氣流軌跡的歸納分類

本研究集中在東海（北緯 25⁰~32⁰，東經 120⁰~128⁰），整體東海的大氣組成 變化大且不均勻，故執行航次時，所量測的參數值只能代表當時、當點的情形，

所量大氣汞的值，為了找其規則性，我們利用衛星同化資料（NOAA-NCEP），

氣團軌跡回推模式（HYSPLIT model，NOAA），將每一測點接收到的氣態元素 汞的時間，和經緯度輸入，回推三天的氣流軌跡，研判大氣汞的來源，以下是各 航次之氣流軌跡圖之歸納。

OR1-686 的氣流，大致自南方而來，可以依所經地區將其分類，分成南海、

太平洋、台灣、台灣海峽、大陸（圖 4.1）；而 OR1-691 的氣流，有來自西南方 的、東方、東北方的氣流，同樣地，依所經地方將其分類，分成大陸、台灣海峽、

太平洋、東海、日本、日本海（圖4.2）。

圖4.1 OR1-686 (06/19~06/26, 2003) 各站點三天前氣團軌跡回推團圖(圖中紅色 點表示 OR1-686 所經各站位，紫色編號則是代表水文採樣測站，藍色表示氣流 經過南海或太平洋(海源)，綠色表示經過台灣，黃色表示經過台灣海峽，紅色表

圖4.2 OR1-691 (08/13~08/23, 2003) 各站點三天前氣團軌跡回推團圖(圖中紅色 點表 OR1-691 所經各站位，紫色編號則是代表水文採樣測站，藍色表示氣流經 過太平洋(海源)，黃色表示經過台灣海峽，紅色表示經過大陸，灰色表示經過日 本，紫色表示經過日本海)

4.2 同一來源下,探討 GEM 之日夜變化

在本研究所有的航次資料中，以早上 6 點到下午 6 點為白天，下午 6 點到 早上 6 點為夜晚，以每天的日、夜濃度來看空間變化。

於 OR1-686（06/19~06/26, 2003）大氣汞和日照之航跡時序圖中發現，在 6/19、6/20、6/23、6/24 中有日夜變化（圖 4.3），和 OR1-691 ( 08/13~08/23, 2003) ，在 8/16、8/20、8/22、8/23 中有日夜變化（圖 4.4）。

23

6/19 6/20 6/21 6/22 6/23 6/24 6/25 6/26 6/27

Date

近岸 近岸 區 近岸 區

大陸 台灣

長江

圖4.3 OR1-686（06/19~06/26, 2003）氣態元素汞及大氣光照之航跡時序圖

UV( W /m 2 )

8/18 8/21 8/22 8/23

8/16 8/17

4.2.1 來自海源的日夜變化(2003/6/20, 2003/8/20,2003/8/22,2003/8/23)

在陸地及都會區，大氣元素汞濃度的分佈通常決定於人為活動。在不受到人 為污染的地區，日夜變化不明顯（Slemr and Scheel, 1998）；在緯度較高的地區，

冬季的夜晚因為使用化石燃料，而有晚上高，白天低的情形（Kim and Kim, 2001）。

一般在開放海域的研究，因為海鹽顆粒來源的鹵化物加上光化學反應，使 Hg⁰ 氧化為 Hg²⁺，所以 RGM 濃度與日光強度有高度正相關，但是大氣元素汞 因為海氣交換的原因，並不一定因為RGM 的增加而減少，仍有白天濃度高，夜 晚濃度低的變化（Laurier et al., 2003）。

而本次所研究的在陸地和開放海域之間的邊緣海—東海，白天高值會有以下 三種可能，在同一日中，來源改變，造成的高值，如從海源氣流變成陸源來的氣 流而造成高值，另二種可能性就是當來源一致下的白天高值，若一整天都是陸 源，人為活動決定了白天高值；若一整天都是海源，海氣交換決定了高值。

在 4.1 節中已經分出各測站海源和陸源的氣流軌跡圖，又在 4.2 節中發現 6/19、6/20、6/23、6/24、8/16、8/20、8/22、8/23 中有日夜變化。其中 6/19、6/23、

8/16 剛好就是來源不同下造成的日夜變化，而 6/20 和 6/24 分別有相同方向的來 源，6/20、8/20、8/22、8/23 全是來自海源的氣流，6/24 全是來自陸源氣流，陸 源在4.2.2 節在討論。

I. 6/20,2003

III. 8/22,2003 8/23,2003

（a）氣團軌跡回推圖

（b）GEM 及光照之航跡時序圖

圖4.5 （I）6/20、（II）8/20、（III）8/22~8/23 氣團軌跡回推圖/ GEM 及光照之 航跡時序

Date

UV (W/m2 )

0 100 200 300 400 500 600 700

GEM (ng/m3 )

0 2 4 6 8

UV GEM

8/22 8/23 8/24

在 6/20 中，從圖4.5_I a 可以看出，船往北走，氣流來自南海，在 I b 中，

可以看出日夜差值，大約有3.5 ng/m³，最高值發生在下午二點時。

在8/20 中，從圖 4.5_II a 可以看出，船往南走，在日本附近，氣流全都來自 太平洋，在II b 中，可以看出日夜差異，大約有 2.5 ng/m³，最高值發生在下午二 點時。

在8/22 和 8/23 中，從這圖可以看出，船往南走，氣流全都來自太平洋，在

（b）中，可以看出東海海氣交換的值，也大約有 2 ng/m³，最高值也發生在下午 二點時。

夏季海域的大氣元素汞濃度形成白天較高，晚上較低的原因是因為日光強度 及溫度影響海氣交換通量的結果。在大氣中，氧化物及光化學反應氧化Hg⁰形成 Hg²⁺沈降，使得大氣元素汞濃度降低；在海水中，溫度較高且日光較強則能使光 還原反應加快，使得氣態元素汞溢散量增加；若海水中的元素汞溢散通量大於大 氣的沈降通量，就會形成白天濃度高，夜晚濃度低的情形。在其他邊緣海及熱帶 海域也有類似的海氣交換結果（Mason and Fitzgerald, 1993; Ferrara et al., 2000;

Laurier et al., 2003），由於溶解於海水中的元素汞會持續地逸散到大氣中，而且 在日光最強時，有最大的逸散通量。所以即使大氣中的元素汞因光化學反應而減 少，從海水逸散出來的元素汞仍可補充並增加大氣中的元素汞，而形成日高夜低 的現象。

4.2.2 來自陸源中的日夜變化 (2003/6/24)

（a） （b）

Date

UV(W/m2)

0 100 200 300 400 500 600 700

GEM (ng/m3)

0 2 4 6 8

UV GEM

6/24 6/25

圖4.6 6/24/2003（a）氣團軌跡回推圖，（b）GEM 及光照之航跡時序

在6/24 中，從圖 4.6（a）看出，船往南走，在長江口附近，氣流全都來自 大陸地區，在（b）圖中，看出大陸地區的值，大約在 4 ng/m³以上，最高值發生 在中午十二點左右時，最高和最低值差 2.5 ng/m³左右。

4.3 日夜分開討論，GEM 空間的分佈

大氣汞之濃度分佈有時空變化，主要受到來源和其本身受到光化學反應日夜 之變化影响所致。這二個航次中，受限於半自動的採樣方式，採樣頻率不夠，無 法連續且長時間的量測，以取得足夠的樣本量，且在航行中氣團來源不同，以致 大部份的航行中，無法看到明顯的日夜變化。為了要研究其來源所造成之空間變 化，故將日夜分開，避免日夜變化造成差異（圖 4.7 和圖 4.8）。

在圖4.7 和圖 4.8 中橘色框代表白天發生的地方，灰色框代表晚上發生的地 方。在圖4.7(b)和圖 4.7(d)中 ，可以看大氣汞分布型態雷同，和圖 3.4(b)大致也 相同，說明OR1-686 大氣汞濃度之空間分佈乃是受到其來源不同之影响。

圖4.7（b）和圖 3.4（b）中相比，藍色線和藍色區域是相同，代表其從南海 來的氣流造成 OR1-686 分佈圖中產生低值的主要原因，在第 7 站和第 5 站，因 其氣流通過大陸地區而產生高值的主因，從這一點又再次証明出來源決定了空間 分佈。

OR1-691 也有相類似的情形，整個航次大氣汞之分佈與其來源有關，從圖 4.8（d） 和圖 3.4（d）看出二者分佈圖大致相同，很明顯地說明，晚上之分佈 左右了整體全天的分佈，而圖4.8（b）白天大部分有低值，這是因為白天都受太 平洋來的氣流所影響。

日間

OR1-686 (06/19~06/26, 2003) 夜間

OR1-686 (06/19~06/26, 2003)

圖 4.7 氣態元素汞濃度（a）、(c)航跡圖與地理位置(b)、(d)濃度分佈圖(圖中數字 代表各測站氣態元素汞的值；箭頭是航行前進之方向，顏色的點圖代表其實際測 到的位置)

(a) (b)

(c) (d)

日間

OR1-686 (06/19~06/26, 2003) 夜間

OR1-686 (06/19~06/26, 2003)

圖 4.8 氣態元素汞濃度（a）、(c)航跡圖與地理位置(b)、(d)濃度分佈圖(圖中數字 代表各測站氣態元素汞的值；箭頭是航行前進之方向，顏色的點圖代表其實際測 到的位置)

(a) (b)

(c) (d)

4.4 歸納各軌跡的氣態元素汞(GEM)的值

2003 年夏季東海的二個航次 6 月和 8 月之大氣汞平均濃度分別為 4.5 ± 1.8 ng/m³、3.6 ± 2.0 ng/m³。其值皆高於大西洋之背景值1.0~2.25 ng/m³ （Temme et al., 2003a）；也比西北太平洋之測值 1.6~4.7 ng/m³高（Laurier et al.,2003）；比起 歐美邊緣海域高，顯然東海陸棚海域大氣受到污染。

所有測站分類之情形（圖4.1 和圖 4.2），OR1-686 中 23 站、22 站、21 站、

20 站接收來自南海來的氣流，27 站是來自太平洋，19 站、29 站、28 站、15 站 來自台灣，16 站、7 站、8 站、35 站、5 站、2 站來自台灣海峽，17 站、18 站、

38A、30 站、6 站來自大陸，OR1-691 中 12 站、13 站、14 站、15 站、16 站、

17 站、18 站、29 站、19A 站、19 站、20 站、21 站、22 站、23 站、24 站、25 站、26A 站、26 站、27 站、28 站、30 站、31 站、32 站、34 站接收來自太平洋 來的氣流，10 站、2 站、3 站來自台灣海峽，4 站、5 站來自大陸，6 站來自日本 海，7 站、8 站、9 站來自日本，11 站來自東海。

將這二航次各測站及測點之GEM 測值，配合氣流軌跡，作一整理發現，GEM 測值依不同來源所經之地，有所不同，分類由濃度從高至低如下：

由氣流軌跡回推圖來看，較污染的氣團來源有來自日本來（GEM6.80 ± 1.64 ng/m³）、大陸地區（GEM 5.31 ± 1.07 ng/m³）、台灣海峽（GEM 4.99 ± 1.48 ng/m³） 和台灣地區（GEM 4.18 ± 0.36 ng/m³），另外也有自南海（GEM 3.53 ± 0.22 ng/m³） 和太平洋（GEM 2.48 ± 0.89 ng/m³），較為乾淨的海洋氣團，說明邊緣海大氣汞 的濃度受到周圍人為污染源的影響很大。

在OR1-686 中，氣流所經南海＜台灣＜台灣海峽≒大陸的值(圖 4.9(a)），而

4.5 颱風後的影響

在 OR1-686 和 OR1-691 之間的比較我發現GEM 分佈之 4ng/m³等值 線有比較高的現象(圖 3.4(b)和(d)),可能的原因如下。在OR1-686 開船之前，

剛好有一個蘇迪勒颱風（6.16~6.18 SOUDELOR，圖 4.10）經過，颱風中原本應 是空氣變乾淨，GEM 變少，但這很難重建颱風中的情形。而 OR1-686 剛好是颱 風後的航次，從結果看出，可能因颱風過後，產生西南氣流 (圖 4.1），此西南氣 流剛好經過東海海域GEM 的高值區，也使整個 GEM 分佈之 4ng/m³等值線，整 個往北移。在這裡所指的高值區（如 4.4 節），是指氣流經過大陸地區、台灣海 峽所帶來的GEM 高值地區。

圖4.10 OR1-686 (06/19~06/26, 2003) 前，蘇迪勒(SOUDELOR)颱風所經之路徑 圖

2003 6 16-18 SOUDELOR,蘇迪勒

第五章 結論

對東海大氣汞進行的研究，本工作得到如下結論：

（1） 在OR1-686（2003 年 6 月 19 日到 6 月 26 日）和 OR1-691（2003 年 8 月13 日到 8 月 23 日）兩個航次中，GEM 濃度顯示白天高，晚上低的

特性。該規律無論是海源或陸源，在東海的日夜變化差值，大約是 3

ng/m³。

（2） 在兩個航次中，由大氣汞的空間分佈和氣團軌跡回推圖, 顯示這些大氣 汞的來源影響空間分佈，有來自東北方日本、韓國的陸源物質；也有來 自西南方大陸、台灣的陸源物質；及來自東方太平洋的海源物質，這些 來源也影響了大氣汞的值。

（3） 在兩個航次中，分析氣團軌跡回推圖中帶來大氣汞的濃度，可以歸納出

海源低於陸源，就同一緯度來說由大到小，分別是大陸、台灣海峽、台 灣、太平洋，就不同緯度邊緣海做比較，GEM 濃度由小到大，分別是 南海、日本海、台灣海峽、東海。

（4） 在OR1-686 中，由氣團軌跡回推圖，可以看出都是自南方上來的氣流，

OR1-686 的航次剛好是颱風後的航次，研判氣流有受到颱風影響，形成 所謂的西南氣流，從濃度分佈來看4 ng/m³之等值線，明顯的向北移，

研究發現西南氣流經過大氣汞的高區所造成的。

未來展望：

由於本研究所探討東海海域大氣元素汞情形主要是以2003 年夏天期間為題 材，但在其它季節的變化上尚不明確，因此未來可以探討其它季節的大氣元素汞

由於本研究所探討東海海域大氣元素汞情形主要是以2003 年夏天期間為題 材，但在其它季節的變化上尚不明確，因此未來可以探討其它季節的大氣元素汞