台灣都市化與全球環境變遷交互影響與回應之研究---台灣都市土地使用與運輸改變及都市蔓延對全球環境變遷之影響(III)

行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告

台灣都市化與全球環境變遷交互影響與回應之研究--台灣

都市土地使用與運輸改變及都市蔓延對全球環境變遷之影

響(III)

研究成果報告(完整版)

計 畫 類 別 ： 整合型 計 畫 編 號 ： NSC 97-2621-M-004-002- 執 行 期 間 ： 97 年 08 月 01 日至 98 年 12 月 31 日 執 行 單 位 ： 國立政治大學地政學系 計 畫 主 持 人 ： 劉小蘭 處 理 方 式 ： 本計畫涉及專利或其他智慧財產權，1 年後可公開查詢

中 華 民 國 98 年 12 月 14 日

目錄

第一章 緒論 ... 1 第一節 研究動機與研究目的 ... 1 第二節 研究範圍與內容 ... 4 第三節 研究方法與流程 ... 7 第二章 文獻回顧 ... 9 第一節 空氣汙染之意涵 ... 9 第二節 影響空氣品質之相關因素 ... 13 第三節 降低空氣汙染之解決方式 ... 20 第四節 空氣汙染預測模式 ... 26 第五節 空間自相關分析之相關理論與文獻 ... 30 第六節 小結 ... 35 第三章 台北市都市發展與空氣品質變化分析 ... 37 第一節 台北市都市發展背景分析 ... 37 第二節 台北市空氣品質變化分析 ... 44 第三節 台北市產業和人口分布對空氣品質之影響分析 ... 49 第四節 小結 ... 58 第四章 模型建立與實證分析 ... 59 第一節 資料來源說明與敘述統計 ... 59 第二節 變數選取與模型設定 ... 61 第三節 實證結果分析 ... 65 第五章 結論與建議 ... 71 第一節 結論 ... 71 第二節 建議 ... 74 參考文獻 ... 77

圖目錄

圖 1-1 研究範圍測站分布圖 ... 4 圖 1-2 樣本時間範圍示意圖 ... 5 圖 1-3 研究流程圖 ... 8 圖 2-1 設施建設對環境之影響 ... 13 圖 2-2 交通排放量推估之方法論 ... 17 圖 3-1 台北市 1991~2006 年工商及服務業就業員工數 ... 38 圖 3-2 台北市 1991~2006 年各行政區人口數 ... 39 圖 3-3 台北市 1991~2006 年總人口數 ... 40 圖 3-4 台北市 1991~2006 年機動車輛數 ... 41 圖 3-5 台北市 1991~2006 年道路總長度和總面積 ... 41 圖 3-6 台北市 1991~2006 年大眾捷運日平均旅次數 ... 42 圖 3-7 台北市 1991~2006 年公園綠地面積 ... 43 圖 3-8 台北市 1995~2006 年懸浮微粒濃度值 ... 44 圖 3-9 1995 年台北市年平均懸浮微粒濃度分布圖 ... 48 圖 3-10 1996 年台北市捷運路線和年平均懸浮微粒濃度分布圖 .... 48 圖 3-11 2001 年台北市捷運路線和年平均懸浮微粒濃度分布圖 .... 48 圖 3-12 2006 年台北市捷運路線和年平均懸浮微粒濃度分布圖 .... 48 圖 3-13 產業員工數空間自相關係數圖 ... 50 圖 3-14 1995 年台北市產業 LISA 分布圖 ... 52 圖 3-15 1996 年台北市產業 LISA 分布圖 ... 52 圖 3-16 2001 年台北市產業 LISA 分布圖 ... 52 圖 3-17 2006 年台北市產業 LISA 分布圖 ... 52 圖 3-18 人口數空間自相關係數圖 ... 53 圖 3-19 1995 年台北市人口 LISA 分布圖 ... 55 圖 3-20 1996 年台北市人口 LISA 分布圖 ... 55 圖 3-21 2001 年台北市人口 LISA 分布圖 ... 55 圖 3-22 2006 年台北市人口 LISA 分布圖 ... 55

表目錄

表 2-1 空氣汙染指標值與健康影響 ... 10 表 2-2 LISA 值說明表 ... 33 表 2-3 國內使用空間自相關之相關文獻 ... 34 表 4-1 變數名稱與變數資料來源 ... 59 表 4-2 變數單位與資料時間 ... 60 表 4-3 實證變數敘述統計量表 ... 60 表 4-4 模型變數之預期符號 ... 62 表 4-5 固定效果模型實證結果 ... 65 表 4-6 台北市各行政區個別特質效果統計量表 ... 66 表 4-7 各年度固定效果統計 ... 66 表 4-8 各變數符號之實證結果 ... 67

第一章 緒論

本章分為研究動機與目的、研究範圍與內容、研究方法與流程三個部 分。首先說明本研究之動機和研究目的；其次，依據研究目的說明研究之 空間和時間範圍，及簡述研究內容；第三部分則是針對研究內容提出分析 方法，以及本研究之研究流程。

第一節 研究動機與目的

一、研究動機

在工業化伴隨都市化之現象下，促使人口、產業不斷向都市移動、聚 集；隨著都市日益活絡、工商業發達、人口與日遽增及各項都市活動頻繁 的情形下，遂引發地區的交通需求，促使政府加速興建交通運輸設施，以 解決人們行的便利性。交通建設的完善促進了運輸服務地區的可及性增加， 縮短了產業、人們往來兩地的旅行時間，並且促使產業與人口更加往運輸 建設便捷的區域集中。因此，在都市發展的過程中，運輸系統的改善帶動 了社會、經濟的發展與解決人民行的便捷性等正面效益，但交通運輸設施 卻也為都市帶來了負面影響－環境品質問題。 交通運輸設施與環境之相互關係自古以來即存在，只是其內容與程度 隨著運輸系統之發展情形而有所不同（徐淵靜，1998）。隨著社會的進步、 運輸建設的開發與運具的發展，使人們對運輸工具的依賴程度日益增加； 而都市經濟快速成長之結果，促使人口、機動車輛大量湧入都市地區，在 運輸工具大幅增加的情形下，伴隨而來的環境問題包括都市內空氣汙染、 噪音、振動、壅塞…等問題，和都市外珍貴土地資源被破壞、無秩序蔓延 發展等問題（Heimlich and Anderson，2001）。在這些環境議題中，以空氣 汙染尤為重要問題之一：依據台灣氣喘衛教協會的統計資料顯示，台灣地 區兒童氣喘盛行率從 1974 年的 1.13 %到 2002 年已上升至 19 %；而林瑞雄 教授與郭育良教授等人，在 1996 年對全台做的研究發現，汽車等交通污染 愈多之區域，氣喘盛行率愈高（引述自環保署移動汙染源管制網，2009）。 因此，空氣汙染對生物產生之影響，輕微者使人體產生不舒適感，重者將 危害人體身心健康、農作物受損、全球暖化與生態環境不堪負荷等現象。 是以，為解決空氣汙染日益嚴重與都市蔓延等問題，諸多研究乃主張增加 大眾運輸系統的使用、就業與居住的混合使用，能有效減少能源消耗，進

而降低空氣汙染排放量（Pemer，2001；Mindali et al.，2004；Borrego et al.，

2006；Meinardi et al.，2008）。為此，大眾運輸發展導向（Transit-Oriented

Development, TOD）逐漸發展為都市中的新規劃政策。 大眾運輸導向按李家儂（2003：26）之定義為：「以大眾運輸系統之建 構，引導居住、工作、購物、休閒等活動空間於大眾運輸路線廊帶上有秩 序之分布，以形塑高可居性、可及性及有效率的都市發展型態與土地利用 模式之謂。」透過大眾運輸導向發展模式可以降低都市的不當發展，提昇 內都市之土地使用密度，並且藉由高密度集合住宅、就業與購物中心之開 發，提高民眾使用大眾運輸系統之便利性（賴宗裕，2006：164），減少私 人運具的旅行次數，進而降低能源消耗量，改善都市空氣品質。 台灣自六十年代以來，都市地區快速發展，在工業化伴隨都市化的現 象下，經濟水準不斷上升，生活水準亦不斷提昇，尤其以台北市之整體發 展最為明顯。台北市內因都市產值快速提昇，吸引人口、產業大量遷入， 使得台北市內累積了大量的經濟資源與財富。然而，在工商發達、人口聚 集的同時，卻也加深了環境的負荷，諸如汽、機車數量的高度成長、交通 的壅塞、垃圾產出量的增加及能源消耗的增加…等，這些因素直接或間接 排放空氣汙染源，造成都市空氣品質的惡化（李曜全、邢浩然，2002）。為 同時改善都市空氣品質與交通情形，政府於民國七十七年開始動工興建台 北捷運。透過觀察可發現，隨著捷運建設的完工，捷運沿線地區發展快速、 土地使用型態改變，且捷運改變了市民的通勤模式，使空間移動更加快速 便利，其都市活動型態在空間上已產生結構性的變化。長期而言，透過大 眾運輸導向的發展模式，將可抑制私人運具的使用，進而降低私有汽車的 依賴，改善都市空氣品質惡化情形、創造良好都市環境品質。 在探討交通運輸對環境品質產生之影響，過去多數文獻多單就運輸部 門之觀點，以運輸系統管理策略之研究與發展大眾捷運系統模式來探討對 都市空氣品質之影響（交通部運輸研究所，1997；楊文龍，2001；葉嘉純， 2003； Meinardi et al.，2008）。事實上，都市空氣汙染不僅來自於交通運 輸所排放的廢氣，人口數與工廠數亦會對汙染排放產生影響（李曜全、邢 浩然，2002；呂鴻光、簡慧貞，2003）。是以，影響空氣品質的因子一般來 說包括交通、產業與人口三類，又運輸建設的改變會提高區域的可及性， 帶動產業與人口在空間上移動。然多數文獻多僅針對產業對空氣品質之影 響（馮惠珊，1990；徐鐙城，1996；蘇桂醇，1996）、人口對空氣品質之影

1993；陳賓權，1998；徐淵靜，1998；黃耀輝，1999；林俊毅，2004）進 行探討，未將三者之相互關係合併考慮來探究對空氣汙染之影響程度。 是以，本研究將從捷運營運前後台北市空氣品質變化之觀點，探討捷 運、人口、產業三者對空氣品質之影響程度。台北市之空氣品質是否隨著 捷運通車營運而改善呢？亦或者，隨著捷運路網之開通，增加捷運沿線區 域的可及性，反而促使人們、產業更加往捷運沿線聚集，進而造成空氣品 質的惡化現象呢？在人口、產業變動的同時，又會對捷運沿線之周邊空氣 品質帶來何種影響呢？緣此，本研究將加入人口與產業等相關因素探討交 通運輸對台北市空氣品質之影響。

二、研究目的

綜合上述研究動機，本研究之研究目的為以下幾項： （一）瞭解台北市之空氣品質變化 （二）探討捷運營運前後對台北市空氣品質之影響程度 （三）實證分析交通、產業、人口三者對空氣品質的影響

第二節 研究範圍與內容

一、研究範圍

（一）空間範圍 台北市是台灣第一個興建並營運捷運系統的地區，因此本研究以 台北市 433 個里1-1_{為實證地區進行研究。在空氣品質測站方面，因使} 用地理資訊系統之空間內插法處理，為求得各地空氣品質之準確度， 本研究以行政院環保署空氣品質監測站台北市 6 站、台北縣 12 站，共 18 個監測站，和台北市環保局空氣品質監測站 8 處，共計 26 個測站， 測站位置1-2 圖 1-1 研究範圍測站分布圖 如圖 1-1 所示。 資料來源：行政院環保署、台北市環保局之空氣品質測站資料 1-1 _{台灣於 2002 年進行行政區域及村里的增刪修訂，導致台北市 2002 年前後之里數不同。} 為使各年度實證範圍相同，本研究調整各年度之里數，調整後之台北市里數共 433 個里。 1-2 _{空氣品質監測站取 1995、1996、2001 和 2006 年之資料，因為 1995 年至 2006 年監測站} 位置有所變更與增減，故四個年度的測站數不同。1995 年有 25 個測站、1996 和 2001 年 有 27 個測站、2006 年有 26 個測站，圖示僅列出 2006 年測站位置。

（二）時間範圍 本研究主要探討捷運營運前後對空氣品質之影響，因此時間範圍 設定在捷運營運前至營運後；台北捷運於 1996 年 3 月 28 日正式通車， 故時間範圍以營運前的 1995 年至營運後之 2006 年為主，如圖 1-2 所 示。 圖 1-2 樣本時間範圍示意圖

二、研究內容

根據研究目的，本研究之研究內容包括三部分，說明如下： （一）文獻回顧與整理 整理過去影響空氣品質之相關文獻，有助於建構本研究之中心論 點及整體論文論述基礎，包括空氣汙染之意涵、影響空氣品質之相關 因素，以及降低空氣汙染之解決對策等相關文獻。透過文獻整理歸納 以往實證分析之變數，進而決定分析空氣品質所需使用之變數。 （二）空氣品質變化分析與模型建構 經由文獻資料的整理，從而得知過去運輸系統與空氣品質之相互 關係，並依此做為模型建構之依據。此外，本研究將利用地理資訊系 統（Geographic Information Systems, GIS）空間分析法處理空氣品質監 測站之相關資料，透過地理資訊系統的使用，期能減化複雜的空氣汙 染源因子變成易於計算的空間變數。 （三）實證分析與結論建議 利用 Limdep 統計軟體進行實證分析，得出之實證結果進行個別變 數分析，探討其所代表之意義，並且援用過去研究作為佐證，以驗證 本研究是否符合預期結果。最後針對實證結果提出結論與建議。 西元年 時間軸 1996 2006 營運當年 營運後 10 年 1995 營運前 1 年

三、研究限制

空氣因具有流動性且會受到氣象變數（諸如風速、風向、溫度、相對 溼度…等）所影響，加上每年 3 到 5 月為大陸沙塵暴最為嚴重的季節，所 以每日測得之空氣品質濃度可能不同。但是，行政院環保署已針對受大陸 沙塵影響之數值進行修正，且本研究之空氣品質資料係採取年平均資料模 式，因此，本研究空氣品質測站資料已排除大陸沙塵嚴重之值，且假設各 年度氣象變數無太大差異。

第三節 研究方法與流程

一、研究方法

本研究基於上述研究內容，提出下列研究方法： （一）空間分析法 本研究利用 ArcGIS 軟體提供之內插法和空間自相關分析法進行 分析，說明如下： 1. 內插法（Interpolation） 本研究於第三章第二節利用空氣品質測站資料，以內插法模擬出 各年度之台北縣和台北市年平均懸浮微粒濃度分布圖後，再擷取出台 北市範圍作為基圖（base map），套疊台北捷運路網分布圖，檢視都市 空氣品質是否隨著大眾運輸系統之營運而降低其空氣品質濃度。 2.空間自相關分析（Spatial Autocorrelation） 本研究於第三章第三節利用 ArcGIS 軟體所提供的空間分析工具， 對人口與產業進行全域（Global）及區域（Local）空間自相關分析 （Spatial Autocorrelation）。在全域空間自相關中，分別分析各年度人 口、產業等資料的空間相關性程度，以此瞭解人口和產業的分布型態 呈現聚集或隨機分散之現象；接著以區域空間自相關統計方式，進一 步探討各年度人口、產業聚集分布區位之變化。最後，透過圖層累加 顯示的方式，以人口與產業之空間分布型態為基圖，套疊台北捷運路 網分布圖與各年期之年平均懸浮微粒濃度分布圖，檢視人口、產業是 否隨捷運路網之開通而往捷運沿線聚集分布，進而探討人口、產業之 分布型態對空氣品質的影響程度。 （二）迴歸分析 本研究結合橫斷面（cross-section）資料型態與時間序列（time-series） 資料型態，採用長期追蹤資料（Panel Data）迴歸模型之分析方法探討 人口、產業、以及捷運營運前與營運後，對台北市年平均懸浮微粒變 化之相關性及影響程度。

二、研究流程

圖 1-3 研究流程圖 研究動機與目的 研究範圍與內容 文獻回顧 空氣汙染之 意涵 影響空氣品質 之相關因素 降低空氣汙染 之解決方式 台北市都市發展與 空氣品質變化分析 空間分析法 實證模型建立 實證結果分析 結論與建議 空間自相關之 相關理論與文獻 實證變數選取 繪製相關變數分布圖 空氣汙染 評估模式

第二章 文獻回顧

空氣汙染肇因於十八世紀快速的工業化與都市化後，人類密集使用生 煤作為燃料，燃燒產生之廢氣未經處理排放到大氣，使得都市地區的空氣 汙染事件逐漸增加。加上十九世紀發明汽車與大量興建高速公路，加速人 們使用私人運具，促使空氣汙染更為嚴重。因此，都市空氣汙染之來源包 括家庭排放、商業使用、工廠活動及機動車輛排放之廢氣等空氣汙染源。 過去探討空氣品質之相關研究中，包括有模擬大氣環境狀況來瞭解汙染排 放源與空氣品質關係；從交通、人口、產業、都市空間結構等方面探討對 空氣品質產生之影響；從人體健康之觀點，探討各項汙染源對人體健康產 生的危害；以及從解決空氣汙染之觀點，提出諸多空氣汙染減量策略。本 研究為探討捷運、人口及產業三者對空氣品質之影響，在文獻回顧方面， 首先瞭解空氣汙染之整體意涵、影響因素、及其解決對策；其次，瞭解過 去探討空氣品質相關議題所採用之方法，以作為本研究方法之參考依據； 接著，為瞭解人口與產業之分布型態對空氣品質之影響，說明空間分析法 之相關文獻。是故，本章之內容共分為六節，在第一節首先界定空氣汙染 之定義，與說明汙染源對人體健康產生的危害；第二節回顧影響空氣品質 之相關因素；第三節接續說明目前國內外降低空氣汙染之解決方式包含哪 些層面，第四節說明空氣汙染評估模式，第五節說明空間自相關分析之相 關理論與文獻，最後一節歸結前面五小節文獻中所發現之議題，做為後續 研究之參考。

第一節 空氣汙染之意涵

一、空氣汙染定義

在正常狀況下，乾淨空氣主要是由 78%氮氣、近 21%氧氣、近 1%氬氣… 等十六種氣體所組成，許多人們關注的汙染源如一氧化碳（CO）、氮氧化

物（NOX）、臭氧（O3）及硫氧化物（SOX）等，在乾淨空氣中的含量極其

微小（林政剛等譯，1995：47）。行政院環保署（2008）將空氣品質標準（Air Quality Standards）定義為：「室外空氣中空氣汙染物濃度限值」，當自然環 境的運作如火山爆發、森林火災，或人為因燃燒木材、煤、化石燃料等事 件發生，造成乾淨空氣成份改變，因而產生空氣汙染。 空氣汙染一詞按世界衛生組織（WHO, 1999）之定義為：「由人為的因 素將汙染物釋放在空氣中，於大氣中一種或多種之汙染物或其生成物隨著

數量和濃度的增加，以及持續過久時間，使人類、動物、植物的生命受到 傷害，或因而干擾到人類生活上或財產之舒適享用。」國內空氣汙染防制 法第二條定義空氣汙染物為：「空氣中足以直接或間接妨害國民健康或生活 環境之物質。」由上可知，兩者對空氣汙染之定義皆指出，當空氣中含有 的汙染物質過多且濃度過高時，將危害人民之健康與生活品質，損害財物 或無理干擾舒適之生活環境。

二、空氣汙染指標

為使國人瞭解空氣品質狀況對人體健康之影響程度，行政院環境保護 署引進美國環保署評估空氣品質優劣之空氣汙染指標（Pollutant Standards

Index, PSI）。空氣汙染指標（PSI）係依據空氣品質監測站資料將當日測得

之各汙染源濃度數值，以其對人體健康之影響程度，分別換算出不同汙染 物之副指標值，再以當日各副指標之最大值為該測站當日之空氣汙染指標 值（PSI）（環保署，2008），空氣汙染指標與人體健康影響如表 2-1 所示。 表 2-1 空氣汙染指標值與健康影響 空氣污染指標 (PSI) 0～50 51～100 101～199 200～299 >=300 對健康影響 良好 普通 不良 非常不良 有害 人體健康影響 對一般民 眾身體健 康無影響 對敏感族 群健康無 立即影響 對敏感族群會 有輕微症狀惡 化的現象，如 臭氧濃度在此 範圍，眼鼻會 略有刺激感 對敏感族群會 有明顯惡化的 現象，降低其 運動能力；一 般大眾則視身 體狀況，可能 產生各種不同 的症狀 對敏感族群除 了不適症狀顯 著惡化並造成 某些疾病提早 開始；減低正 常人的運動能 力 資料來源：行政院環境保護署，2008 由表 2-1 可知，當空氣汙染指標值超過 50 時，對敏感族群的人體漸漸 產生健康危害；當指標值大於 100，將對敏感族群和一般民眾的健康產生大 小不一的影響。

三、汙染物種類及其特性

空氣汙染物質依物理狀態可區分為粒狀汙染物（如總懸浮微粒、懸浮

微粒、落塵及煤塵濃度）與氣狀汙染物（如硫氧化物、一氧化碳、二氧化 碳、氮氧化物、碳氫化合物及臭氧等），而國內之主要汙染物分別為懸浮微 粒（PM10）和臭氧（O3）（環保署，2008），世界衛生組織（WHO, 2005） 亦指出在已發展國家的許多城市，臭氧和懸浮微粒對健康有危害。因此， 為瞭解兩汙染物之特性、汙染來源及對人體健康產生之影響，分別說明如 下：

（一）懸浮微粒（particulate matter with aerodynamic diameter of less than 10μm, PM10） 懸浮微粒係指懸浮在大氣層中粒徑 10 微米以下之粒子，其主要來 源包括道路揚塵、車輛排放廢氣、露天燃燒、營建施工及農地耕作等， 或由原生性空氣污染物轉化成之二次污染物（環保署，2008）。目前國 內空氣品質標準中關於懸浮微粒濃度值列有兩項標準：每日平均值不 得超過 125μg/m3，每年平均值不得超過 65μg/m3。 懸浮微粒濃度之所以受到人們關注主要在於其粒徑微小，可由呼 吸深入人體肺部深處，影響人體心臟血管與呼吸道相關疾病。Schwartz et al.（1993）研究指出空氣懸浮微粒與氣喘的就醫有高度相關性，因 為懸浮微粒會減少呼吸道尖峰流量致使功能性肺活動量下降（李瑞源， 1996）。Samet et al.（2000）利用美國 1987 至 1994 年間 20 個城市居民 的每日死亡率資料為樣本，研究結果發現呼吸道疾病死亡率與懸浮微 粒濃度呈現正相關。Woodruff et al.（2008）研究美國週歲內的嬰兒死 亡與長期暴露於空氣汙染物之間的關係，研究結果指出懸浮微粒每增 加 10μg/m3_{，呼吸道疾病死亡之風險性相對比率為 1.16，而臭氧每增} 加 10ppb，週歲內的嬰兒猝死症風險性相對比率為 1.24，其它的汙染物 與其它死因的死亡之間則沒有發現有關聯性（簡雅文，2008）。 由上述可知，降低空氣中懸浮微粒濃度似乎可減少呼吸道疾病和 心血管死亡率的發生，然許多報告指出即使吸入低濃度之空氣懸浮微 粒，亦會增加兒童罹患急性氣管炎及其他呼吸系統疾病之危險性（引 述自李瑞源，1997：10）。為此，世界衛生組織（WHO, 2005）訂定懸 浮微粒濃度標準：每日平均值不得超過 50μg/m3，每年平均值不得超 過 20μg/m3_{。在此標準下將可使得總死亡率、心肺死亡率達到最低。} （二）臭氧（ozone, O3） 臭氧是一種無色、具刺激性味道的高反應性氣體，主要是由人為

排放的氮氧化物和反應性碳氫化合物在日光照射進行光化學反應後所 形成之二次汙染物（環保署，2008）。目前國內空氣品質標準中關於臭 氧濃度值列有兩項標準：每小時平均值不得超過 120 ppb，每八小時平 均值不得超過 60 ppb。 由於臭氧是反應性極高的氧化劑，對呼吸系統具有刺激性，正常 人吸入後之主要反應包括咳嗽、呼吸道過度反應性增加與呼吸道發炎、 以及鼻黏膜之發炎反應等（環保署，2008）。亦有研究（Abramson and Voigt, 1991）指出低濃度之臭氧雖然不改變肺部的基本功能，但明顯加 強了氣喘病人對吸入過敏原之感受性，主要是因為臭氧能增加呼吸道 之滲透性（李瑞源，1996）。因此，降低臭氧濃度將能減低呼吸道之感 染。然而臭氧為二次性汙染物，其組成複雜且易受氣象因子影響，為

此，美國環保署提出實施 O3行動日（Ozone Action Days），在氣象條

件有利於臭氧生成期間，鼓勵民眾響應共乘、搭乘公共運輸交通工具 或騎乘自行車等，希望藉由降低臭氧前驅汙染物的排放，達成減少臭 氧濃度（張順欽，2006）。 綜上所述，懸浮微粒和臭氧兩者皆會對人體健康產生大小不一的影響 程度，輕者僅對人體眼鼻具有刺激感，重者將危害到人體的呼吸道系統， 引發呼吸道疾病和心血管疾病；是以，懸浮微粒濃度值和臭氧濃度值已成 為當前空氣品質改善的目標。然由前可知，臭氧為二次性汙染物，除了人 為前驅汙染物的排放外，區域尺度水平傳輸、平流層傳輸及表面沉積亦會 影響臭氧濃度值（張順欽，2006）。加上臭氧的形成必須經過日光照射交互 作用才得以轉化，在轉化的過程中因參與光化反應的物種相當多，且機制 複雜，故較難探究臭氧之汙染來源。相較之下，懸浮微粒主要來源係來自 道路揚塵、機動車輛排放廢氣與營建施工等，其組成因子較臭氧單純，故 本研究選取懸浮微粒作為空氣汙染之汙染變數。

第二節 影響空氣品質之相關因素

影響空氣品質之因素眾多，排除自然界不可抗拒的因素，人為因素包 括有都市空間結構、土地使用種類、交通運輸、產業發展與人口數等因素。 由於都市空間結構與土地使用類別密切相關，因此，本研究將之分為交通 運輸、產業發展、人口與都市空間結構四類，進行空氣品質之探討。

一、交通運輸對空氣品質之影響

都市化的不斷演進，使人口、產業及活動不斷往都市地區聚集，為加 速地區間交流，遂引發運輸需求。運輸設施的興建提高了可及性，帶動土 地使用模式與活動區位的改變，產業活動與人口亦隨之改變（凌瑞賢，2004： 11-39）。因此，運輸系統的改變帶動區域土地使用、人口與產業的重新分 布，然而卻也帶來了環境的衝擊。徐淵靜（1998）指出交通運輸對環境之 影響從興建時期至營運後，可分為建設工程、設施運用及波及現象等三階 段之影響（如圖 2-1 所示），各階段皆使得自然環境、社會環境與生活環境 受到大小不一的衝擊。交通對環境產生之負面議題主要包括有空氣汙染、 噪音、振動、景觀及其他影響現象等因素，在這些交通公害中，空氣汙染 分布範圍最廣，受影響的人最多，也最為人們所關注（馮惠珊，1990；曾 國雄等，1992）。單就交通運輸部門引發之空氣汙染來自於運輸過程排放之 汙染源，與運輸使用不當－使用大量私人運具產生之汙染。 圖 2-1 設施建設對環境之影響 資料來源：徐淵靜，1998 建設工程 (公路交通) 設施運用 (公路交通) 波及現象 (住宅區發展) 自然環境之變化 地貌與綠地破壞 空氣汙染 河川之水汙染

（一）運輸過程排放之汙染源 運輸系統產生之空氣汙染主要來自於運輸工具使用化石燃料燃燒 而排放之汙染物質，其汙染源可分為原發性與衍生性汙染源兩大類。 原發性汙染物係指經由車輛直接排放者，汙染物包括有一氧化碳（CO）、 氮氧化物（NOX）、碳氫化合物（CxHy）、懸浮微粒（PM10）、硫氧化 物（SOX）、鉛（Pb）等；衍生性汙染物乃由於機動車輛廢氣中之氮氧 化物與碳氫化合物在太陽光紫外線照射下，由光化學反應所產生，諸 如臭氧（O3）、甲醛、有機性高氧化合物等為衍生性汙染。 除了燃燒排放的汙染源外，影響交通空氣汙染源排放量之主要參 數為車行里程與排放係數2-3 在車行里程方面，盧啟文、程惠生（1990）的研究結果顯示，系 統內平均行車速度增加，將使一氧化碳與碳氫化合物之排放總量減少， 但是氮氧化物之排放總量會增加。黃耀輝（1999）則認為交通流量愈 大，產生之汙染量亦愈多；車流行駛速率愈小時，車輛之汙染排放係 數愈大，產生之汙染也愈多；而路口大小愈小時，車流延滯時間可能 較長，產生之汙染亦可能愈多，且所產生的汙染物擴散亦較不易。 （李曜全、邢浩然，2002）。環保署（1991） 研究指出，汽機車之一氧化碳與碳氫化合物排放量會隨著車齡和車行 里程數之增加而提高，其汽車氮氧化物排放於八年六萬公里內，機車 則是在六年以內隨著車齡和里程增加而減少，超過其年限則隨車齡和 里程成正比，因此加速淘汰老舊汽機車將可有效的減少空氣汙染情形 （引自林俊毅，2004）。Bae（1993）則指出透過變更工作時間與運具

移轉策略來減少車載行程（Vehicle Miles Traveled, VMT），對於降低空

氣汙染僅帶來些微的影響；真正有效解決空氣汙染之方式應透過進步 的技術降低汽車的尾氣排放量。陳昌煚（2004）以苗栗縣公館交通監 測站為例，分析總懸浮微粒與懸浮微粒的汙染來源及影響因子。研究 結果顯示，該地區主要汙染來源是交通工具尾氣排放汙染源及街塵， 因此該研究認為應優先從交通管制策略著手，並且對大型車輛所造成 之揚塵加強管制，以此改善地區之空氣品質。 由前可知，要改善運輸過程所排放之空氣汙染源，應從技術控制 方式與控管車行里程來減少汽、機車排放量。 2-3_{排放係數係以汽機車行駛距離所排放汙染物之重量來表示之。}

（二）大量私人運具產生之汙染 自 1910 年福特汽車開始量產小汽車後，開啟了私人運具使用率的 大增。私有運具的普及化擴大都會區的邊界，加速人類與產業活動不 斷地向外擴張，同時也降低了土地使用密度（Mindali et al., 2004），形 成單一土地使用之分散發展。分散式的都市活動，增加了各項活動之 間的距離，為了顧及個人的方便性，多數人選擇使用私人運具進行移 動。在目前運輸系統以石油為主要燃料的情形下，隨著機動車輛的增 加、人類旅行次數的提高，能源消耗量將急遽上升，其伴隨而來的是 使用石油產品車輛的汙染排放量嚴重汙染了生存環境的空氣品質，對 國民健康的影響甚鉅。因此，在大量使用私人運具的國家，其都市之 空氣汙染大部分來自於交通運輸部門之移動源，有研究（Nebel and Wright，1998；引自賴玫錡，2008）指出在都市地區的空氣汙染，汽 車排放即占了 80%；陳賓權（1998）亦指出全球的空氣汙染有超過四 分之三是由運輸部門所產生。 是以，欲減少私人運具的使用，政府應先整合運具模式，在都市 地區建構完善之單一運具模式（如大眾運輸模式），並且鼓勵民眾多加 使用，如此才得以改善都市之空氣汙染源。

二、產業發展對空氣品質之影響

產業發展對環境產生之影響是幾十年來大家所公認的，尤其是開發中 國家或低度開發國家對環境之影響更為明顯。自工業革命以來，人類燃燒 化石燃料以發展各項經濟活動，其燃燒所產生的汙染源會排放到大氣中， 引發環境汙染。因此，環境汙染肇因於生態體系不利之變化，或經由人類 過度重視產業發展，而忽略環境保護諸種不智行為引發的直接或間接後果。 此外，環境汙染多具有外部性（externality），也就是汙染的產生者自身在 獲取利益的同時，無需支付任何代價，致使活動的第三者受到損害。因此， 當環境汙染嚴重時，會降低環境品質和無效率之資源配置（馮惠珊，1990）。 在產業發展過程中所需資本除人力、金錢外，最主要需仰賴煤炭、石 油等燃料的消耗來發展產業。然而，在能源消耗的同時又會對整體空氣品 質產生影響。根據 2007 年能源統計年報顯示，國內最終能源消費由 1990 年的 50,698 千公秉油當量增加至 2007 年的 121,028 千公秉油當量，年平均 能源消費量成長 5.3%。若按各經濟部門能源最終消量來區分，工業部門為 最大能源消費部門，占總能源消費量 51.75%；其次是運輸部門 13.14%，再

次之為住宅部門 11.21%。王國權（2005）研究都市發展對能源消耗之影響 指出，台北都會區各部門能源消耗高低依序是工業生產、住宅使用、商業 行為、交通運輸、建設部門，最後則是廢棄物的處理。Steemers（2003）以 能源消耗之觀點看空氣汙染，指出當化石燃料之能源消耗愈多，空氣品質 愈加低落。是以，當產業愈蓬勃發展、能源消耗量愈多，空氣品質亦愈加 惡化。 徐鐙城（1996）研究台北縣土城工業區廠商對環境品質之公害識覺， 發現廠商認知最強的是空氣汙染，且工業區內又以空氣汙染最嚴重，廢棄 物的堆置與丟棄次之；在空氣汙染方面，工業區內空氣汙染以空氣中的落 塵、懸浮微粒最為普遍。蘇桂醇（1996）以大寮鄉和林園鄉為例研究邊緣 區工業發展對環境衝擊之影響，研究結果顯示居民認為工業發展後，產生 之環境汙染以空氣汙染最為嚴重，其次是河川及水汙染；此外，在林園鄉 空氣汙染排放值，以碳氫化合物（CxHy）、非甲烷碳氫化合物（NMHC） 及一氧化碳（CO）為最高。因此，產業發展的同時會引發諸多地區之空氣 汙染。 產業燃燒燃料生產各項活動除了產生落塵、懸浮微粒、一氧化碳等空 氣汙染源外，因燃燒而引發的另一項汙染源為二氧化碳（CO2）。根據經濟 部能源委員會（2008）資料顯示，1990 年至 2006 年各部門二氧化碳排放量 中，以產業部門排放量居冠，一直維持在 70%以上，其次是運輸業，再其 次為住宅部門。當二氧化碳排放量急遽增加，大氣層之二氧化碳濃度隨之 上升，使大氣熱量難以流失，造成地球之平均溫度上升，形成溫室效應。 因此，欲降低空氣中二氧化碳排放量，得從產業部門著手。 整體而言，產業持續發展帶動了社會的經濟成長，然而在發展經濟的 同時，環境保護卻是不容忽視的議題。由上述可知，產業發展愈興盛消耗 之能源愈多，其伴隨而來的空氣汙染與溫室效應亦日趨嚴重。因此，要淨 化空氣品質與減少溫室氣體效應，應從提昇能源使用效率、調整能源結構 與調整產業結構等三方面採取因應對策。

三、人口對空氣品質之影響

因為各項活動分布於不同的空間區位，人類生活為滿足住宅、就業、 娛樂、社交等各項活動的需求，需往返於各種活動區位以滿足生活之所需。 當人們在空間區位移動時，遂產生旅次需求。隨著都市地區的發展，人口 不斷地往都市地區遷移，使都會區內的人口不斷增加、都市內的活動更為

頻繁。當人口大量成長，伴隨而來的是旅運需求的上升與機動車輛的使用， 王振霖（1992）指出當都會區的人口數愈多，各區位旅次發生之次數亦愈 多，在交通流量大增的情形下，都市空氣品質亦隨之惡化。Borrego et al. （2006）從空氣品質觀點研究都市空間結構對都市永續性之影響時，以人 口密度和年齡結構，以及私有運具和大眾運輸佔有率作為交通排放量推估 的方法論（圖 2-2 所示）。研究結果發現，不同的人口密度會產生不同之旅 行次數，進而引發不同的空氣汙染濃度；當人口密度愈高，產生之空氣汙 染亦愈多。 圖 2-2 交通排放量推估之方法論 資料來源：Borrego et al., 2006 由圖 2-2 可知，人口年齡結構的差異亦會影響旅次需求與運具選擇。 梁馨云（1997）針對年齡層與旅次需求提出，不同年齡層的人對於旅次需 求各不相同，在目前人口結構老化的現象下，老人退休後為充實自我、娛 樂或社會，其產生之旅次數目可能有不減反增的現象。 綜上所述，人口數和土地使用面積與旅次需求強度存在著正向關係， 而旅次需求強度與空氣品質之間為負向關係。因此，當人口數增加、土地 使用分散時，會導致空氣品質逐漸惡化。

四、都市空間結構對空氣品質的影響

都市是一個開放且動態之生態系統，都市的形成、發展與成長皆需藉 由能源的使用消耗才得以成就今日的發展結果。在都市發展的過程中，土 地使用情形之轉變，將影響著整體都市空間結構的改變，而人類的任何活 人口密度 (每平方公里居民數) 各年齡層結構旅次數 人口年齡結構 Nox VOC 排放量 (kg.day-1₎ 車輛數 總公里數 私人運具 佔有率 車輛 里程數 排放係數(NOx,Voc) 平均 速率 平均 速率 排放係數 (NOx,Voc) 大眾運輸 佔有率 80% 20% 車輛 里程數 旅客 私人 運具 大眾 運輸

動都必須仰賴能源的消耗才得以形成。因此，都市空間結構的改變，對能 源消耗之影響至深且鉅。 就目前都市能源使用情形來看，最常使用且不可再生的能源是化石燃 料，燃燒燃料可促進都市活動之發展，但燃燒過程將產生一氧化碳、二氧 化碳、氮氧化物…等空氣汙染源，使都市空氣品質惡化。諸多研究乃針對 都市空間結構與能源消耗及燃燒燃料產生之空氣汙染之關係進行探討。 Camagni et al.（2002）認為土地資源消耗程度決定於人類居住的集中 性，而且能源的消耗也直接或間接與其相關，尤其是受到旅行距離、運具 選擇模式（大眾運輸或私人運具）的影響甚大。當都市發展呈現分散式的 發展時，政府必須為了都市邊緣的居民興建各項公共設施，這些建設不僅 消耗了珍貴的土地資源（Heimlich and Anderson，2001），更消耗了大量的 都市能源，造成土地使用破碎與降低環境品質。該研究針對土地使用與能 源消耗之關係進行探討，結果顯示土地資源消耗愈快速的型態，都市能源 消耗愈快速；愈向外擴張的都市發展型態，同時消耗了土地資源與都市能 源。因此，該研究指出，良好的緊密與單核心型態的都市發展可降低社會 與環境成本，透過政策引導與創新的都市設計將可實現此一目標。 Steemers（2003）則指出分散式的都市活動增加了不可再生能源的使用 率，尤其是低密度分散發展的都市更是顯而易見。在分散式的土地使用活 動，人們為顧及自身的便利性，遂增加私人運具的旅次使用。私人運具的 使用率提昇雖增加了往來各地的方便性，但卻也增加了工作旅次與旅次距 離，使化石燃料消耗量增加，致使地區性空氣與噪音汙染更加惡化。該研 究以英國為例，探討密度、都市建物與交通之能源消耗情形，發現都市總 能源消耗量占最大比例的是維持建物營運（諸如空調消耗之能源）所消耗 的能源，其次才是交通部門。而都市空間型態直接影響著交通部門的能源 消耗，也間接對環境的影響使其他部門的能源使用率增加。是故，短期來 看，改善運輸方式（如改善大眾運輸）能減少化石燃料的消耗，進而改善 地區性的空氣汙染問題；但長期而言，真正影響都市能源消耗量則是都市 發展所產生的都市空間型態（王國權，2005）。 有關都市空間結構與空間品質之關係，Borrego et al.（2006）進一步以 光化學系統 MEMO/MERS 模型進行驗證。研究結果顯示，混合使用的緊密 都市相較於低密度、分離土地使用的分散都市或低密度運輸結構的網路城 市，提供了較好的空氣品質。此外，該研究亦證實了在探討都市永續時， 都市空間結構之重要性。Stone（2008）研究美國大城市都市蔓延與空氣品

質之關係，在控制人口數、氣象與區域氮氧化物和揮發性有機化合物之排 放量等變數後，結果顯示蔓延的大都會區比起空間結構較緊密的都會區， 其臭氧排放超出量較高。因此，都市空間結構會影響空氣品質之優劣。 由上可知，都市空間結構與空氣品質之關聯性在於，土地使用型態、 能源消耗程度與旅行次數多寡。因為土地使用決定人類居住之集中程度， 人類群聚性影響著通勤旅次之多寡，進而影響能源使用情形與後續空氣品 質之優劣。因此，不同的都市空間結構會影響著都市的空氣品質；是以， 形塑良好之都市空間結構，不僅能降低能源消耗、改善空氣品質、提昇人 民居住水準，更能帶來都市之永續發展。

第三節 降低空氣汙染之解決方式

由產業、人口、都市空間結構與交通運輸等所產生之空氣汙染源，輕 者將造成農作物損害、休閒場地損害與影響人體呼吸系統；重者將危害人 體身心健康、恐有致死之虞，因此，各國無不致力改善空氣品質。在參考 國內外相關文獻，針對空氣汙染減量之議題，有以下幾項改善策略：

一、實施都市成長管理

成長管理（Growth Management）按賴宗裕（2006）之定義為『運用規 劃的方法，配合管理的策略與技術工具，來規範都市發展及土地開發區位、 時序、速度、總量及品質，同時考量公共設施的服務水準及成本，來執行 土地使用管理與公共設施配置等多目標的土地使用政策。』因此，成長管 理之主要目的在於提昇土地使用與公共設施配置之效率，降低無秩序之蛙 躍發展，健全都市風格並且改善居住環境與提昇生活品質。Bae（1993）的 研究中指出，成長管理對減少車輛廢氣排放量的影響最大，但在所有交通 與土地使用措施裡卻也是最不符合成本效益的方法。黃怡（1998）則指出 人口成長會造成工業成長，而工業成長會增加二氧化碳的排放量，唯有透 過成長管理來抑制人口成長，才能打破此循環性，徹底減少二氧化碳之排 放。李曜全、邢浩然（2002）認為在人口持續成長壓力下，公共福利及公 共設施支出成為政府財源極大的負擔，為了維持都市本身綜合發展計畫的 目標，確保居住環境品質，與其耗費力氣由供給來謀求市場之平衡，不如 直接管制都市成長，以避免供需差距過分懸殊。是以，實施都市成長管理 將可控管都市發展，減輕都市成長引發之交通問題及其後續之空氣品質惡 化現象。

二、發展大眾運輸導向之策略

隨著汽車導向之發展模式，都市地區已造成嚴重空氣汙染、能源使用 效率降低、交通壅塞與停車困難等問題。為改善這些問題，許多國家開始 重視大眾運輸具有環保且低耗能高效率之特性，都市學家亦致力於倡導「新 傳統」之規劃模式，提倡「大眾運輸導向發展（Transit-Oriented Development； TOD）」。大眾運輸導向之定義，按李家儂（2003：26）之定義為：「以大眾 運輸系統之建構，引導居住、工作、購物、休閒等活動空間於大眾運輸路 線廊帶上有秩序之分布，以形塑高可居性、可及性及有效率的都市發展型 態與土地利用模式之謂。」其主要目的在於降低都市蔓延，提昇內都市之

土地使用密度，提高土地開發與公共設施配置之效益。並且藉由高密度集 合住宅與購物中心之開發，大幅度提昇民眾使用大眾運輸系統之方便性（賴 宗裕，2006：164），減少私人運具使用，進而降低能源使用、改善都市空 氣品質，使永續發展理想得以落實。Meinardi et al.（2008）以義大利米蘭 為例研究重要的都市中心公共運輸系統對空氣品質之影響，該研究挑選米 蘭 2004 年運輸罷工運動的一月二日、七日和九日之空氣樣本資料，比較在 減少公共運輸時，車輛增加與空氣品質降低之相關性。研究結果顯示，在 罷工時期所有非甲烷碳氫化合物（NMHC）濃度呈現高度增加的情形，因 此，提供更多的公共運輸有可能大大的改善主要都會地區的空氣品質。

三、緊密都市

相較於分散式、蔓延的土地使用發展，緊密都市主張都市可在一定的 範圍內發展，都市可以提供不同之混合土地使用（Mixed Land Use），以此

達到公共設施、設備與功能的集中（簡龍鳳，2005：19）。因此，在都市內 透過適當的高密度發展，與採取土地混合使用的方式，並且創造友善之人 行空間，藉此減少居民旅次數目，並進而減少對私人運具的依賴與使用； 減少對水、電、熱、燃料、以及空間的需求量，使能源消耗達到最小，生 活型態達成自給自足。在探討都市密度與車輛旅行距離之關係時，Ewing （1997）認為當都市密度提高，旅次縮短、大眾運輸和步行模式三者共用 的增加，會使得車輛行駛率下降；車輛行駛率降低將轉變成較低的車輛行 駛里程數。由其研究得知，都市密度的加倍會減少 25%至 30%的車輛行駛 里程數；因此，增加密度能減少 VMT，進而降低空氣汙染。而 Johnston et al. （2000）研究加州山克拉門都的土地使用和車輛旅行關係發現，大眾運輸 改善和土地使用策略之合併影響，二十年以來減少 4%到 7%的 VMT。是以， 當都市朝向緊密發展時，除提高日常生活設施之可及性外，更可減少能源 的使用、改善汙染問題，達成資源保育之目標。

四、促進產業升級

空氣汙染部分來自於產業發展排放廢氣所產生，因此欲改善空氣品質， 應從調整產業結構著手。林素貞等（1994）分析國內產業結構中油品耗用 量與汙染量之相關性，指出電機業為高科技工業，其前後關聯效果皆高， 屬低汙染、低耗能之產業，若增加此產業的發展與配比，既符合能源與環 境整體效益，亦與政府所提倡的產業升級政策一致。王塗發（1998）則指 出產業發展的同時會帶來高度的二氧化碳排放量，欲減少二氧化碳的排放， 應直接限制高耗能、高二氧化碳排放之產業發展，獎勵低耗能、低汙染、

高附加價值產業之發展。是以，要減少產業排放空氣汙染源，政府應積極 改善產業結構，帶動產業升級，以達成節約能源、減少環境汙染之目標。

五、實施運輸系統管理策略

運輸系統管理（Transportation System Management, TSM）策略是一種 短期性低成本、高效率的運輸改善策略，也是一種都市運輸系統改善的規 劃，運用現有道路設施及大眾運輸系統設施，增進運輸效率，並以有效的 經營管理，提高運輸服務水準，以減少能源消耗並削減空氣汙染排放量， 以達改善空氣品質之目標，為一種改善空氣品質的軟體策略（李宗益，1988）。 依美國都市大眾運輸總局（UMTA）運輸系統管理的具體策略方法大致可 分為下列七類（交通部運輸研究所，1997）： （一）改善道路車輛之交通流動 改善道路車輛之流動可以穩定車流，減少車輛加、減速的次數及 怠轉時間，有助於降低空氣汙染濃度。葉嘉純（2003）指出各種運具 在時速每小時 60 公里以下時，排放量會隨著速度增加而減少，因此台 北市之各汙染物排放總量均因新建快速道路通車而減少。因此，快速 道路的興建對於台北市之空氣品質有正面的影響，可以降低汙染物的 排放總量，所減少的總量為氮氧化物約 1,240 公斤/天，碳氫化合物約 605 公斤/天，一氧化碳則為 427 公斤/天。 （二）高乘載率車輛優先處理 在高速公路、市區街道與都市幹道上設置公車與共乘車輛專用車 道，並且配合以交通工程及交通管制措施，使高乘載之車輛具有專用 道路使用權，藉以提昇車輛之行駛速率，降低車輛汙染排放量。 （三）減少尖峰時間交通量 透過調整工作時間、課徵擁擠費或者實施尖峰時間貨車管制方式， 來減少尖峰時段之車輛旅次數，達成減少道路交通擁擠、減少空氣汙 染、節約能源使用的目的。 （四）停車管理 停車管理包括實施各種管制措施與設置轉乘大眾運輸之停車場， 來減少私人運具之使用。諸如在市中心地區限制車輛進入，鼓勵民眾 搭乘大眾運輸或採取步行方式，將有助改善市區交通擁擠，降低空氣

汙染問題。 （五）抑制小汽車使用，促進高乘載率之運輸方式 透過車輛共乘、鼓勵使用腳踏車和步行，與實施小汽車管制區之 措施來抑制小汽車之使用，將可降低車輛之旅次數，進而淨化空氣品 質。張有恆、賴淑芬（1992）建立車輛共乘成本、效益及需求預測模 式，評估車輛共乘策略是否能降低能源消耗與空氣汙染。估計結果顯 示，車輛共乘策略之擴大實施每年能帶來 8,414 萬元的總效益，減少 300 公噸的空氣汙染量。然而，該研究亦指出欲推廣共乘策略，運輸管 理當局必須形塑一個良好共乘環境。 （六）改善大眾運輸與副大眾運輸之服務水準 良好的大眾運輸場站設備與管理、適當的運輸費率、完善的安全 措施與服務水準、以及副大眾運輸服務的改進（如捷運轉乘），將促進 人們搭乘大眾運輸。林俊毅（2004）以問卷調查和 ISC3 模擬方式，探 討捷運轉乘措施對交通空氣汙染改善之成效。結果顯示，由汽機車汙 染排放推估，民眾因捷運轉乘措施而降低對高汙染之汽機車使用，其 所產生汙染消減量分別為一氧化碳約 1,327.16 公噸/年、碳氫化合物約 657.55 公噸/年、氮氧化物約為 378.43 公噸/年、硫氧化物約為 66.76 公 噸/年、懸浮微粒約為 3,374.56 公噸/年，因此捷運轉乘措施對大台北地 區空氣品質改善應有所助益。 （七）提高大眾運輸之管理效率 欲提高大眾運輸管理效率，可透過運輸路線的評估、改善車輛及 監督技術、制定車站與車輛修護政策，以及進行系統營運績效評估， 將可有效提昇大眾運輸之整體效率。

六、清潔燃料

目前推行之清潔燃料包括推廣電動機車和使用替代性燃料。電動機車 為綠色產品，其可取代高汙染二行程機車，減少一氧化碳、二氧化碳等空 氣汙染源的排放，有助於降低車輛排放汙染源。替代性燃料如液化石油氣 與壓縮天然氣等可控制車輛排放源，降低空氣汙染問題。美國環境保護署 在 1972 年曾針對 20 輛完全使用液化石油氣為燃料的汽車進行排氣檢驗。 結果顯示，碳氫化合物之排放量可降低 81%，一氧化碳可降低 86%，而氮 氧化物則可降低 64%（林政剛等編譯，1995）。因此，使用電動機車與替代

性燃料，將得以改善車輛排放濃度。

七、法令管制

法令管制之主要用意在於管制產業、車輛排放之汙染源，以達成淨化 空氣品質之目的。各先進國家皆十分重視空氣品質改善工作，初期多實施 行政管制措施，近年來導入具有經濟誘因之管理機制，諸如排放費、補助 獎勵及總量交易制度等。我國基於經濟與環保並重原則，在空氣汙染防制 工作已逐漸由單純「行政管制措施」轉變為「行政管制與經濟誘因並重之 管制措施」（吳俊儀，2001）。目前我國空氣汙染防制法及相關法規命令中， 除原先各項汙染排放源等行政管制措施外，已納入更具彈性且積極之空氣 汙染防制費徵收、獎勵機制與總量管制等經濟誘因管制措施。 空氣汙染防制費係以汙染者付費的概念，要求汙染製造者必須負擔汙 染造成的外部社會成本，並且將課徵之費用作為防治汙染等措施的預算。 自 1995 年 7 月開徵排放費後，主要之徵收對象與措施分為「固定汙染源直 接徵收」、「移動汙染源隨油徵收」兩項。所得之稅收餘款成立空氣汙染基 金，作為改善空氣品質、防治汙染之用。獎勵機制乃政府為補貼汙染排放 者減少其汙染排放量給予之鼓勵行為，其主要目的為鼓勵廠商從事汙染防 治工作而給予之獎勵。總量管制按空氣汙染防制法之定義為，在一定區域 內，為有效改善空氣品質，對於該區域空氣汙染物總容許排放數量所作之 限制措施。設置總量管制之用意在於利用大自然涵容能力，使廠商有較大 之彈性空間，選擇較經濟且有利於環境品質的汙染改善措施，以此逐漸改 善空氣汙染問題。 因此，在法令管制下，透過行政管制措施與經濟誘因兩者同步進行空 氣品質的控管，將比起單一行政管制措施更有彈性、效率，且在空氣品質 改善方面將更具成效。

八、綠色植物之栽種

綠色植物能透過光合作用吸引二氧化碳，釋放人類維持生命之氧氣， 其不僅成為人類生活環境之舒適品，更具有降低氣溫、提供遮蔭、過濾空 氣汙染物質、緩和噪音、增加空氣濕度、減緩都市熱島效應…等效益（蔡 佩真，2004）。環保署（2008）即指出綠色植物除具有美化都市環境、提供 健康休憩場所之功用外，更有淨化空氣品質、發揮「都市之肺」之功能。 因此，欲解決都市內空氣汙染日益嚴重之環境問題，應多增加綠色植物、 公園綠地等綠地資源之栽種，才能改善都市環境品質與居民生活品質，進

第四節 空氣汙染預測模式

空氣品質模式是一種工具，乃是利用數學或定量的方式，以計算或模 擬汙染物由排放源釋出之後，在大氣中傳送、擴散、反應所形成的濃度場 之時空分布（江旭程，2001）。因此，其主要功能在於模擬大氣環境的狀況， 瞭解汙染排放源與空氣品質之關係。衡量空氣汙染預測模式一般來說有三， 分別是擴散函數估計、受體模式估計與空間內插函數推估。三種模式之特 性如下說明：

一、擴散模式（Dispersion Model）

擴散模式是學理上發展較為完整的方法，主要利用各產業的排放強度 配合氣候、地形等因子推估汙染源對環境的影響。在擴散模式中最常見的 理論為高斯擴散模式，其基本假設為汙染物質呈現高斯分布（Gaussian Distribution），其汙染源為連續性排放型態，汙染物質符合質量守恆定律、 彼此不發生化學變化，大氣層處於穩定狀態，以及高斯模式下推估之濃度 為平均濃度（曹慈容，1997）。而影響汙染擴散濃度的因素，除了與汙染物 排放量之多寡有關外，風速、風向、溫度、濕度等氣象條件以及周圍建築 物型態、高度和道路寬度等環境條件，亦與擴散濃度有關。 高斯擴散模式之基本數學式如（2-1）所示：                       + − +               − − ×                 − = 2 2 2 2 1 exp 2 1 exp 2 1 exp 2 ) , , ( z z y z y H Z H Z y Q Z Y X C σ σ σ µ σ πσ ... (2-1) 式中， C：單位時間汙染物平均濃度(g/m3或μg/m3)， Q：汙染源強度(g/sec) X,Y,Z：汙染源的三度空間坐標(m) μ：平均風速(m/sec) σy、σz：y 及 z 方向的擴散係數(m) H：汙染源有效高度(m) Z：預測點之垂直高度(m)

二、受體模式（Receptor Model）

受體模式是利用受體點收集到的空氣懸浮微粒，量測物理或化學特性， 即汙染源留下的指紋（Fingerprint），清楚鑑定指紋以區分受體點汙染物的 來源。其分析原理係經由受體點之汙染物組成與汙染源組成物的共同特性， 以質量守恆與數學統計方法推估汙染源之貢獻量（曹慈容，1997）。在受體 模式下，基本假設為汙染物的物理化學特性維持不變，汙染物間不發生化 學反應，採樣與分析的誤差呈隨機分布，汙染物排放至大氣後即呈均勻分 布，各汙染源排放汙染物之化學組成不同，以及各汙染源有特定追 踨元素。

常見之受體模式是採取化學質量平衡法（Chemical Mass Balance， CMB）進行空氣品質之評估。化學質量平衡法模式為定量的分配模式，其 基本原理是假設在汙染源排放出的懸浮微粒中，其物種在傳送到受體點至 被收集的過程中為質量守恆（蘇建中，2000）。其數學表示式如（2-2）所 示：

∑

= = p j j ij ij i F S C 1 α ... (2-2) 式中，Ci：受體點 i 的濃度 αij：i 元素在傳送過程中生成或移出作用的係數 Fij：第 j 個汙染源排放 i 元素的質量分率 Sj：第 j 個汙染源貢獻量 目前運用化學質量平衡法的相關研究，包括分析都會區與工業區的汙 染物來源及貢獻量、探討大氣懸浮微粒之汙染來源以及分析交通空氣品質 監測站汙染等。因此，以化學質量平衡法評估空氣品質可充分模擬出汙染 來源及特性。

三、空間推估法（Spatial Interpolation）

一 事 物 之 現 象 若 能 以 特 定 統 計 空 間 結 構 表 示 ， 則 稱 為 區 域 化 （Regionalized）。若 Z(x)定義為位置 x 的隨機量測值，則 Z(x)稱為區域化 變數（Regionalized Variable）（張永欣，2007）。空間推估法之基本原理乃 利用已知值的點推估其他各點的值，所推估各點的值為區域化變數。而利 用空氣監測站資料推求區域空氣汙染源分布，一般常見之空間推估方法包 含距離反比內插法（inverse distance method）與克利金插值法（kriging

method）。

（一）距離反比內插法（inverse distance method）

距離反比內插法係各點的估值受到該點到已知點距離的影響，其 加權方式為距離次方的倒數。利用此法所內插出來的結果，其值介於 已知值的最大與最小值之間。其數學表示式如（2-3）所示： … = = =

∑

∑

= = , 2 , 1 , 1 1 1 k d w w z w z k i n i n i i i i p 　 ... (2-3) 目前在大氣空氣品質研究領域的範疇當中，國內翁淑貞（1992） 為瞭解台北都會區空氣品質水準對住宅價格之影響，利用距離反比內 插法搭配 Genamap 地理資訊軟體，以環保署空氣品質測站資料，模擬 出台北都會區空間面汙染分布，進而獲取各村里之總懸浮微粒濃度； 吳錫政（1995）為估算人們對空氣品質改善的願付價格，利用內插法 配合 ARC/INFO，以各縣市環保局空氣品質測站資料，模擬出台北都 會區等值線圖，再利用 AutoCAD 軟體計算出各村里之總懸浮微粒濃度； 沈恆立（2006）為評估台北市空氣品質經濟效益，利用 GIS arcview 軟 體方法，以行政院環保署和台北市環保局之空氣品質測站之汙染濃度 為依據，模擬出涵蓋台北市之懸浮微粒與總懸浮微粒濃度值，再據以 計算其個別汙染濃度值。 （二）克力金插值法（kriging method） 克力金插值法源自 1950 年代地質統計學（Geostatistics）的應用與 發展，在發展之初主要用於空間插值或推估，亦即一種藉空間已知觀 測點為推估基礎，對鄰近未知點以統計學模式求得最佳線性不偏推估 （Best Linear Un-biased Estimate）的方法，並將資料之分布由點擴充到

面，其最佳化之目標函數為插值誤差最小化（林界宏，1998）。簡易克 力金數學規劃模式表示如（2-4）所示：

( ) ( )

(

)

(

)

(

( )

)

              _{− − −} = −

∑

= 2 1 0 0 0 0 ˆ n i i i i y m y x m E x Z x Z Var Min　 λ ... (2-4) 式中，x0：無觀察值而欲進行插值之座標

yi：均值或現有之測值 mi：平均數 λi：克力金權重因子

( )

x =

_∑

_i

(

y_i−m_i

)

Zˆ 0 λ _{之線性組合為克力金插值之依據。因此可由實} 際相關係數與距離之散佈點，迴歸適宜之模式。 以克力金插值法研究空氣品質之文獻，國內陳佳惠（1997）分別 以線性克力金和非線性克力金插值法分析中部地區未設空氣品質監測 站處的可能臭氧濃度值，並且採用地理資訊系統繪製研究區內臭氧之 分布情形；李姍玫（1998）以克力金法結合地理資訊系統評估大台北 地區之空氣品質監測站最適測站數、各測站影響範圍與重要性等研 究。 由上可知，這三種模式中受體模式主要用於評估排放源和受體間濃度 的方法，而擴散模式與空間推估法係評估研究區域內汙染源分布情形。三 者之差異在於，擴散模式需有完整的氣象資料、地形資料及汙染源排放量 資料，才得以模擬特定地區空氣汙染物的時空分布，而此法之正確性與準 確度取決於資料之正確度與完備性；受體模式則是根據受體點所量測汙染 物特性，配合汙染源特徵組成資料，用統計方法評估受體點所接受的不同 行業別汙染源的貢獻量（盧梅芳，2001）；空間推估法乃利用現有空氣品質 測站實際監測資料，以數學統計中之插值方法估算出區域內其他未知點之 汙染濃度。 若要描述一區域內空氣品質之狀態，最好方法是求得整個區域內每一 點之汙染物濃度，並繪製出汙染物濃度分布趨勢圖或等濃度線圖（曾宇代， 1999）。而本研究為探討捷運營運前與營運後台北市區內空氣品質狀態是否 有所改善，可採用擴散模式或空間推估法求得台北市空氣品質濃度，並且 繪製汙染濃度分布圖。但擴散模式較為複雜且參數繁多，再加上觀測資料 之不足，常會影響推估結果之正確性（黃文政等，1997）；而空間推估法僅 需空氣品質測站濃度資料即可模擬區域之濃度分布趨勢圖。是以，本研究 將以空氣品質測站資料，利用空間推估法配合地理資訊系統，模擬台北市 空氣汙染源分布趨勢。

第五節 空間自相關分析之相關理論與文獻

從本章第二節可知，運輸設施之改變會帶動人口、產業之重分布，而 人口與產業因素是影響空氣品質濃度變化的重要因素之一；又人口與產業 所形成之不同都市空間結構會影響空氣品質之優劣。因此，若能取得人口、 產業之空間分布變化型態與發展趨勢，將更有助於瞭解捷運、人口及產業 三者之關係，進而得知人口與產業空間分布變化對空氣品質之影響程度。 緣此，本研究採用空間自相關分析方法，結合地理資訊系統之空間輔助分 析功能，以此取得產業與人口之時空分布變化。有關空間自相關分析之理 論與應用領域茲述如下。

空間自相關（Spatial Autocorrelation）一詞按 Upton and Fingleton（1985）

定義為：「空間自相關是地圖資料的空間組織所呈現出來的特質，其特質為 地圖上的空間所代表數值具有系統性與組織性的分布」，而系統性與組織性 意指分布在空間上的地理現象，如果不是隨機分布，則是存在某種相互關 係（朱健銘，2000）。空間自相關分析主要是為瞭解研究資料在空間現象的 分布是否具有自相關性，亦即空間中存在的現象並非獨立存在，相鄰的空 間單元彼此具有某種聚集或擴散的關聯，因此分析空間現象在空間分布是 否具有相關性或隨機發生，稱之空間自相關分析。而近年來，隨著地理資 訊系統技術的漸趨完善，相關的空間分析理論與方法學逐漸廣受重視； Anselin and Bera（1998）即認為空間自相關的測試對於區域科學、不動產 經濟學、都市及公共經濟學、農業與環境經濟學、交通經濟學、及地理經 濟學等領域的相關研究皆相當重要。

在空間自相關分析方法上，按功能可分為全域型空間自相關（Global Spatial Autocorrelation）和區域型空間自相關（Local Indicators of Spatial Autocorrelation）兩種。全域型與區域型之空間自相關方法說明如下：

一、全域空間自相關（Global Spatial Autocorrelation）

全域空間自相關主要衡量區域內每個空間單元之數值大小與區位關係， 若區位相鄰的空間單元其數值大小相近，表示區域內存在空間自相關的關 係。全域空間自相關的計算公式有 Joint count、Moran’s I、Geary’s C 等指

標係數，其中以 Moran’s I 指標係數最具有代表性（Cliff et al., 1981）。因此，

本研究以 Moran’s I 進行研究與說明，其全域空間自相關分析程序與方法說 明如下（鄒克萬，2000；黃紹東，2004）：

（一）建立區位相鄰矩陣 進行空間自相關分析法時，首先應建立區位相鄰矩陣，以此瞭解 資料之空間關係。區位相鄰矩陣 Wij是經過列式標準化（row-standardize） 的形式，矩陣內對角線為 0，非對角線為 1 的 n×n 矩陣。經過列式標準 化之矩陣 Wij如公式（2-5）所示。 j i for c c W _n j ij ij ij = ≠

∑

= 　 　　　， 1 ... （2 -5） 其中，cij為各個空間單元間的關係，即 i 與 j（j=1,2,…n）區空間 單元之二元關係矩陣。當 cij=1 表示區位相鄰；cij=0 表示區位不相鄰。 在矩陣之建立方式上，可分為二種： 1. 以區位是否相鄰判定 利用分區界線是否重疊作為判別指標，亦即以各分區之界線重疊 狀況來區分，重疊表示相鄰，不重疊表示不相鄰。 2. 以門檻距離判定 以空間中區域物件之直線距離關係與設定之門檻距離進行比較， 在門檻距離內為相鄰，在門檻距離外稱之為不相鄰。 採用上述何種方式，需視個別研究目的與狀況而定，一般來說， 多邊形大多採用「區位是否相鄰」建立矩陣，而點位資料多採取「門 檻距離」建立之。 （二）Moran’s I 值檢定 全域型 Moran’s I 係數公式如（2-6）所示。

(

)(

)

(

)

∑

∑∑

∑∑

= = = = = = = = = = − − − × = _{i n} i i n i i n j j j i ij n i i n j j ij x x x x x x W W n I 1 2 1 1 1 1 ... （2 -6） Moran’s I 值結果介於-1 到 1 之間，當 Moran’s I 值為正，代表空間 屬性相似程度高，I 值愈大表示空間分布之相關性愈強；當 Moran’s I 值為零，代表空間中各分區之屬性相似值和其他地區之空間相關位置

無關連性，亦即空間分布呈現隨機或不具規則性之狀態；當 Moran’s I 值為負，代表空間相鄰地區之屬性不相似性程度高，亦即空間分布呈 現負相關（Anselin, 1995）。 由上可知，全域空間自相關之功能在於描述某現象之整體分布情形， 判斷此現象在空間分布上是否具有某種程度的空間自相關而形成空間聚集 特性。全域空間自相關雖可知道某現象之空間分布情形，但卻無法得知聚 集在哪些區域；而區域空間自相關則可以確切指出聚集分布區位，其主要 是因為區域空間自相關藉由統計顯著性的檢定方法，檢定聚集空間單元相 對於整體研究範圍是否夠顯著，若顯著性大則代表該區域為現象空間聚集 之地區（Anselin, 1995）。本研究進一步說明區域空間自相關之方法。

二、區域空間自相關（Local Indicators of Spatial Autocorrelation,

LISA）

區域空間自相關主要是為衡量區域內空間聚集程度，並且找出空間聚 集點（spatial hot spot）之所在區位。Anselin（1995）歸納出各種區域空間 自相關研究方法，整理出區域空間自相關分析（LISA）通式，如公式（2-7） 所示：

∑

= Γ j ij ij i w y 　 ... （2 -7） 式中，Γi表示 i 點的空間自相關強度，wij為 i 與 j 之空間關係，而 yij 為 i 與 j 之觀察式。 將區域空間自相關之結果配合地理資訊系統軟體，可將聚集情形具體 呈現在空間範圍上，根據 LISA 值其結果有 H-H、H-L、L-L、L-H 之四種 定義，如表 2-2 所示。假設觀察變數為人口時，當Γi為正且 i 地區之人口 比總平均人口高時，代表高人口數之地區被高人口數之地區圍繞；當Γi為 正且 i 地區之人口比總平均人口低時，代表低人口數之地區被低人口數之 地區圍繞；當Γi為負且 i 地區之人口比總平均人口高時，代表高人口數之 地區被低人口數之地區圍繞，亦即人口空間分布呈現多寡分區相間之情形； 當Γi為負且 i 地區之人口比總平均人口低時，代表低人口數之地區被高人 口數之地區圍繞，即人口空間分布呈現多寡分區相間之情形。

表 2-2 LISA 值說明表 LISA 類型 相關性 聚集情形 H-H 高-高 正相關 高人口數之聚集 H-L 高-低 負相關 人口分布多寡分區相間 L-L 低-低 正相關 低人口數之聚集 L-H 低-高 負相關 人口分布多寡分區相間 資料來源：Anselin（1995） 綜上所述，全域空間自相關方法可知某現象之相關性強度，進而得知 其在空間上是否呈現空間聚集或隨機分布之狀態；而透過區域空間自相關 方法可進一步取得某現象在空間上聚集分布之所在區位。目前國內有相當 多文獻使用空間自相關方法進行研究，如表 2-3 所示，其應用領域包括有 土地利用型態、土地價格、人口分布、產業分布、住宅價格等相關研究， 其他在自然、流行病學、遙測學、生態學等領域亦有不少研究（朱健銘， 2000）。本研究為瞭解產業、人口空間分布特性及其變化是否影響空氣品質 濃度，因此，將使用 Moran’s I 係數測試方法判斷產業和人口在空間上聚集 程度，並且利用區域空間自相關分析（LISA）圖了解聚集所在區位。

表 2-3 國內使用空間自相關之相關文獻 研究者 研究時間 測試方法 研究內容 朱健銘 2000 Moran’s I, Getis 測試雲林縣之土地利用空間分布特性，並分析 水產養殖土地利用空間聚集強度與空間變遷 鄒克萬 2000 Moran’ I 以 Moran’ I 數值大小分析區域計畫實施前後， 各縣市地區人口時空變化的型態 陳慈仁 2001 Moran’s I, Getis 探討台北市軟體業與網際網路服務業者空間分 布特性與空間分布發展趨勢 張秀玲 2001 Moran’s I, LISA 劃分台南市東區、中區與西區來建構地價空間 擴張預測模型與推估各估價區內之土地價格 謝純瑩 2002 Moran’s I, LISA 以台灣中部地區進行人口老化空間分布型態變 遷之實證研究 游淑慧 2003 Moran’ I 採用 1991、1996、2001 工商普查資料的製造業 廠商，以區域產業資料型態，瞭解產業間的動 態關係 曾昭玲、朱 真慧 2004 Moran’ I 利用空間分析理論探討台灣本島證券商家數是 否存在空間相依之關係 黃聖鋒 2004 Moran’ I 以 1991、1996 及 2001 年工商普查資料，觀察 服務業及製造業的平均薪資在空間上是否有相 關性 黃紹東 2004 Moran’s I, LISA 以台南市東區進行住宅價格空間自相關測試 艾兆蕾 2005 Moran’s I, LISA 以台灣地區鄉鎮間變數探討住宅價格在空間上 是否存在空間相關 呂達雄 2008 Moran’s I, LISA 探討台灣就業市場的失業率與勞動參與率在空 間分布是否存在聚集現象 紀凱婷 2008 Moran’s I, LISA 以台北市建商推案樣本，探討新推個額是否存 在空間和時間相依性 資料來源：引自黃紹東（2004）、艾兆蕾（2005）與本研究整理