| 摘要: | 根據環境部年報統計，2023年空氣品質指標(AQI)超標的主要空氣污染物為最大8小時臭氧濃度，其中又以潮州站的濃度最高，顯示高屏地區正面臨嚴重的臭氧污染問題，由於臭氧與前驅物(NOx和VOC)呈現非線性的生成特性，即使減少臭氧前驅物排放，其濃度未必隨之下降，此外，臭氧濃度除受光化學反應影響外，亦深受氣象條件、地形特性與大氣傳輸等因素左右，導致其變化機制更為複雜，也增加了預測與解析的難度。高屏沿海地帶以工業區為主，為此區域空氣污染的主要排放來源，而海陸風循環與邊界層結構變化的影響，使得臭氧的傳輸與垂直分布更加複雜；而內陸地區的臭氧變化機制則與沿海區域有所不同，除了本地的排放污染還需考量沿海的污染移入，然而，目前針對更深入內陸地區的觀測研究仍相對不足。因此，本研究利用高屏實驗期間於萬巒特別設置之空品站，補足該區域觀測資料的缺口，進一步解析內陸地區臭氧的傳輸與累積特性，因此本研究針對沿海(林園)與內陸(萬巒)地區，整合2024年2至3月高屏實驗(KPEx，Kao-Ping Experiment)期間的地面監測資料與共計161趟無人機垂直觀測資料，探討沿海與內陸地區臭氧及其前驅物的時空分布特性與成因。
研究結果顯示，地面臭氧濃度受輻射、溫度、風速及相對溼度影響的程度因地區而異，林園的臭氧濃度與太陽輻射及風向關聯性強，而萬巒則明顯受到溫度驅動的海風影響。風向與臭氧距平分析結果顯示，林園在西風出現時較其他風向更容易觀測到較高的臭氧濃度，其機率約為70%；萬巒亦有類似趨勢，當出現西風時，出現較高臭氧濃度的機率約為60%。此結果意旨西風可能有助於將沿海工業區排放的臭氧或其前驅物傳輸至觀測站位置，進一步促進臭氧生成與累積，導致內陸高臭氧問題的主要成因。
地面臭氧生成敏感性分析顯示，在中午11-15點時段，光化學反應活躍，林園在觀測期間屬於VOC-limited控制條件的比例為57.6%，過渡區佔比39.6%，而NOx-limited則僅有0.8%；而位於海風傳輸下風處的萬巒雖然距離林園僅約20公里，但其臭氧控制條件卻截然不同，VOC-limited的情況佔比僅3.6%，過渡區佔多數情況，比例達85%，NOx-limited則為11.3%，因此，沿海工業區應優先減少VOC排放；而內陸地區需同時減少VOC與NOx排放，並且仍需依賴沿海區域排放的管控，才能有效改善臭氧污染。
兩站同步無人機垂直臭氧及氣象觀測結果顯示，日間海風影響主要集中於600公尺以下，並於200–400公尺高度範圍內觀測到較強的西風場；而500公尺以上則常出現較高的臭氧濃度，其中萬巒濃度普遍較林園高約10 ppb。根據每一筆無人機臭氧剖面觀測資料之垂直分布特徵，吾人進一步將其分為四種剖面類型：分別為均勻混合型、多層結構型、雙層結構型與隨高度上升型，分別對應於垂直混合均勻、海風傳輸、邊界層結構作用與垂直混合過程等不同機制，其中，多層結構型於午後14時最常出現，佔比達57%，顯示海風於中層夾帶高濃度臭氧及其前驅物，並持續向內陸輸送，為沿海地區常見機制。
本研究針對一個海風傳輸個案(KEPx IOP2，2024年2月27-28日)加強分析，2月28日資料中顯示，林園近地面污染物受較強海風向內陸推進，使得地面臭氧濃度於中午12點達高值，而中層（約200–500 m）仍持續有弱西風夾帶臭氧與前驅物，造成不同高度間傳輸方向與速率不一，臭氧於垂直剖面呈現多層結構的傳輸特性。此外，2月27日資料指出太陽輻射不僅為臭氧生成之關鍵因子，也是驅動海風形成的重要條件，當日上午約在300公尺形成邊界層結構，使NO對O3進行滴定反應，並因輻射偏弱導致光化反應受限，解釋臭氧濃度低於平均臭氧濃度的現象。本研究為首次提供高屏地區臭氧於三維空間之高時間解析度觀測結果，成功揭示海風於垂直結構中對臭氧水平傳輸的關鍵角色，並釐清萬巒等內陸地區地面高臭氧是強輻射日下海風輸送與大氣垂直分層的共同影響。
;According to the Ministry of the Environment′s 2023 report, the Kao-Ping region (Kaohsiung and Pingtung) faces severe ozone pollution, with the highest 8-hour ozone concentration recorded at Chaozhou station. Coastal areas dominated by industrial zones are major emission sources, while sea-land breeze circulation and boundary layer dynamics complicate ozone transport and vertical distribution. Inland observational data remain limited; therefore, this study employs a temporary air quality station in Wanluan and integrates ground measurements from Linyuan (coastal) and Wanluan (inland) with 161 UAV vertical profiles collected during the Kao-Ping Experiment (February–March 2024) to examine the spatiotemporal distribution and formation mechanisms of ozone and its precursors across coastal and inland regions.
The influence of radiation, temperature and wind speed on ground-level ozone varies by region. In Linyuan, ozone is strongly associated with solar radiation and wind direction. When westerly winds prevail, the probability of high ozone increases to about 70% in Linyuan and 60% in Wanluan, suggesting that westerlies transport ozone or its precursors from coastal industrial areas inland, enhancing ozone formation and accumulation, which is a major contributor to elevated inland ozone levels. Ozone formation sensitivity analysis shows that during midday (11:00–15:00), Linyuan is mainly VOC-limited (57.6%) with 39.6% transitional and 0.8% NOx-limited, while Wanluan is predominantly transitional (85%). Thus, VOC reductions should be prioritized in coastal areas, while inland mitigation requires simultaneous VOC and NOx controls alongside coastal emission management.
Synchronized UAV observations show that daytime sea-breeze effects are mainly below 600 m, with strong westerlies at 200–400 m. Ozone concentrations above 500 m are generally higher, with Wanluan about 10 ppb above Linyuan. Vertical profiles were classified into four types: mixing well, multi-layer, two-layer, and increasing ozone with height. Multi-layer profiles dominated (57%) around 2 PM, indicating inland transport of ozone and precursors by sea breezes. Two case analyses focused on sea-breeze-driven ozone transport. On February 28, stronger sea breezes pushed near-surface pollutants inland in Linyuan, causing peak ground-level ozone at noon, while weak westerlies at 200–500 m carried ozone and precursors with varying directions and rates, producing a multi-layer vertical structure. On February 27, weak solar radiation limited photochemical reactions, and a boundary layer at 300 m facilitated NO titration of O3, resulting in low ozone conditions. This study provides the first high-temporal-resolution 3D observations of ozone in the Kao-Ping region, highlighting the key role of sea breezes in vertical transport and showing that elevated inland ozone results from the combined effects of sea-breeze transport and vertical stratification under strong radiation, providing essential insights for regional pollution mechanisms. |
