解开臭氧三大谜题 成大测量系吴治达副教授「集成混合空间推估模型」荣登国际顶尖期刊

(记者黄文博/台南报导)关于「臭氧」你了解多少?除了地表高层遮蔽紫外线的臭氧层,神秘的「臭氧污染」早已无孔不入的渗入日常中。国立成功大学测量及空间资讯学系吴治达副教授团队,透过「集成混合空间推估模型」为你解开臭氧的三大谜题:越近郊区臭氧污染越密集?臭氧为何最爱停在郊区?COVID-19与臭氧污染有何关系?

成功大学测量及空间资讯学系吴治达副教授团队,与国家卫生研究院国家环境医学研究所陈保中特聘研究员兼所长、陈裕政副研究员,中研院环境变迁研究中心龙世俊研究员兼副主任,台湾大学环境与职业健康科学研究所郭育良特聘教授共同合作,集合多种重要的地理人工智慧(Geo-AI)技术,如:克利金空间内插、土地利用回归,融入当代火热的「机械学习及集成学习人工智慧演算法」,以更精准、创新的研究手法出发,发展出对区域臭氧浓度变化,有高达92%的准确度的「集成混合空间推估模型」,并成功登上Impact Factor=14.22的国际顶尖期刊「Journal of Hazardous Materials」。

吴治达表示,他们使用了2000年至2020年,环保署约180多万笔空污监测数据,以上述空间推估方法,针对600余个土地利用/环境/气象/地形等影响因子,完成「臭氧污染的推估模型建置」,在50m×50m网格解析度的情况下,模拟出台湾本岛范围自2000年迄今,每天臭氧污染之日平均、白天平均、晚上平均以及最大八小时平均浓度的长期时空变化状况,对台湾各区域臭氧浓度变化的预测准确性高达九成!

过去吴治达副教授积极投入环保署与国家卫生研究院十年科研计画,运用专业之方法学为台湾空气品质贡献心血, 近年来臭氧(Ozone)的排放来源、负面影响逐渐跃上国际舞台,成为全球各界关注的火热话题,也很快引起了他的注意,更因此激发出本次研究的灵感火花。

臭氧属于二次污染物,非由污染源直接排放,而是透过氮氧化物及挥发性有机化合物等前趋物,经光解后才结合产生,且臭氧热点大多散布在远离排放源的郊区,非常不易掌握其来源,为了能在未来根除追踪臭氧的困境,吴治达副教授决心透过一年完整且深入的研究时间,攻克臭氧「不见足迹」的神秘谜题。

吴治达副教授提到,全台湾设有76个空气品质监测站,台南地区总共有4个,以研究数据量而言偏少,没办法更准确地把握住臭氧足迹,而「集成混合空间推估模型」的诞生,可以透过数据推估出臭氧分布,减缓了测站建置困难、修护不易的问题,为未来监测臭氧分布、掌握县市空品变化留下宝贵资源。

台南的臭氧热区,主要分布在安平、山上、南化、关庙、左镇…等区域,其中安平是唯一邻近市中心的区域,吴治达研判,安平工业区提供较多氮氧化物、挥发性有机化合物,成为臭氧的组成来源,且地形起伏让生物性VOC堆积机率更高,也是安平成为臭氧热区的原因之一。

而在台南山上、南化、关庙、左镇等较为郊区的区域,区内多为森林、农业等植被地区,这些绿植可能产生更多生物性的挥发性有机化合物,加以具充足的阳光、氮氧化物,也就自然形成了臭氧热区,有鉴于这里有许多知名旅游景点,也就更需要相关单位对臭氧污染的监测与关注,才能更好的提升国人出游的空气品质、健康保障。

因应研究过程适逢新冠肺炎三级警戒,吴治达副教授团队灵机一动,将警戒前后的臭氧热区数据制成视觉化模拟图,发现警戒前后,交通空污排放物最密集的台北市,出现了显著的数据改变。由于警戒期间人车减少,生成臭氧的氮氧化物、挥发性有机化合物自然也就跟着减少,整体臭氧数值下降,形成了疫情前后、臭氧污染数据明显下降的神奇数据指标。

「集成混合空间推估模型」成功登上国际顶尖期刊「Journal of Hazardous Materials」,不仅是对吴治达副教授深耕学术的肯定,也是让各界看见成大测量系跨领域、多面向发展可能性的绝佳机会,未来吴治达副教授也将继续在空污领域发挥专业,与政府单位携手合作,为台湾空品未来、使成大学术力登上国际舞台,贡献一份心力。

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