台灣整體空氣品質有變好嗎？有，但還需要解決「臭氧」這個隱藏角色

採訪撰文：陳儀珈｜責任編輯：簡克志｜美術設計：蔡宛潔

空氣雖然平常摸不到也看不到，但是它大大影響我們的生存空間，例如每日上下班聞到的汽機車廢氣、巷口小吃店的油煙，以及其他隱藏在社區的PM_2.5污染源等。這些年下來，台灣整體的空氣品質是變好還是變壞？中央研究院「研之有物」專訪院內環境變遷研究中心研究員兼空氣品質專題中心執行長周崇光，請他深入談論空氣污染物PM_2.5和臭氧的變化趨勢，以及都市區空氣品質的首要難題：「衍生型PM_2.5」。

台灣的空氣品質到底有沒有進步？

2012年5月，環境保護署發布「空氣品質標準修正草案」正式將PM_2.5納入台灣空氣品質管制，從圖表中可以看到，自2012年以來，PM_2.5的平均濃度的確有逐年降低的趨勢。

從數據來看，PM_2.5的平均濃度有逐年下降的趨勢，但是秋冬季節的污染衝擊依然顯著。圖中每個資料點代表一個月的平均值。

PM_2.5除了逐年降低之外，大家也可以觀察到，PM_2.5其實有非常強的「季節性」。

一般而言，秋天、冬天時，中西部大多位於中央山脈的背風面，風速微弱不易將污染物吹散，污染濃度相對高；反之春天、夏天時，因為擴散條件好，污染濃度就相對低。

因此，夏天時，台灣各縣市的污染狀況差異不大，但一進入秋冬，污染濃度在空間分佈上就呈現出非常明顯的差異：中南部特別嚴重。

從數據來看，台灣各縣市的能見度在夏天時差異不大，但是中南部在秋冬時的能見度仍然不佳。圖中每個資料點代表一個月的平均值。

隨著時間推進，PM_2.5污染正在逐漸改善，但整體而言，污染情況還是很嚴重，尤以中南部更為嚴峻。我們可以說，台灣空氣品質在眾人努力之下慢慢變好，但我們離好的空氣品質仍然有一段很遙遠的距離。

「在變好，可是遠遠不夠好」周崇光這麼說。

大家的濃度都在降，除了臭氧？

前面已提到PM_2.5濃度逐年降低，其他空氣污染物諸如非甲烷碳氫化合物（NMHC）、氮氧化物（NOx）的數據都有逐年下降的趨勢，但臭氧（O₃）一枝獨秀，不僅沒有變少，有時甚至還會有上升的跡象。

這到底發生了什麼事？

從數據來看，空氣污染物例如非甲烷碳氫化合物（NMHC）、氮氧化物（NOx）都逐年降低，然而臭氧（O3）濃度卻沒有變少的趨勢。圖中每個資料點代表一個月的平均值，「12移動平均」表示污染物在該年連續12個月的平均值。

若想要了解箇中原因，我們必須回顧臭氧的形成機制，與都市的光化學煙霧（Photochemical smog）有關（見下圖）。

首先，氮氧化物（NOx）和揮發性有機化合物（VOCs），是形成臭氧（O₃）的主要前驅物。

二氧化氮（NO₂）在紫外線的照射下（hν表示能量），會分解成一氧化氮（NO）和一顆氧原子（O），當這顆氧原子碰到氧氣（O₂）時，就跑出臭氧（O₃）。

當揮發性有機化合物（VOCs）碰上氫氧自由基（OH·）時，會被氫氧自由基氧化形成有機過氧自由基（RO₂·），有機過氧自由基隨後會氧化一氧化氮（NO），並使二氧化氮（NO₂）再生回來，由此可在大氣中循環產生臭氧。

光化學煙霧是空氣污染物的混合物，是由氮氧化物（NOx）和揮發性有機化合物（VOCs）與陽光發生一系列反應而成，而臭氧（O3）就在反應路徑中不斷循環。

等等，那臭氧持續上升的原因是？

雖然NO₂被紫外線分解後會產生NO和O₃，要注意的是NO碰上O₃時，又會反應為NO₂，於是NO—NO₂—O₃在大氣中保持著動態的平衡關係，因此當我們減少一氧化氮的污染時，上述的光化學平衡就會有利於增加臭氧的濃度。

而在過去這些年，我國的污染防制使得大氣中氮氧化物濃度一直在減少，一氧化氮也相應下降，當一氧化氮越來越少的時候，也越來越少的臭氧會被轉化成二氧化氮，使得累積在空氣中的臭氧變多了。

因此，我們在下圖可看到，代表臭氧的紅線上升了，而代表二氧化氮的綠線下降了。

台灣的污染防制使得大氣中氮氧化物濃度一直在減少，一氧化氮也就相應下降，當一氧化氮越來越少的時候，也表示越來越少的臭氧會被消耗轉化成二氧化氮，使得累積在空氣中的臭氧變多了。圖中每個資料點代表一個月的平均值，「12移動平均」表示污染物在該年連續12個月的平均值。

既然無論空氣品質變好或變壞，臭氧的濃度都很高，甚至都會變高，那麼研究人員到底該怎麼確認整體空氣品質真的有所改善？

周崇光指出，事實上，只要將「臭氧和二氧化氮的濃度加起來」，統合為「大氣氧化劑的濃度」，並和其他污染物進行比對，就可以從數據中確認：即使臭氧的濃度上升，但兩者總和的數據是減少的、空氣品質的確正在改善。不過還要更加努力才能克服上述的困境，進而成功降低大氣中臭氧的濃度。

衍生型PM2.5：都市空氣品質的挑戰

我們總是用PM_2.5來統稱粒徑小於或等於2.5微米的細懸浮微粒，用PM₁₀統稱粒徑小於或等於10微米的懸浮微粒，也就是說，它指的是粒徑在某個尺寸內的粒子濃度。

然而，你有沒有想過，這些懸浮微粒到底包含了哪些東西呢？

周崇光笑著說，「裡面五花八門，什麼怪東西都有啦！」，懸浮微粒的成分可是高達上百種呢。

台灣的PM_2.5組成非常複雜，像是海鹽、元素碳（也稱黑碳，EC）、硝酸離子（NO₃-）、硫酸離子（SO₄²-）、銨離子（NH₄⁺）、重金屬、以及各式各樣的有機化合物等等，不同縣市的組成分布也有所差異。

比較中研院過去（2003-2009）與環保署最近（2017-2021）各自調查的PM_2.5化學組成，近五年來雖然台灣PM_2.5整體濃度下降了，但是PM_2.5主要的組成分布則沒有明顯改變。

中研院與環保署調查了台灣PM_2.5整體濃度與組成，圓餅圖中心為該地區的PM_2.5平均值，近五年來，同一地區PM_2.5整體濃度下降，但化學組成無明顯改變。

周崇光提到，要解決台灣的PM_2.5空污問題，減少衍生型PM_2.5才是主線。

與黑碳、海鹽這些直接來自大自然或人為產生的「原生」微粒不同，大部分硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽和有機微粒是在大氣中經過複雜化學反應「衍生」而成的，因此稱為「衍生型PM_2.5」。

衍生型微粒的生成，除了需要有特定的前驅氣體，例如：SO₂氧化後產生硫酸鹽、NO₂氧化後產生硝酸鹽，以及有機氣體氧化後產生有機微粒等；還需要有促成反應的大氣氧化劑，例如：臭氧（O₃）和氫氧自由基。

這顯示出台灣的PM_2.5跟臭氧是一體兩面的空污難題。

由於高濃度的衍生型PM_2.5在人類肉眼來看宛若煙霧一般，再加上是由一系列光化學反應而成，因此又稱為光化學煙霧。