113 地方特考三等 環境工程 空氣污染與噪音控制技術 考古題詳解

核心觀念

高斯擴散模式（Gaussian plume model）描述連續、定常排放的污染物，在平均風場輸送及大氣紊流混合作用下，污染物濃度於下風處的空間分布。其基本假設是污染物沿風向輸送，而在風向及垂直方向的濃度分布可用高斯函數表示。

以地面反射、有效煙囪高度為 $H$ 的連續點源為例，濃度式為：

其中 $Q$ 為排放率、$u$ 為平均風速、$\sigma_y$ 與 $\sigma_z$ 分別為水平及垂直擴散參數，$H$ 為有效煙囪高度；$x$、$y$、$z$ 分別代表下風向、側風向及高度座標。式中的第二個垂直高斯項代表地面反射的等效影像源。

解題方法與適用條件

題目要列出套用高斯模式所依據的物理假設與邊界條件，可從「排放源、風場、擴散、污染物性質、地形與邊界」逐項說明：

1. 排放源連續且排放率穩定：通常以固定位置的點源表示，排放率 $Q$ 在分析期間內不變；短時間、劇烈變動的排放不符合定常煙流假設。

核心觀念

本題考的是溫室氣體排放管制的政策工具及其運作順序。管制目標是掌握並減少排放，方法包括排放量盤查與查驗、排放效能標準、增量抵換、碳費，以及總量管制與排放交易。

以下以命題當年（民國 113 年）《氣候變遷因應法》為準。該法由《溫室氣體減量及管理法》修正而來，並納入碳費制度；本題應依當年法規架構作答。

解題方法

可依「先掌握排放、再要求減量、最後以經濟工具促進減量」的順序說明：

1. 盤查、登錄與查驗：建立排放資料 依《氣候變遷因應法》第 21 條，經中央主管機關公告的事業排放源，應盤查溫室氣體排放量，並於期限內登錄至指定資訊平台；公告指定應查驗者，盤查資料還須經查驗機構查驗。 盤查與查驗能建立可信的排放基線，是訂定減量目標、計算碳費及執行總量管制的基礎。

2. 效能標準：管制產品、車輛與建築排放 依第 23 條，中央主管機關公告的產品，其生產過程排放應符合效能標準；指定車輛的排放及新建築構造、設備，也應符合相關規定。效能標準可依單位產品、單位里程或其他適當單位設定容許排放量。

3. 增量抵換：控制新設或變更排放源增加的排放 依第 24 條，事業新設或變更排放源達一定規模者，應依規定比率抵換溫室氣體增量；確有困難且經主管機關核可時，得繳納代金，專供溫室氣體減量工作使用。此制度要求新增排放同步配合減量。

4. 碳費：以價格誘因促進減量 依第 28 條，中央主管機關得分階段對直接及間接排放源徵收碳費。排放量越高，原則上負擔越高，促使事業透過提升能源效率、使用再生能源、改用低碳燃料或改善製程來減排。 依第 29 條，碳費徵收對象若提出自主減量計畫並達指定目標，得申請適用優惠費率；依第 30 條，並得依規定申請以減量額度扣除部分排放量。

核心觀念

二次有機氣膠（secondary organic aerosol, SOA）是由氣態有機前驅物在大氣中經化學反應生成，之後凝結或分配進入粒相的有機氣膠。它不同於直接由燃燒、揮發或機械過程排放的一次有機氣膠；SOA 的生成量與前驅物排放、氧化反應、大氣氧化劑、氣象條件及粒氣分配共同相關。

形成機制

1. 氣相氧化與低揮發性產物生成 揮發性有機物（VOCs）與大氣氧化劑反應，產生揮發性較低的氧化產物，進而凝結或分配至粒相。主要反應途徑如下：

• 羥基自由基（OH）途徑：日間重要的 VOC 氧化途徑。OH 與 VOC 反應後，經加氧、過氧自由基反應及後續氧化，生成含氧官能基的有機物。
• 臭氧（O₃）途徑：O₃ 與烯類等不飽和 VOC 反應，可生成羰基化合物、有機過氧化物及低揮發性產物。
• 硝酸根自由基（NO₃）途徑：夜間重要途徑，特別會氧化烯類及生物源 VOC，生成有機硝酸酯與低揮發性產物。

這些氧化反應常使產物的氧碳比提高、蒸氣壓降低，增加其進入粒相的傾向。

2. 粒氣分配與凝結 半揮發性產物在氣相與粒相間分配。產物蒸氣壓越低、粒相有機物質量濃度越高，通常越有利於進入粒相。簡化表示為：

$C_{\mathrm{OA}}=\sum_i C_i^* \frac{K_{p,i}M_{\mathrm{OA}}}{1+K_{p,i}M_{\mathrm{OA}}}$

其中 $C_{\mathrm{OA}}$ 為有機氣膠濃度，$C_i^*$ 為第 $i$ 種產物的有效飽和濃度，$K_{p,i}$ 為粒氣分配係數，$M_{\mathrm{OA}}$ 為粒相有機物質量濃度。低揮發度產物的 $C_i^*$ 較小，較易留在粒相。

3. 多代氧化與氣膠老化 初生成的有機產物可繼續氧化，進一步形成低揮發性物質並增加 SOA；也可能生成較易揮發的產物，使有機物回到氣相。氧化老化也會改變氣膠的含氧程度、溶解性及吸濕性。

4. 水相與非均相反應 水溶性有機物可溶入雲滴、霧滴或氣膠液態水，在液相反應生成低揮發性有機物，再於水分蒸發後留在粒相。氣體或粒子表面的非均相反應，也可生成有機硫酸酯、低揮發性含氧有機物等。

5. 前驅物來源 SOA 前驅物包括人為排放的芳香烴、烯類及其他 VOC，也包括植物排放的異戊二烯、單萜等生物源 VOC。人為 NOₓ、SO₂、氨及初級粒狀物等污染物，也會透過改變氧化劑濃度、粒子酸鹼性及液態水含量，影響 SOA 生成。

解題方法

核心觀念

本題考查音功率級與音壓級的換算，以及聲音向半球形空間擴散時的幾何衰減。音功率級 $L_W$ 描述聲源所發出的聲功率；音壓級 $L_p$ 則描述觀測位置的聲壓。假設聲源為點音源、自由場傳播，且忽略空氣吸收與地面反射以外的影響，聲音強度隨傳播面積增加而衰減。

自由空間中，聲音向球面擴散；聲源置於完全不吸音的平板上時，聲音向半球面擴散。音功率級與距離 $r$ 處音壓級的關係為：

其中 $Q$ 為指向性因子。以常用的空氣聲學基準表示，式子可簡化為：

飛機位於地表上方、向下傳聲時，採自由空間點音源的球面擴散，$Q=1$；聲源置於不吸音平板上時，聲音受平板限制而向半球面擴散，$Q=2$。

解題方法

一、飛機下方地表面的音壓級

飛機高度即觀測距離，故 $r=1{,}200\ \mathrm{m}$。採球面擴散，$Q=1$：