OSPM 模式簡介

OSPM 模式主要模擬街道中移污的濃度，在風流動下，街道中車流所 排放的污染會不斷循環。OSPM 模式模擬污染物的濃度主要由直接擴散濃 度和街道內氣流渦旋使污染物循環形成的濃度組成，如圖 4.1 所示，直接 擴散濃度是以高斯煙羽模式來分析，該模式假定物質在水平和垂直的煙羽 截面積均為高斯分布。而再循環濃度則是利用盒子(Box)模式來做分析。以 下分別介紹直接擴散濃度和再循環濃度。

圖4.1 OSPM 的基礎理論模式(Hertel,1997)

直接擴散濃度的計算是使用簡單的煙羽模式。首先OSPM 假定汽機車 及其排放廢氣都是均勻分佈在整個街道中。汽機車的廢氣排放場視為無窮 小的線源，且與風向垂直，而風向延著街道。OSPM 假設忽略橫風擴散及 視為無限條線源。線源廢氣排放密度以下列公式計算:

dQ = dx (4.1)

其中Q 為移污之排放系數(gm^-1s^-1)，W 為街道路寬(m)。

而街道某一點的擴散濃度則以下列公式計算:

dCd = (4.2)

其中Cd為街道某一點之擴散濃度; ub為沿著街道的風速; 為垂直分布 參數，藉由風和車輛所造成的擾動產生。

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決定 之公式如下列:

及Ls2為梯形斜邊長，此式有考慮到街道的幾何形式與再循環區域的延展 性。

圖4.2 再循環區(a)街道中的再循環區示意圖; (b)下風處的建築物阻斷再循 (Hertel,1997).

當風的流動延伸到整 下再循環所貢獻的濃

度，

環區示意圖

個街道時，則在上風處只剩

而在下風處的濃度則為再循環濃度和直接貢獻濃度的總和，且通常直 接貢獻遠大於再循環所貢獻的濃度。假設風的渦流延伸至整個街道，且再 循環區域之濃度計算假定污染物的進流等於污染物的出流，則再循環的貢 獻濃度可以下列公式計算:

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Crec = (4.9) σwt = [ (λut)² +0.4(σw0)² ]^1/2 (4.10)

其中Crec為再循環所引起的濃度；ut為街道頂端之風速； λ 為比例常數，

與α 相同原理取 0.1； 為車輛所引起的紊流參數，該參數與車速和交通 量相關。模式模擬的結果如圖4.3 所示，該圖所示為一虛擬的東西向街道，

街道建築物高度為20m 和寬度為 20m；而常態交通量為 900 輛小客車和 100 量大客車，且假設車速為 40m/s；街道兩旁則假設為均勻相等之高度。

從結果4.2a 和 4.2b 可以看到為不同風向對應的污染物濃度，在下風處(街 道的南邊)的濃度較大於上風處之濃度，最大濃度位於風向 90 和 270 度，

Wedding et al.(1977)以風洞試驗指出當風速>2m/s，則下風處會累積高濃 度，模式模擬結果亦呈現此趨勢。當風速小於2m/s 時，風的流動則會減小，

當風速維持在較低速時，街道的循環流消失，而風向的的影響也逐漸趨近 於零，根據公式4.4 可以發現決定污染物濃度只剩下車輛所引起的紊流 ( )，因此可以從圖中看出風速=0 時，風向不會決定濃度變化，且因風 速過小使得濃度大為增加。上述為模式模擬基礎圖，OSPM 根據這個原理，

以風流動的構造和擴散條件修正模式的模擬，比較不同區域測量結果也是 很重要的修正參考依據。

a) North side; W=20m, H

=20m

圖4.3 OSPM 模擬污染物濃度示範圖(Hertel,1997).

OSPM 模式所需考量因素包括交通檔案、排放因子、街道結構、氣象 資料、背景濃度。以下分別說明之。

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1. 交通檔案:每日交通量之型態、每日平均交通量、每小時交通量。

為一典型街道的模式所需資料設定示意圖，圖中的Rector1 和 Rector2 分別為擬模擬濃度的街道兩旁點，該點位置假設在2.5m 處，在下方則 填入此街道各建築物的高度及方位，本研究假設各街道之建築物高度為

平均高度，由於是針對大範圍區域進行模式模式，不易一一清查所有建 築物的位置及高度，故如此假設，雖會有誤差，但預期不大。

圖4.4 街道基本地理資料介面(摘自 OSPM 模式系統,Berkowicz,2003).

圖4.5 街道資料設定圖(摘自 OSPM 模式系統, Berkowicz, 2003).

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2. 輸入基本交通流量相關資料:如圖 4.7 所示，輸入資料包含不同車種每小 時車流量、車速、不同移污之排放係數設定。其中車速假設為台北市街 道平均車速。所取得之車流量資料為上午7 時至 9 時及下午 17 時至 19 時等時段的車流量。雖然這四小時的資料不代表一天24 小時的變化，

但由於這四個時段代表尖峰時段，因此在模擬OPSM 可得到尖峰時段 之濃度，也可能是一天之中最高的濃度，亦因而可用以推估居民在一天 內的最大暴露風險。沒資料的時段輸入資料欄位可設為-99，則模式將 不會模擬缺資料的時段。排放係數設定方面則依不同車種輸入不同之排 放係數，同上一章道路密度法所採用的排放系數。

圖4.6 基本交通流量資訊介面(摘自 OSPM 模式系統, Berkowicz, 2003).

3. 建立城市之背景濃度和氣象資訊: 如圖 4.8 所示，背景資料為一年資料 量，囊括每小時的風速、風向、地球輻射量、混合層高度、大氣溫度、

相對溼度、NOx濃度、NO2濃度、O3濃度、CO 濃度、PM10 濃度等監

測資料(環保署,1998)，其中六個測站依距離劃分成六個區域，各區域使 用不同測站的資料，所有資料依照順序輸入表中。

圖4.7 城市之監測濃度和氣象資訊介面(摘自 OSPM 模式系統, Berkowicz, 2003).

4. 模擬各種不同的移污之濃度:將上述三個步驟設定完成，填入城市的人 口，執行OSPM，如圖 4.9 所示，結果為各個街道之兩個測點的年平均 移污濃度值。

圖4.9 OSPM 模擬移污之年平均濃度值介面 (摘自 OSPM 模式系統, Berkowicz, 2003).

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