似乎低估了 PM10 濃度上升的最大值。A.6.5. 軌跡分析圖由圖 A.6.14 可以看到台灣北部地區氣塊五天的反向軌跡分析 , 由等熵面法來看 , 台灣北部地區的氣塊移動來自於南亞地區 , 且高度約在 2000〜2500 公尺的高度 ; 而由垂直速度法來看 , 可以看到在 4 月 4 日的時候 , 由中亞地區 4000 公尺以上的區域 , 一直在高層傳送 , 到了 4 月 8 日中午以後 , 迅速的往下傳入低層 , 並在 4 月 8〜9 日影響到台灣地區。由圖 A.6.15 可以看到台灣東部地區氣塊五天的反向軌跡分析 , 由等熵面法來看 , 氣塊來自台灣南方海域 , 且高度約在 2000〜2500 公尺的高度 , 而由垂直速度法可以看到 , 氣塊同樣來自於台灣南方海域 , 且很平穩的在各層傳送 , 最高是在 3500 公尺的高度。A.6.6. 小結A-99

這一波影響台灣地區的沙塵 , 主要是在 4 月 6〜7 日時 , 內蒙及河套地區產生沙塵往東南傳送 , 同時在 4 月 7〜8 日有鋒面雲系通過台灣地區 ,4 月 9 日台灣地區受到高壓迴流影響 , 台灣地區萬里、馬祖測站均在月 9 日中午過後開始有 PM10 濃度上升的情形。在模式預報方面 ,TAQM 模式因對模式作了修正使得預報濃度有明顯低估的現象 ,但若不考慮濃度絕對值 , 就預報抵台時間和濃度變化型態而言 ,TAQM 模式在此個案中仍有不錯的表現 , 而 NAQPMS 與 RIAM-CFORS 兩個模式到後來均有預報出北部地區會受到影響。表 2.6:TAQM、NAQPMS 和 RIAM-CFORS 三個模式預報結果比較EPA侵台時間結束時間侵台範圍最高濃度4 月 9 日 12L 4 月 10 日 12L 僅萬里、馬祖 200預報日期模式侵台時間結束時間侵台範圍最高濃度備註4/54/6TAQMNAQPMS沒有影響沒有影響沒有影響沒有影響沒有影響沒有影響沒有影響沒有影響RIAM-CFORS 8 日 11L 8 日 20L 北部 20TAQM沒有影響沒有影響沒有影響沒有影響NAQPMS 9 日 05L 10 日 08L 全台 50沙塵生成源區相同 ( 內蒙、河套 )RIAM-CFORS 8 日 11L 8 日 20L 北部 204/7TAQM沒有影響沒有影響沒有影響沒有影響NAQPMS 8 日 23L 11 日 08L 全台 50RIAM-CFORS 8 日 11L 10 日 20L 北部 504/8TAQM沒有影響沒有影響沒有影響沒有影響NAQPMS 9 日 05L 11 日 17L 全台 50RIAM-CFORS 8 日 20L 11 日 20L 全台 50A-100

(a) (b)(c) (d)(e)圖 A.6.1: 日本地面天氣圖 ((a)~(e) 依序分別為 4 月 7 日 00Z〜4 月 11 日 00Z)。A-101

(a) (b)(c) (d)(e)圖 A.6.2: 日本高空 850 hPa 天氣圖 ((a)~(e) 依序分別為 4 月 7 日 00Z〜11 日 00Z)。A-102

(a) (b)(c) (d)(e)圖 A.6.3: 日本高空 750 hPa 天氣圖 ((a)~(e) 依序分別為 4 月 7 日 00Z〜11 日 00Z)。A-103

(a) (b)(c) (d)(e)圖 A.6.4: 日本高空 500 hPa 天氣圖 ((a)~(e) 依序分別為 4 月 7 日 00Z〜4 月 11 日 00Z高空 500hPa 天氣圖 )。A-104

(a) (b)圖 A.6.5:TAQM 模式模擬 4 月 9 日、4 月 10 日 PM10 濃度分布圖。(a) (b)圖 A.6.6:NAQPMS 模式模擬 4 月 9 日、4 月 10 日 PM10 濃度分布圖。(a) (b)圖 A.6.7:RIAM-CFORS 模式模擬 4 月 9 日、4 月 10 日 PM10 濃度分布圖。A-105

濃度 (ug/m^3)萬里、陽明、馬祖站 91 年 4 月 5 日〜4 月 13 日 PM10 濃度逐時分佈圖萬里陽明馬祖250濃度 (ug/m^3)250三義、斗六站 91 年 4 月 5 日〜4 月 13 日 PM10 濃度逐時分佈圖三義斗六2002001501501001005050(a)004 月 05 日 00 時12 時04 月 06 日 00 時12 時04 月 07 日 00 時12 時04 月 08 日 00 時12 時04 月 09 日 00 時12 時04 月 10 日 00 時12 時04 月 11 日 00 時12 時04 月 12 日 00 時12 時04 月 13 日 00 時12 時時間(b)004 月 05 日 00 時12 時04 月 06 日 00 時12 時04 月 07 日 00 時12 時04 月 08 日 00 時12 時04 月 09 日 00 時12 時04 月 10 日 00 時12 時04 月 11 日 00 時12 時04 月 12 日 00 時12 時04 月 13 日 00 時12 時時間濃度 (ug/m^3)橋頭、恆春站 91 年 4 月 5 日〜4 月 13 日 PM10 濃度逐時分佈圖橋頭恆春12010080604020宜蘭、花蓮、台東站 91 年 4 月 5 日〜4 月 13 日 PM10 濃度逐時分佈圖濃度 (ug/m^3)12010080604020花蓮台東宜蘭004 月 05 日 00 時12 時04 月 06 日 00 時12 時04 月 07 日 00 時12 時04 月 08 日 00 時12 時04 月 09 日 00 時12 時04 月 10 日 00 時12 時04 月 11 日 00 時12 時04 月 12 日 00 時12 時04 月 13 日 00 時12 時時間時間(c)(d)圖 A.6.8: 環保署北部 (a)、中部 (b)、南部 (c)、東部 (d)4 月 5 日 ~4 月 13 日 PM10 濃度逐時觀測資料。004 月 05 日 00 時12 時04 月 06 日 00 時12 時04 月 07 日 00 時12 時04 月 08 日 00 時12 時04 月 09 日 00 時12 時04 月 10 日 00 時12 時04 月 11 日 00 時12 時04 月 12 日 00 時12 時04 月 13 日 00 時12 時(a) (b)A-106

(c) (d)(e) (f)圖 A.6.9: 依序為馬祖 (a)、萬里 (b)、陽明 (c)、宜蘭 (d)、花蓮 (e)、台東 (f) 站 4 月 7 日 ~4月 11 日各污染物逐時濃度變化圖 ( 包含風速風向、氣溫、降雨量 )。(a) (b)A-107

(c) (d)(e)圖 A.6.10:Dust storm in weather report((a)~(e) 依序分別為 4 月 7 日〜4 月 11 日 Duststorm in weather report)。(a) (b)A-108

(c) (d)圖 A.6.11:Chinese Urban Air Quality Data((a)~(d) 依序分別為 4 月 8 日〜4 月 11 日Chinese Urban Air Quality Data)。(a) (b)(c) (d)A-109

(e)圖 A.6.12: 沙塵觀測衛星資料 ((a)~(e) 依序分別為 4 月 7 日〜4 月 11 日沙塵觀測衛星資料 )。萬里站觀測值和 TAQM 模式比對馬祖站觀測值和 TAQM 模式比對2501.812031.62001.41002.51.2802PM10 濃度 (ug/m3)15010010.80.6萬里萬里 0406萬里 0408PM10 濃度 (ug/m3)60401.51馬祖馬祖 0406馬祖 0408500.4200.50.2000004 月 05 日 00 時12 時04 月 06 日 00 時12 時04 月 07 日 00 時12 時04 月 08 日 00 時12 時04 月 09 日 00 時12 時04 月 10 日 00 時12 時04 月 11 日 00 時12 時04 月 12 日 00 時12 時04 月 13 日 00 時12 時04 月 05 日 00 時12 時04 月 06 日 00 時12 時04 月 07 日 00 時12 時04 月 08 日 00 時12 時04 月 09 日 00 時12 時04 月 10 日 00 時12 時04 月 11 日 00 時12 時04 月 12 日 00 時12 時04 月 13 日 00 時12 時(a)時間(b)時間三義站觀測值和 TAQM 模式比對橋頭站觀測值和 TAQM 模式比對1401.81000.51201.6900.451.4800.41001.2700.35PM10 濃度 (ug/m3)80604010.80.6三義三義 0406三義 0408PM10 濃度 (ug/m3)605040300.30.250.20.15橋頭橋頭 0406橋頭 04080.4200.1200.2100.050000(c)(d)圖 A.6.13: 依序為萬里 (a)、馬祖 (b)、三義 (c)、橋頭 (d) 站 TAQM 模式 4 月 6 日、4 月 8日模擬結果和觀測值比對。A-11004 月 05 日 00 時12 時04 月 06 日 00 時12 時04 月 07 日 00 時12 時04 月 08 日 00 時12 時04 月 09 日 00 時12 時04 月 10 日 00 時12 時04 月 11 日 00 時12 時04 月 12 日 00 時12 時04 月 13 日 00 時12 時時間04 月 05 日 00 時12 時04 月 06 日 00 時12 時04 月 07 日 00 時12 時04 月 08 日 00 時12 時04 月 09 日 00 時12 時04 月 10 日 00 時12 時04 月 11 日 00 時12 時04 月 12 日 00 時12 時04 月 13 日 00 時12 時時間

(a) (b)圖 A.6.14: 台灣北部氣塊往前軌跡分析圖 ,(a) 為等熵面法 ,(b) 為垂直速度計算結果。(a) (b)圖 A.6.15: 台灣東部氣塊往前軌跡分析圖 ,(a) 為等熵面法 ,(b) 為垂直速度計算結果。A-111

A.7. 第八波侵台沙塵 (4 月 17 日 -4 月 18 日 )4 月 16 日內蒙及河套地區產生大量的沙塵天氣現象 , 影響當地的空氣品質 , 之後沙塵往東傳送 , 於 4 月 17 日影響整個東北地區及大陸北方沿海一帶 , 繼而影響到韓國和日本 , 同時沙塵也有往東南方向移動的現象 , 於 4 月 17、18 日影響台灣地區 , 此即為今年的第八波沙塵個案。模式在 4 月 14 日的預報結果即估計此波沙塵在 4 月 17 日影響台灣 , 以下就天氣、空氣品質資料與模式預報結果及軌跡分析加以討論。A.7.1. 天氣分析地面由圖 A.7.1a 看來 ,4 月 16 日大陸高壓位於外蒙西南方向東南移動 , 中心強度 1032hPa, 高壓前緣向東伸展。低壓中心分別位於庫頁島東北方及朝鮮半島 , 鋒面自朝鮮半島向西南伸展至四川省 , 陣雨、雷陣雨伴隨鋒面雲雨帶向東南移動 , 強度減弱中。副熱帶高壓脊線向西南伸展至海島東方海面 , 向北伸展至日本 , 另副熱帶高壓脊線在東經 160 至 170 度間再度形成阻塞。台灣地區天氣受東北低壓向東南移動的影響 , 鋒面雲雨帶受冷空氣南下及南方暖濕空氣北伸交會影響 , 鋒面附近雲帶降水強度較強 , 長江下游有部分地區出現雷陣雨。4 月 17 日天氣如圖 A.7.1b 所示 , 台灣地區天氣受鋒面雲系接近台灣北部外海 , 受冷空氣南下後強度減弱及南方副熱帶高壓輻散氣流旺盛影響 , 鋒面雲雨帶強度減弱。4 月 18 日天氣如圖 A.7.1c 所示 , 大陸高壓冷空氣向東南移出後 , 中心強度減弱。低壓中心位於庫頁島東方海域 , 鋒面向西南伸展 , 陣雨伴隨鋒面雲雨帶向東緩慢移動 , 強度持續減弱中。分裂高壓中心位於長江口以北之沿海地區 , 持續向東緩慢移動。台灣北部、東北部地區局部地區仍然有陣雨天氣。4 月 19 日天氣如圖 A.7.1d 所示 , 分裂高壓中心位於日本 , 向東移動。太平洋副熱帶高壓向西伸展至四川省 , 向北伸展至東北遼寧省一帶 , 高壓強度持續發展中。大陸東南沿海地區受太平洋副熱帶高壓逐漸增強且向西伸展之影響 , 引入旺盛的西南氣流 , 西部地區午後南來暖濕空氣受地表加熱影響 , 局部地區對流旺盛有陣性降水。華南沿海地區至長江流域受旺盛的西南氣流引入暖濕空氣影響 , 將發展對流旺盛之雲雨帶 , 但是台灣地區位於輻散氣流之環流場 , 雲雨帶均向東北方移動 , 因此對台灣地區並無影響。高空850 hPa 高度場如圖 A.7.2a~e 所示 ,4 月 16 日大陸高壓位於外蒙西南方向東南移動 , 高壓脊線向東南伸展。太平洋副熱帶高壓脊線向西南伸展至華南沿海地區 , 向西北伸展長江口。低壓位於東北遼寧省沿海 , 鋒面自遼寧省向西南伸展經渤海、江蘇、湖北至四川省 , 伴隨鋒面之溼度場範圍較小。大陸華南沿海地區至台灣地區屬低壓前西南氣流。4 月 17 日伴隨鋒面之溼度場範圍及強度減弱 , 且溼度場受南來暖濕空氣影響 , 溼度較大且分裂高壓出海後迅速變性。4 月 19〜20 日副熱帶高壓中心向西移動至A-112

台灣東方海面 , 台灣地區受旺盛的西南氣流影響 , 南部地區午後對流旺盛。700hPa 高度場如圖 A.7.3a~e 所示 ,4 月 16〜17 日大陸高壓位於外蒙地區向東南移動 , 中心強度減弱。低壓帶自貝加爾湖向東延伸 , 中心逐漸加深 , 槽線自大陸東北向西南伸展 , 伴隨槽線之溼度場範圍小。華南沿海至台灣地區目前環流場位於副熱帶高壓外圍環流輻散氣流。4 月 18 日低壓位於庫頁島東方海域 , 受前方阻塞高壓影響 , 向東緩慢移動。由於南來氣流旺盛 ( 風速較強、溼度較大 ), 溼度場位於長江口附近地區 , 福建沿海至台灣地區受高壓外圍輻散氣流影響 , 溼度較低。4 月 20 日長江以南至華南沿海地區受西南氣流旺盛引入充沛水氣 , 與來自北方的乾冷的西北風會合 , 溼度場位於北緯 30 度以南至華南沿海地區。500 hPa 高度場如圖 A.7.4a~e 所示 ,4 月 16 日大陸高壓脊位於巴爾喀什湖東北方向東南移動 , 中心環流發展不明顯。低壓位於外蒙 , 槽線向東移動迅速。台灣地區位於槽線前方 , 並受副熱帶高壓脊線外圍輻散氣流影響 , 台灣地區位於西風環流 , 天氣良好。4 月 18 日低壓槽線走向在尾端已呈緯流 ( 東 – 西向 ), 由於北方冷空氣強度減弱及阻塞高壓影響 , 槽線並未通過台灣 , 台灣地區至大陸沿海地區 , 位於槽線前方並受副熱帶高壓脊線外圍輻散氣流影響 , 台灣地區位於西風環流。4 月 19〜20 日大陸地區在北緯 40 度以南地區高空為西風帶。台灣地區至華南地區 , 並受副熱帶高壓脊線外圍氣流影響 , 台灣地區位於西風環流 , 天氣良好。小結 : 自地面至 500 hPa 環流場上可看出 , 中國北方地區之高壓強度仍較微弱 , 且太平洋副熱帶高壓脊線向北伸展至華中、華北一帶 , 致使大陸高壓脊線位置偏北的向東移動 , 使西北風無法向東南伸展超過華南地區而伸入台灣地區。台灣地區受到太平洋高壓脊線影響 , 台灣地區正好落在槽前西南氣流 , 氣流偏南 , 使北方天氣系統均偏北移動 , 無法影響台灣地區。A.7.2 模式表現比較三個模式比較如表 A.7 所示 , 可看出 TAQM 模式 4 月 15 日的預報顯示沙塵侵台時間與實際觀測時間蠻一致的 , 都是在 4 月 17 日與 18 日 , 但是比起實際沙塵影響台灣的時間延後了約三小時。在沙塵濃度方面 , 有低估的情況 , 不過也達到 100 µg/m 3 ; 同時 , 模式預報只有北部地區或是中部地區會受到沙塵影響 , 這與實際結果大致上吻合。NAQPMS 模式在 4 月 14、15 日模式並沒有預報出這一次的沙塵影響 , 到了 4 月16 日才有預報出來 , 預報抵台的時間也比實際的時間晚了約一天 , 而在濃度方面有低估的現象 , 不過只有預報北部地區會受到影響 , 這還掌握的不錯。RIAM-CFORS 模式在 4 月 14、15 日模式並沒有預報出這一次的沙塵影響 , 之後模式預報影響台灣時間為4 月 17〜19 日兩天 , 比起實際沙塵影響時間晚了約 7 小時 , 在濃度預報方面一樣也有低估的情形 , 而模式預報全台灣均會受到影響 , 這就與實際結果有比較大的差異了。圖 A.7.5、圖 A.7.6 和圖 A.7.7 分別是 TAQM、NAQPMS、RIAM-CFORS 三個模式A-113

預報 4 月 17 日的沙塵濃度分佈圖 ,TAQM 模式預報全台灣除南部及東南部地區以外 ,均會受到沙塵影響 , 北部地區的沙塵濃度甚至可以在 50〜100 µg/m 3 之間 , 而NAQPMS 模式預報時間略微晚一點 , 只會影響到北部地區 , 濃度也不高 , 在 50 µg/m 3以下 ,RIAM-CFORS 模式同樣也只預報北部地區會受到影響 , 沙塵的濃度最大約在 40µg/m 3 左右。A.7.3. 觀測資料分析環保署觀測資料圖 A.7.8a 為北部地區 ( 萬里、陽明、馬祖 ) 在月 4 月 14〜19 日的 PM10 濃度分佈圖 , 圖中可以看到在 4 月 17 日晚間 , 萬里站的 PM10 濃度急速上升 , 而度高值一直延續到 4 月 18 日中午過後才開始下降。圖 A.7.8b 為中部地區 ( 三義、斗六 ) 在月 4 月 14〜19 日的 PM10 濃度分佈圖 , 可以發現在 4 月 14 日中午的時候 , 斗六站的 PM10 濃度值高達 240 µg/m 3 , 研判應該是局部污染物堆積無法擴散的緣故 , 在這段期間內 ,PM10 濃度的分佈應是屬於一般的日夜的變化。圖 A.7.8c 南部地區 ( 橋頭、恆春 ) 在月 4 月 14〜19 日的 PM10 濃度分佈圖 , 橋頭站在 4 月 14 日早上有 PM10 濃度蠻高的一段時間 , 應是屬於局部污染所致 , 而南部地區最主要 PM10 濃度上升的時間是在 4 月 18 日中午開始 , 但是並沒有像中部以北的地區一樣 PM10 濃度值很高。圖 A.7.8d 為東部地區 ( 宜蘭、花蓮、台東 ) 在月 4 月 14〜19 日的 PM10 濃度分佈圖 , 整個東部地區的 PM10 濃度在這裡可以看到並沒有很明顯的增加或減少 , 大致上均為一般的日夜變化。在一般污染物方面 , 其中馬祖測站 ( 圖 A.7.9a) 在 4 月 16 日中午與 4 月 18 日有很明顯的 PM10 濃度上升的現象 , 鋒面大約在 4 月 17 日凌晨過境 , 鋒面過後 , 風速變強 , 且風均為東北風 , 使得 PM10 濃度逐漸上升。到了 4 月 18 日早上 ,PM10 濃度甚至高達 125 µg/m 3 , 在鋒面過後 , 臭氧濃度也有上升的趨勢 , 但是並沒有像 PM10 濃度一樣上升的那麼快 , 而在這一段期間內 , 馬祖地區無降水 ,NOx 與 SO 2 的濃度並沒有太大的改變 , 均維持在很低的值。,萬里測站 ( 圖 A.7.9b) 在 4 月 16 日中午的時候 , 可以看到所有的污染物濃度均有上升的現象 , 此時風向不明顯 , 風速均低 , 應是由於局部污染不易擴散的緣故。到了 4月 17 日晚上開始 , 有一些降水 , 但是 PM10 與臭氧濃度卻開始上升 ,NOx 與 SO 2 濃度均低 , 同時風向改變為東北風 , 剛好是鋒面過境之後。PM10 濃度上升的時間比馬祖站早了約 10 小時 , 之後 PM10 濃度有日夜變化 , 一直到 4 月 19 日中午過後才逐漸下降 ;臭氧濃度也有一樣的情形 , 在 4 月 20 日中午 , 所有的污染物濃度又再度上升 , 此時風A-114

向不明顯 , 風速也很小 , 因此 , 應是與 4 月 16 日中午的情形一樣屬於局部污染不易擴散的原因所導致。陽明測站 ( 圖 A.7.9c) 在 4 月 16 日早上與中午過後 , 所有的污染物濃度有上升的現象 , 應是由於局部污染的緣故 , 到了 4 月 17 日早上 , 有一些零星降水 , 導致污染物被洗刷 , 因此污染物濃度值均偏低 , 之後一直到了 4 月 20 日中午過後 , 所有的污染物濃度又再度上升 , 應該還是因為局部污染的緣故。宜蘭測站 ( 圖 A.7.9d) 的污染物濃度分佈變化很大 , 但大致上看起來 , 均為局部污染的現象 , 同時伴隨著日夜變化的情形 , 在這段期間內 , 風向都很不明顯 , 風速也不大 , 因此無法判定是否受到沙塵的影響。花蓮測站 ( 圖 A.7.9e) 與台東測站 ( 圖 A.7.9f) 與宜蘭測站類似 , 污染物濃度均變化很大 , 但是大致上看起來也是局部污染外加日夜變化 , 此段期間內風向變化很大 ,但風速不小 , 也無法看出是否受大陸沙塵的影響。其他觀測資料圖 A.7.10 為 Dust storm in weather report 在 4 月 16 日〜4 月 20 日天的地面沙塵天氣觀測分析圖 , 由地面觀測資料分析可以得知 , 在 4 月 16 日 , 內蒙及河套地區產生大量的沙塵暴 , 並且往東移動 , 在 4 月 17、18 日的時候影響到韓國地區 , 同時沙塵也有逐漸往東南方移動的現象。圖 A.7.11 為 Chinese Urban Air Quality Data 在 4 月 16 日〜4 月 20 日的觀測資料 , 可以發現在 4 月 16 日的時候 , 內蒙以及河套地區有大量沙塵產生 , 影響當地的空氣品質 , 之後沙塵往東移 , 並在 4 月 17 日的時候影響到了整個東北地區及大陸北方沿海一帶。圖 A.7.12 為 4 月 16 日〜4 月 20 日 15Z 的衛星遙測分析圖 , 圖中綠色部分代表有雲 , 而沙塵濃度的顏色如圖下色標所表示 , 顏色越深代表沙塵濃度越高 , 在 4 月 16 日的時候由內蒙及河套地區傳送出大量沙塵 , 到了 17 日影響到大陸東北及黃河流域 , 沙塵並繼續往東及東南方移動 , 在 18 日影響到韓國地區 ,19 日影響到整個日本地區。A.7.4. TAQM 模式與觀測值比較圖 A.7.13 為 4 月 15 日、4 月 16 日 TAQM 模式模擬結果與環保署 PM10 濃度時間序列比較圖 , 依序為萬里站、馬祖站、三義站、橋頭站和花蓮站。萬里測站 ( 圖 A.7.13a) 受大陸沙塵影響 , 有兩波的 PM10 濃度高值 , 但是不管是 4月 15 日或是 4 月 16 日的模式預報 , 均只預報到一波沙塵濃度高值 , 而 4 月 15 日的模式預報時間較為準確 ,4 月 16 日的模式預報沙塵濃度高值晚了約 12 小時。馬祖測站 ( 圖 A.7.13b) 在 4 月 15 及 16 日的模式預報中 , 均預報在 4 月 17 日的中午過後會受到沙塵影響 , 但是實際沙塵影響的時間為 4 月 18 日早上 , 因此模式預報提A-115

早了約 18 小時。三義測站 ( 圖 A.7.13c) 在 4 月 17、18、19 日中午過後的 PM10 濃度高值 , 看起來應該是一般的日夜變化所導致的 , 並沒有沙塵影響下所預期的結果 , 因此模式預報的強度也沒有很強 , 而模式預報的時間也比實際 PM10 濃度上升的時間晚了約 12 小時。橋頭測站 ( 圖 A.7.13d) 實際受沙塵影響是在 4 月 18 日及 19 日中午的時候 ( 左軸 ), 但在 TAQM 模式中濃度則有明顯低估的現象 ( 右軸 ), 但就預報時間和型態上來看 , 在 4 月 15 日的模式預報時間晚了約 8 小時 , 且型態有預報到 , 但是 4 月 16 日的模式預報則較差 , 並沒有預報到 PM10 濃度高值及其型態。由圖 A.7.13e 可知 , 花蓮測站在 4 月 14〜19 日期間 ,PM10 濃度高值均在午後 , 因此主要原因應該不是因為受到沙塵影響 , 而 4 月 15 日的模式預報強度偏高 , 時間也提早了約 18 小時 , 而 4 月 16 日的模式預報強度偏低 , 時間提早了約 6 小時。A.7.5. 軌跡分析圖圖 A.7.14 為由台灣北部地區往前五天的反向氣塊軌跡分析。由等熵面法來看 , 台灣北部地區的氣塊移動主要來自於南方海面 , 高度約在 1500 公尺 , 到了 4 月 17 日往低層傳送 ; 而由垂直速度法來看 , 氣塊來源同樣來自於南方海面 , 大致上是經由地面傳送而來。由圖 A.7.15 可以看到台灣東部地區氣塊往前五天的軌跡。由等熵面法來看 , 氣塊主要來自台灣東方海面 , 經由南方海面到達台灣地區 , 而氣塊來源高度為 1500〜2000 公尺的高度 , 在 4 月 14 日以後開始往低層傳送 ; 由垂直速度法來看 , 氣塊來源位置與等熵面法結果相同 , 但是氣塊的高度來自於各層 , 在 1500 公尺到地面均有。A.7.6. 小結此波沙塵影響時間為 4 月 17〜4 月 18 日 , 主要影響範圍為北部地區 , 台灣地區天氣受到大陸分裂高壓出海 , 鋒面在 4 月 17 日凌晨通過台灣地區 , 受到高壓迴流的影響 , 使得台灣地區各測站在 4 月 17 日傍晚至 4 月 18 日止 , 有 PM10 濃度上升的現象。模式預報方面 ,TAQM 模式大致上預報的時間比實際沙塵影響時間晚了約 3 小時 ,預估的沙塵濃度也比實際值低了一點 , 但是有預報到台灣北部及中部地區會受到影響。A-116

表 A.7:TAQM、NAQPMS、CFORS 模式比較之表格EPA侵台時間結束時間侵台範圍最高濃度4 月 17 日 12L 4 月 18 日 12L 北部 160預報日期模式侵台時間結束時間侵台範圍最高濃度備註4/14TAQM 17 日 13L 17 日 19L 北部 50-100NAQPMS沒有影響沒有影響沒有影響沒有影響RIAM-CFORS 沒有影響沒有影響沒有影響沒有影響沙塵生成源區相同 ( 內蒙、河套 )TAQM 17 日 15L 18 日 19L 北部 50-1004/15NAQPMS沒有影響沒有影響沒有影響沒有影響RIAM-CFORS 沒有影響沒有影響沒有影響沒有影響TAQM 17 日 13L 18 日 21L 中北部 50-1004/16NAQPMS 18 日 08L 19 日 05L 北部 50RIAM-CFORS 17 日 17L 19 日 20L 全台 20-100TAQM 17 日 15L 19 日 01L 中北部 20-1004/17NAQPMS 18 日 08L 18 日 20L 北部 50RIAM-CFORS 17 日 17L 19 日 20L 全台 20-100A-117

(a) (b)(c) (d)(e)圖 A.7.1: 日本地面天氣圖 ((a)~(e) 依序分別為 4 月 16 日 00Z〜4 月 20 日 00Z 的地面天氣圖 )。A-118

(a) (b)(c) (d)(e)圖 A.7.2: 日本高空 850 hPa 天氣圖 ((a)~(e) 依序分別為 4 月 16 日 00Z〜4 月 20 日 00Z高空 850 hPa 天氣圖 )。A-119

(a) (b)(c) (d)(e)圖 A.7.3: 日本高空 700 hPa 天氣圖 ((a)~(e) 依序分別為 4 月 16 日 00Z〜4 月 20 日00Z)。A-120

(a) (b)(c) (d)(e)圖 A.7.4: 日本高空 500 hPa 天氣圖 ((a)~(e) 依序分別為 4 月 16 日 00Z〜4 月 20 日00Z)。A-121

圖 A.7.5:TAQM 模式模擬 4 月 17 日 PM10 濃度分布圖。圖 A.7.6:NAQPMS 模式模擬 4 月 17 日 PM10 濃度分布圖。圖 A.7.7:RIAM-CFORS 模式模擬 4 月 17 日 PM10 濃度分布圖。A-122

萬里、陽明、馬祖站 91 年 04 月 14 日〜04 月 19 日 PM10 濃度分佈圖濃度 (ug/m^3) 萬里陽明馬祖濃度 (ug/m^3)250三義、斗六站 91 年 04 月 14 日〜04 月 19 日 PM10 濃度分佈圖三義斗六1802001601401501201001008060405020004 月 14 日 00 時12 時04 月 15 日 00 時12 時04 月 16 日 00 時12 時04 月 17 日 00 時12 時04 月 18 日 00 時12 時04 月 19 日 00 時12 時時間004 月 14 日 00 時12 時04 月 15 日 00 時12 時04 月 16 日 00 時12 時04 月 17 日 00 時12 時04 月 18 日 00 時12 時04 月 19 日 00 時12 時時間(a)(b)100橋頭、恆春站 91 年 04 月 14 日〜04 月 19 日 PM10 濃度分佈圖濃度 (ug/m^3)橋頭恆春宜蘭、台東、花蓮站 91 年 04 月 14 日〜04 月 19 日 PM10 濃度分佈圖濃度 (ug/m^3)花蓮台東宜蘭8090807060507060504040302010302010004 月 14 日 00 時12 時04 月 15 日 00 時12 時04 月 16 日 00 時12 時04 月 17 日 00 時12 時04 月 18 日 00 時12 時04 月 19 日 00 時12 時時間004 月 14 日 00 時12 時04 月 15 日 00 時12 時04 月 16 日 00 時12 時04 月 17 日 00 時12 時04 月 18 日 00 時12 時04 月 19 日 00 時12 時時間(c)(d)圖 A.7.8: 環保署北部 (a)、中部 (b)、南部 (c)、東部 (d)4 月 14 日 ~4 月 19 日 PM10 濃度逐時觀測資料。(a) (b)A-123

(c) (d)(e) (f)圖 A.7.9: 依序為馬祖 (a)、萬里 (b)、陽明 (c)、宜蘭 (d)、花蓮 (e)、台東 (f) 站 4 月 16 日 ~4月 20 日各污染物逐時濃度變化圖 ( 包含風速風向、氣溫、降雨量 )。(a) (b)A-124

(c) (d)(e)圖 A.7.10:Dust storm in weather report((a)~(e) 依序分別為 4 月 16 日〜4 月 20 日 )。(a) (b)A-125

(c) (d)(e)圖 A.7.11:Chinese Urban Air Quality Data((a)~(e) 依序分別為 4 月 16 日〜4 月 20日 )。(a) (b)A-126

(c) (d) (e)圖 A.7.12: 沙塵觀測衛星資料 ((a)~(e) 依序分別為 4 月 16 日〜4 月 20 日資料 )。萬里站觀測值和 TAQM 模式比對馬祖站觀測值和 TAQM 模式比對18012016010014012080PM10 濃度 (ug/m3)1008060萬里萬里 0415萬里 0416PM10 濃度 (ug/m3)6040馬祖馬祖 0415馬祖 04164020200004 月 14 日 00 時12 時04 月 15 日 00 時12 時04 月 16 日 00 時12 時04 月 17 日 00 時12 時04 月 18 日 00 時12 時04 月 19 日 00 時12 時04 月 14 日 00 時12 時04 月 15 日 00 時12 時04 月 16 日 00 時12 時04 月 17 日 00 時12 時04 月 18 日 00 時12 時04 月 19 日 00 時12 時(a)時間(b)時間A-127

三義站觀測值和 TAQM 模式比對橋頭站觀測值和 TAQM 模式比對140100712090680100705PM10 濃度 (ug/m3)8060三義三義 0415三義 0416PM10 濃度 (ug/m3)60504043橋頭橋頭 0415橋頭 041640302202010100004 月 14 日 00 時12 時04 月 15 日 00 時12 時04 月 16 日 00 時12 時04 月 17 日 00 時12 時04 月 18 日 00 時12 時04 月 19 日 00 時12 時04 月 14 日 00 時12 時04 月 15 日 00 時12 時04 月 16 日 00 時12 時04 月 17 日 00 時12 時04 月 18 日 00 時12 時04 月 19 日 00 時12 時(c)時間(d)時間花蓮站觀測值和 TAQM 模式比對50454035PM10 濃度 (ug/m3)302520花蓮花蓮 0415花蓮 041615105004 月 14 日 00 時12 時04 月 15 日 00 時12 時04 月 16 日 00 時12 時04 月 17 日 00 時12 時04 月 18 日 00 時12 時04 月 19 日 00 時12 時時間(e)圖 A.7.13: 依序為萬里 (a)、馬祖 (b)、三義 (c)、橋頭 (d)、花蓮 (e) 站 TAQM 模式 4 月 15日、4 月 16 日模擬結果和觀測值比對。(a) (b)圖 A.7.14: 台灣北部氣塊往前軌跡分析圖 ,(a) 為等熵面法 ,(b) 為垂直速度計算結果。A-128


A.8 第九波侵台沙塵 (5 月 23 日 -5 月 27 日 )5 月 22 日大陸內蒙及外蒙地區生成大量沙塵 , 沙塵並往東及東南方傳送 ,5 月 23日沙塵傳送到大陸東北、黃河流域一帶、韓國和長江流域 ,5 月 24、25 日沙塵持續往東南方向傳送到大陸華南沿海一帶地區 , 並影響到台灣北部、東部地區 ,5 月 26、27日因高壓迴流的影響 , 台灣北部、東部地區持續受沙塵天氣影響 , 此即為今年的第九個沙塵個案。模式在 5 月 21 日的預報結果即估計此波沙塵在 5 月 23 日影響台灣 , 以下就天氣、空氣品質資料與模式預報結果及軌跡分析加以討論。A.8.1. 天氣分析地面由圖 A.8.1a~b 可以看到 , 在 5 月 23 日的時候 , 大陸高壓位於外蒙貝加爾湖南方及甘肅省 , 向東南伸展 , 同時向東南方移動。低壓位於俄羅斯東方沿海至庫頁島一帶 ,向東移動。低壓位於日本南方海面 , 冷鋒向西南方伸展經台灣至大陸沿海地區。因西南氣流提供之充沛水氣影響 , 鋒面向東北東方緩慢移動 , 鋒面雲系影響台灣地區一直持續至 5 月 24 日。台灣地區天氣受西南氣流影響 , 南部地區受南來暖濕空氣影響 , 因對流旺盛產生陣性降水。綜觀七日預報資料 , 研判台灣地區因南來水氣較充沛 , 將帶來較多時間之降水。鋒面雲系於 5 月 23 日通過台灣地區 , 台灣地區出現較大降水量 ,鋒面雲系於 5 月 24 日通過後 , 因其移速趨緩 , 台灣地區除南部地區外 , 其餘地區降水仍偏低。且雲雨帶持續自華南沿海地區出海 , 移向台灣 , 台灣南部地區仍有明顯的降水 , 雨量仍以中南部地區較充沛。由圖 A.8.1c 可以看到 , 在 5 月 25 日低壓位於日本東南方海面 , 冷鋒向西南方伸展經台灣南方海面至菲律賓、巴士海峽。台灣南部地區受西南氣流提供之充沛水汽影響 , 有較大之降水量。由圖 A.8.1d 可以看到 , 在 5 月 26 日大陸分裂高壓中心位於甘肅 , 向東南方移動。低壓位於日本東方洋面 ( 東經 168 度附近 ), 冷鋒向西南方伸展經日本南方洋面至菲律賓東北方海域。太平副熱帶高壓正逐漸增強中 , 目前向西伸展至東經 147 度一帶 , 分裂高壓出海後併入太平副熱帶高壓環流內。台灣南部地區受西南氣流提供之充沛水汽影響 , 仍有明顯的降水 , 雨量仍以中南部地區較充沛。高空850 hPa 高度場如圖 A.8.2a~d 所示 ,5 月 23 日高壓位於內蒙 , 中心強度減弱 , 向東南伸展 , 向東移動。低壓位於日本南方海面 , 冷鋒向西南伸展經台灣北部外海至大陸沿海地區 , 向東移動並通過台灣地區。溼度場集中於東南沿海地區向北伸展至華中長江流域一帶。台灣地區因水氣配合西南氣流 , 中部以南地區溼度場強度較大。太平洋副熱帶高壓影響程度較弱。南海至台灣南部外海及南部地區地區受西南氣流影響 , 暖濕空氣進入陸地後 , 配合地表增溫 , 形成陣性降雨機率較大。5 月 25 日高壓位於貝加A-130

爾湖西方 , 中心環流場強度發展中 , 向東南伸展 , 並向東南移動。溼度場集中於南海地區及台灣南方海面。5 月 26 日溼度場沿著鋒面向西南伸入東沙島東方隻熱帶低壓環流內 , 南海地區至台灣南方海面、巴士海峽水氣仍充沛。700 hPa 高度場如圖 A.8.3a~e 所示 ,5 月 23〜25 日大陸高壓脊線位於東經 90〜110度 , 高壓中心位於外蒙南方 , 向東南伸展。低壓槽位於日本海 , 中心向東緩慢移動 ,槽線向南伸展至日本南方海面。副熱帶高壓脊目前位置偏南 , 向西伸展至中南半島 ,西南氣流自中南半島伸展至華西地區。西南氣流引入水氣 , 濕度場受西南氣流導引向東北方移動 , 接近華西、華中及華南地區。台灣地區除南部因南來充沛水氣影響 , 降雨較多以外 , 其他地區因為位於輻散氣流軸區域內 , 降雨機會大為減少。5 月 26 日太平洋副熱帶高壓脊目前逐漸增強且向西伸展。印度半島副熱帶高壓向東伸展至海南島南方 , 南海地區為暖海面 , 且溼度場偏南海南方之海面 , 有利生成低壓環流。500 hPa 高度場如圖 A.8.4a~e 所示 ,5 月 23 日大陸高壓脊線位於東經 90-110 度 , 高壓中心位於外蒙西南方 , 中心環流不明顯 , 向東南伸展至甘肅省。副熱帶高壓中心位於南海 , 台灣地區高層風場屬於西風環流。5 月 24 日南北氣流輻合帶位於長江中、下游流域。副熱帶高壓環流在北緯 20 度以南地區活躍。5 月 25〜26 日台灣地區高層風場受位於印度洋副熱帶高壓外圍輻散環流影響 , 偏西風至西北風環流。而自地面至 500 hPa 環流場上可看出 , 目前中國北方地區之高壓強度仍較微弱 , 且以較高緯度地區向東移動 , 對台灣地區無直接影響。而太平洋副熱帶高壓脊線目前雖仍正發展中但其位置亦正向北伸展。而大陸高壓脊線仍位於偏北方的地區向東移動 ,使西北風無法向東南伸展超過華南地區而伸入台灣地區。太平洋高壓脊線東退、西伸影響台灣地區天氣 , 台灣地區如位於高壓脊線 , 高層風場屬槽前西南氣流 , 氣流偏西南 , 使天氣系統均偏北移動 , 無法影響台灣地區。如太平洋高壓脊線東退 , 槽線接近台灣地區 , 或是南海之熱帶低壓環流接近台灣地區 , 則帶來較明顯的降雨。模式表現比較三個模式之比較由表 A.8 中可看出 TAQM 模式預報沙塵影響台灣的時間是在 5 月24 日早上 , 比實際沙塵影響時間 (23 日晚間 ) 晚了約 13 小時 , 預報的強度大致上與實際觀測值差不多 , 都到達 100 µg/m 3 , 但是模式預報會影響整個台灣地區 , 實際觀測有受到沙塵影響的只有北部和東部地區 ;NAQPMS 模式在 5 月 21、22 日的模式預報並沒有預測到這一次的沙塵影響 , 到了 5 月 23 日才有預報出影響北部地區為 5 月 25日 , 濃度也低估 , 而 5 月 25、26 的模式預報則較為準確 , 但是預報的濃度仍然比實際的濃度值小 ; 而此時 RIAM-CFORS 模式已經停止模式預報作業。圖 A.8.5 和圖 A.8.6 分別是 TAQM、NAQPMS 兩個模式預報 5 月 24 日 15:00 的沙塵濃度分佈圖 , 其中 TAQM 模式預報中部以北的地區會受到沙塵影響 , 而且沙塵濃度在20〜50 µg/m 3 之間 , 而 NAQPMS 模式預報整個沙塵侵台的時間約略晚了一點 , 在 24A-131

日晚間 21Z 才會對台灣北部地區造成影響。A.8.3. 觀測資料分析環保署觀測資料圖 A.8.7a 為北部地區 ( 萬里、陽明、馬祖 ) 在月 5 月 21〜27 日的 PM10 濃度分佈圖 , 其中萬里站在 5 月 23 日晚上到 24 日凌晨有 PM10 濃度上升的現象 , 之後在 24 日中午的時候 , 馬祖和萬里站的 PM10 濃度開始上升 , 持續到 24 日晚上 , 特別值得注意的是 , 馬祖站在 5 月 27 日中午時 ,PM10 濃度值高達 190 µg/m 3 。圖 A.8.7b 為中部地區 ( 三義、斗六 ) 在月 5 月 21〜27 日的 PM10 濃度分佈圖 , 可以看到中部地區在 5 月 21 日凌晨有 PM10 濃度高值 , 而後在 5 月 24 日晚間 ,PM10 濃度又開始上升 , 持續到 5 月 25 日早上 , 之後在 5 月 27 日中午過後 , 似乎又有另一波PM10 濃度上升的現象。圖 A.8.7c 為南部地區 ( 橋頭、恆春 ) 在月 5 月 21〜27 日的 PM10 濃度分佈圖 , 圖中可以看到恆春站在 5 月 23 日凌晨有 PM10 濃度高值將近 150 µg/m 3 , 而後 PM10 濃度值均偏低 , 但是橋頭站卻是在 5 月 24 日早上與 5 月 25 日凌晨有 PM10 濃度上升的現象 , 甚至在 5 月 25 日凌晨有高達 230 µg/m 3 。圖 A.8.7d 為東部地區 ( 宜蘭、花蓮、台東 ) 在月 5 月 21〜27 日的 PM10 濃度分佈圖 , 由圖中看來 , 宜蘭站首先在 5 月 21 日晚間開始有 PM10 濃度上升的現象 , 而後在5 月 24 日晚間 , 整個東部地區的 PM10 濃度均快速增加 , 但是 PM10 濃度並沒有超過90 µg/m 3 。而一般污染物而言 , 馬祖測站 ( 圖 A.8.8a) 在 5 月 23〜25 日 , 所有的污染物濃度大致上呈現出日夜變化的情形 , 但是到了 5 月 26 日中午的時候 ,PM10 濃度值突然的上升 , 但是其他污染物濃度並沒有跟著一起有上升的現象 , 在這之前 , 有一點點的降水 , 而在這一段期間內 , 風向很不明顯 , 風速也都很小 , 不利於污染物擴散。萬里測站 ( 圖 A.8.8b) 在 5 月 23 日的凌晨有蠻多的降水 , 但是在降水之後 ,5 月24 日中午的時候 ,PM10 濃度開始上升 , 此時的風向為東北風 , 風速不小 , 同時其他的污染物也有濃度上升的情形。到了 5 月 25 日開始 , 風向很不明顯 , 而風速也變的很小 , 一直到 5 月 26 日止 , 污染物濃度均呈現日夜變化 , 無法判定是否受到沙塵影響。陽明測站 ( 圖 A.8.8(c)) 在 5 月 23 日有蠻多的降水 , 因此到了 5 月 24 日前 , 所有的污染物濃度值均偏低 , 之後在 5 月 25 日晚上到 26 日整天 ,PM10 濃度開始上升 , 但是除了臭氧以外 , 其他的污染物濃度值均偏低 , 到了 5 月 26 日 , 又有降水 , 因此污染物被洗刷 , 濃度值也逐漸降低。宜蘭測站 ( 圖 A.8.8d) 從 5 月 23〜26 日風向均不明顯 , 而風速呈現日夜變化的情形。在午後風速較大 , 而污染物濃度分佈變化大 ,PM10 與臭氧濃度在 5 月 24 日與 26日午後上升的很快 , 但其他污染物濃度並沒有跟著上升。A-132

花蓮測站 ( 圖 A.8.8e) 與台東測站 ( 圖 A.8.8f) 的濃度分佈圖很類似 , 風向也均不明顯 , 風速也不大 , 而花蓮站在 5 月 23、24 日的時候有零星降水。台東站在 5 月 23日以及 26 日也有一些降水 , 之後在 5 月 24 日晚間。花蓮及台東站的所有污染物的濃度均開始上升 , 研判應該是局部污染的緣故 , 而之後下降 , 到了 26 日晚間 ,PM10 濃度又再次上升 , 但其他污染物濃度的變化類似日夜變化 , 應是受到沙塵的些微影響。其他觀測資料圖 A.8.9 是 Dust storm in weather report 在 5 月 23 日〜5 月 26 日的地面沙塵天氣觀測分析圖 , 圖中可以看到在 5 月 23 日的時候 , 大陸內蒙及外蒙地區地面觀測到有大量沙塵 , 並且開始往東及東南方傳送 , 在 5 月 24 日的時候影響到了韓國及台灣北部地區。圖 A.8.10 是 5 月 23〜5 月 26 日 15Z 的衛星遙測分析圖 , 圖中綠色部分代表有雲 ,而沙塵濃度的顏色如圖下色標所表示 , 顏色越深代表沙塵濃度越高 , 在這段期間內 ,台灣附近因大量雲層覆蓋 , 因此無法很清楚的觀測到沙塵的整個移動方向及範圍。A.8.4. TAQM 模式與觀測值比較圖 A.8.11 為 5 月 22 日、5 月 23 日 TAQM 模式模擬結果與環保署 PM10 濃度時間序列比較圖 , 依序為萬里站、馬祖站、三義站、橋頭站和花蓮站。萬里站 ( 圖 A.8.11a) 在 5 月 22 日凌晨有 PM10 濃度的一個較高值 , 之後在 5 月 24日凌晨以及中午各有一個 PM10 濃度高值。由 5 月 22、23 日的模式預報看來 ,22 日的模式預報時間與實際受沙塵影響的時間較為吻合 , 但模式預報的濃度有低估的情況。馬祖測站 ( 圖 A.8.11b) 在 5 月 22、23 日的模式預報會受到三波的沙塵影響 , 但是實際受到影響的時間為 5 月 24 日中午過後 , 因此模式的時間沒有很準確 , 但是預報的強度與實際觀測到的濃度差不多。三義測站 ( 圖 A.8.11c) 的模式預報時間大致上蠻吻合的 , 可是整個濃度有低估的現象 , 但不是差很多 ; 而三義站的 PM10 濃度高值大致上呈現日夜變化的情形 , 應該是沒有受到沙塵的影響。橋頭站 ( 圖 A.8.11d) 大致上受到沙塵影響的時間是在 5 月 24 日的早上與 5 月 25 日的凌晨 , 而在 5 月 22 日與 23 日的模式預報裡 , 分別都有預報到這兩波的沙塵影響時間 , 整體上預報時間都蠻準確的 , 但是預報沙塵的濃度均低估了。花蓮站 ( 圖 A.8.11e) 受到沙塵影響的時間最主要是在 5 月 24〜25 日與 5 月 26〜27日 , 模式預報的高峰值並不明顯 , 預報的濃度上升時間也比實際受影響的時間早了 12小時左右 , 而在濃度值預報方面 , 差異不大 , 比實際的濃度值低了一點。A.8.5. 軌跡分析圖圖 A.8.12 為台灣北部地區往前五天的氣塊軌跡 , 由等熵面法來看 , 低層 (100m)A-133

氣塊主要來自大陸東北地區 , 高層 (1000m、2000m) 氣流則來自中南半島約 3500 公尺的高度 ; 由垂直速度法來看 ,100m、1000m 氣塊均來自大陸黃河流域及東北地區 ,高層 (2000m) 氣塊則來自於中南半島。圖 A.8.13 為台灣東部地區往前五天的氣塊軌跡。由等熵面法來看 ,100m、1000m和 2000m 氣塊均來自中南半島一帶 ; 而由垂直速度法來看 , 在 5 月 23〜24 日影響台灣地區的低層 (100m) 空氣主要來自於大陸東北地區約 1000 公尺的高度 , 而 1000m 和2000m 氣塊則分別來自南海和中南半島一帶。A.8.6. 小結台灣地區在 5 月 23 日因為鋒面通過 , 在 5 月 24 日受到大陸分裂高壓出海 , 高壓迴流的影響下 , 使得台灣北部及東部地區在 23〜27 日均受到沙塵影響 , 導致空氣品質差 , 北部及東部地區各測站均有明顯 PM10 濃度上升的現象。在模式預報方面 ,TAQM 模式預報沙塵影響台灣的時間是在 5 月 24 日早上 , 比實際沙塵影響時間 (23 日晚間 ) 晚了約 13 小時 , 預報的強度大致上與實際觀測值差不多 , 但是模式預報會影響整個台灣地區 , 實際觀測有受到沙塵影響的只有北部和東部地區。A-134

表 A.8:TAQM、NAQPMS 模式比較之表格侵台時間結束時間侵台範圍最高濃度EPA23 日 18L 27 日 12L 北部 12024 日 06L 27 日 12L 東部 85預報日期模式侵台時間結束時間侵台範圍濃度備註5/215/225/235/245/255/26TAQM 24 日 15L 26 日 19L 全台 20-50NAQPMS沒有影響沒有影響沒有影響沒有影響TAQM 24 日 07L 27 日 19L 全台 20-100NAQPMS沒有影響沒有影響沒有影響沒有影響TAQM 24 日 09L 28 日 19L 全台 20-100NAQPMS 25 日 02L 25 日 23L 北部 20-50TAQM 24 日 09L 28 日 19L 全台 20-100NAQPMS 25 日 02L 25 日 23L 北部 20-50沙塵生成源區( 內蒙、河套 )同 5/23 預報TAQM 24 日 09L 28 日 19L 全台 100 同 5/23 預報NAQPMS 26 日 05L 28 日 05L 全台 20-50TAQM沒有影響沒有影響沒有影響沒有影響NAQPMS 26 日 08L 28 日 02L 全台 20-50A-135

(a) (b)(c) (d)圖 A.8.1: 日本地面天氣圖 ((a)~(d) 依序分別為 5 月 23 日 00Z〜5 月 26 日 00Z 的地面天氣圖 )。(a) (b)A-136

(c) (d)圖 A.8.2: 日本高空 850 hPa 天氣圖 ((a)~(d) 依序分別為 5 月 23 日 00Z〜5 月 26 日 00Z高空 850 hPa 天氣圖 )。(a) (b)(c) (d)圖 A.8.3: 日本高空 700 hPa 天氣圖 ((a)~(d) 依序為 5 月 23 日 00Z〜5 月 26 日 00Z 高空700hPa 天氣圖 ) 。A-137

(a) (b)(c) (d)圖 A.8.4: 日本高空 500 hPa 天氣圖 ((a)~(d) 依序分別為 5 月 23 日 00Z〜5 月 26 日 00Z高空 500hPa 天氣圖 )。圖 A.8.5:TAQM 模式模擬 5 月 24 日 PM10 濃度分布圖。A-138

圖 A.8.6:NAQPMS 模式模擬 5 月 24 日 PM10 濃度分布圖。萬里、陽明、馬祖站 91 年 05 月 21 日〜05 月 27 日 PM10 濃度逐時分佈圖濃度 (ug/m^3)萬里陽明馬祖200180三義、斗六站 91 年 05 月 21 日 ~05 月 27 日 PM10 濃度逐時分佈圖濃度 (ug/m^3) 三義斗六2501601402001201001508060100402050005 月 21 日 00 時12 時05 月 22 日 00 時12 時05 月 23 日 00 時12 時05 月 24 日 00 時12 時05 月 25 日 00 時12 時05 月 26 日 00 時12 時05 月 27 日 00 時12 時時間005 月 21 日 00 時12 時05 月 22 日 00 時12 時05 月 23 日 00 時12 時05 月 24 日 00 時12 時05 月 25 日 00 時12 時05 月 26 日 00 時12 時05 月 27 日 00 時12 時時間(a)(b)橋頭、恆春站 91 年 05 月 21 日〜05 月 27 日 PM10 濃度分佈圖濃度 (ug/m^3)橋頭恆春250宜蘭、花蓮、台東站 91 年 05 月 21 日〜05 月 27 日 PM10 濃度分佈圖濃度 (ug/m^3)花蓮台東宜蘭908020070601505040100305020100005 月 21 日 00 時12 時05 月 22 日 00 時12 時05 月 23 日 00 時12 時05 月 24 日 00 時12 時05 月 25 日 00 時12 時05 月 26 日 00 時12 時05 月 27 日 00 時12 時時間05 月 21 日 00 時12 時05 月 22 日 00 時12 時05 月 23 日 00 時12 時05 月 24 日 00 時12 時05 月 25 日 00 時12 時05 月 26 日 00 時12 時05 月 27 日 00 時12 時時間(c)(d)圖 A.8.7: 環保署北部 (a)、中部 (b)、南部 (c)、東部 (d)5 月 21 日 ~5 月 27 日 PM10 濃度A-139


(a) (b)(c) (d)圖 A.8.9:Dust storm in weather report((a)~(d) 依序分別為 5 月 23 日〜5 月 26 日 )。(a) (b)A-141

(c) (d)圖 A.8.10: 沙塵觀測衛星資料 ((a)~(d) 依序分別為 5 月 23 日〜5 月 26 日資料 )。萬里站觀測值和 TAQM 模式比對馬祖站觀測值和 TAQM 模式比對140200180120160100140PM10 濃度 (ug/m3)806040萬里萬里 0522萬里 0523PM10 濃度 (ug/m3)1201008060馬祖馬祖 0522馬祖 05234020200005 月 21 日 00 時12 時05 月 22 日 00 時12 時05 月 23 日 00 時12 時05 月 24 日 00 時12 時05 月 25 日 00 時12 時05 月 26 日 00 時12 時05 月 27 日 00 時12 時05 月 21 日 00 時12 時05 月 22 日 00 時12 時05 月 23 日 00 時12 時05 月 24 日 00 時12 時05 月 25 日 00 時12 時05 月 26 日 00 時12 時05 月 27 日 00 時12 時(a)時間(b)時間三義站觀測值和 TAQM 模式比對橋頭站觀測值和 TAQM 模式比對250250200200PM10 濃度 (ug/m3)150100三義三義 0522三義 0523PM10 濃度 (ug/m3)150100橋頭橋頭 0522橋頭 05235050(c)005 月 21 日 00 時12 時05 月 22 日 00 時12 時05 月 23 日 00 時12 時05 月 24 日 00 時12 時05 月 25 日 00 時時間12 時05 月 26 日 00 時12 時05 月 27 日 00 時12 時(d)005 月 21 日 00 時08 時16 時05 月 22 日 00 時08 時16 時05 月 23 日 00 時08 時16 時05 月 24 日 00 時08 時16 時05 月 25 日 00 時時間08 時16 時05 月 26 日 00 時08 時16 時05 月 27 日 00 時08 時16 時A-142

花蓮站觀測值和 TAQM 模式比對908070PM10 濃度 (ug/m3)60504030花蓮花蓮 0522花蓮 05232010005 月 21 日 00 時12 時05 月 22 日 00 時12 時05 月 23 日 00 時12 時05 月 24 日 00 時12 時05 月 25 日 00 時12 時05 月 26 日 00 時12 時05 月 27 日 00 時12 時時間(e)圖 A.8.11: 依序為萬里 (a)、馬祖 (b)、三義 (c)、橋頭 (d)、花蓮 (e) 站 TAQM 模式 5 月 22日、5 月 23 日模擬結果和觀測值比對。(a) (b)圖 A.8.12: 台灣北部氣塊往前軌跡分析圖 ,(a) 為等熵面法 ,(b) 為垂直速度計算結果。(a) (b)圖 A.8.13: 台灣東部氣塊往前軌跡分析圖 ,(a) 為等熵面法 ,(b) 為垂直速度計算結果。A-143

附錄 B: 期中報告審查意見與回覆樊教授國恕1. 請就歷次模式預報之誤差 , 列出其可能原因 , 並補充模式修正過程。答覆 : 將於期末報告中說明。( 註 : 已加入期末報告 )2. 為求精確及快速 , 是否可採用較 81 公里為密之網格 , 並使用較快速之電腦系統來執行。答覆 : 由於起沙資料解析度僅達約 100 公里 , 因此加密網格點對起沙機制的改進可能幫助不大。但大氣傳送部分 , 尤其是接近台灣的區域 , 較高解析度應有幫助。不過 , 提高解析度會增加電腦運算所需時間 , 可能會影響作業 , 因此使用較快速的電腦有其必要性。本研究群會嘗試使用PC cluster 進行預報作業 , 但未來可能還需進行一般污染物的模擬 , 以分析環保署所測 PM10 究竟有多少比例是沙塵 , 因此現有計算資源將非常吃緊。最好環保署能提供電腦資源 , 否則在不影響正常預警作業下 , 可能必須在提高解析度和進行一般污染物模擬兩者間做一選擇。3. 建議在期末報告中 , 列出此三模式之優劣及適用範圍。答覆 : 會在期末報告中進行比較。4. 模式建立有其複雜度 , 完整的模式有賴長期資料的收集及修正。答覆 : 確實如此。未來會持續收集資料與修正模式。陳教授瑞仁1. 報告中部分內容敘述不通順 , 工作內容 ( 項目 )、方法於期末報告時是否依一般報告格式撰寫 ?答覆 : 工作內容與方法在第一次期中報告已有詳盡說明 , 但未於第二次報告中重複之。將於期末報告中整合 , 並修改不通順之處。2. 報告中部分圖 ( 如天氣圖 ) 資料不清楚 , 期末報告時是否與予以放大或修正 ?答覆 : 由於圖檔資料量相當大 , 因此才予以縮小 , 而忽略了清晰度不夠之缺點。將於期末報告中修正。3. 模式預報值與觀測值兩者高低差異大 , 是否可進一步檢討分析原因 ?答覆 : 這主要是由於起沙機制仍未達完善 , 同時源區地表特性也會逐年變化 , 而現有資料無法反映之。另外 , 未考慮雨水洗除機制也是部分原因。會在期末報告中進一步探討。余教授嘉裕B-1

1. 本計畫建立即時 (real time) 沙塵預報模式 , 工作量大 , 內容豐富 , 模式預報顯示 TAQM 對於沙塵暴預報已有初步定量預報之成果。答覆 : 謝謝審查委員之肯定。2. 地面天氣圖過小 , 判讀不易。答覆 : 由於圖檔資料量相當大 , 因此才予以縮小 , 而忽略了清晰度不夠之缺點。將於期末報告中將重要的圖檔放大。3. 表 3 中沙塵暴觀測侵台時間和環保署公布之時間不同 , 請協調更正。答覆 : 將與科學管理小組與環保署協調 , 並於期末報告中修正。張教授艮揮1. 報告結構應包括文獻回顧、研究方法等 , 期末報告請納入。答覆 : 工作內容與方法在第一次期中報告已有詳盡說明 , 但未於第二次報告中重複之。將於期末報告中整合。2. 不同預報模式預報沙塵暴侵台的時間與濃度有相當大的差異 , 其原因可能為何 ? 是 MM5、起沙模式、解析度或模式機制之影響 ? 建議進一步分析。答覆 : 國外模式之細節不易得知。將針對本計畫所發展的模式對起沙機制解析度等因子予以進一步探討。3. 模式解析度 81 公里與觀測站資料比較時 , 建議討論其可比較性。答覆 : 由於模式解析度為 81 公里 , 因此所代表的是較大區塊的平均 , 其變化會比單點的觀測資料的變化為平緩。4. 預報時間愈接近 , 模式預報結果並未愈準確 , 原因為何 ? 請說明。答覆 : 預報時間愈接近 , 照理說氣象場會愈準確。但較近的預報仍須以先前預報的沙塵分佈作為初始條件 , 因此沙塵濃度的誤差會遞傳下去。5. 圖有些模糊不清 , 圖中文字太少 , 請改進。答覆 : 將於期末報告中改進。白教授曛綾1. 本報告撰寫方式以逐次侵台沙塵暴進行個案分析 , 每次個案分析內容均相當繁複 , 不利閱讀。是否可以再進一步進行綜合分析 ? 而不是只有在結論時 , 以及少之篇幅進行說明。答覆 : 於期末報告中會將這些細節放在附錄 , 本文中則作綜合分析。2. 報告中請增加工作項目及預期成果。僅由第 2 頁無法看出合約要求之工作項目。答覆 : 這些項目在第一次期中報告已有詳盡說明 , 但未於第二次報告中B-2

重複之。將於期末報告中整合。3. 第 15 頁之最後一、二段文字請修正 ,PM 10 為小於 10µm 之微粒 , 其當然不會包括 SO x 、NO x 等氣體。沙塵報可能夾雜其他高污染地帶之 SO x 、NO x 等氣體或 PM 10 微粒來台 , 但 PM 10 濃度若受 SO x 、NO x 影響 , 必須等待其發生光化反應產生二次微粒。目前文字表達以跳躍方式撰寫恐引起誤解。答覆 : 應寫為 sulfate、nitrate 等粒狀污染物。謝謝指正。將於期末報告中修改。4. 模式與環保署監測值比較方式 ( 如第 40 頁 , 表 2.2) 可否以 day-by-day方式 ? 因模式是 day-by-day 呈現 , 而觀測值卻只呈現事件期間之最高值。答覆 : 模式與觀測均有逐時變化值 , 在細節分析中已有討論 ( 如圖2.2.13)。5. 建議將「謊報」( 第 160、161 頁 ) 改為「誤報」。答覆 : 將採氣象界慣用名詞 , 改為「虛報」。( 監資處意見 )1. 專業名詞如垂直速度法、TAQM 模式等 , 請對其定義、原理、運作方式等加以補充說明 , 以利未來報告使用者參考。答覆 : 這些項目在第一次期中報告已有詳盡說明 , 但未於第二次報告中重複之。將於期末報告中整合。2. 天氣圖等圖表請加以放大列印。答覆 : 由於圖檔資料量相當大 , 因此才予以縮小 , 而忽略了清晰度不夠之缺點。將於期末報告中將重要的圖檔放大。3. 模式之時間預報、濃度預報能力如何提升與修正 ? 其能產生的誤差為何 ? 請加以說明。答覆 : 將於期末報告中說明。4. 預報模式產生誤差的原因為何 ? 是氣象預報資料或模式本身的問題 ? 請加以分析比較。答覆 : 將於期末報告中說明。5. 降水對模式有何影響 ? 如何改善預報模式 ? 可否與之前類似案例比較分析 ?答覆 : 已進行改善與比較 , 將於期末報告中說明。6. 不同波次沙塵暴影響時間要如何區隔 ?答覆 : 有關沙塵等級與持續時間的定義 , 需與科學管理小組協調訂定之。7. 預報模式是否有能力分析東南亞質燃燒之影響 ?B-3

B-4答覆 : 目前模式未考慮生質燃燒的排放與傳送。未來可視需要考慮加入。

附錄 C: 期末報告審查意見與回覆( 審查委員意見 )樊教授國恕1. 建議對預警制度通報流程中各階段予以定義 , 加以定性或定量。答覆 : 將與科學管理小組以及環保署沙塵預警指揮中心協調 ,訂定共同標準。2. 國際間對沙塵得預估宜加以蒐集並與本結果對照。答覆 : 已加入期末報告。陳教授瑞仁1. 本計畫執行成果佳 , 報告內容豐富 , 值得肯定。答覆 : 謝謝審查委員的肯定。2. 本計畫是否亦有對 ICOD Forecast、NRL Forecast & analysis 之預報結果進行驗證分析 ?答覆 :IcoD 並無庫存結果 , 且後期並未對外開放其結果。對NRL 的比較已加入期末報告。3. 由今年以 TAQM、NAQPMS 及 RIAM-CFORS 三模式預報 ,其中以 TAQM 預報之誤差較小 , 然由其平均得分 ( 約 2.0) 觀之 , 仍屬於 “ 可 ” 之範圍 , 是否有再提升為 “ 良 ” 或 “ 佳 ” 之層次 ? 而 “ 良 ” 及 “ 佳 ” 二者之定義是否相似 ? 無差異 ?答覆 :TAQM 虛報與漏報的兩次得分均為 0 分 , 而造成此二次物報的問題已改善 , 應可顯著提高得分。未來也將持續改善模式。「良」與「佳」的意義可能差異不大 , 已將等級改為「優」、「良」、「可」、「差」。4. 是否可分析影響預報值與觀測值差異之主要因子為何 ?C-1

答覆 : 除了模式的不準確度外 ( 包括氣象場模擬與起沙機制誤差 , 以及源區地表參數逐年改變等因素 ),PM10 觀測資料也不易判斷其中沙粒成分佔有多少比例。已在期末報告中作更詳細分析。余教授嘉裕1. 立報告格式與規定不符 , 如缺中英文摘要、圖表附錄、結論等。答覆 : 已做修正。2. 內容插圖缺說明 , 應予補齊。答覆 : 已做修正。3. 預報模式解析度 81 公里 , 對於台灣地區來說太粗略 , 能否將解析度降到 20 公里左右。答覆 : 由於起沙資料解析度僅達約 100 公里 , 因此加密網格點對起沙機制的改進可能幫助不大。但大氣傳送部分 , 尤其是接近台灣的區域 , 較高解析度應有幫助。不過 , 提高解析度會增加電腦運算所需時間 , 可能會影響作業 , 因此使用較快速的電腦有其必要性。本研究群會嘗試使用 PC cluster 進行預報作業 , 但未來可能還需進行一般污染物的模擬 , 以分析環保署所測 PM10 究竟有多少比例是沙塵 , 因此現有計算資源將非常吃緊。最好環保署能提供電腦資源 , 否則在不影響正常預警作業下 , 可能必須在提高解析度和進行一般污染物模擬兩者間做一選擇。4. 沙塵暴出海後 , 在台灣北部經常有層狀降水出現 , 模式未來可考慮濕沉降過程 , 以提高台灣地區濃度預報準確率。答覆 : 已加入雨除機制 , 並將結果納入期末報告。張教授艮輝 ( 書面審查 )1. 請補充期中報告審查意見之回覆情形資料。答覆 : 已補充。C-2

2. 請補充摘要。答覆 : 已補充。3. 本報告大部分圖模糊不清 , 圖中文字太少造成無法閱讀 , 請改進。答覆 : 由於圖檔資料量相當大 , 因此才予以縮小 , 而忽略了清晰度不夠之缺點。在期末報告中做以下修正 : 在本文部分均已大圖表示 , 附錄部分盡量放大 , 並將檔案製作光碟 , 附於期末報告 , 如此在必要時仍能加以放大。4. 請說明侵台時間與結束時間之定義。答覆 : 已侵台時間與結束時間之定義係由沙塵預警指揮中心與科學管理小組共同依觀測資料而決定。5. 從理論而言 , 預報時間愈近 , 應該愈準確。然而從本報告中可看出不論何種模式 , 都沒有這種表現 , 可能原因為何 ? 請說明。答覆 : 已在答覆期中審查意見中加以解釋。見附錄 B。6. 模式預報準確度應有一些量化指標 , 而這些指標至少應包括時間、空間及濃度等參數 , 可做為模式間比較依據 , 以及模式改善之基礎。答覆 : 已在報告第 6 章中討論。白教授曛綾 ( 書面審查 )1. 請提供摘要、期中報告審查意見回覆、圖表目錄。內文格式建議分第一章、第二章 … 等方式 , 並以明顯字體區隔出各章標題 , 以利閱讀。目前報告之撰寫格式與一般格式明顯不同 , 圖表均應編號。答覆 : 已修改。2. 請檢查第 19、20 頁之網頁是否有列印錯誤。答覆 : 已修正。3. 請統一 Nesting 之中文譯名 , 第 31 頁翻譯成「巢狀」, 第 35頁為「嵌套」。C-3

答覆 : 根據教育部訂「氣象學名詞」,nesting 應翻譯為「嵌套」,已全部修正。4. 由表 6~8 是否即可判定 TAQM 為最佳預報模式 ? 往後可使用該模式即可 ?答覆 :TAQM 表現的確較佳 , 但 NRL 模式 ( 新添內容 ) 在範圍與最高濃度兩項的表現似乎較佳 , 仍可供參考。由於個案數不多 , 此評分結果可能不夠客觀 , 未來將繼續評估。C-4

å¤§é¸æ²å¡µæ´æ°£è±¡æ¢ä»¶ä¹åæèå»ºç«é è­¦å¶åº¦ä¹ç ç©¶ ... - è¡æ¿é¢ç°å¢ä¿è­·ç½²

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