都市才有空污?臭氧污染的環境不公平問題

文:吳治達、李芮秦
首圖來源:Pexels

空氣污染是全球面臨的嚴重問題,它主要由工業活動、交通運輸、能源消耗和日常活動的排放所引起,為何空氣污染越來越為人們所重視?最直接且最令社會大眾擔憂的,是因為空氣污染會影響人們的健康,尤其是對於兒童、老年人和患有慢性疾病的人群而言,長期暴露於空氣污染中可能導致呼吸道疾病、心臟病、癌症等健康問題,甚至造成死亡,此外,空氣污染也可能導致生育問題並影響到下一代。

除了對人體健康的負面影響外,空氣污染也會對動植物和環境造成危害並影響社會經濟,如:由空氣污染引起的健康問題,導致的社會醫療支出增加;空氣污染抑制植物生長,使農作物減產或品質降低,導致大量農業損失;大氣臭氧層遭到破壞,進一步加劇氣候變化;霧霾災害出現頻率增加,造成交通成本上升並危害人們生命財產安全。空氣污染會造成直接和間接的影響,在時間上有短期也有長期,空氣污染防治是相當值得關注的議題。

常見的空氣污染物包含懸浮微粒、細懸浮微粒、臭氧、二氧化硫和氮氧化物等,為應對空氣污染問題,環境保護與空氣品質管制等相關法規被制定與實施,政府與民間一同致力於改善空氣污染,還給人們安心地呼吸乾淨空氣的權利。至2022年為止,常見的空氣污染物治理大多已取得成效,整體而言,這些污染物的濃度都在緩緩下降,然而有一項污染物呈現相反的趨勢——臭氧,這種污染物的濃度正逐年上升中!

1991年~2022年臺灣本島空氣品質趨勢圖

臭氧是什麼?臭氧是氧的同素異形體,由3個氧原子組成,地球上的臭氧可依其存在範圍簡單地分為平流層臭氧與對流層臭氧,平流層臭氧即常見的「臭氧層」,它能吸收有害的紫外線從而保護地球表面上的生物免於紫外線侵害;對流層臭氧則可稱為近地表臭氧或環境臭氧,這種臭氧是一種空氣污染物,主要由氮氧化物和揮發性有機化合物等前驅物在陽光照射下進行光化反應生成,而工業生產、交通運輸、廢棄物焚燒和能源消耗等行為都會導致臭氧前驅物被排放。近地表臭氧是一種二次污染物,它不會直接由排放源排放,並且臭氧的生成與分解機制複雜,這使其濃度分布有別於人們對空氣污染的一般認知,近地表臭氧通常在郊區與山區濃度較高而市區濃度較低。

臭氧生成機制(圖片來源:行政院環境保護署)

為了監控空氣品質及其長期趨勢,進而防制空氣污染、確保空氣品質狀況,環境保護署經規劃後在全臺各地設置了空氣品質監測站,而透過環保署的空氣品質監測網以及政府的公開資料,人們可以共同監督並探索監測站位置的空氣品質,然而,就如同空氣是連續存在於空間中,空氣污染物也是如此,雖然空氣品質監測站能觀測出監測站位置的空氣污染物濃度,但在那些沒有監測站的位置,空氣污染物濃度依舊是未知的。

為了釐清空間中的空氣品質分布,許多研究透過建立模型模擬空氣污染物表面,我們的研究團隊透過地理人工智慧(Geo-AI)開發的空間混和集成學習模型(Ensemble Mixed Spatial Model, EMSM),則可準確地在高空間解析度下模擬台灣本島的臭氧濃度分布,該研究模擬過去20年間的臭氧濃度空間變化,分別在白天、夜間以及日平均臭氧濃度推估上取得了良好的模擬效能(Babaan et al., 2023)。

這個研究透過模型繪製了臭氧的濃度分布地圖,我們可以很明顯地看到夜間濃度比白天來得低,四季中又以春天及秋天濃度較高。而與環保署測站的觀測趨勢相同,臭氧普遍呈現郊區與山區濃度較高而市區濃度較低的情形,以全臺為例,台灣本島的山區位置有較高的濃度;以大臺北地區為例,市中心明顯有較周圍更低的臭氧濃度分布,這樣的空間分布特性與人們對空氣污染的一般理解相悖。空氣污染分布不均勻,通常來說在都市地區和工業區更嚴重,因為這些地區有更高的交通流量和能源消耗,相反地,郊區和鄉村地區的空氣污染則較低。然而臭氧這項空氣污染物,其污染水準在鄉村地區竟比繁忙的都會區更嚴重。

白天、夜間以及日平均臭氧濃度於四季之分布模擬(Babaan et al., 2023)。

鄉村地區和郊區的人們在沒有排放那麼多臭氧前驅物的情況下,反而暴露於更高的污染中,這聽起來是不合理且不公平的。聯合國於2015年宣布永續發展目標(Sustainable Development Goals, SDGs),並於次年開始推廣,包含終結貧窮、消除飢餓、性別平權和減少不平等等17個目標(Goals)以及169項細項目標(Targets),其中『環境不公平』則是實現SDGs需解決的問題之一。環境不公平係指社會地位相對較低的人們可能生活在污染嚴重且缺乏健康和環境保護措施的地區,環境不公平阻礙了社會的永續發展,並且增加健康和醫療支出,同時醫療和疾病負擔的增加亦可能會回過頭加劇環境不公平。臭氧分布係環境不公平的潛在問題,排放較多臭氧前驅物的地區暴露在較低的臭氧污染中,排放較少臭氧前驅物的地區卻呼吸到更多的臭氧,而以人口結構分布而言,在鄉村地區通常有相對較多的老年人口或幼兒,這些人群又更容易受到空氣污染影響,在臭氧濃度持續上升的今日,如何降低污染以及造成的負面影響,是相當值得探討的問題。

United Nations Sustainable Development(圖片來源:https://www.un.org

隨著人類科學與科技進步,工業化為社會帶來了高速發展,也為地球環境帶來大量污染,如何與環境和諧共處,兼顧環境與人類的可持續發展性,是全人類應共同努力的目標。

參考文獻

  1. Babaan, J., Hsu, F. T., Wong, P. Y., Chen, P. C., Guo, Y. L., Lung, S. C. C., … & Wu, C. D. (2023). A Geo-AI-based Ensemble Mixed Spatial Prediction Model with Fine Spatial-Temporal Resolution for Estimating Daytime/Nighttime/Daily Average Ozone Concentrations Variations in Taiwan. Journal of Hazardous Materials, 130749.
  2. THE 17 GOALS 2023/07/08 retrieved from https://sdgs.un.org/goals

台大森林所博士,中研院環變中心與哈佛公衛學院博士後研究,目前於成大測量及空間資訊學系任教,同時也在國家衛生研究院國家環境醫學研究所兼任。主要專長是地理人工智慧(Geo-AI)於環境健康議題的應用,尤其對空氣污染空間分布特別有興趣。

喜歡涼爽的天氣,接收到空間資訊領域資訊後,在家就可以瞭解室外環境的願望進度條上升中。

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