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紫外線指數感應器

大氣理化觀測

WB01158_.GIF (255 bytes)大氣理化觀測歷史WB01158_.GIF (255 bytes)紫外線指數觀測WB01158_.GIF (255 bytes)酸雨觀測WB01158_.GIF (255 bytes)臭氧觀測WB01158_.GIF (255 bytes)背景大氣的觀測

 

大氣理化觀測歷史

本局從事大氣物理及化學之觀測與分析業務始於民國45年,當時的觀測項目為台北地區落塵的放射性含量測析。隨著業務逐漸展開,除了增加觀測地點外,亦因環境的變遷陸續增減觀測項目。近年來全球的大氣組成成份,正因為人類活動而逐漸改變,包括臭氧層的破壞、溫室氣體的增加、懸浮微粒的累積及酸雨等問題,這些變化皆需經由觀測及分析以瞭解其原因及影響。

由於目前大氣污染已成為環保署的業務範圍,放射性含量的測量亦為原子能委員會的工作。為有效的執行「氣候變遷監測計畫」,本局已暫停放射性含量測析及酸雨中離子成份的觀測,以有限的人力集中於與氣候變遷有關的大氣輻射、臭氧觀測及背景大氣的測析工作上,主要的業務包括台北及成功站臭氧總量的觀測、台灣各地雨水酸鹼度值的量測、蘭嶼站背景大氣的監測、板橋站臭氧剖面業務的執行以及紫外線指數的觀測等,其演變情形如下表。

 中央氣象局大氣物理及化學觀測站數目之演變

 年度

放射性含量測站數

臭氧總量測站數

雨水酸鹼度值測站數

空氣品質及背景大氣測站數

臭氧探空測站數

紫外線指數測站數

45(1956)

1

0

0

0

0

0

54(1965)

6

1

0

0

0

0

64(1975)

7

1

2

1

0

0

69(1980)

7

1

7

1

0

0

79(1990)

7

1

15

1

0

0

84(1995)

0

2

15

2

1

0

91(2002)

0

2

15

2

1

14

93(2004)

0

2

17

2

1

17

97(2008)

0

2

18

2

1

17

98(2009)

0

2

18

1

1

18

99(2010)

0

2

18

1

1

19

102(2013)

0

2

18

1

1

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紫外線指數觀測

本局為加強為民服務的工作,自民國86年7月起,新增紫外線指數報導之項目,民眾可經由網際網路或新聞媒體得到相關的資訊。目前在臺澎金馬各氣象站共設置有20個紫外線指數監測站。   

為了讓大眾瞭解紫外線的資訊,目前許多國家皆使用紫外線指數的方式。所謂紫外線指數是指中午陽光最強的一個小時中,到達地面使皮膚致紅的紫外線單位面積累積輻射量的數值(其單位為百焦耳/平方公尺)。例如中午陽光最強的一個小時中,使皮膚致紅的紫外線到達地面的輻射量為5百焦耳/平方公尺,則其紫外線指數為5,以此類推。紫外線指數愈大,即代表1小時中累積了較多使皮膚致紅的紫外線輻射量。為了讓一般大眾能方便使用這個數值,本局依世界氣象組織之分級方式,將指數小於2劃分為弱(LOW)、3至5為中(MODERATE)、6至7為強(HIGH)、8至10為極強(VERY HIGH)、大於10以上為過量(EXTREME)。

紫外線指數的大小與太陽角度、臭氧總量、雲、懸浮微粒、地面高度、反照率等因素有密切關係。一般而言,當太陽較接近日正當空、或大氣臭氧總量較少、或雲較少、或大氣懸浮微粒較少、或地面高度較高、或反照率較大時,則紫外線指數較大,反之則紫外線指數較小。所以夏天中午晴空時,紫外線指數最大,以台灣而言,紫外線指數較高的地區,常出現在高山或南部地區。本局在玉山站測到高達20的指數,所以登山者一定要注意紫外線曝曬問題,因為晴空時,高山上溫度雖低,但紫外線指數卻比平地還高。

本局紫外線指數監測站採用Solar501A感應器(如圖),其觀測資料每日皆公布於本局全球資訊網站(http://www.cwb.gov.tw)。在預報方面,自106年1月開始已由環境保護署改由本局負責,進行臺灣各地區隔日之紫外線指數預報。

 

 

紫外線指數感應器

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紫外線指數感應器

酸雨觀測

本局酸雨觀測分析之項目為雨水的酸鹼度值(pH值)。 從民國61年開始在台北與日月潭兩站進行量測,目前臺澎金馬共有18個氣象站從事此項量測業務。另外本局為加強為民服務工作,提供更多的資訊供民眾參考,於民國88年7月起,將最新之量測值及月平均值、年平均值等雨水酸鹼度值資料公布於本局全球資訊網站(http://www.cwb.gov.tw),以供各界參考使用。

本局使用通過國際品質認證的微電腦酸鹼度計、電極棒及 pH 7.00及pH 4.00緩衝溶液以進行雨水酸鹼度值的量測作業,程序共有7個步驟,包括 (1) 每日9時收集雨水(降雨達3毫米以上)(2) 以濾紙過濾雨水 (3) 以酸鹼度值7.00及4.00二種緩衝溶液校正酸鹼度計 (4) 量測雨水酸鹼度值 (5) 記錄雨水日期、酸鹼度值及校正斜率值 (6) 寄送雨水至本局 (7) 複測(抽測)等步驟。

化學分析中,水溶液的酸鹼度值(pH值)是介於0到14之間。pH值等於7為中性(pH = 7);大於7為鹼性(pH > 7);小於7為酸性(pH < 7)。pH值愈小,酸性愈強。由於空氣中含有二氧化碳等物質及自然界產生的有機酸(甲酸、乙酸)之類的酸性物質,下雨時會溶於水中並降低雨水的酸鹼度值使其呈酸性,這是自然現象。環保署根據最近的研究於1990年統一定義:雨水的酸鹼度值小於5.0(pH < 5.0),就稱為「酸雨」,pH值越低表示酸化情形越嚴重。造成酸雨主要的原因是燒煤及工廠、汽車、機車、飛機、輪船所排放的廢氣,這些污染物遇到雨水會形成硫酸或硝酸等物質,使雨水變酸(酸鹼值降低),因而形成了酸雨。酸雨的現象在工業發達或空氣污染的地方是非常普遍的,台灣也不例外。

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臭氧觀測

(1) 台北及成功站臭氧總量的觀測

民國54年起台北開始進行臭氧總量(Total Ozone)的觀測,當時所使用的儀器為人工作業的陶伯森(Dobson)臭氧分光儀。民國74年起,引進自動化作業的布魯爾(Brewer)臭氧分光儀。民國80年將台北的臭氧分光儀增加了紫外線觀測的功能,並於台灣東部之成功再增設1部布魯爾臭氧分光儀。民國86年又增購1台新型之MARKⅢ臭氧分光儀於台北。  

臭氧層破洞

臭氧層破洞(版權SVS TOMS, NASA)

臭氧在紫外光範圍有二個吸收帶,即較強的哈特立(Hartley)吸收帶(200至320nm)和另一個較弱的赫金斯(Huggins)吸收帶(320至360nm)。利用臭氧在紫外光範圍的吸收特性,根據地面觀測的太陽直射輻射和散射輻射強度可以推算出氣柱臭氧總量,在地面臭氧分光儀之觀測中通常使用吸收較強的哈特立吸收帶,本局使用的陶伯森及布魯爾臭氧分光儀,皆以此吸收帶為主從事觀測。

 臭氧總量的單位使用了一種特殊的表示方法,即假定垂直氣柱的臭氧全部集中起來成為一個純臭氧層,此臭氧層在標準狀況之下來測量臭氧總含量,厚度為千分之一公分時定義為一個陶伯森單位(Dobson Unit,簡稱D.U.),一般而言全球大氣之平均臭氧總量約在 300D.U.左右,也就是在標準狀況之下,臭氧層約只有 0.3公分厚,且此總量會隨時間空間之不同而改變。一般地球上的臭氧總量隨著季節的變化其值約分佈於200D.U.至500D.U.間。科學家於1985年發現南極地區臭氧總量在春季有異常減少的現象,這就是廣為人知的臭氧洞(OZONE HOLE)之由來。但所謂臭氧洞並不是表示真正有個「洞」,而只是表示臭氧含量反常稀少的區域(如圖)。  

根據觀測資料顯示台北站及成功站之臭氧總量年際變化相當穩定,但有顯著的季節變化,以春末的5月最高;而冬季的12月、1月最低。  

(2)板橋站臭氧剖面探空的觀測

本局板橋站的臭氧探空觀測始於民國80年,此項觀測可以獲得台灣上空臭氧垂直分布的資料,目前是每個月觀測1-2次。使用的儀器為臭氧探空儀,利用化學方式測量大氣中臭氧的濃度,其空間定位及測風方法使用最新之全球衛星定位系統(Global Positioning Satellite,簡稱GPS)。整套設備由一個3000公克的探空氣球攜帶到高空,氣球可達30至40公里之高度,釋放過程約需2小時。

大氣中的臭氧會受太陽輻射、光化作用、破壞臭氧物質(如氟氯碳化物)、空氣污染物的化學作用及大氣環流等因素影響,生成和消耗量都可能顯著變動。大部分的臭氧集中在平流層,從資料顯示(如下圖),臺灣上空40公里以下臭氧濃度最高值的高度位在25至28公里之間,對流層頂(約15公里高度附近)臭氧濃度最低,之下的對流層中臭氧濃度遠不及於平流層,但偶而會在近地面層觀測到可能與空氣污染加上光化作用原因有關的稍高臭氧濃度。

                            臭氧垂直剖面觀測圖

臭氧垂直剖面觀測圖

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蘭嶼站背景大氣觀測

為監測氣候變遷,蘭嶼站背景大氣的觀測從民國84年開始,觀測項目包括近地面之氮氧化物、臭氧、二氧化硫、一氧化碳、二氧化碳濃度等,以解析遠離都市化及工業化影響的較乾淨地區大氣的成份,其儀器精密度較高。觀測儀器每日清晨會自動輪流進行校驗,本局亦委託專業廠商派員進行儀器定期維護,並實施多點校正,及完成校驗等維護事宜。一般而言,夏季的空氣比較乾淨,因為西南季風或颱風來自南方的海洋;而冬、春季的空氣比較污染,因為東北季風或鋒面來自西北方的中國大陸及臨近國家。

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