國家空氣汙染物排放清冊
魯叔最近真的很懶得做額外研究，work from home每天被三歲半的小兒耗盡大半體力，下班之後不想看文章、找資料，但是又很想寫點東西，就著手把之前幾個比較常接觸的美國環保署例行作業整理一下，結成幾個重點來分享一下，可能會有後續的篇章，端看我體力有多少，我要跳過整個美國大氣汙染的歷史，要講到這些又要講到賓州的霧霾、洛杉磯的光煙霧、哈佛的風險研究，直接切入主題就是，美國環保署對空氣汙染這一領域，環繞的主要就是一個概念，人體的健康風險加上環境損害的風險，慢慢的演繹出跟風險比較沒有關係的東西，譬如說風景區能見度的下降，所以你看不到壯闊的風景(regional haze相關)，但是他打死不變還是圍繞在一個主軸國家周界大氣標準值(National Ambient Air Quality Standards, NAAQS)，不論是煙道排放標準，State Implementation Plan (SIP)，車輛排放法規，non-attainment area regulation， critical loads，都是為了讓美國周界濃度能低於NAAQS而產生，其中最重要就是SIP，推估各州未來的排放量，各州對未來美國周界濃度的貢獻量，當然SIP有很多種SIP，但是能不能通過SIP，或是如何證明各州對周界濃度的貢獻量，這時候就是該photo-chemical models上場。
這邊很簡單提一下photo-chemical model，其實就是一個很龐大的偏微分方程，裡面包含了各種不同機制(排放、沉降、化學反應、傳輸等等)，所以要幫他準備input data包含氣象條件、排放、initial/boundary conditions去解微分方程。問題來了，如果你只是丟進去誤差很大的數據，那做數學模型的人有個很經典的字來形容這種情形:GIGO。氣象條件，相對來說問題較小，NOAA或是Penn State U在1990s開發了一些氣象模式，可以幫助我們降低氣象方面的誤差，那重點又回到EPA，排放誤差怎麼辦? 如果全國使用AP-42下去推估，你還是會缺很多排放類別，更甚者，這個排放誤差會高到爆炸，所以美國環保署建立了一套系統怎麼去從聯邦政府跟各級地方政府合作，可以詳細推估至少到各郡的各排放類別的排放量，進而套入CMAQ/CAMx把模式推估大氣濃度跟採樣數值比較，以達到釐清各州、各排放類別的貢獻，可以針對弱點先加以改善，當然美國環保署對各州的SIP都有強制性，如果SIP沒有準備好會強制進入FIP，進入FIP之後該州對於其未來空氣汙染排放進程無法控制，全部都由聯邦政府主導，你可能會覺得這好像聽起來還好，但是進入FIP意味著地方政府對該州未來的建設跟產業發展無法有效掌握，也會失去很多聯邦補助款項。通常SIP要做的東西很多，我這裡不想多講，以後有機會再來慢慢分享。同時我必須要說，我接觸這些東西只有兩年多的時間，所以如果有錯誤歡迎大家指教。
那我們講回來National emission inventory(NEI)的部分，可能大致講解一下他是怎麼作用，又可怎麼應用。我2006年來米國讀書，所以第一個接觸到的NEI是2005，是2000s那附近最完整的NEI，包含有一般常見汙染物跟毒化物(不是每個NEI都有做詳細毒化物)，2008算是一個NEI小年數據沒有那麼詳細，會使用這組數據的人比較少，2011算是使用量最大的NEI數據，2014/2017通常是每三年會有一次NEI的產生，機制是環保署NEI的前一年就公告不同sectors數據上傳的截止日期，而且過了一到兩年才開始做NEI，譬如說今年環保署打算完成2017的NEI(你可以看他的更新是April 2020 version)，收到消息的地方政府(不論是州或是各郡)，就要開始根據不同sectors準備資料，大的point sources通常都是直接從CEM傳回EPA，所以問題奀，小的點源就要準備permit， 推估活動量；移動汙染源就要找車輛數目、汽車檢查頻率、車子年紀分布、各類車型的分布、每年的推估里程；農場排放你就要想辦法推估牲口數等等，這些資料一般州政府都會有，譬如說車子相關的可以去問監理站，農業相關的可以去找農業局，或是商業局等等。彙整之後把資料整理成環保署要的格式，透過EIS上傳給EPA，事情不是這樣就結束了，EPA會根據這些數據去推估大致上的空間分布通常非點源以郡為單位，點源就根據各自的位置，美國農廢燃燒、控制燃燒、野火很盛行，有些排放除了地方政府提供的資料，EPA會根據衛星資料、其他聯邦政府的調查(森林調查、農田調查、畜牧調查、VINdecode等等)去修正各級政府的排放量，如果沒有回報數據的地方政府，EPA會用聯邦既有資料推估，這時候有人會問，那我就給EPA用聯邦資料推估就好，但是事情總不是敢人想的那麼簡單，EPA推估誤差會很大，通常會做高量推估，所以該州貢獻會比較大，那如果你SIP沒過，你就自己想辦法吧，第一輪推估之後，EPA會把資料公布在網上，各級地方政府要自己去核對EPA有沒有哪邊算錯，在來回一次精確校正之後，這個NEI就算大致底定，通常會花數以百計的EPA還有地方政府人力數個月到一年的時間完成。
NEI到此大概完成的第一個步驟，EPA的photo-chemical models是每年更新，所以EPA會使用新的NEI去跑新的photo-chemical models，同時可以推估NEI跟model的不確定性有多大，通常會有兩到三個modeling platform的版本，結果出來，EPA會把數據放到網路上，並組織NEI跟modeling platform的檢討小組，為期幾個月到一年，這個小組我上次參與大概將近150個人，都是EPA或是各級地方政府的專業代表，要詳細討論不同emission sectors的誤差，未來年份的推估，縮小誤差的改進方法，譬如我上次負責的小組是看在不同區域時間PM/O3 evaluation 數值的變化，為什會產生這些變化(NEI跟模式的誤差貢獻)，我參與其他兩個組別分別是，討論為什麼在海邊臭氧濃度的異常，還有氨氮大氣濃度跟沉降的evalution，對大部分問題有共識之後，EPA會把這些原始檔案跟處裡過的檔案放到網路上，如果你需要跑photo-chemical models，就可以去下載使用。其中有很小量的工作是外包給顧問公司不由聯邦或各級政府負責，但從方法到結果、modeling、跟數據的維護都是EPA主導，以此維護數據的專業性跟各版本之間的連續性，同時有任何問題EPA可以快速更改，不用再將問題丟到承包的學校或是顧問公司，人家EPA領高薪也不是沒原因的XDD。
本來最後想講一點，看美國的作法台灣到底能怎麼做，但是夜幕低垂，我怕我講錯話得罪人，讓我過兩天想想之後再做分析。
最近UNC沒梗換貼Clarkson 好了
