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生物源排放量推估手冊 TEDS7.0 附件四附件四 生物源生物源 排放量推估文件排放量推估文件 目目 錄錄 A. 台灣生物源排放量推估模式(TBEIS-3)介紹.附4-1 一、排放量之推估與校正因子之計算 二、葉溫能量平衡模式 三、土地利用資料庫 四、排放係數資料庫 B.TEDS5.1 生物源排放量推估方法.附4-10 一、收集氣象資料 二、氣象資料前處理 三、96年台灣生物源VOC排放量推估與分析 圖圖 目目 錄錄 圖A1 生物源推估流程架構 圖A2 闊葉林所佔網格面積比例之分佈圖 圖A3 針葉林所佔網格面積比例之分佈圖 圖B1 台灣地區185個測站分佈圖 圖B2台灣民國96年各月份生物源各種類VOCs排放量 圖B3 台灣民國96年各小時之累積VOCs排放量分布圖 圖B4 台灣民國96年生物源VOCs排放總量空間分佈圖 圖B5 台灣民國96年生物源isoprene排放總量空間分佈圖 圖B6 台灣民國96年生物源monoterpene排放總量空間分佈圖 圖B7 台灣民國96年生物源other VOCs排放總量空間分佈圖 圖B8 台灣民國96年生物源MBO排放總量空間分佈圖 圖B9 台灣民國96年第一季(13月)生物源排放總量空間分佈圖 生物源排放量推估手冊 TEDS7.0 圖B10台灣民國96年第二季(46月)生物源排放總量空間分佈圖 圖B11 台灣民國96年第三季(79月)生物源排放總量空間分佈圖 圖B12 台灣民國96年第四季(1012月)生物源排放總量空間分佈圖 圖B13台灣民國96年各空氣品質區之生物源VOCs排放總量 圖B14台灣民國96年各空氣品質區之生物源VOCs排放通量 圖B15台灣民國96年各縣市之生物源VOCs排放總量 圖B16台灣民國96年各縣市之生物源VOCs排放通量 表表 目目 錄錄 表A1 葉溫能量平衡模式輸入參數 表A2 林務局與中鼎資料總和之各土地利用型所佔面積表 表A3 TBEIS-2.1之排放係數因子(g m-2 h-1) 表B1 中央氣象局26個地面氣象站基本資料 表B2 中央氣象局88個自動氣象站基本資料 表B3 環保署空氣品質測站基本資料 表B4 台灣民國96年各季生物源各種類VOCs排放量 表B5 台灣民國96年各月份生物源各種類VOCs排放量 表B6 台灣民國96年各空氣品質區及各縣市之生物源VOCs排放總量 表B7台灣民國96年各空氣品質區各季之生物源VOCs排放量表 生物源排放量推估手冊 TEDS7.0 A.台灣生物源排放量推估模式台灣生物源排放量推估模式(TBEIS-3)介紹介紹 模式是使用一個簡單的樹冠模式(canopy model)去調整在林地樹冠(forest canopy)垂直五個層(level)之光合輻射通量(Photosythetically Active Radiation flux, PAR)。以溫度與光合輻射通量推導出之經驗方程式去估算各種類生物V OCs在樹冠垂直各層的排放量。模式之輸入、輸出以及系統構成，如圖 A1所示。模擬方式為首先利用土地利用資料與排放係數資料計算各網 格在標準情況(攝氏30度、PAR為1000 mE m-2 sec- 1)下各物種之排放量。然後以輸入的資料(環境溫度與PAR)計算出各物 種之環境校正因子(溫度校正因子與光校正因子)，之後以標準情況下之 排放量乘上環境校正因子，計算出當時情境下異戊二烯、單帖類以及其 他VOCs之排放量。最後，依據空氣品質網格模式之生物源VOC輸入檔 需求輸出結果。 一、排放量之推估與校正因子之計算 (一)異戊二烯（isoprene）排放量推估 根據Geron等人(1994)之研究，異戊二烯排放速率可以下式估計 之： I = Is * CL * CT (2.1) 其中，I是異戊二烯在溫度為t以及光合輻射通量(PAR)為L時之 排放速率，Is是異戊二烯在標準溫度(30C)和光合輻射通量(1000 mE m-2 s- 1)之排放速率，CL為光校正因子，CT為樹葉溫度校正因子。 1.光校正因子(CL)可以下式推估： (2.2) 22 1 L*1 L* CL LC 其中，L是光合輻射通量， (=0.0027)與CL1 (=1.066)為經驗係數(Guenther et al., 1993) 生物源排放量推估手冊 TEDS7.0 (6)。其中，值的範圍為0.002 0.0007。 2.樹葉溫度校正因子(CT)可由下式求得： (2.3) ) T*T*R TT *exp(C1 ) T*T*R TT *exp(C C s M T2 s s T1 T 其中，R是理想氣體常數 (8.314 J/(K mol)，T是葉溫，Ts (=303 K)是標準溫度，而TM (=314 K)、CT1 (=95,000 J/mol)與CT2 (=230,000 J/mol)是經驗係數。TM範圍介於310 318 K。 (二)帖類(monoterpene)與其他VOCs (OVOCs) 排放量推估 單帖類和其他VOCs排放速率之短期(小時或每日)變動，排放速 率可以下式求得： M = MS* exp b ( T - TS ) (2.4) 其中，M是單帖類在葉溫T時之排放速率，MS是在TS (=303 K)時之排放速率，而b (=0.09)是經驗係數(Guenther et al., 1993) 介於0.057 0.144之間。 (三)光合輻射通量(PAR)之樹冠校正 樹冠五個層(layer)的光合輻射通量可以用一個在樹冠上的PAR( above canopy PAR)函數估計之，如下式所示： (2.5) 10 i*2 L(*EPexpPLi 其中，Pi是在被覆第i層之光合輻射通量，P是在被覆之上的光 合輻射通量，EL (=0.60)是光合輻射通量之消失係數，L是葉面積指標(樹葉面積與地 表面積之比例)。 二、葉溫能量平衡模式 生物源排放量推估手冊 TEDS7.0 本研究所使用的葉溫能量平衡模式是採用Nikolov et al. (1995)所發展的光合作用平衡模式，模式主要輸入參數為環境溫度、 大氣壓力、相對濕度、風速及葉子雙向吸收到的長波輻射與短波輻射 。葉溫能量平衡模式之輸入參數如表A1所示。公式敘述如下: (2.6) ebvaptvas p i MTgTTcgeTe c R 4 111 )16.273(2)()( Ri: 葉子吸收到的長波輻射與短波輻射(w/m2) : 乾空氣密度(kg/m3) cp: 乾空氣熱(1010J kg-1 K-1) : psychrometric constant es(T1) : 葉片的飽和水蒸汽壓(Pa) ea: 大氣中的飽和水蒸汽壓(Pa) gtv : 葉片的水蒸汽傳導(m/s) gbv : 單邊葉子的水蒸汽傳導(m/s) Ta: 環境溫度() Tl: 葉溫() : 葉片的熱量發射率(0.975) : Stefan-Boltzmann constant (5.6710-8W m-2 K-4) Me: 生物化學反應的能量儲存(w/m2) 三、土地利用資料庫 台灣土地利用型態資料庫主要是利用林務局土地使用資料庫(張， 1999)以及中鼎整理之土地利用形態資料庫，經處理後合併成為台灣地 區土地利用型態資料庫(Chang et al., 2005) ，如表A2所示。台灣土地利用資料庫總面積約為28,166平方公里。其 中以天然闊葉混合林佔總面積比例21 %為最大，圖A2為闊葉林所佔網格面積比例之分佈圖，而闊葉林大多 集中在中低海拔山區，因此圖中之面積比例分佈合理，圖A3為針葉林 所佔網格面積比例之分佈圖，在高海拔山區有較多之針葉林，因此由 圖中可知，面積比例分佈合理。 生物源排放量推估手冊 TEDS7.0 四、排放係數資料庫 生物源排放量推估模式之排放因子資料庫是利用植物分類學法(B enjamin, 1996)，並參考國外之排放係數資料(Guenther et al., 1994)認定國內林務局60餘種土地利用型態排放係數(Chang et al., 2005) ，其中，檳榔園、樟樹、甘蔗及草地之樹種排放係數是採用謝(2000) 針對國內部份特定樹種進行實驗所得之樹種排放係數。其中，闊葉林 主要排放isoprene，而針葉林則排放較多之monoterpene，排放係數資 料如表A3所示。 B. TEDS7.0 生物源排放量推估方法生物源排放量推估方法 一、收集氣象資料 模擬全台灣全年之生物源排放量所需之氣象資料包括有逐時環境 溫度、逐時風速、逐時大氣壓力、逐時相對溼度、逐時光合輻射通量 以及逐時雲冪資料，而這些氣象資料除了光合輻射通量以外皆須向中 央氣象局購買。除此之外，在此次全年的排放量推估中，水田與甘蔗 田會因季節不同而有採收與種植，因此需在不同季節作不同假設。 (一)光合輻射通量 將由模式以模擬所在位置之經緯度與日期計算光合輻射通量理 論值，再配合雲冪資料校正光合輻射通量。 (二)環境溫度、風速、大氣壓力及相對溼度 氣象資料的收集包括氣象局在全台灣各地所架設之25個地面氣 象站以及88個自動氣象站或自動氣象雨量站，再加上72個環保署空 氣品質測站，總數185個測站之溫度監測資料(如圖B1所示)。而所有 測站之基本資料如表B1表B3所示。 (三)土地利用假設 在此次全年的排放量推估中，水田與甘蔗田會因季節不同而有 採收與種植，然而台灣南北之種植情形不同，因此在此假設水田於 1、5、6、7以及12月由於在插秧或已收割而無排放量產生，其他月 生物源排放量推估手冊 TEDS7.0 份則假設為已成長為完全；而甘蔗則假設為1、2、3、10、11以及1 2月無排放量產生，其他月份則假設為已成長為完全，依此假設概 估全台灣生物源之排放量。 二、氣象資料前處理 氣象資料前處理是將上節185個測站之逐時氣象資料內插台灣地 區各網格之逐時氣象資料，而須處理的氣象資料包括有逐時環境溫度 、逐時風速、逐時大氣壓力、逐時相對溼度、逐時光合輻射通量以及 逐時雲冪資料，環境溫度及風速與其他資料在處理上有些不同，其中 環境溫度之內插過程須考慮地形影響，另外，風速則須考慮風向的不 同，因此，除了須分別針對不同風向分別進行內差外其餘與雲冪資料 內插方法相同，雲冪資料及溼度只有氣象局在全台灣各地所架設之25 個地面氣象站，以下將以環境溫度與雲冪為例說明內插之方法： (一)環境溫度 內插之方法：首先，以各網格為中心，再以適當半徑分別畫圓 ，然後，以所有在搜尋半徑內之測站資料依據各測站所在高度與網 格點高度內插該網格。內插作法為將搜尋半徑內測站溫度修正為網 格點高度之溫度(如2.7式)，再假設網格點溫度與搜尋半徑內測站溫 度(高度修正後溫度)為與兩者之距離成反比，可以2.8式計算內插值 。方程式2.7為修正高度對溫度之影響，當高度上升100公尺時溫度 則下降0.6度。 （2.7）)6 . 0( 100 )( HH TEMPTEMP i ji 其中，TEMPj為搜尋半徑各測站之原始溫度；TEMPi為經高度 修正後之溫度；Hi為搜尋半徑各測站之海拔高度；H為網格點之海 拔高度。 （2.8） i n i i i n i TEMP L L TEMP 1 1 ) 1 ( ) 1 ( 生物源排放量推估手冊 TEDS7.0 其中，TEMP為網格點溫度；Li為搜尋半徑各測站與網格點之 距離；TEMPi為搜尋半徑各測站之溫度經高度修正後值；n為搜尋 半徑測站總數。 (二)雲冪資料 1.相對於逐時溫度資料，逐時雲冪資料則相當缺乏，只有氣象局在 全台灣各地所架設之25個地面氣象站。 2.以上述測站雲冪資料利用內插方法計算各網格點之雲冪資料。在 此內插方法與內插溫度方法相同。並以下式記算之： （2.9） i n i i i n i CLOUD L L CLOUD 1 2 2 1 ) 1 ( ) 1 ( 其中，CLOUD為網格點溫度；Li為搜尋半徑各測站與網格 點之距離；CLOUDi為搜尋半徑各測站之溫度；n為搜尋半徑測站 總數。 3.由於資料相當缺乏，因此在內插畫圓時，必須將搜尋半徑擴大， 才能獲得所有網格點之雲冪資料。 三、96年台灣生物源VOC排放量推估與分析 由前節之逐時氣象資料作為輸入資料，經由TBEIS- 3模擬可得到逐時逐日之1公里 1公里網格排放量資料，經統計分析後，將結果繪於台灣底圖上，探 討物種排放量之空間以及時間分佈情形及特徵。 (一)模擬結果之時間分佈 1.年排放量推估結果 台灣地區96年生物源模擬之排放總量約為42.2萬公噸(如表B4 所示)，其中isoprene排放量約為13.8萬公噸，佔排放總量的33 %；monoterpene排放量約為14.8萬公噸，約佔排放總量的35 %；其他VOCs排放量約為13.1萬公噸，約佔排放總量的31 生物源排放量推估手冊 TEDS7.0 %，MBO排放量約為0.5萬公噸，約佔排放總量的1.2 %。 2.季排放量推估結果 由表B4所示，第一季(1 - 3月)的生物源排放總量約為6.4萬公噸，佔年排放總量的15.1 %；第二季(4 - 6月)的生物源排放總量約為12.6萬公噸，佔年排放總量的29.7 %；第三季(7 - 9月)的生物源排放總量約為15.8萬公噸，佔年排放總量的37.4 %；第四季(10 - 12月)的生物源排放總量約為7.5萬公噸，佔年排放總量的17.8 %。其中，以第三季之排放量較大，其原因為第三季為夏季，由 於夏季溫度較高且光合輻射通量較大，因此使得此季之生物源排 放量無論是isoprene、monoterpene、other VOCs或者MBO皆較其他季節為高。 3.月排放量推估結果 台灣地區96年推估各月份生物源各種類VOCs排放量如表B5 及圖B2所示。從表中可以看出，在7月之生物源VOCs排放總量最 大約為6.3萬公噸，佔年排放總量的15.0 %；6月之排放總量次之，約為5.0萬公噸，佔年排放總量的11.9 %；而以1月的排放總量最小，約佔年排放總量的4.0 %。從圖B2可看出，在1月、2月、11月及12月，isoprene相較於m onoterpene和其他VOCs之排放量相差量並不大，其原因應在於光 合輻射通量並不強烈，使得isoprene之排放較少。然而，隨著季 節之變化，使得光合輻射通量日趨強烈，連帶亦使得isoprene之 排放量快速增加，最大可達當月生物源VOCs總量的40 %左右。 4.小時排放量推估結果 圖B3為96年在0 23點各個小時之累積排放總量分佈圖。從圖B3可以看出，isopren 生物源排放量推估手冊 TEDS7.0 e與MBO在夜間(0 4點以及20 23點)並沒有排放量產生，在5點開始產生排放量，之後並迅速增 加，在12點達到最大量。其原因在於，isoprene排放受光合輻射 通量之影響，因此使得夜晚沒有排放量產生，而在白天由於光合 輻射量持續增加，也使得isoprene與MBO排放量迅速增加。Monot erpene與其他VOCs排放量由於不受光合輻射通量影響，只受溫度 之影響，因此Monoterpene與其他VOCs之排放量的日夜變化便不 如isoprene來得強烈。也因此，總生物源排放量在夜間主要是由M onoterpene與其他VOCs所貢獻，而在日間，則是isoprene為主要貢 獻來源。 (二)模擬結果之空間分佈分析 1.整年各物種排放量空間分佈情形。 圖B4圖B8為推估台灣地區96年生物源排放總量空間分佈及 各排放種類總量空間分佈圖。從圖B4可以看出，所推估之全年生 物源排放總量以中低海拔山區較高，一般大約在15.0 30.0公噸/km2；其次為高海拔山區，排放量約在3.0 15.0公噸/km2之間；而平地之排放量則相對較少，大都在5公噸/k m2以下。 從圖B5 圖B8可以看出，isoprene排放量大多集中在中低海拔山區，況且 此為闊葉林之最主要分布地區，而闊葉林可排放較高之isoprene ，因此，中低海拔山區之生物源VOCs以isoprene為主要排放，在 高海拔山區與平地部份排放則較少，其中，以南部中低海拔山區 以及花東縱谷之排放量較大，大約在10 30公噸/km2範圍，最大可達約30公噸/km2。Monoterpene排放量在 高海拔山區之排放量相較於isoprene是比較大的，主要是因為針 葉林大部分分布於高海拔山區，因此有較高之排放量，而在中低 海拔則較isoprene之排放量為小。以台灣整體看來，在高海拔山 生物源排放量推估手冊 TEDS7.0 區是Monoterpene高濃度的主要範圍，約在10 15公噸/km2，最大可達110公噸/km2，平地地區網格排放量皆在2 公噸/km2以下。其他VOCs排放量則可很明顯看出，大多是集中 於山區交界之低海拔與山區網格，排放量多介於4 8公噸/km2，最高達40公噸，其餘平地網格之排放量則介於0 4公噸/km2之範圍。MBO主要排放量分佈於高海拔山區，其排放 量介於0.12公噸/km2之範圍，在平地則皆低於0.1公噸/km2。 2.各季生物源VOCs排放總量空間分佈情形。 圖B9圖B12為各季生物源VOCs排放總量空間分佈情形。從 圖中可以明顯看出生物源VOCs排放總量隨季節變化之情形，第 一季(13月)幾乎所有網格排放量皆低於6公噸/km2，只有少部分 高山地區排放量高於10公噸/km2；第二季(46月)在低海拔區域之 排放量則明顯的上升至3 8公噸/km2範圍，其中又以高海拔山區網格排放量較大；第三季(7 9月)在中低海拔區域之排放量有更明顯的上升，一般約在4 10公噸/km2範圍，其中以宜蘭山區網格以及台南、台中之山區網 格排放量較大，最大可達50公噸/km2；第四季(1012月)之排放量 則是快速下降，只有部份山區網格排放量達到8 10公噸/km2範圍，其餘皆在6公噸/km2以下。 (三)模擬結果之行政區分析 1.各空品區各物種排放量 (1)年排放量及排放通量 圖B13與表B6為台灣地區96年各空品區之生物源排放量。 從圖表之中，我們可以看到，生物源排放總量以花東空品區為 最大，約12.3萬公噸，佔年排放總量的29.1 %；其次為中部空品區，約佔年排放總量的21.5 %；排放最少之空品區為竹苗空品區，約只佔年總排放量的8.0 %，約為33.9萬公噸。其中，各個空品區之各物種排放量主要 生物源排放量推估手冊 TEDS7.0 以monoterpene排放量為最大。 以各空品區之排放通量而言(如圖B14所示)，是以宜蘭空 品區最大，約15.8公噸/平方公里/年；花東空品區次之，約15.0 公噸/平方公里/年；雲嘉南空品區最小，約6.8公噸/平方公里/ 年。從各物種排放通量而言，isoprene以宜蘭空品區為最大， 雲嘉南空品區最小，monoterpene以中部空品區最大，其他VOC s之排放通量是以中部空品區為最大，雲嘉南空品區之monoterp ene與其他VOCs則皆是最小；花東空品區在isoprene、monoterp ene與其他VOCs之排放通量在各物種比例上皆與宜蘭空品區相 近。 (2)季排放量 表B7為台灣地區96年各季各空品區之生物源排放量。從表 中，我們可以看出，在第一季(13月)，以花東空品區之排放量 最大，約18.0萬公噸，佔當季總量約28.3 %，依次為中部空品區、高屏空品區、雲嘉南空品區、北部空 品區、竹苗空品區、宜蘭空品區；在第二季(46月)，仍舊是以 花東空品區之排放量最大，約為36.9萬公噸，佔當季總量約29. 4 %，依次為中部空品區、高屏空品區、北部空品