懸浮微粒–常被忽略的大氣成分

懸浮微粒–常被忽略的大氣成分
國立臺灣師範大學附屬高級中學地球科學科洪逸文老師/國立臺灣師範大學地球科學系陳正達教授責任編輯

在討論大氣的組成成分時，「空氣懸浮微粒」常常被忽略。不是它不重要，因為它的體積雖小，卻是影響大氣降水的重要機制！被忽略的最主要原因是它停留在大氣的時間相當短暫，很快就會凝結成長受重力牽引而掉落地表。它又可稱為氣膠粒子、氣溶膠或氣膠，英文名稱為「aerosol」，意即飄浮在空氣中的微小顆粒。一般而言，粒子直徑約 0.001 至數十微米 (μm，1 μm = 10^-4 cm = 10^–6mm)之間，來源可分為自然 (natural) 與人為(anthropogenic)。自然的來源有沙塵、海鹽、野火灰燼、火山灰、花粉與孢子等；人為氣懸粒子主要來自農業與工業活動。值得注意的是有些自然或人為排放的氣體進入大氣後，經化學作用會形成硫酸鹽、硝酸鹽微粒等，也是氣懸粒子重要來源之一。上述直接進入大氣的粒子稱為「原生氣膠」或「一次氣膠」，而在大氣中經化學反應才形成的粒子，則稱為「衍生氣膠」或「二次氣膠」。

懸浮微粒的粒徑在 10 微米以上，常因重力作用而較快落下，稱為落塵 (Dustfall)，而粒徑小於 0.1μm 顆粒，會再藉擴散、碰撞凝集成大的顆粒。一般而言，大氣中懸浮微粒數量濃度最高的是在直徑約 0.1-1 微米之間的粒子。平均生命期約只有一週，因此濃度隨時空分布變化大。在高污染的都市地區每立方公分可達數十萬個，在偏遠的陸地與廣闊的海洋上，每立方公分約從數千到數百個不等。其濃度變化也受氣象因素的影響極大，例如在夏季太平洋副熱帶高壓影響下，天氣型態為下沉氣流伴隨之空氣較隱定且溼度小，不利於污染物之擴散，懸浮微粒濃度較高，因此容易造成空氣污染。另外，在風速大或降雨時，會因混合與洗刷作用影響，濃度可降到非常低。

懸微微粒的移除機制主要是沉降作用，包含濕沉降與乾沉降兩大類。前者指的是微粒隨著雨、雪、霧或雹等降水型態而落到地面者；後者則是指在不下雨的日子，從懸浮微粒藉由碰撞成長，粒徑與質量增大，受重力吸引而自天空落下。濕沉降主要機制有兩種分別為雲內掃除(或稱雨除，Rainout)及雲下掃除(或稱沖刷，Washout)。雲內掃除即微粒於雲層內成為凝結形成雨或雪粒子的凝結核核心，藉由擴散、截留、碰撞等作用有效去除粒徑小於 1 μm 之微粒；雲下掃除為降雨或降雪過程將大氣中之微粒降至地面，主要藉重力撞擊去除，通常僅能去除粒徑 1 μm 以上之微粒，對半徑 4～5μm 以上的粒子較有效率。

氣懸粒子對氣候會有影響，是因其能直接散射或吸收太陽輻射，造成地表降溫與大氣增溫，進而影響地球能量收支平衡，以及大氣的穩定度。另外，可溶性、易吸溼的氣懸粒子可成為水氣的凝結核，對雲滴和降水的形成相當重要；而不可溶的氣懸粒子，往往成為冰的凝結核幫助雲中冰晶的形成。氣懸粒子濃度增加時，會使大氣雲滴的數目變多與粒徑變小，不僅造成反照率增加，也會使雲滴碰撞成雨滴的效率降低，進而使雲的生命期延長，這些都會讓地表降溫，是間接地影響氣候。而位於平流層內的氣懸粒子，主要是硫酸和水，會使平流層的臭氧減少，形成臭氧洞的。

由於懸浮微粒是空氣汙染物的主要來源之一，環保署對空氣品質預報所採用污染物指標（pollutants standards index, PSI），除了空氣中的二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳及臭氧濃度等數值，還加上懸浮微粒的測量，再分別換算出不同污染物之副指標值，再以當日各副指標值之最大值為該測站當日之空氣污染指標值。而環保署早期僅測量總氣懸粒子含量，後來增加測量直徑 10 微米以下者，稱 PM10。近來又增加測量直徑 2.5 微米以下的PM2.5，因 PM2.5 較 PM10 更容易深入人體肺部，對健康影響更大，若其他污染物又附著其上，會更加深呼吸系統之危害。近年來的測量結果發現，氣懸粒子與臭氧已成為臺灣空氣品質不良最重要污染物。

參考資料:
1. 賴斯特(Reist, Parker C.)著，鄭福田、劉希平譯。2001。《微粒導論》(Aerosol science and technology.)。「世界學術譯著」。臺北：國立編譯館。
2. Seinfeld, John H., Spyros N Pandis, and NetLibrary Inc., eds. 1998. Atmospheric chemistry and physics from air pollution to climate change. Cambridge: MIT Press. New York: Wiley.
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6. GACP-Global Aerosol Climatology Project. http://gacp.giss.nasa.gov。