Deviation Minimum Maximum

Deviation Minimum Maximum

Windspeed 8.63

3.38 2.80 19.40 6.92 2.56 2.10 14.50 1.25

Na

⁺ 6.56 3.82 0.64 23.85 5.41 4.39 0.97 38.98 1.21

Mg

²⁺ 1.27 0.71 0.09 4.68 1.01 0.66 0.17 5.88 1.26

K

⁺ 0.62 0.60 0.08 5.97 0.37 0.30 0.03 1.57 1.69

Ca

²⁺ 1.70 1.22 0.23 8.09 1.26 1.16 0.17 8.49 1.35

NH

4+ 2.10 1.93 0.06 9.44 1.83 2.00 0.01 12.22 1.15

Cl

^- 9.44 6.49 0.41 44.54 7.71 9.26 0.15 80.77 1.22

NO

3- 5.35 3.78 0.61 19.23 5.11 3.63 0.38 20.52 1.05

SO

42- 12.01 6.77 1.31 41.14 10.27 7.29 1.66 39.13 1.17

nss-SO

42-

10.36

6.62 0.60 40.70 8.91 7.28 0.42 38.08 1.16

表 3.5、1996 年(吳，1997)及 2005 年( 本研究)彭佳嶼海域大氣懸浮微粒中

NO

3-

及 nss-SO

42-濃度之比較

1996(μg/m

³

) 2005(μg/m

³

)

Mean Conc. Range Mean Conc. Range

NO

3- 2.2 0.17-9.7 5.7 0.38-21

nss-SO

42- 5 0.04-23.8 9.6 0.42-41

3-1-7 彭佳嶼海域2005年與1996年主要污染源離子濃度之比較

彭佳嶼由於地理位置的關係，可以接收到相當多的來自中國大陸的陸源物 質，特別是污染物質，中國在近年來積極發展工業，經濟成長相當驚人，但也因 此對環境造成大量的污染，本研究比較2005年與1996年(吳，1997)彭佳嶼海域大 氣懸浮微粒中nss-SO^42-與NO^3-之濃度，如表3.5所示，這二種主要污染性離子在2005 年的平均濃度都比1996年高出許多，大約在2倍左右，不論最低濃度或者最高濃 度，2005年的濃度均比1996年多出將近一倍，顯示最近10年來，來自彭佳嶼海域 周圍國家所排放的污染物質明顯增加。

3-2 沙塵暴季節大氣懸浮微粒之化學特性研究

3-2-1 沙塵暴季節大氣中各元素之分析結果

除了分析水溶性離子的濃度外，為了進一步探討沙塵暴季節大氣組成的變 化，本研究特別分析了2005年3月至5月彭佳嶼海域大氣懸浮微粒之金屬元素濃 度，包括Al、Fe、Na、Mg、K、Sr、Ba、Ti、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb、Cr等 十五個元素，每年3月至5月的春季是一年當中沙塵暴發生最頻繁的季節，因此分 析這段時間採集的標本對了解彭佳嶼海域沙塵暴季節時的大氣組成變化相當有意 義。表3.6是春季時大氣懸浮微粒中各元素的平均濃度以及濃度的最大值和最小 值。各元素中以Na的濃度最高為4873 ng/m³ ; Co的濃度最低為0.38 ng/ m³；各元 素的平均濃度由高至低依序是 Na > Al > K > Mg > Fe > Ti > Pb > Mn > Cu > Ni

> Ba > Sr > Cr > Cd > Co。依據其濃度高低，大致可將元素分為高、中、低濃 度三個族群；其中Fe、Al、Na、Mg、K是屬於高濃度族群，濃度皆大於100 ng/m³； Ti、 Pb、 Mn、Cu、Ni、Ba、Sr、Cr、Cd是屬於中等濃度族群，濃度介於1至100 ng/m³， Co的濃度低於1 ng/m³，是低濃度族群。觀察各元素濃度之最大值與最小值可以發 現Na和Mg的濃度全年變化很小，顯示 Na和Mg的濃度分布相較於其他元素而言是比 較穩定的；而其他元素的濃度變化則比較大，變化幅度大約在2~3個數量級。造成

應的強度和傳輸途徑，季風變化及其他氣象因子等(Gao et al., 1992b; 林，1993)。

表 3.6、2005 年沙塵暴季節彭佳嶼海域大氣懸浮微粒中 金屬元素之平均濃度及濃度範圍

Element Mean Conc. Min. Max. Max/Min

Al

1212 44 8213 186

Fe

732 55 3762 69

Na

4873 1725 13601 8

Mg

816 260 1928 7

K

1077 199 4124 21

Sr

9 1.84 33 18

Ba

12 0.56 57 103

Ti

67 2.50 454 182

Mn

24 2.19 112 51

Co

0.38 0.06 2 32

Ni

15 2.35 124 53

Cu

15 0.29 47 162

Cd

1 0.07 4 56

Pb

31 0.44 143 322

Cr

5 0.26 18 69

UNIT:ng/m³ N=57

3-2-2 沙塵暴季節大氣中各元素濃度的時序變化

圖 3.6 為沙塵暴季節大氣懸浮微粒中各元素濃度的時序變化，從圖中可以發 現 Al，K， Fe，Ti，Pb， Mn，Ni，Ba，Sr，Cr，Cd 和 Co 等元素的濃度在沙塵暴 期間最高值都出現在 4 月 10 日到 4 月 15 日之間，顯示這段期間有比較強的沙塵 暴發生。藉由觀察 Al 的濃度變化也可以確切看出沙塵暴發生的時間，這是因為 Al 普遍被認為是地殼物質來源的指標性元素，在沙塵暴發生的期間，大量的地殼物 質會隨氣流帶至大氣中，因此若 Al 的濃度出現高值時就可能與沙塵暴的發生有 關。亞洲沙塵暴主要是從中國內陸經由長程傳輸至各地，台灣周圍海域也會受到 亞洲沙塵暴的影響，沙塵暴發生時，Al 的濃度會明顯增加許多倍(Gao et al., 1992b；林，1996；Carmichael et al., 1997)。在 2005 年 4 月 11 日的標本中，

Al 的濃度是最高的，達到 8213 ng/m³，在此標本中同時出現最高值的元素還包括 Fe、Mg、K、Ba、Ti、Mn 及 Co；其他元素雖然在此標本中沒有出現最高濃度值，

但是濃度也比平常高許多倍，可見在沙塵暴發生期間各元素濃度都會大幅增加。

Na 和 Mg 濃度的時序變化比較一致，和其他元素比較不一樣，這兩個元素在沙塵暴 季節的濃度變化並不如 Al 和 Fe 等元素變化大，大氣中 Na 和 Mg 的主要來源是從 海水飛沫而來(Gao et al., 1992b)，風速的強弱會影響 Na 和 Mg 濃度的變化，風 速越強則 Na 和 Mg 的濃度也相對的越高，尤其對 Na 的影響最明顯，這是因為 Na 的來源幾乎是以海鹽為主，Mg 則有部份是陸源成份；在所分析的標本中，Na 濃度 最高值出現在編號 PCY050302 (2005 年 3 月 2 日) 的標本中，此標本的平均風速 達 9.7 m/s，最高風度達 16 m/s，Mg 的濃度在此標本雖然不是最高值，但仍然比 其他標本高出許多。

Al

302 307 316 320 327 403 407 411 415 423 427 501 505 520 Al (ng/m3)

302 307 316 320 327 403 407 411 415 423 427 501 505 520 K(ng/m3)

302 307 316 320 327 403 407 411 415 423 427 501 505 520 Fe (ng/m3)

302 306 313 317 320 325 401 404 407 410 413 418 423 426 429 502 505 513 522 Sr(ng/m3)

302 306 313 317 320 325 401 404 407 410 413 418 423 426 429 502 505 513 522 Ba(ng/m3)

302 306 313 317 320 325 401 404 407 410 413 418 423 426 429 502 505 513 522 Cd(ng/m3)

302 306 313 317 320 325 401 404 407 410 413 418 423 426 429 502 505 513 522 Ti(ng/m3)

302 306 313 317 320 325 401 404 407 410 413 418 423 426 429 502 505 513 522 Pb(ng/m3)

圖 3.6、2005 年沙塵暴季節大氣懸浮微粒中各元素濃度的時序變化

Mn

302 307 316 320 327 403 407 411 415 423 427 501 505 520 Mn(ng/m3)

302 307 316 320 327 403 407 411 415 423 427 501 505 520 Cu(ng/m3)

302 307 316 320 327 403 407 411 415 423 427 501 505 520 Cr(ng/m3)

302 307 316 320 327 403 407 411 415 423 427 501 505 520 Na(ng/m3)

302 307 316 320 327 403 407 411 415 423 427 501 505 520 Ni(ng/m3)

302 307 316 320 327 403 407 411 415 423 427 501 505 520 Mg(ng/m3)

302 307 316 320 327 403 407 411 415 423 427 501 505 520 Co(ng/m3)

圖 3.6、(續)

3-2-3 金屬元素與水溶性離子之主成份分析結果 因素負載量( factor loading )值變大以利於解釋，採取直交轉軸法(orthogonal rotation)中的最大變異法(varimax)進行分析，使得分析出來的共同因素更加明

及Pb為代表，其中以 NH4⁺、nss-SO4

2-的負載量最大，顯示這個因子與污染來源物 質有相當大的關係，主要來源是中國大陸並且是藉由東北季風帶來的。

因子三(Factor 3) 佔15.13%的變異量，以Na、Mg²⁺及Cl^-為代表，這三個成分 的負載量都超過0.9，且與海水來源的代表性元素Na有關，顯示Factor 3所代表的 意義為海水來源的影響。

因子四(Factor 4) 佔 10.97%的變異量，以 Ni、Cu 及 Cr 為代表，此因子也是 以污染來源物質為主，但是與 Factor 2 不同的是，這個因子是以高溫燃燒所排放 的污染物質為主，特別是冶煉工業，而 Factor 2 則可能是以煤的燃燒以及石化燃 料燃燒為主。

圖 3.7、2005 年沙塵暴季節大氣懸浮微粒中各成分之主成分分析結果

3-2-4 沙塵暴季節大氣中各元素之來源鑑別

了解各元素在沙塵暴時期濃度的時序變化之後，為了更進一步探討元素的來 源，我們計算各元素的富集值，此主要是利用指標性元素計算某元素相對於地殼 及海水組成的富集度，計算的結果可以讓我們更了解地殼、海鹽或者污染來源對 各元素的貢獻度。元素富集值(EF)的計算公式如下:

EFsource = (E/I)aerosol / (E/I)source

EF^source : 某元素對來源的富集值

(E/I)^aerosol : 大氣中某元素與指標元素之濃度比

(E/I)source : 來源物質中某元素與指標元素之濃度比值

大氣中元素主要的來源包括地殼、海水以及污染來源(Chester, 2000)，地殼以及 海水有一定的組成，因此可以很容易的找到指標性元素並且計算出元素富集值，

污染元素由於來源比較複雜，無法明確找到指標性元素，因此在計算元素富集值 的時候，大多只計算地殼富集值以及海水富集值，再以二者的富集值大小來推斷 污染來源，計算地殼富集值所採用的地殼平均組成是以 Taylor and McLennan (1985) 之數據為標準，海水組成則以 Riley and Chester (1971) 的數據為標準。元素富 集值接近 1 表示某元素以該來源為主，若大於 10 則表示不以該來源為主，如果某 元素的地殼以及海水富集值都大於 10，則表示某元素以污染來源為主。本研究以 Al 作為地殼源的指標性元素，以 Na 作為海水來源的指標性元素，因為這兩個元素 分別是地殼以及海水中含量豐富且穩定的元素，以下為地殼富集值以及海水富集 值的計算公式:

EFcrust = (E/I)sample / (E/I)crust

EFsea = (E/I)sample / (E/I)sea

各標本之元素的地殼以及海水富集值之計算結果列於附錄二及附錄三，所有標本 之平均地殼及海水富集值以圖3.8表示，從圖3.8(a)可以發現Ti、Fe、Al、Mn、Ba、

Cr、Mg及Sr等元素的EF^crust值都低於10，顯示這些元素的來源有很高的比例是地殼 來源，而Ti、Fe、Al、Mn等元素的EFcrust值非常接近1，顯示這幾個元素幾乎以地殼 來源為主。圖3.8(b)可看出Na、Mg、Sr、K等元素的EF^sea值都低於10，其餘元素都 遠遠超過10，顯示彭佳嶼海域大氣懸浮微粒中的元素除了Na、Mg、Sr、K主要來源 是海水外，其他元素都不是以海水為主要來源。除此之外，Co、Ni、Cu、Pb、Cd

的EF^crust及EF^sea都很高(大於10)，顯示這些元素是以污染來源為主。

0.1 1.0 10.0 100.0 1000.0 10000.0

Ti Fe Al Mn Ba Cr Mg Sr Co K Ni Cu Na Pb Cd

EF crust

(a)

1 10 100 1000 10000 100000 1000000 10000000

Na Mg Sr K Ba Co Cu Ni Cr Mn Cd Ti Al Fe Pb

EF sea

(b)

圖3.8、 2005年沙塵暴季節大氣懸浮微粒中各元素的平均地殼富集值(a) 以及海水富集值(b)

除此之外，從圖3.8也可以看到，Mg、Sr、K的EF^crust值及EF^sea值都低於或者接 近10，顯示這三個元素具有地殼以及海水雙重來源，因此我們可以藉由這些元素 在平均地殼以及平均海水組成中所佔的比例來計算這些元素之地殼以及海水來源 所佔的比例，計算公式如下:

Na^sea = Na^aerosol – (Na/Al)^crust × Al^aerosol

E^crust = (E/Al)^crust × Alaerosol E^crust : 元素E之地殼來源濃度

E^sea = (E/Na)^sea × Nasea E^sea : 元素E之海水來源濃度

E^poll = E^aerosol - E^crust - Esea E^poll : 元素E之污染來源濃度

Eaerosol : 元素E在大氣中的濃度

經過計算的結果，以圖3.9表示， Mg、Sr具有地殼以及海水雙重來源，兩者所佔 比例隨時間而不同，在三月到五月大部分時刻彭佳嶼仍然吹著東北風，對Mg而言，

大部分的Mg仍然以海水為主要來源，地殼部份佔的比例比較少，在這段期間，海 水來源的Mg佔了71%，地殼來源佔29%，但是在Al的濃度高值的時間(沙塵暴發生 時)，Mg元素之地殼來源比例會提高 ；Sr源自海水與地殼源所佔的比例約為38%與 62%，同樣在Al濃度高值出現的時候，Sr之地殼來源的比例遠大於海水來源的比 例，顯示沙塵暴帶來相當多的地殼物質，隨著氣流自大陸陸地傳輸到彭佳嶼海域。

大氣中K元素的濃度扣除地殼來源以及海水來源的濃度之後，還有超量的K存在，

顯示K元素除了地殼以及海水來源外，還有污染來源，從圖3.9 ( c)可觀察到，在 三月到五月，大部分時間K元素都以污染來源佔大多數，達73%，其次是海水來源 的15%，地殼來源12%最少，Ｋ的來源除了地殼以及海水之外，很重要的來源是生 質燃燒，例如燃燒稻草樹木以及廢棄物等(Andreae, 1983)，在這個季節，彭佳嶼 海域接收到的氣流主要從中國大陸北方而來，而污染物質也隨著氣流傳輸到此，

顯示K元素除了地殼以及海水來源外，還有污染來源，從圖3.9 ( c)可觀察到，在 三月到五月，大部分時間K元素都以污染來源佔大多數，達73%，其次是海水來源 的15%，地殼來源12%最少，Ｋ的來源除了地殼以及海水之外，很重要的來源是生 質燃燒，例如燃燒稻草樹木以及廢棄物等(Andreae, 1983)，在這個季節，彭佳嶼 海域接收到的氣流主要從中國大陸北方而來，而污染物質也隨著氣流傳輸到此，

在文檔中 彭佳嶼海域大氣懸浮微粒中金屬元素及水溶性離子之化學特性研究 (頁 37-58)