袁中新¹、劉乙琦²

¹國立中山大學環境工程研究所  教授

²國立中山大學環境工程研究所  碩士研究生

一、沙塵暴的定義

沙塵暴是沙暴和塵暴的總稱，指強風把地表大量的沙塵捲揚至空中，使得空氣變得混濁且能見度低於一千公尺的嚴重風沙天氣現象。其中「沙暴」係指八級以上的強風把大量沙粒吹至近地面所形成的攜沙風暴；「塵暴」則是指強風把大量微細塵粒捲揚至高空所形成的強風暴。當局部區域的能見度降至五十至兩百公尺時，即稱為強沙塵暴；而達到最大強度時，則稱為特強沙塵暴，或稱為黑風暴、黑風(見下圖)。在不同地區沙塵暴有不同的名稱，例如：非洲和阿拉伯地區，將沙塵暴稱為哈布（Haboob），印度則稱其為安德海（Andhi），另外有些地區稱之為混沌（Phantom），即「鬼怪」的意思。雖然各地名稱紛云，但均可見證沙塵暴是一種令人感到恐怖的天氣現象。

東亞的沙塵暴主要好發於中國西北、華北、東北和青藏高原等地區。西北地區的強沙塵暴出現區域，西起新疆維吾爾族自治區吐魯番、哈密地區，東接綿延一千公里的甘肅省河西走廊，北達內蒙古自治區的阿拉善盟，東擴外延至河套地區。另涵蓋位於北緯35°∼50°、東經75°∼120°，東西綿延四千五百公里、南北跨越六百公里的廣大北方地區。

二、沙塵暴的成因

沙塵暴天氣的發生需要下列必要條件：（1）大氣環流形勢有利於強風的發生；（2）強風吹過的區域內，沙源區的土質乾燥疏鬆且植被稀疏；（3）大氣邊界層處於不穩定狀態。同時滿足上述三項條件，即是沙塵暴的好發區域。舉例而言，大陸西北地區氣候乾旱且多沙漠、沙地，就氣象條件而言，也處在冷空氣進入中國的路徑上。當春季來臨時，鋒面活動頗為活躍，加上土壤已逐漸解凍，表層裸露土質較為疏鬆，當午後地表烈日照射導致急遽增溫後，最容易同時滿足上述三項條件，所以西北地區是沙塵暴最好發的區域之一。茲將上述發生沙塵暴的必要條件簡述如下：

1. 有利於發生強風的大氣環流形勢 - 一般要有三天以上的持續高溫天氣，促使地面輻合上升運動增強。當冷鋒過境時，氣壓梯度和溫度梯度明顯增大，加速地面擾動，捲起地面沙塵，加上輻合上升運動將地面沙塵捲揚至高空中，使空氣變得越來越混濁、能見度降低，就可能會導致沙塵暴的產生。

2.有利的沙源條件 - 主要源區為沙漠或沙地，植被稀疏，前期有長期的乾旱少雨，地表沙漠化嚴重，土壤裸露且地表土質疏鬆，甚至是人為開發農礦產。如此一來，疏鬆的地表沙塵極可能被強風吹到下風地區(見上圖)。

3.大氣邊界層處於不穩定狀態 - 冷暖空氣活動頻繁，加上太陽輻射增強，使得沙漠及週邊地區白天地表溫度上升幅度很大，大氣層趨向不穩定狀態。一旦出現大尺度環流背景，就有利於中小尺度天氣系統發展或引發上下層的冷暖空氣交換。例如：天氣晴朗，地面加熱快速，地表空氣很不穩定，當午後熱對流旺盛的時候，這種動力和熱力的不穩定性，會使得熱對流強烈的發展。

由於沙塵暴主要發生於沙漠化地區，一旦大範圍空氣不穩定及地面風速大的條件下，很容易將地表沙塵吹起，進入空氣中而形成沙塵天氣。近年來由於中國西北地區沙漠化情形日益嚴重，造成沙塵暴發生頻率增加及規模變大，應及早重視並解決沙漠化問題，方可有效預防沙塵暴的發生。

沙塵暴主要發生在冷鋒天氣型態，冷鋒前緣溫度較高，氣壓較低，空氣乾燥，天氣晴朗。冷鋒到達時，氣象條件會發生急遽變化。沙塵暴來臨之前，氣壓持續降低，沙塵暴到達時，氣壓湧升而後降低，形成『氣壓鼻』現象。沙塵暴來臨前，沙漠地區近地面大氣和地表溫度明顯上升，沙塵暴發生後氣溫驟然下降，甚至可能出現大雪。

沙塵暴天氣是在特定的地理環境和天氣條件下，由特定的大尺度環流背景和各種不同尺度的天氣系統疊加所誘發的一種災害性天氣。氣象條件是其形成的必要條件，荒漠化是其不可缺少的基礎。沙塵暴天氣除了造成直接的危害和損失外，由於它所引發的氣候效應，對各種天氣系統帶來重大影響，使得自然生態環境受到嚴重破壞，因此人們應暸解沙塵暴是導致氣候變化和生態環境問題的重要原因之一。

三、沙塵暴的傳輸

近年來，亞洲沙塵暴發生頻率及規模均有增加趨勢，據估計其每年向大氣所輸送的沙塵量高達8.0x10⁹噸。美國根據太平洋7個觀測站的觀測結果推估，自亞洲大陸傳輸到達北太平洋北緯25°∼40°之間的沙塵微粒，估計每年在2.3x10⁶〜5.7x10⁸噸之間。由氣象衛星觀測資料得知，中國北方發生沙塵暴時，沙塵飄浮的最大高度不在新疆塔克拉瑪干沙漠附近，而在黃河流域下游地區，並且近年來這種沙塵飄浮情形變得更為嚴重。根據日本長崎縣1925年以來的地面觀測結果顯示，每年2∼6月和10∼12月都能觀測到來自中國沙漠地區的沙塵微粒，其中又以春季為最多。日本學者的研究推估，在日本的北緯30°∼40°地帶內，每平方公里沙塵沉降量約為5.0x10⁵〜7.0x10⁵噸，全年為4.1x10⁶∼5.3x10⁶噸，其中春季就佔3.5x10⁶∼4.5x10⁶噸。估計在北緯0°∼50°地帶內，每年沙塵輸送總量達2.0x10⁷噸，顯然在中國西北地區的沙塵傳輸量還要更大。此外，日本在1979年4月14∼15日還曾觀測到直接源自中國沙漠地區並覆蓋日本全島的沙塵暴，每平方公里沙塵沉降量高達1.4x10⁶噸，總質量至少達1.6x10⁶噸，被稱為「黃沙事件」。

大陸沙塵暴傳輸之主要路徑大致可分為兩類(見下圖)，其一為自沙源地往南方移動，經過大陸華中華南等地區，經過東海及台灣海峽傳輸到香港、台灣、菲律賓等地，稱之為南方路徑。其二為自沙源地往東傳輸，通過大陸東北、華北等地區，往日韓之方向傳輸，依氣象季節風等因素飄揚至日、韓、甚至遠及夏威夷，有時也飄向台灣等地，稱之為東方路徑。據東亞地區之統計，南方路徑所發生之頻率雖較低，但歷年來對台灣空氣品質之影響卻較大；東方路徑在東亞發生雖較為頻繁，但因風向及氣壓移動等因素，對台灣所造成之影響反而較小。

四、沙塵暴對台灣空氣品質的影響

沙塵暴為亞洲大陸沙漠地區春季相當活躍的一種天氣現象，通常伴隨有長程輸送現象的沙塵暴僅占全年沙暴現象中的一小部份。過去大陸沙塵暴所造成之沙塵多隨高空西風帶向東傳送影響日本、韓國等地區，僅有在特殊天氣形態下，大陸沙塵會隨著冷高壓南下影響台灣。當沙塵影響台灣地區時，由於沙塵濃度遠低於沙塵暴發生地區，所以沙塵到達台灣時較不容易出現明顯的黃霾現象，一般民眾除了白天感覺光線變暗且能見度稍差外，不易由肉眼判斷。但是在沙塵影響的日子裡，停放在室外的汽車隔日會有一層淺黃色的灰塵，那就是大陸地區所帶來的沙塵。此外，今年春季基隆等北部地區甚至曾降下黃雨。

沙塵暴向外傳送到數千公里外的其它地區後，可能會影響當地能見度及空氣品質。至於沙塵影響的大小及時間長短，則需視沙塵暴發生的規模、地點、時間，以及氣象條件是否有利於沙塵傳送而定。依據過去觀測記錄，沙塵影響短則僅數小時，長則可達一星期左右。因此，受到沙塵暴影響的國家，可藉由氣象條件及空氣品質觀測，瞭解當地受沙塵暴之影響情形。

沙塵暴發生後，顆粒較大的沙粒多半僅影響沙源地或鄰近地區，並就近沈降至地面。而顆粒較小的塵粒則可以向上傳送到一千公尺至三千公尺的高空，再藉由大氣環流向東或向南傳送。在沙塵輸送的過程中，部份因擴散或稀釋效應，使得沙塵傳送的距離愈遠，沙塵濃度愈低，部份則在傳送過程中，受到降水沖刷效應的影響而沉降至地面。中國大陸西北方的沙塵向東可傳輸到日本、韓國，甚至夏威夷，往南可到達台灣、香港，甚至菲律賓，影響範圍相當遼闊。其中能影響台灣地區空氣品質的沙塵暴雖較少，但因可能造成台灣地區大規模空氣品質惡化，故環保署相當重視。

大陸沙塵暴影響台彎地區空氣品質的現象，最早可以追溯自1988年4月12日至15日。當時嘉義以北，甚至花蓮各測站觀測到的懸浮微粒均有急速上升的現象，空氣中懸浮微粒的小時平均值最高可達422 μg/m³；4月18日至20日亦發生類似現象。此外，1990年4月5日至10日台灣地區亦受到大陸沙塵暴影響導致空氣中懸浮微粒濃度上升，唯因當時空氣品質監測站數目不多，無法提供進一步分析影響程度的資料。近年來，因大陸地區沙漠化情形日益嚴重及受全球氣候變遷導致乾旱、降雨分配不均等因素影響下，大陸沙塵暴發生頻率及強度均有增加趨勢，台灣地區空氣品質受到沙塵暴影響次數亦有明顯增加。2000年台灣地區受到五次大陸沙塵個案影響，2001年則增至七次，而1995年3月12日台灣北部地區出現黃雨現象，萬里測站懸浮微粒小時平均濃度值曾高達586 μg/m³，使得空氣品質達到不良等級，但維持時間均僅數個小時。

大陸沙塵通常隨著大陸冷高壓南下而影響台灣地區，乾冷的空氣使得相對溼度也較低，風速一般可達每秒3~4公尺以上。此時，空氣中懸浮微粒濃度受沙塵暴影響而迅速上升，但是來自機動車輛或固定污染源排放的一氧化碳、氮氧化物等污染物濃度則無明顯上升的現象。此種情形與台灣地區受高壓迴流影響導致各種空氣污染物濃度因累積而普遍升高的現象迥異。舉例而言，2000年3月24日清晨起受到大陸沙塵暴之影響，造成台灣地區空氣品質不良，由於大陸沙塵暴持續發生，直到4月1日台灣地區降雨後，空氣品質才獲得明顯改善。此次大陸沙塵暴影響範圍之廣及持續時間之久均為歷年所罕見。

五、我國對沙塵暴之監測及因應對策

大陸沙塵暴自中國西北和華北、蒙古等地區發生後，一般最快需要36至48小時左右才會抵達台灣地區，因此尚有時間可以蒐集沙塵暴的相關資訊。行政院環保署目前已具有沙塵暴預報的能力，根據氣象條件研判沙塵是否會影響台灣地區。其研判方法包括：

1. 氣象衛星影像資訊 - 利用可見光或紅外線衛星影像定位沙塵暴位置，一般仍需配合地面氣象報告，判別沙塵暴發生區域，即可較完整掌握其影響範圍。但本方法仍然有其先天的限制，當沙塵暴發生區域雲層較厚，且沙塵暴傳輸路徑有雲層阻擋時，則較難辨識出沙塵位置。一般而言，當大陸沙塵暴移經東海附近時，往往造成辨識上很大的困擾。

2.綜觀天氣及地面氣象條件 - 由於大陸沙塵暴的主要源地位於中國西北和華北、蒙古一帶，沙塵暴發生後，細顆粒的沙塵被帶至一千至三千公尺的西風氣流向東傳送，一般經過大陸地區的北京、韓國及日本，並不直接影響台灣地區。因此，綜觀氣象條件需配合有南北向的大陸冷高壓系統，始有利於高層原為東西向吹送的沙塵，透過低層盛行的東北季風向南輸送，進而影響到台灣地區，甚至更低緯度。此外，依據世界氣象組織(WMO)規定，國際間氣象測站每六個小時(中原標準時間2:00、8:00、14:00、20:00)對外發佈氣象觀測結果，故可藉由東亞地面氣象即時資訊，藉以判斷沙塵暴發生強度及影響範圍。

  3.空氣品質監測數據 - 依據過去沙塵暴影響台灣地區空氣品質監測資料及相關研究報告顯示，沙塵一般透過大陸冷高壓南下的東北季風輸送。當此情形發生時，位於北部背景地區的空氣品質監測站，都可以監測到空氣中懸浮微粒濃度在短時間內急遽上升。由於沙塵暴影響台灣地區空氣品質屬於區域性現象，隨著帶有沙塵的空氣往南移動，台灣中、南部地區也會逐漸受到沙塵的影響，甚至東部花蓮、台東測站及南部恆春測站之懸浮微粒濃度均會上升，濃度上升的時間由北往南遞延，濃度上升的幅度由北往南遞減。以2001 年4 月12 日的沙塵個案而言，陽明山測站的懸浮微粒濃度由12日清晨3時的12 μg/m³，在6小時內升高到198 μg/m³，萬里、宜蘭、基隆、台北等測站均在同一時間內發生類似情形，而且濾紙上所採集到的懸浮微粒外觀，也從平日的灰黑色變成黃褐色(見下圖)。

六、結語

大陸沙塵暴的影響範圍極為廣闊，其傳輸距離可達數千公里，甚至可橫越太平洋至美洲，因此已經成為跨國的空氣污染熱門議題。預期在未來五年至十年間，台灣地區受大陸沙塵暴的影響將更加劇烈。因此，建議行政院環保署除了投入更多經費加強大陸沙塵暴的監測與預報外，對於大陸沙塵暴影響台灣之相關科學研究，亦宜與其他政府部門及學術單位合作，以確保我國空氣品質及國民健康。