投稿類別 : 地球科學類 篇名 : 台灣現行細懸浮微粒 (PM2.5) 標準之比較與設計 作者 : 黃昱豪 新北市立丹鳳高中 高二 8 班劉秉豪 新北市立丹鳳高中 高二 5 班 指導老師 : 劉育宏
壹 前言 一 研究動機 : 近年來, 懸掛空氣品質旗幟和空氣汙染旗幟在校園中掀起一股旋風, 許多縣市教育局開始提醒學子重視周遭的空氣品質, 教育部也宣傳各國中小設立四色的空氣品質旗幟, 但是有許多縣市, 如嘉義市 高雄市, 市府宣導懸掛六色的空氣汙染旗 另外, 環保署將細懸浮微粒分成十種等級, 地球公民基金會宣導懸掛二色的空氣汙染旗 經過研究後突然發現, 台灣現行的空氣品質標準就有四 五種, 這不禁激起了我們的好奇心, 台灣究竟採用何種標準較為適當? 這些標準的優劣又在哪? 所以本研究統計全台灣細懸浮微粒最多的地點, 探討究竟何種標準適合台灣? 二 研究目的 ( 一 ) 了解台灣現行的細懸浮微粒 (PM2.5) 標準 ( 二 ) 利用環保署空品資料比較與探討各種空汙標準 ( 三 ) 討論並尋找適合台灣的空汙標準 三 研究方法 本研究利用行政院環保署空氣品質監測網 2014 年的細懸浮微粒 (PM2.5) 資料, 找出台灣空氣品質最糟糕的幾個城市, 這幾個城市再分別依不同的空氣品質標準做圖, 找出適當的空氣品質標準, 達到適合中小學警惕空氣品質的目的 四 內容大綱 ( 一 ) 數據處理流程 1. 介紹台灣八大空品區 2. 比較台灣八大空品區的空氣污染程度 3. 找出細懸浮微粒 (PM2.5) 濃度最高的測站 ( 二 ) 探究各項細懸浮微粒 (PM2.5) 標準 1. 介紹台灣常用的細懸浮微粒 (PM2.5) 標準 2. 撰寫程式用各種標準繪圖 3. 圖與表的比較和分析 ( 三 ) 探究最適合作為台灣細懸浮微粒 (PM2.5) 警示的標準 1. 綜合上述各標準的優缺點 2. 以其他標準做輔助 3. 設計適合台灣的細懸浮微粒 (PM2.5) 標準 1
貳 正文 一 比較各種細懸浮微粒 (PM2.5) 標準 台灣空氣污染指標 (Pollutant Standards Index,PSI) 由中華民國行政院環境保護署於 1993 年創立, 是空氣污染情況的一項指標, 目標乃藉由指標監控全台灣所有的空氣品質並加以通報改善 空氣污染指標為依據監測資料將當日空氣中懸浮微粒 (PM10) 二氧化硫 (SO2) 二氧化氮 (NO2) 一氧化碳 (CO) 及臭氧 (O3) 等 5 種空氣污染物濃度數值 鑒於粒徑小於 2.5 微米的細懸浮微粒, 對健康影響更大, 自 2014 年 10 月 1 日起環保署實施 細懸浮微粒 (PM2.5) 指標, 提供民眾日常生活上之行動建議, 與現有空氣污染指標 (PSI) 併行, 提升對民眾的健康保障 細懸浮微粒 (PM2.5) 指標參採英國每日空氣品質指標 (Daily Air Quality Index, DAQI) 的細懸浮微粒 (PM2.5) 預警濃度分級, 將指標區分為 10 級並以顏色示警, 如下表一 表一, 環保署的細懸浮微粒 (PM2.5) 指標對照表與活動建議 ( 取自環保署網站,http://taqm.epa.gov.tw/taqm/tw/fpmi.aspx) 指標等級 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 分類低低低中中中高高高非常高 PM 2.5 濃度 (μg/m 3 ) 0-11 12-2324-3536-41 42-4748-5354-58 59-64 65-70 71 一般民眾活動建議 正常戶外活動 正常戶外活動 任何人如果有不適, 如眼痛, 咳嗽或喉嚨痛等, 應該考慮減少戶外活動 任何人如果有不適, 如眼痛, 咳嗽或喉嚨痛等, 應減少體力消耗, 特別是減少戶外活動 敏感性族群活動建議 正常戶外活動 有心臟 呼吸道及心血管疾病的成人與孩童感受到癥狀時, 應考慮減少體力消耗, 特別是減少戶外活動 1. 有心臟 呼吸道及心血管疾病的成人與孩童, 應減少體力消耗, 特別是減少戶外活動 2. 老年人應減少體力消耗 3. 具有氣喘的人可能需增加使用吸入劑的頻率 1. 有心臟 呼吸道及心血管疾病的成人與孩童, 以及老年人應避免體力消耗, 特別是避免戶外活動 2. 具有氣喘的人可能需增加使用吸入劑的頻率 2
環保署雖將細懸浮微粒 (PM2.5) 指標分成十級, 但是對於作為懸掛警示用的空氣品質旗卻很不方便, 因為十種等級不利於記憶, 也難以區分每種等級的標準 教育部採用英國空氣品質標準 (DAQI), 因為英國與台灣同屬海島型氣候, 地理條件類似, 細懸浮微粒 (PM2.5) 條件與台灣現況相似, 因而採用英國的標準, 將空品旗分成綠 黃 紅 紫等四色, 掛綠旗表示可以放心 ( 正常,0-35) 時, 掛黃旗 ( 注意,36-53) 時過敏學童要小心, 掛紅旗 ( 不良,54-70) 時是每個人都要小心, 出門儘量戴口罩, 如果換上紫色旗子 ( 危險,70 以上 ) 時, 除了戴口罩, 並且建議不要在戶外上體育課, 民眾也儘量避免戶外活動 ( 表二 ) 表二, 教育部空氣品質旗幟標準 PM2.5 濃度 (μg/m 3 ) 顏色 說明 0-35 綠色正常戶外活動 36-53 黃色 54-70 紅色 >70 紫色 有心臟呼吸道及心血管疾病感到徵狀時, 應減少戶外活動有不適, 如眼痛, 咳嗽或喉嚨痛等, 應考慮減少戶外活動有不適, 如眼痛, 咳嗽或喉嚨痛等, 應考慮減少體力消耗 中南部有許多縣市認為, 環保署空品資訊以綠 黃 紅 紫四色旗示警, 卻遭批比世界衛生組織的標準寬鬆許多, 反而有誤導民眾的嫌疑 嘉義市便首先採用美國的空氣品質指數 (Air Quality Index,AQI), 將細懸浮微粒濃度分為六色, 說明如下 : PM2.5 濃度 (μg/m 3 ) 顏色 表三, 美國空氣品質指數標準 說明 0-12 綠色空氣品質良好, 大家皆可正常戶外運動 13-35 黃色 空氣品質普通, 敏感性族群應減少體力消耗, 特別是戶外活動 36-55 橘色空氣品質對敏感性族群不健康 56-150 紅色 151-250 紫色 空氣品質不良, 任何人如有不適, 應考慮減少戶外活動空氣品質非常不良, 任何人須減少戶外活動, 敏感性族群應避免戶外活動 >250 咖啡色空氣品質有害, 建議避免戶外活動 3
地球公民基金會共同參加教育部 校園空氣品質旗幟宣導試辦計畫 後提出許多建言, 認為教育部的空品旗計畫是給正在成長的國小學生, 防護標準自應比環保署的建議更加嚴格 於是, 地球公民基金會提出簡化並更明確空氣汙染旗的標準如下表 : 表四, 地球公民基金會空污旗標準 ( 取自地球公民基金會,http://www.cet-taiwan.org/node/2156) 二 比較台灣空品區汙染嚴重的指標測站 ( 一 ) 台灣空品區的分類及資料統計方法 環保署在 PM2.5 的觀測上, 將台灣分成八大空品區, 分別是北部空品區 竹苗空品區 中部空品區 雲嘉南空品區 高屏空品區 宜蘭空品區 花東空品區, 以及離島監測站 本研究參考教育部的普通 ( 黃色 ) 最低標準 :36 微克 / 每立方公尺, 作為會影響到人類健康的一個數值 當天日平均超過 36 微克 / 每立方公尺時訂為超標日, 每個測站的監測時間為一小時一次, 我們取 2014 年每個測站 365 日的 24 小時平均值來篩選, 算出每個測站一年內的超標天數, 分別統計出八大空品區超標日數最多的測站 調出全年各測站逐時資料 算出各測站日平均值 挑出日平均大於 36 者 即定義為最嚴重測站 找出天數最多的測站 圖一, 資料處理流程 算出各測站大於 36 的天數 4
資料處理過後, 結果如下表五 : 表五, 八大空品中受 PM2.5 影響的最嚴重的測站 ( 利用超標天數作為標準 ) 空品區 北部 竹苗 中部 雲嘉南 高屏 宜蘭 花東 離島 代表測站 三重 頭份 南投 斗六 前鎮 冬山 花蓮 金門 超標天數 64 76 149 153 160 18 7 137 由表五可知, 全台灣 PM2.5 超標天數最多的測站是高屏空品區的前鎮站, 而超標天數最少的測站是花東空品區的花蓮站, 兩者相差 153 天 本研究採用超標天數作為標準, 推算出 2014 年 PM2.5 影響最嚴重的地區, 而非使用年平均值, 則是為了避免極端值的干擾 台灣若要制定統一的空汙旗標準, 則該標準也一定要適用受 PM2.5 影響最嚴重的區域 以上述所找出的八大空品區受 PM2.5 影響的最嚴重的測站為代表, 取該測站每日的最大即時值來繪圖 由於環保署的十等地標準分類過細, 地球公民基金會空污旗的兩等地標準過於寬鬆, 本研究分別以教育部 DAQI 英國標準及美國 AQI 標準繪圖做為比較 也就是說, 希望能比較在空氣汙染最嚴重的時候, 台灣 DAQI 標準及美國 AQI 標準所代表訊息的差異 ( 二 ) 教育部 DAQI 英國標準和美國 AQI 標準的比較 其實, 不管是教育部 DAQI 英國標準或者是美國 AQI 標準, 都會有被認為不妥的爭議, 但它們各自的優缺點分別是甚麼呢? 為了知道兩種標準的差異性, 分別用兩個標準所訂定的顏色來製圖比較, 探究兩種標準在 2014 年的分布情形 圖二以全台灣超標天數最嚴重的斗六為例 圖二,2014 年斗六站每日細懸浮微粒 (PM2.5) 濃度最大值, 左側是環保署 DAQI 標準, 右側是美國 AQI 標準繪圖 ( 橫軸是月份, 縱軸是日期 ) 5
為了讓兩者比較更具體清楚呈現, 分別計算出兩種標準下各顏色所佔的天數以及百分比, 並以表六 表七 圖三的方式呈現 表六, 斗六站環保署 DAQI 標準全年分布狀況標準綠色黃色紅色紫色 天數 100 97 75 93 大約百分比 27.4 26.6 20.5 25.5 表七, 斗六站美國 AQI 標準全年分布狀況標準綠色黃色橘色紅色紫色咖啡色 天數 0 100 108 155 2 0 大約百分比 0 27.4 29.6 42.5 0.55 0 美國 PM2.5 濃度標準各等級所環保署 PM2.5 濃度標準各等級所 >250 占比例占比例 0-12 0% 0% 151-250 1% 54-70 20% >70 26% 0-35 27% 36-53 27% 56-150 42% 13-35 27% 36-55 30% 圖三,2014 年斗六站兩種細懸浮微粒 PM2.5 濃度標準各等級所占比例, 左側是環保署 DAQI 標準, 右側是美國 AQI 標準 除了全台汙染最嚴重的斗六站之外, 再觀察台灣地理中心的南投站資料, 比較兩份資料究竟有什麼共通點 圖四,2014 年南投站每日細懸浮微粒 (PM2.5) 濃度最大值, 左側是環保署 DAQI 標準, 右側是美國 AQI 標準繪圖 ( 橫軸是月份, 縱軸是日期 ) 6
表八, 南投站環保署 DAQI 標準全年分布狀況 標準 綠色 黃色 紅色 紫色 天數 119 107 69 70 大約百分比 32.6 29.3 18.9 19.2 表九, 南投站美國 AQI 標準全年分布狀況標準綠色黃色橘色紅色紫色咖啡色 天數 3 116 114 132 0 0 大約百分比 0.82 31.8 31.2 36.2 0 0 環保署 PM2.5 濃度標準各等級所占比例 >70 19% 54-70 19% 0-35 33% 36-53 29% 美國 PM2.5 濃度標準各等級所占比例 >250 0% 56-150 36% 圖五, 2014 年南投站兩種細懸浮微粒 PM2.5 濃度標準各等級所占比例, 左側是環保署 DAQI 標準, 右側是美國 AQI 標準 台灣位於來自大陸氣流下風處, 近年來大陸工業發展迅速, 台灣因此常會受到大陸沿岸工業區所排放污染物的影響 ( 方彥仁,2006) 台灣地區的空氣汙染物除了來自跨國長期輸送外, 本國自產的汙染物質也不容小覷 因此, 空污旗的訂定更應該從嚴處理, 以免誤導大眾 從表二教育部 DAQI 空氣品質旗幟標準和表三美國 AQI 空氣品質指數標準來比較, 可以發現當教育部標準將程度劃分為綠色 ( 低 ) 時, 美國標準則將其劃分為黃色 ( 普通 ) 然而, 當環保署標準將程度劃分為紫色 ( 非常高 ) 時, 美國標準僅僅將它劃分在紅色 ( 不良 ) 從全台汙染最嚴重的斗六 ( 圖三 ) 和地理中心南投 ( 圖五 ) 來比較而且, 美國標準中的紫色 ( 非常不良 ) 以及咖啡色 ( 有害 ) 在台灣發生的機會微乎其微 ( 機率不到百分之一, 甚至是機率為零 ) 以上可以推論出環保署 DAQI 標準的低標太過寬鬆, 對健康已經造成影響, 而美國 AQI 標準的高標對台灣而言又太過嚴苛, 台灣幾乎無法達到最高標準, 兩者皆有不適合台灣的地方 於是, 似乎可以從兩者的圖表中可以發現, 其實環保署 DAQI 標準和美國 AQI 標準是有互補性的, 對台灣而言, 兩者都不是較為健康或合適的標準, 但如果兩者截長補短, 會是比較完善的標準 151-250 0% 0-12 1% 13-35 32% 36-55 31% 7
我們不禁好奇, 台灣地區空氣汙染最高數值會落在哪個城市? 經過審視每個城市的細懸浮微粒 PM2.5 濃度的數值後發現, 金門測站在 1/31 當日的最大值衝破 250, 來到 446, 達到美國 AQI 標準咖啡色 ( 危險 ) 的警戒 ( 圖六 ) 然而,2014 年中, 只有金門測站的這一日一度達到咖啡色標準, 除此之外, 再也沒有出現過咖啡色的警戒 因此, 從研究中可以論證出, 危險 ( 咖啡色 ) 的標準應該向下修正 畢竟, 危險 ( 咖啡色 ) 的標準對台灣而言使用率極低, 因此, 台灣並沒有必要實施這個標準 圖六,2014 年金門站每日 PM2.5 最大值, 由美國 AQI 標準繪成 三 設計適合台灣的細懸浮微粒 (PM2.5) 標準 參考了各式各樣的標準之後, 研究發現環保署 DAQI 標準的低標太過寬鬆, 而美國 AQI 標準的高標對台灣而言又太過嚴苛, 而環保署 DAQI 標準和美國 AQI 標準似乎又有互補性 對台灣而言, 兩者都不是較為健康或合適的標準, 但如果兩者截長補短, 會是比較完善的標準 於是兩者取其優而去其弊, 我們設計了心目中的理想標準 PM2.5 濃度 (μg/m 3 ) 表十, 自行設計空污旗標準 顏色 說明 0-12 綠色空氣品質良好, 大家皆可正常戶外運動 13-35 黃色 空氣品質普通, 敏感性族群應減少體力消耗, 特別是戶外活動 36-53 橘色空氣品質對敏感性族群不健康 54-70 紅色空氣品質不良, 應考慮減少戶外活動 >70 紫色空氣品質有害, 應考慮減少體力消耗 8
參 結論 藉由環保署的觀測資料, 本研究分析 2014 年全台各測站的 PM2.5 資料, 並藉由超標天數表列出八大空品區空氣汙染最嚴重的測站 分別以這八個測站為基礎, 利用不同的標準繪製圖表, 經過比較與觀察後, 論證出以下結果 : 一 環保署 DAQI 標準的低標過於寬鬆, 應該比擬美國 AQI 標準, 將良好 ( 綠色 ) 標準訂在 PM2.5 濃度 12 μg/m 3 以下, 確保長時間戶外活動都能處於健康的階段 二 美國 AQI 標準的高標過於嚴苛, 在台灣, 懸掛最嚴重的咖啡色旗機率大約是 0.03 %, 極少機會達到, 不僅不適用於台灣, 也無法有效提醒民眾空污危害的嚴重性, 可能讓民眾誤以為空氣品質其實沒有太糟, 應該下修其標準作為警示 三 經過各種表準的分析後, 本研究設計出理想的 PM2.5 濃度標準應為 : 0-12( 綠色 ) 13-35( 黃色 ) 36-53( 橘色 ) 54-70( 紅色 ) >70 ( 紫色 ) 台大公共衛生研究所教授鄭尊仁說 : PM2.5 的標準一定要不斷往下修 ( 林倖妃 黃惠鈴 鄧凱元,2013) 才能提醒國人身體健康的重要 台灣的空汙意識漸漸抬頭, 空汙旗標準的確立與訂定是不能等待的, 我們有權利更貼近空汙程度的真相, 即時做出對自己身體最佳的保護措施 為了達到這個目標, 空汙旗標準的訂定就顯得格外重要 如此以來, 不僅可以顧全嚴謹程度, 也能刪除無法派上用場的標準, 讓民眾可以對戶外活動有更嚴密的把關, 對空氣污染更有警覺心, 做好及時防護, 讓國人能健康的呼吸 肆 參考資料 方彥仁 (2006) 長程傳輸對台灣北端氣膠酸鹼度與污染物演化生成程序的影響 國立中央大學環境工程研究所 : 碩士論文 林倖妃 黃惠鈴 鄧凱元 (2013) 空污健康的隱形殺手 天下雜誌,356 陳思翰 (2011) 臺灣空汙太嚴重, 全球倒數第六 臺灣醒報,12 月 22 日 細懸浮微粒管制 行政院環境保護署 2016 年 3 月 12 日, 取自 http://air.epa.gov.tw/public/suspended_particles.aspx PM2.5 納入空品標準, 改善預估要 60 億 臺灣環境資訊中心 2016 年 3 月 23 日, 取自 http://e-info.org.tw/node/76809 9