[[alternative]]Evaluating the impacts of an emission control program on air quality

碩士[[abstract]]空氣品質模式是空氣品質管制系統中重要工具，本研究針對空氣品質模式應用於新污染源評估或排放權交易時，所產生的一些問題進行探討。本研究模擬連續一個月在台灣中部的光化學空氣污染。空氣品質模式採用Environ公司發展的CAMx模式，而氣象輸入資料使用RAMS模式進行模擬；並根據USEPA所建議的標準，對於氣象模擬和地面污染濃度的結果與實際的監測值相互比較，模擬的結果十分合理。 本研究選擇大型的火力發電廠作為排放源，排放源對於臭氧事件日並不會有太大的改變，然而新污染源對光化學污染所造成的最壞影響可能發生在不是臭氧事件日的期間。所以建議新污染源評估必需要有長時間的模擬，要包含事件日和非事件日。如果改變發電廠的位置，即使總排放量不變，臭氧濃度範圍將會改變。本研究結果顯示在光化學污染管理中採用排放權交易應用在光化學污染管理中，還是必須配合空氣品質模式的模擬。[[abstract]]The air quality model is an important tool in air quality management system. In this study we investigate the problems associated with the application of air quality models to new source evaluation and emission trading program. In this study, a one-month continuous simulation of photochemical air pollution in central Taiwan was carried out. The air quality model used in this study is CAMx developed by Environ and the required meteorological inputs were generated by RAMS model. The results of meteorological simulations and ground-level pollutant concentrations were compared with observations. The performances of simulation are very reasonable when they were judged by the criteria suggested by USEPA. The emissions from a large power plant were selected for case study. The emission form this sources may not alter the dates of ozone episodes, however, the worst impact on the photochemical pollution caused by this source may occur during the no-episode days determined by using exist sources. This suggests that a longer simulation period, including episode days as well as non-episode days, is necessary for new source evaluation. If the location of this power plant was changed, the ozone concentration field will be altered even the total emission rate was kept constant. This indicates that the application of emission trading program to photochemical pollution management should be used together with air quality simulations.[[tableofcontents]]中文摘要 I 英文摘要 II 目錄 III 表目錄 V 圖目錄 VI 第一章 前言 1 1.1 研究緣起 1 1.2 研究目的 6 第二章 台灣地區臭氧分析 8 2.1 臭氧事件的時空分佈 8 2.2 模擬期間綜觀天氣概述 11 第三章 氣象模擬 15 3.1 氣象模式之選用 15 3.2 RAMS氣象模式 15 3.3 制御方程式和網格結構 16 3.4 雙向鑲嵌網格 17 3.5 數值方法 19 3.6 邊界條件 19 3.7 資料分析技術 19 3.8 四維資料同化和逼近邊界條件因素 20 3.9 模式處理流程 21 3.10 氣象模式驗證 23 第四章 光化學模式 26 4.1 CAMx制御方程 26 4.2 網格結構 28 4.3 擴散及傳輸 29 4.4 化學反應 29 4.5 移除項 29 4.6 邊界條件與初始條件 31 4.7 CAMx模式輸入資料及其來源 33 4.8 污染物排放量推估 36 4.9 排放模式 36 4.10 網格模式驗證 41 第五章 結果與討論 43 5.1 模擬個案選擇 43 5.2 氣象模擬值與監測值之比較 45 5.3 每日臭氧濃度計算值與監測值結果比較 59 5.4 大污染源對臭氧事件日的影響 82 5.5 排放源改變對模擬結果的影響 90 第六章 結論與建議 106 參考文獻 108 表目錄 表2. 1 在2003年5月臭氧濃度超過120ppb的事件 10 表3. 1 RAMS模式輸入資料及來源 22 表4. 1 CAMx模式所需輸入資料 34 表4. 2 CAMx模式所需輸入檔案 35 表5. 1 小時臭氧濃度模擬結果之定量分析 72 表5. 2 小時二氧化氮濃度模擬結果之定量分析 77 圖目錄 圖2- 1 在2003年北中南三區最大小時的臭氧事件日發生頻率次數 9 圖2- 2 2003/05/06下午2點氣象圖 12 圖2- 3 2003/05/10下午2點氣象圖 12 圖2- 4 2003/05/15下午2點氣象圖 13 圖2- 5 2003/05/20下午2點氣象圖 13 圖2- 6 2003/05/27下午2點氣象圖 14 圖3- 1 RAMS鑲嵌網格所模擬的區域大小 18 圖4- 1 中部地區小點源、面源和線源每平方公里氮氧化物的排放量 39 圖4- 2 中部地區小點源、面源和線源每平方公里VOC的排放量 40 圖5- 1 模擬範圍內16個空氣品質測站的位置分佈 44 圖5- 2 2003年5月份測站實測值與模式模擬之溫度時序列比較圖 46 圖5- 3 2003年5月份測站實測值與模式模擬之溫度時序列比較圖 47 圖5- 4 2003年5月份每日實測值與模式模擬之地表溫度統計圖 50 圖5- 5 2003年5月份測站實測值與模式模擬之溫度統計圖 51 圖5- 6 2003年5月份測站實測值與模式模擬之風速時序列比較圖 53 圖5- 7 2003年5月份測站實測值與模式模擬之風速時序列比較圖 54 圖5- 8 2003年5月份每日實測值與模式模擬之表面風速統計圖 56 圖5- 9 2003年5月份測站實測值與模式模擬之風速統計圖 57 圖5- 10 模擬台灣地區臭氧濃度計算值與監測值的時序列比較圖 61 圖5- 11 模擬台灣地區臭氧濃度計算值與監測值的時序列比較圖 62 圖5- 12 模擬臭氧濃度的計算值與監測值相關性分析示圖 63 圖5- 13 光化學模式於模擬時間下午二點臭氧濃度分佈圖(2003/5/2-5) 66 圖5- 14 光化學模式於模擬時間下午二點臭氧濃度分佈圖(2003/5/6-9) 67 圖5- 15 光化學模式於模擬時間下午二點臭氧濃度分佈圖(2003/5/10-13) 68 圖5- 16 光化學模式於模擬時間下午二點臭氧濃度分佈圖(2003/5/20-23) 69 圖5- 17 光化學模式於模擬時間下午二點臭氧濃度分佈圖(2003/5/24-27) 70 圖5- 18 模擬台灣地區二氧化氮濃度計算值與監測值的時序列比較圖 74 圖5- 19 模擬台灣地區二氧化氮濃度計算值與監測值的時序列比較圖 75 圖5- 20 模擬二氧化氮的計算值與監測值相關性分析示圖 76 圖5- 21 模擬台灣地區氮氧化物濃度計算值與監測值的時序列比較圖 79 圖5- 22 模擬台灣地區氮氧化物濃度計算值與監測值的時序列比較圖 80 圖5- 23 模擬氮氧化物的計算值與監測值相關性分析示圖 81 圖5- 24 無火力發電廠的空氣品質背景值與監測值的時序列圖 83 圖5- 25 無火力發電廠的空氣品質背景值與監測值的時序列圖 84 圖5- 26 火力發電廠的氮氧化物和空氣背景值之差異性分佈(2003/5/8-11) 86 圖5- 27 火力發電廠的氮氧化物和空氣背景值之差異性分佈(2003/5/12-15) 87 圖5- 28 火力發電廠的臭氧濃度和空氣背景值之差異性分佈(2003/5/8-11) 88 圖5- 29 火力發電廠的臭氧濃度和空氣背景值之差異性分佈(2003/5/12-15) 89 圖5- 30 各測站的臭氧濃度在不同個案與空氣背景值的差異值 92 圖5- 31 各測站的臭氧濃度在不同的個案與空氣背景值的差異值 93 圖5- 32 各測站的氮氧化物濃度在不同的個案與空氣背景值的差異值 94 圖5- 33 各測站的氮氧化物濃度在不同的個案與空氣背景值的差異值 95 圖5- 34 個案三的臭氧濃度與背景值的差異圖(2003/5/8-11) 97 圖5- 35 個案三的臭氧濃度與背景值的差異圖(2003/5/12-15) 98 圖5- 36 個案四的臭氧濃度與背景值的差異圖(2003/5/8-11) 99 圖5- 37 個案四的臭氧濃度與背景值的差異圖(2003/5/12-15) 100 圖5- 38 個案三的氮氧化物濃度與背景值的差異圖(2003/5/8-11) 102 圖5- 39 個案三的氮氧化物濃度與背景值的差異圖(2003/5/12-15) 103 圖5- 40 個案四的氮氧化物濃度與背景值的差異圖(2003/5/8-11) 104 圖5- 41 個案四的氮氧化物濃度與背景值的差異圖(2003/5/12-15) 105[[note]]學號: 694330803, 學年度: 9