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細懸浮微粒歷史變化與健康風險之關係

 

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文／莊秉潔 中興大學環境工程系教授；古鎧禎、郭珮萱、鄭逸瑋、李泓錡 中興大學環境工程系

 

　　空氣污染物中漂浮著類似灰塵的粒狀物稱為懸浮微粒(particulate matter, PM)，其中粒徑小於或等於2.5 μm的通稱細懸浮微粒(PM2.5)。PM2.5非常細小，約只有頭髮直徑的28之1，可穿越細支氣管壁直達肺泡，同時干擾肺內的氣體交換，引起發炎反應。

　　近年來，已有越來越多的研究證實PM2.5會對健康造成影響，包括：支氣管炎、氣喘、心血管疾病、肺癌等，且無論長期或短期暴露在空氣污染物的環境之下，皆會提高呼吸道疾病及死亡之風險(Pope et al., 2002; Elliott and Copes, 2011; Turner et al., 2011; Vinikoor-Imler et al., 2011; Crouse et al., 2012; Hoek et al., 2013; Kloog et al., 2013)。因此，許多國家已訂定PM2.5的管制標準 (如下表)，台灣環保署也於2012年5月14日增訂PM2.5空氣品質標準，訂定24小時平均值標準為35 μg/m3、年平均值標準為15 μg/m3，並訂定2020年PM2.5年平均值要降至15 μg/m3以下之目標。(資料來源：行政院環境保護署網站)

 

表1 各國PM2.5管制標準

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資料來源：行政院環境保護署網站(http://air.epa.gov.tw/Public/suspended_particles.aspx)

 

　　由於環保署測站自動監測的PM2.5最早從2004年才開始有資料，而氣象局自1960年起已有長期能見度資料，為了解台灣PM2.5可能的長期濃度變化趨勢，我們利用PM2.5會吸收、散射太陽光線、降低能見度之特性(Abbey et al., 1994)，來建立台灣PM2.5濃度與能見度之關係，並推估1960至2004年的PM2.5濃度。迴歸統計以基隆、板橋、台中、台南、花蓮及台東為代表，使用2004年至今之環保署中午(10:00~14:00)之PM2.5資料及氣象局之能見度資料，考慮起霧所造成能見度不良的影響，僅選用日平均相對溼度小於70%及日累積降雨量等於0之資料，表2及圖1為迴歸統計篩選條件及結果，由圖1可以看出，PM2.5之濃度與能見度呈負相關。圖2為根據統計結果，利用各地區氣象站能見度資料所推估的PM2.5濃度，台北在1960~1980/1990年代PM2.5為全台最高，宜蘭在1970年以前也不好，而中南部空氣並非一直很差，是最近30年才開始惡化，在1980年以前都遠比台北為佳。

 

表2 能見度與PM2.5濃度迴歸分析之篩選條件及結果

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圖1 能見度與PM2.5濃度之相關性

 

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圖2 1960~2010年代台灣PM2.5濃度分布

 

　　因PM2.5之來源可分為自然源與人為源，自然源主要由海鹽飛沫、火山爆發及地殼岩石風化而來，人為源主要由石化燃料及工業排放、移動源廢氣等燃燒行為而來。PM2.5依其性質又可分成原生性及衍生性，原生性係指排放到大氣中未經化學反應即為PM2.5，如海鹽飛沫、營建工地粉塵、車行揚塵及工廠直接排放。而衍生性氣膠則係指被釋出之非PM2.5之化學物質(稱為前驅物，可能為固體、液體或氣體)，在大氣中經過一連串複雜的光化反應後成為PM2.5的微粒，主要為硫酸鹽、硝酸鹽及銨鹽，以上污染來源均除本地污染外，亦受到境外長程傳輸污染之影響。

　　因大氣中PM2.5主要來源以人為源為主，我們使用環保署之1988、1997、2007年排放清冊資料作為驗證，將台北地區、台中地區、高雄地區、花蓮地區及台東地區之主要污染物(SO2, NOx, PM10)加總起來，並假設SO2與NOx會全部轉換成氣膠污染物(NH4)2SO4與NH4NO3，再依照粗細粒比例(PM10、(NH4)2SO4、NH4NO3與PM2.5之粗細粒比分別為0.46、0.85、0.58)，將PM10、(NH4)2SO4與NH4NO3換算為PM2.5之重量並加總起來(Total PM2.5)，結果如表3所示。1988年台北地區在PM2.5的總量及單位面積都是最高的，與圖2台北地區PM2.5的模擬值最高相符合，而到了1997年時，高雄地區污染物排放量由於工業發展而逐漸提高，台北地區則於1980年代開始要求工廠遷出後，使得PM2.5濃度開始低於高雄地區，而台中地區的空氣污染情形在此時也明顯比1988年嚴重，結果與圖2模擬相似，2007年時，台北地區的空氣污染情形已低於台中地區與高雄地區，而台中地區或許是受到台中火力發電廠的影響，空氣污染情形特別嚴重，而在東部的花蓮及台東地區，空氣品質都比西半部的台北、台中及高雄地區良好，花蓮地區PM2.5濃度高於台東地區，也與模擬結果趨勢相同。

 

表3 台灣地區主要城市總PM2.5 (Total PM2.5)

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1.「總和」單位：千公噸；「單位面積」單位：噸/平方公里
2. 資料來源：莊秉潔(2011)

 

　　由於PM2.5會造成提高呼吸系統疾病的風險，而非吸菸之女性得到的肺癌以肺腺癌為主(Lam, 2005)，因此，此處討論以女性肺腺癌為主。這並非代表男性不會得肺腺癌或男性之肺腺癌與PM2.5關係不大，主要是女性大多不抽煙，生活習慣亦較男性為好，在分析上較容易看出其肺腺癌與PM2.5之關係。如果女性都無法預防肺腺癌，代表肺腺癌的原因，並非抽煙等習慣不良所造成的，如圖3所顯示台灣主要地區一生發生肺腺癌風險(ICR75)之逐年趨勢，其中男性在各縣市之發生率趨勢與女性相似，但一般而言，發生率稍高，若PM2.5會造成女性得肺腺癌機率增加，男性當然也不例外。圖中3也可看出2005年之前台北女性之肺腺癌最高，圖2中台北在1960-1980/1990年代PM2.5也為全台最高，顯示台北民眾暴露在高PM2.5濃度40年後，雖於近20年已稍有降低，但改善的太晚了，2004-2008年台北女性肺腺癌仍為台灣21縣市中最高的。 另外，2000-2010年間之中南部地區肺腺癌發生風險有明顯持續上升的現象，顯示中南部之PM2.5惡化已影響中南部民眾之健康，並在2010年時台中已取代台北成為肺腺癌最高之區域。

 

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圖3 台灣主要地區及各縣市2004~2008年男性及女性一生(75歲)之肺腺癌發生率

 

　　為了降低PM2.5濃度達到2020年之減量目標、以及降低民眾健康風險，對各地區PM2.5之主要來源進行分析可有助於訂定合適之減量計畫，表4為使用GTx模式(高斯軌跡煙流模式，Tsuang, 2003)，針對2007年北部6個測站(土城、新莊、古亭、桃園、大園、湖口)、中部14個測站(三義、豐原、沙鹿、忠明、彰化、線西、二林、南投、崙背、新港、台西、嘉義、竹山、和美)、南部9個測站(新營、台南、美濃、林園、楠梓、左營、小港、屏東、潮州)進行PM2.5觀測與模擬之各污染源所佔貢獻濃度及比例的結果，然由於模擬之總濃度高於觀測值，因此利用29個測站的模擬結果進行迴歸分析，將模式內插之觀測值及模擬值進行迴歸，求得係數為0.635。

　　由表4可知，整體而言，點源佔20~40 %、線源佔15~20 %、面源佔20~30 %，此外，境外傳輸佔20~40 %，和國內學者研究指出境外傳輸對我國PM2.5濃度貢獻比率達30 %之結果相近(張艮輝，2013)。我們由表3可知2007年台北、台中及高雄的污染量之總量差異並不大，而表4中PM2.5點源貢獻量百分比有由北往南呈現遞增的趨勢，顯示中南部地區受固定源影響較大。而固定污染源除來自當地本身之貢獻之外，亦可能包含來自於其他縣市之大型污染源經擴散作用所影響，如台中電廠或六輕工業區等高煙囪大型污染源，其影響範圍可達下風處150公里遠(Kuo et al., 2009)。

 

表4 台灣北中南各測站之PM2.5觀測與模擬之各污染源所佔貢獻濃度及比例

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註：和美站為台電自設測站，2007年未量測PM2.5濃度，故無觀測值。

 

　　因境外傳輸對我國細懸浮微粒濃度貢獻比率達30 %以上，若欲達成2020年PM2.5濃度年均值達15 μg/m3以下之目標，有效解決境外傳輸問題，是改善國內空氣品質必須處理的重要環節之一(黃，2012；行政院環境保護署，2014)，但這需仰賴政府與鄰近國家有效的溝通、管理技術交流，及確實的執行減量才可達到。北部及東部地區因受境外影響較大，宜針對境外傳輸的影響訂定因應的防範對策，中南部除境外傳輸之外，還需針對固定污染源進行排放量加嚴管制。

　　由於細懸浮微粒多以碳、硫氧化物、氮氧化物、氨、揮發性有機物等構成，國內減量策略必須著重減少前趨物產生，包括訂定細懸浮微粒排放管道標準、加嚴燃料油標準、加嚴污染源排放標準。此外，因大型高煙囪污染源之影響範圍廣泛，且對民眾造成健康風險的影響(Kuo et al., 2014)，必須確實掌握大型固定源各污染物之排放量，尤其是PM2.5及揮發性有機物之排放量，並加強清查各污染源申報排放量之正確性及合理性。而對於發生污染工安事件或漏報排放量之固定源，應加重處分以促使固定源確實做好污染防制工作。

　　國內汽車數量高達0.3輛/人、機車數量高達0.9輛/人(交通部統計查詢網)，因此加強移動污染源之控管也是重要工作，除加嚴車用油品標準及車輛排氣標準外，應積極推動汽機車汰舊換新之工作。此外，電動機車因行駛距離短，及充電站不足，使得電動機車推廣成效有限，因此，仍需持續鼓勵電動機車發展廠商提高電動機車使用效能，及促進充電站普及化才有助於提高電動機車使用率，降低機車排放量。針對逸散性污染源，也應加強營建工程揚塵、裸露地揚塵之防制，尤其是枯水期河川裸露地揚塵防制也是重要工作之一，此外，也應加強露天燃燒(稻草及其他廢棄物)之防治工作。

　　另外，設置空氣污染預警應變系統也是未來可發展方向之一，利用空品模式定期預報未來空氣品質狀況，並在預報可能發生空氣品質不良時，限制大型污染源操作量，以降低大氣中空氣污染物濃度，以維護民眾健康。

 

參考文獻：

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