|
一、前言
台灣的都市在開發強度、土地供給、以及氣候條件等因素之影響下，都市活動的發展型態更為密集，空氣懸浮微粒污染物質更為複雜且嚴重。許多研究業已證實懸浮微粒為引發呼吸道疾病的高風險因子。在複雜的都市環境中，這是環境品質維護必須面對的重大課題。
都市內部大量的交通廢氣與揚塵，以及工業用地與營建工地排放的污染物，是造成懸浮微粒污染的主要原因。台北地區若受到來自中國大陸的沙塵暴之影響，懸浮微粒濃度會在影響期間內上升至背景值的3-5倍之高。根據環保署的資料，懸浮微粒為目前台灣地區空氣品質不符合標準次數最多之污染物質。而國內外病理學研究顯示，粒徑小於10µm的懸浮微粒
(PM10)
會進入呼吸道，粒徑小於2.5µm的懸浮微粒
(PM2.5)則會深入肺部累積於人體，懸浮微粒所含之化學成分與人體呼吸道疾病、中風、及心臟疾病呈現高度的正相關性。
本文針對台灣地區都市空間的懸浮微粒PM10分佈狀況進行探討，透過實證檢測及微觀觀測，了解懸浮微粒的分佈狀態並分析其影響因子。針對國小校園、都市街廓、附設停車場之社區公園、以及學校教室等空間，配合GIS軟體進行套疊，分析其集中模式與特性，介紹污染物在都市空氣中的平面分佈型態，並進而探討其分佈與植栽、風向、風速、建築物配置等因子之相關性。
二、懸浮微粒與病理學關係
直徑小於10微米的微粒
PM10和直徑小於2.5微米的細微粒PM2.5，因能躲避上呼吸道的過濾作用，可沉積在肺部最深的肺泡內。在氧化過程中，這些微粒被有毒的有機成份和硫酸鹽包裹，通過肺循環系統而進入血管。其中所含的過渡金屬、細菌毒素與酸性物質會對人體組織及肺部造成破壞與發炎反應。
現階段相關懸浮微粒的化學成份研究顯示，懸浮微粒對人體的影響不僅限於呼吸道疾病，對其他複合性的病因也存在著影響性。例如毒理學方面研究顯示，若對
PM10 與PM2.5微粒加以比較，後者之有機提取物
(多環芳香烴族Polycyclic
Aromatic Hydrocarbons, PAHs)
的毒性高於前者，能導致哺乳動物細胞產生惡性轉化，引起細胞DNA斷裂、染色體損傷、以及細胞間通訊抑制。因此可以推論，懸浮微粒污染物會損害呼吸系統功能，引起發炎、氣喘等呼吸功能疾病，增加心臟病的患病率與死亡率，並具有潛在的致癌性。
三、都市氣候與懸浮微粒
地區性物理環境對都市地區的空氣品質具有主導性的影響。若假設都市空氣中所含的懸浮微粒為內容物的話，那麼吾人可將大氣物理條件如風向風速、溫溼度視為控制此內容物在空間中的分布與集中狀態的流體條件。
在都市環境中，牽涉到風力流體運動方式的闡述，應參考環境流體力學的範疇，以提供都市建成環境與大尺度風流系統之相互作用，進而推導懸浮微粒在空間分佈狀態與相關因子的關係。
Jung
(2000)
在其針對美國俄亥俄州中部與東北部氣象條件對細微粒分布之影響所進行的研究中，利用時間序列與關聯性分析、Back
Trajectory分析、以及集中分析等方法對蒐集的數據加以比對，結果發現多數PM2.5的高濃度值發生在風速低於8mph與溫度高於華氏70度以上的環境背景值下；而集中分析法的分析結果則指出，PM2.5的集中區域為北部、西北部及東南部區域。
澳洲維多利亞省環保署在Yarraville
的Francis
Street利用移動式觀測站進行風速、溫溼度、以及PM10、PM2.5、NO2、CO、SO2等污染物質濃度的觀測，其所提出的空氣品質監測報告
(EPA，2001)
指出，PM10、PM2.5有多次超出SEEP
(AQM) 標準限值
(PM10 - 60µg/m3、PM2.5
- 36µg/m3)，而風速與溫度的變化與PM10濃度有高度相關性。
而不幸的是，我們所生活的空間幾乎多位於上述條件中。都會區的高樓林立對自然風增加的摩擦阻力，以及台灣的氣候條件與都市活動造成的都市廢熱與熱島效應，都形成了懸浮微粒積聚的物理條件。本團隊在台灣地區都市中不同型態之空間，針對懸浮微粒及物理環境條件
(如風速風向及溫溼度等)
進行量測，並以風向風速為主要因子，分析在建築外部空間污染與內部地理環境、空間配置關係的相互影響下所造成局部重點空間的懸浮微粒集中特性。
四、各種生活空間之空氣品質實證檢測
(一)都市校園懸浮微粒分佈
檢測地點為台北市中正區某國小，所測得的PM10濃度等值圖資料與風向風速資料在GIS軟體內作選擇分析後，結果如圖1所示。在圖中可以看出校園內部有3個微粒濃度集中的區域：一是國小建物A棟東側臨操場處，二是國小建物B棟南側臨路人行道的開放空間，三是國小外側市場內部空間。
在校園北側的懸浮微粒濃度平均為51.2µg/m3，較校園中央空曠處約27µg/m3高出24.2µg/m3。由於此處的植栽密度不如其他集中區域高，但建物配置較零碎，使得此處風速由空曠處平均值1.58m/sec降至0.73m/sec。風速的降低會導致微粒濃度的增高，因此推測，建築物配置若過於零碎，會使地表摩擦度增加，造成風速的降低，而氣流速率的減緩將導致懸浮微粒在此區域集中濃度升高。值得注意的是，部分測點濃度值遠超過
65µg/m3的戶外空氣污染規範值，形成了對市民健康的嚴重威脅。
就所測得之數據而言，植栽的分佈與懸浮微粒集中之趨勢似有相當程度的關聯性。但本團隊並不認為此關聯性係出自於植栽本身之滯塵作用，而較傾向於認為其係因在細部空間中植栽與建物量體之距離較近，且植栽表面積較大，導致摩擦度增高，風速減緩，微粒因而無法有效逸散所形成的滯留效果。
圖
1 台北市中正區某國小實測PM10濃度等值圖（黃、蘇，2003）
在本階段的實測中，國小校園內部PM10觀測值差異可達40µg/m3。由此得以推論，傳統懸浮微粒觀測站的點狀觀測方式所測得的都市空氣污染分佈資料，並無法反映一般市民、學童所活動的日常空間品質狀態，因此無法忠實呈現空氣污染對健康的影響。
格點檢測之結果顯示，都市地區懸浮微粒污染的微觀分佈極不均勻，常有局部集中之現象，而風場強度、建築物型式與排列方式對懸浮微粒的分佈有顯著的影響。未來在進行都市計畫及建築設計時，顯然應將氣候風場與建築物量體形式、配置關係、甚至街廓型態納入考量，俾對其可能影響的懸浮微粒狀況加以評估，以營造健康都市環境。
(二)都市街廓型態對懸浮微粒的影響
本團隊利用都市社區中某建物的拆除過程進行懸浮微粒檢測，藉以了解街廓量體之改變對懸浮微粒分佈之影響。
1.建物拆除前
濃度最高的區域為新生南路口
(B區)
與建物未拆除前其後方之區域範圍
(A區)，濃度值介於83至104µg/m3之間，顯示主要幹道的交通污染影響了周邊環境。濃度最低的區域為C區，其濃度值介於31至45µg/m3之間，此區為建物配置開口較大的區域。
圖
2
台北市新生南路某街廓建物拆除前實測PM10濃度等值圖（Tsai、Huang，2004）
2.建物拆除中
濃度最高的區域為新生南路、八德路主要路口
(B區)
與量體拆除中之區域範圍
(A區)，濃度值介於94至139µg/m3之間。在此兩區內，交通幹道的非點源污染與施工中的點污染嚴重影響四周的環境品質。
濃度最低的區域為語言中心大樓拆除中之部份區域
(C區)，其濃度值約在69至80µg/m3之間。此區域可能因未受到施工範圍的影響，而施工時街廓型態的部份改變己有顯著降低局部周遭污染值的效應。
圖
3
台北市新生南路某街廓建物拆除中實測PM10濃度等值圖（Tsai、Huang，2004）
3.建物拆除後
濃度最高的區域為新生南路與八德路主要路口
(B區)
與量體拆除後靠近八德路口之區域範圍
(A區)，濃度值約為72至98µg/m3之間，與拆除前和拆除中的濃度相當。此項實驗再一次驗證汽、機車的排氣會使此區域的微粒濃度增高，並導致微粒的沉積。
濃度最低的區域為建物語言中心大樓拆除後的區域
(C區)，其濃度值介於10至20µg/m3之間，與拆除前和拆除中的數值對照，降低了21至25µg/m3。若與風場實測結果相比對，則顯示建物配置間距愈大時，街廓區域內所產生的都市風場愈強，微粒的濃度值亦有減低的趨勢。
圖
4
台北市新生南路某街廓建物拆除後實測PM10濃度等值圖
（Tsai、Huang，2004）
(三)
都市公園地下停車場對社區環境的影響
1.交通尖峰時段
在上午與下午的尖峰時段中，公園內的懸浮微粒平均值高於周邊環境。在人行出入樓梯間、排風口周圍均可測到最高值，顯示地下停車場嚴重影響公園的空氣品質。
圖
5
都市公園
(附設地下停車場)
上午尖峰實測PM10濃度等值圖（Chen、Huang，2004）
圖
6 都市公園
(附設地下停車場)
下午尖峰實測PM10濃度等值圖（Chen、Huang，2004）
2.交通離峰時段
檢測時間為深夜。此時段公園內的懸浮微粒平均值低於周邊環境，但在人行出入樓梯間、排風口處的懸浮微粒濃度仍是公園內的最高值。推測地下停車場的出入口及排風口持續排出日間所累積的污染物質。
圖
7 都市公園
(附設地下停車場)
深夜離峰實測PM10濃度等值圖（Chen、Huang，2004）
(四)教室內的空氣品質狀況
教室內的空氣品質素來令人擔憂，教師呼吸道疾病好發率偏高也不是新聞。本團隊針對教室內空氣懸浮微粒進行檢測之結果顯示，由門窗關閉狀態下的濃度等值圖(圖8及圖9)可以看出，在不受外來污染影響下，黑板為一主要微粒源。室內濃度以黑板前方1m、高層1m處之136μg/m3為最高。由剖面分佈狀況可以看出，黑板所散發的懸浮微粒由於不受外力影響，其運動路徑朝四周擴散。除黑板前方3m有懸浮微粒嚴重積累的現象外，教室中後方1m至2m高層處亦呈現較為嚴重的積累情形，其濃度值介於94至112μg/m3之間，已高於鄰近之馬路旁懸浮微粒濃度74μg/m3。此項結果顯示，使用黑板所產生之懸浮微粒在無自然通風狀況下將在室內引起嚴重的積聚，且其分佈狀況以學童立姿及坐姿之呼吸高度處最為嚴重。
圖
8 門窗關閉狀態之教室內1m高層平面PM10濃度等值圖
圖
9 門窗關閉狀態之教室中央垂直黑板剖面PM10濃度等值圖
黃乾全等人（2000）針對國小教室進行空氣品質研究的結果顯示，國小教室實施噪音防制措施後，由於窗戶關閉，室內二氧化碳濃度會由225-520ppm升高至250-648ppm，氣溫則提高1-1.5oC。而調查學生的感受更可發現，關窗後感到「悶熱」、「流汗」的比例增加，達顯著差異。本團隊針對教室內空氣懸浮微粒進行檢測之結果亦顯示窗戶關閉對空氣品質有負面的衝擊。綜合言之，在門窗關閉的情況下，教室內雖然可以維持較安靜的學習環境，但因空氣品質劣化，其對學習情緒以及師生健康的影響實不可忽視。
五、結語
近年來國際生態意識高漲，我國內政部建築研究所亦開始推動相關綠建築及綠校園規劃的指標系統。為因應此項趨勢，實有必要針對生活中實質空間的汙染物集中的性質進行分析。定量化及定性的圖面呈現可提供日後無論是在都市計劃層面或是在建築量體配置計畫做最佳的生態向度思考。
都市計劃作為法定的都市管制工具，在未來都市生態向度的考量上應更有效且積極的對PM10在空間中集中分佈情形加以改善，以利街道對都市內部開放空間的換氣對流，減緩污染物沉積的可能性。研議中的室內空間空氣品質之法定規範應及早頒行，尤其是對都市生活影響至鉅的公共場所、學校等處所其空氣品質亟待規範。
值得注意的是，在不同使用型態的空間中，空氣污染的成因、積聚方式、擴散行為均有所不同。未來在都市計劃與相關管制規則中，應以空間規劃設計領域對於都市空氣品質改善之措施作為管制方法決策過程的參考，俾建立完善的都市生態概念以及良好的都市呼吸健康環境。
六、參考文獻
1.程玟玲（1999），台北都會地區空氣懸浮微粒之細胞毒性研究，碩士論文，國立陽明大學環境衛生研究所。
2.林晏州、陳玉清（2004），都市公園綠地建設對粒狀空氣污染物質之改善效果，中國園藝，第五十卷，第二期，第219-232頁。
3.袁中新（1998），空氣懸浮微粒之特性及其對人體健康及空氣品質之影響，台灣環境保護，第十九期，第12-20頁。
4.黃志弘、蘇彥豪（2003），都市地區小學校園懸浮微粒PM10分布狀態檢測與剖析，國立東華大學，環境教育學術研討會。
5.黃乾全、董貞吟、殷蘊雯、趙克平（2000），教室防音措施對噪音防制效果與空氣品質之影響，學校衛生，36，24-43。
6.Tsai,
Feng-mau and Huang, Chih-hong (2004), Observation of Urban Block Types
Changing on Wind Field and the Distribution of Suspended Particles,
Hong Kong University of Science and Technology, International Workshop on
Integrated Life-Cycle Management of Infrastructures, Hong Kong.
7.Chen, Chin-wei and Huang, Chih-hong
(2004), A study of Environmental Impact of the Urban Parks with
Underground Parking Facilities, Hong Kong University of Science and
Technology, International Workshop on Integrated Life-Cycle Management of
Infrastructures, Hong Kong.
8.Jung, Ieesuck (2000), Evaluation
of Fine Particulate Matter and Ozone Characteristics in Ohio, Thesis,
Dept. of Environmental Engineering, Texas A&M University-Kingsville.
9.EPA
(2001), Air Monitoring at Francis Street, Yarraville. EAP, Victoria,
Australia. |
