張 彥 喬清黨 楊端節(jié) 郭 猜 劉金凱

（生態(tài)環(huán)境部核與輻射安全中心 北京 100082）

核爆炸或重大核泄漏事故產(chǎn)生的核污染物由于可能對(duì)人體健康和環(huán)境帶來(lái)重大危害和影響，其在大氣中的長(zhǎng)距離傳輸和沉降過(guò)程，一直是各國(guó)核應(yīng)急工作者關(guān)注的重點(diǎn)。通過(guò)數(shù)值計(jì)算方法，開展模擬研究是預(yù)測(cè)和重現(xiàn)核污染物在大氣中的傳輸路徑及對(duì)污染后果進(jìn)行定量評(píng)估的重要手段。

目前，在中長(zhǎng)距離核污染物擴(kuò)散模擬和預(yù)報(bào)的數(shù)值方法上，應(yīng)用比較成熟和廣泛的主要是拉格朗日方法和歐拉方法兩類，分別基于湍流統(tǒng)計(jì)理論和梯度輸送理論。各國(guó)核安全監(jiān)管當(dāng)局和科研機(jī)構(gòu)，在采用拉格朗日或歐拉方法的基礎(chǔ)上陸續(xù)開發(fā)了多種數(shù)值模擬軟件系統(tǒng)，如歐盟的RODOS（Real-time On-line Decision Support）［1-2］、日 本 的SPEEDI/WSPEEDI（System for Prediction of Environmental Emergency Dose Information/Worldwide version of System for Prediction of Environmental Emergency Dose Information）［3］、美 國(guó) 的ARAC/NARAC（Atmospheric Release Advisory Capability/National Atmosphere Release Advisory Center）［4］和HYSPLIT（Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model）［5］、我國(guó)的RADCON（Radioactive Consequence Assessment System for Overseas Nuclear Accident）［6］、PARMODEL（Particle diffusion Model）［7］等。兩種方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，拉格朗日方法更適用于對(duì)統(tǒng)計(jì)平穩(wěn)和均勻湍流條件下的擴(kuò)散問(wèn)題描述，但對(duì)各種大氣物理過(guò)程及干、濕沉降考慮都比較簡(jiǎn)單；歐拉方法能夠模擬更復(fù)雜的物理過(guò)程，但是容易出現(xiàn)網(wǎng)格點(diǎn)上虛假擴(kuò)散等問(wèn)題［8］。歐拉-拉格朗日方法則通過(guò)兩種數(shù)值模擬方法的結(jié)合，能夠進(jìn)一步提高模型的適用性和應(yīng)用范圍，國(guó)外對(duì)此研究相對(duì)較多。Nikolai Talerko應(yīng)用基于LEDI（Lagrangian-Eulerian DIffusion model）大氣傳輸模型，重構(gòu)了烏克蘭地區(qū)由于切爾諾貝利核事故產(chǎn)生的放射性污染隨時(shí)間變化，給出了131I的放射性污染圖形［9-10］；Stein和Cohen等［5］將基于拉格朗日方法（HYSPLIT）和歐拉方法的全球模型（Global Eulerian Model，GEM）相嵌套，開展了歐拉-拉格朗日方法模擬研究，得到了較好的模擬結(jié)果。近年來(lái)，歐拉-拉格朗日方法在水體及密閉空間內(nèi)污染擴(kuò)散等方面也得到了一定的應(yīng)用研究［11-12］。

本文基于JRODOS（Java Real-time On-line Decision Support）系 統(tǒng) MATCH（Multi-scale Atmospheric Transport and Chemistry）模塊的歐拉-拉格朗日方法，針對(duì)我國(guó)東部沿海某核電廠假想的核事故泄漏，開展長(zhǎng)距離氣載核污染物傳輸擴(kuò)散數(shù)值模擬研究，進(jìn)一步探討歐拉-拉格朗日方法在國(guó)內(nèi)核事故污染物長(zhǎng)距離輸運(yùn)模擬中的適用性。

1 數(shù)值模擬軟件系統(tǒng)簡(jiǎn)介

歐盟的RODOS軟件系統(tǒng)是在歐洲得到廣泛應(yīng)用的綜合性實(shí)時(shí)在線場(chǎng)外核應(yīng)急決策支持系統(tǒng)，它可以在整個(gè)事故階段和各個(gè)距離范圍對(duì)事故后果、防護(hù)行動(dòng)和對(duì)策作出評(píng)價(jià)、分析和預(yù)測(cè)［1-2］。近年來(lái)，RODOS系統(tǒng)廣泛使用的版本為JRODOS，是Java版本的RODOS系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)Windows和Linux版本的統(tǒng)一運(yùn)行，用戶界面和體驗(yàn)性得到極大增強(qiáng)。其最初版本于2009年12月在德國(guó)KIT（Karlsruhe Institute of Technology）運(yùn)行中心完成測(cè)試，2010年4月發(fā)布第二個(gè)運(yùn)行版本。2011年3月，針對(duì)日本福島核電廠定制了本地化的JRODOS，并用于開展福島核事故的核污染物大氣擴(kuò)散和沉積模擬計(jì)算工作［13］。2019年生態(tài)環(huán)境部通過(guò)中歐合作項(xiàng)目，與歐盟達(dá)成相關(guān)協(xié)議，獲得了JRODOS最新版本的使用權(quán)，并將其作為生態(tài)環(huán)境部（國(guó)家核安全局）核與輻射事故后果評(píng)價(jià)工作的技術(shù)支撐工具之一。

在長(zhǎng)距離核污染擴(kuò)散方面，歐盟將瑞典氣象水文研究所（Swedish Meteorological and Hydrological Institute，SMHI）開發(fā)的多尺度大氣輸送和化學(xué)模型MATCH（Multi-scale Atmospheric Transport and Chemistry）［14］嵌入RODOS系統(tǒng)中用于相關(guān)模擬工作。MATCH模型在最初開發(fā)時(shí)完全采用了歐拉方法，主要應(yīng)用于空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)、化學(xué)污染物傳輸擴(kuò)散等多個(gè)領(lǐng)域。1998年，Langner等［15］將其應(yīng)用在放射性物質(zhì)長(zhǎng)距離擴(kuò)散研究中，通過(guò)在放射性源項(xiàng)處理上使用拉格朗日方法進(jìn)行初始化，將其擴(kuò)展為基于歐拉-拉格朗日方法的數(shù)值模型。

歐拉-拉格朗日方法模擬的基本思路是：在污染物釋放的初始階段，采用拉格朗日方法來(lái)描述其擴(kuò)散傳輸過(guò)程，當(dāng)傳輸經(jīng)過(guò)一定距離且污染物擴(kuò)展到足夠多的計(jì)算網(wǎng)格之后，采用歐拉方法對(duì)后續(xù)擴(kuò)散進(jìn)行模擬。對(duì)此，MATCH模型在源項(xiàng)初始擴(kuò)散10 h內(nèi)采用拉格朗日方法，10 h后切換為歐拉方法，同時(shí)將源項(xiàng)轉(zhuǎn)換為歐拉方法需要的濃度場(chǎng)。模型采用的拉格朗日方法僅用來(lái)處理平流和水平擴(kuò)散，在垂直擴(kuò)散和干、濕沉降方法上仍按照歐拉方法來(lái)處理［15］。MATCH模型針對(duì)放射性污染物粒徑進(jìn)行了分型，賦予其不同的重力沉降速度，能夠用來(lái)模擬核爆炸煙云擴(kuò)散過(guò)程［16］，但在JRODOS系統(tǒng) 引入的MATCH模塊中，不提供核爆后果評(píng)價(jià)計(jì)算功能，在核電廠核事故后果評(píng)價(jià)計(jì)算中，將放射性污染物看作氣溶膠粒子，按照相關(guān)經(jīng)典干、濕沉降理論處理［15］。2014年，Kovalets等［17］應(yīng)用JRODOS系統(tǒng)的MATCH模塊對(duì)日本福島核電廠核事故污染擴(kuò)散進(jìn)行了相關(guān)研究，取到了較好的結(jié)果。

2 核事故模擬輸入設(shè)置

2.1 事故源項(xiàng)設(shè)計(jì)

2011年3月11日，日本福島核電廠因地震海嘯導(dǎo)致發(fā)生7級(jí)核事故，大量核污染物泄漏到大氣中，事后日本及國(guó)際上各方都對(duì)泄漏數(shù)據(jù)進(jìn)行了推算及反演研究。根據(jù)聯(lián)合國(guó)原子輻射影響科學(xué)委員會(huì)（United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation，UNSCEAR）在2013年報(bào)告書中的權(quán)威評(píng)估，福島核事故的泄漏量：131I為100~500 PBq，137Cs為6~20 PBq，約為切爾諾貝利核事故泄漏量的1/10和1/5；日本先后撤離居民約88 000人，成人在撤離前及撤離中所受有效劑量平均不到10 mSv，從數(shù)據(jù)上來(lái)說(shuō)對(duì)全球人和環(huán)境造成的輻射危害相對(duì)有限，但對(duì)當(dāng)?shù)鼐用裆a(chǎn)和生活帶來(lái)了不可逆的后果，其影響仍然超出了社會(huì)和公眾的接受限度［18］。

本次模擬的源項(xiàng)設(shè)計(jì)參考福島核事故的最大泄漏量，假想我國(guó)東部沿海地區(qū)某核電廠，在出現(xiàn)某種不可抗力的意外情形下，發(fā)生超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)嚴(yán)重事故，導(dǎo)致核污染物釋放到大氣中，采用JRODOS系統(tǒng)的MATCH模塊對(duì)其長(zhǎng)距離傳輸、擴(kuò)散、沉降過(guò)程開展數(shù)值模擬研究。

JRODOS系統(tǒng)的MATCH模塊中，可對(duì)10余種核素進(jìn)行模擬計(jì)算，包括：88Kr、133Xe、135Xe、131I、132I、133I、135I、88Rb、89Sr、90Sr、95Zr、132Te、140Ba、134Cs、137Cs等核素，對(duì)不同核素按照其各自半衰期分別計(jì)算，為簡(jiǎn)化計(jì)算未考慮各核素的衰變鏈。結(jié)合福島核事故核污染物釋放情況，本次模擬計(jì)算選取131I、137Cs兩種典型核素作為釋放源項(xiàng)，并假設(shè)131I釋放總量為500 PBq，即5×1017Bq，137Cs釋放總量為20 PBq，即2×1016Bq，131I釋放總量為137Cs的25倍。

2.2 模型參數(shù)初始化設(shè)置

MATCH計(jì)算需要大尺度數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)作為輸入氣象場(chǎng)，支持NCEP（National Centers for Environmental Prediction）、ECMWF（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts）等多種國(guó)際通用氣象數(shù)據(jù)格式，通過(guò)JRODOS內(nèi)部工具進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后，可生成計(jì)算所需的氣象場(chǎng)，傳輸擴(kuò)散計(jì)算的分辨率由氣象場(chǎng)的空間分辨率同步確定。本次模擬計(jì)算隨機(jī)選取了2021年1月25日18時(shí)（UTC時(shí)間）到2021年1月29日21時(shí)（UTC時(shí)間）共99 h的NCEP全球GFS預(yù)報(bào)資料作為背景氣象場(chǎng)［19］，其中初始時(shí)刻25日18時(shí)數(shù)據(jù)為再分析數(shù)據(jù)，其后每隔3 h產(chǎn)生一個(gè)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，逐次遞增至99 h。數(shù)據(jù)內(nèi)容覆蓋各等壓面（從地面到高空0.4 hPa高度），主要包含位勢(shì)高度、溫度、位溫、風(fēng)、海平面溫度、降水和對(duì)流頂層氣壓等物理量。選取的氣象數(shù)據(jù)空間分辨率為0.5°，模擬區(qū)域以我國(guó)東部某核電廠（30.5°N，120.9°E）為中心，網(wǎng)格范圍設(shè)置為100×100，模擬范圍為95°E~145°E，6°N~56°N，覆蓋我國(guó)東部、東南部及東亞、東南亞部分地區(qū)，水平擴(kuò)散網(wǎng)格與氣象場(chǎng)網(wǎng)格保持一致，垂直方向通過(guò)線性插值處理，計(jì)算結(jié)果的輸出顯示，需要與JRODOS系統(tǒng)的GIS（Geographic Information System）地圖匹配，本次計(jì)算設(shè)置為墨卡托投影，計(jì)算結(jié)果按照墨卡托投影進(jìn)行變換后輸出。

核事故源項(xiàng)釋放時(shí)間設(shè)定在2021年1月25日19時(shí)（UTC時(shí)間），假設(shè)釋放高度為1 km，釋放時(shí)間總計(jì)為3 h。系統(tǒng)需要輸入源項(xiàng)的平均釋放速率，根據(jù)假定釋放總量推算，設(shè)置釋放平均速率131I約為4.6×1013Bq·s-1，137Cs約為1.85×1012Bq·s-1。

3 模擬結(jié)果與分析

3.1 長(zhǎng)距離傳輸沉降總量模擬結(jié)果分析

由于源項(xiàng)設(shè)置中131I釋放總量為137Cs的25倍，模擬計(jì)算結(jié)果表明，在地面沉降份額中131I所占比例達(dá)到96%左右，137Cs為3%左右。圖1為本次核事故模擬中131I在長(zhǎng)距離傳輸中的地面累積沉降量，包括干沉降和濕沉降總和，選取的4個(gè)時(shí)刻分別為26日00時(shí)UTC、26日09時(shí)UTC、27日00時(shí)UTC、29日21時(shí)UTC，即釋放結(jié)束后2 h、11 h、26 h和95 h的地面累積沉降量分布圖。

分析圖1結(jié)果可以看出，圖1（a）、（b）中的地面沉降分布明顯具有拉格朗日方法計(jì)算的結(jié)果特征，即與空中單一污染煙團(tuán)相對(duì)應(yīng)，呈現(xiàn)出規(guī)則的矩形疊加分布，同時(shí)也體現(xiàn)出早期污染煙團(tuán)傳輸距離較短，水平擴(kuò)散范圍較小的明顯特征；其后，從圖1（c）、（d）可以看到，隨著風(fēng)向的變化以及模型轉(zhuǎn)為歐拉計(jì)算方法，地面沉降圖形逐步表現(xiàn)為大范圍的蘑菇狀擴(kuò)散，沉降圖形由從事故點(diǎn)向東南方向擴(kuò)展，轉(zhuǎn)為從東南向西南方向延伸，且在向西南主方向延伸的同時(shí)，保持著在各個(gè)方向上的隨機(jī)擴(kuò)散形態(tài)，明顯具有歐拉方法中各網(wǎng)格點(diǎn)獨(dú)立擴(kuò)散的特征；最終在計(jì)算終止時(shí)，地面沉降圖形從我國(guó)華東地區(qū)延伸至東海、臺(tái)灣海峽呈帶狀分布，覆蓋整個(gè)華南沿海地區(qū)，包括臺(tái)灣和海南島全部，并一直延伸至越南北部，影響面積東西方向達(dá)到3 000 km左右，南北方向達(dá)到2 000 km左右。

圖1 某核電廠核事故131I長(zhǎng)距離傳輸?shù)孛娉两的M結(jié)果（Bq·m-2）(a) 1月26日00時(shí)UTC，(b) 1月26日09時(shí)UTC，(c) 1月27日00時(shí)UTC，(d) 1月29日21時(shí)UTCFig.1 Surface deposition simulation results of 131I long distance transport of nuclear accident in a nuclear power plant (Bq·m-2)(a) 00:00 UTC, January 26, (b) 09:00 UTC, January 26, (c) 00:00 UTC, January 27, (d) 21:00 UTC, January 29

在沉降量級(jí)上可以看到，最大沉降量在107~108Bq·m-2區(qū)間，出現(xiàn)在核事故發(fā)生早期，距離核電廠較近，在核電廠下風(fēng)東南方向，影響范圍約占4個(gè)網(wǎng)格面積，約10 000 km2；在隨后的沉降圖形上，由蘑菇狀分布逐漸轉(zhuǎn)為明顯的帶狀分布，沉降量級(jí)逐次遞減至10 Bq·m-2，范圍逐漸擴(kuò)大，在西南方向下游出現(xiàn)103~104Bq·m-2和102~103Bq·m-2的局部中心點(diǎn)。由此說(shuō)明，在核事故早期，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注距事故地點(diǎn)下游方向的近距離污染情況，中期（事故發(fā)生30 h后）應(yīng)關(guān)注在距事故地點(diǎn)遠(yuǎn)距離外可能出現(xiàn)的沉降中心點(diǎn)。

圖2為本次核事故模擬中137Cs在長(zhǎng)距離傳輸中的地面累積沉降量，包括干、濕沉降總和?？傮w看，137Cs地面沉降圖形與131I極為相似，但由于釋放總量?jī)H為131I的1/25，導(dǎo)致其在地面沉降貢獻(xiàn)占比中僅為3%左右，在各個(gè)時(shí)刻的沉降圖形覆蓋面積也比131I明顯偏小；137Cs早期最大沉降量級(jí)在106~107Bq·m-2區(qū)間，出現(xiàn)時(shí)間和地點(diǎn)與131I沉降圖形非常接近，在后期下游的局部中心點(diǎn)，沉降量級(jí)均比131I約低一個(gè)量級(jí)，中心區(qū)域范圍也明顯縮小。模擬結(jié)果表明：131I在污染范圍和量級(jí)上的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)超137Cs，與最初的釋放源項(xiàng)份額差異有明顯關(guān)聯(lián)。

圖2 某核電廠核事故137Cs長(zhǎng)距離傳輸?shù)孛娉两的M結(jié)果（Bq·m-2）(a) 1月26日09時(shí)UTC，(b) 1月29日21時(shí)UTCFig.2 Surface deposition simulation results of 137Cs long distance transport of nuclear accident in a nuclear power plant (Bq·m-2)(a) 09:00 UTC, January 26, (b) 21:00 UTC, January 29

3.2 濕沉降模擬結(jié)果分析

本次模擬計(jì)算采用的NCEP氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)表明，在核污染煙云傳輸路徑上有較長(zhǎng)時(shí)間的大范圍降水過(guò)程。圖3為本次核事故131I地面濕沉降及降水預(yù)報(bào)模擬結(jié)果，137Cs與之相類似，為便于分析比較，選取截圖時(shí)間與圖1時(shí)間點(diǎn)相同；圖4為131I在29日21時(shí)UTC地面濕沉降與干沉降模擬結(jié)果的比較圖。

圖3 某核電廠核事故131I地面濕沉降(a)（Bq·m-2）及降水預(yù)報(bào)(b)（kg·m-2）模擬結(jié)果(a1、b1) 1月26日00時(shí)UTC，(a2、b2) 1月26日09時(shí)UTC，(a3、b3) 1月27日00時(shí)UTC，(a4、b4) 1月29日21時(shí)UTCFig.3 Simulation results of 131I surface wet deposition (a) (Bq·m-2) and precipitation forecast (b) (kg·m-2) of nuclear accident in a nuclear power plant(a1, b1) 00:00 UTC, January 26, (a2, b2) 09:00 UTC, January 26, (a3, b3) 00:00 UTC, January 27, (a4, b4) 21:00 UTC, January 29

從圖3（a）中在4個(gè)時(shí)間點(diǎn)上的截圖可以看出，131I的地面濕沉降在范圍和量級(jí)上與圖1總沉降結(jié)果極為接近，圖4也表明，干沉降分布范圍相對(duì)濕沉降小很多，且最大值與濕沉降結(jié)果相差兩個(gè)量級(jí)左右，說(shuō)明在本次模擬的沉降結(jié)果中，濕沉降占主要地位；在圖3（b）中對(duì)應(yīng)時(shí)間的降水預(yù)報(bào)結(jié)果上也可以看到，在核污染物傳輸下游一直有持續(xù)性的降水出現(xiàn)，在圖3（b4）中，臺(tái)灣海峽和越南北部附近還出現(xiàn)了局部的較高降水中心區(qū)，與圖3（a4）中的濕沉降局部中心點(diǎn)呈現(xiàn)出對(duì)應(yīng)關(guān)系。以上分析可以看出，本次模擬中降水對(duì)核污染物的清除發(fā)揮了重要作用，特別在核事故早期降水的清除作用，也是導(dǎo)致核污染物遠(yuǎn)、近距離沉降相差4~5個(gè)量級(jí)的主要原因。

圖4 某核電廠核事故131I地面濕沉降(a)（Bq·m-2）及干沉降(b)（Bq·m-2）1月29日21時(shí)UTC模擬結(jié)果比較Fig.4 Comparison of simulation results of 131I surface wet deposition (a) (Bq·m-2) and surface dry deposition (b) (Bq·m-2) of nuclear accident in a nuclear power plant at 21:00 UTC on January 29

3.3 實(shí)時(shí)氣象場(chǎng)對(duì)比分析

本次模擬計(jì)算采用的是氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，與應(yīng)急響應(yīng)時(shí)開展核事故后果評(píng)價(jià)工作相一致。為進(jìn)一步驗(yàn)證氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)和模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，選取了模擬計(jì)算時(shí)段的天氣分析圖進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。圖5為我國(guó)中央氣象臺(tái)在模擬釋放后前兩天的部分實(shí)時(shí)地面天氣疊加雷達(dá)降水分析圖［20］。

圖5 中央氣象臺(tái)實(shí)時(shí)地面天氣疊加雷達(dá)降水分析圖(a) 1月25日21時(shí)UTC，(b) 1月26日00時(shí)UTC，(c) 1月26日09時(shí)UTC，(d) 1月27日00時(shí)UTCFig.5 Real-time surface weather superimposed radar precipitation analysis chart of Chinese Central Meteorological Station(a) 21:00 UTC, January 25, (b) 00:00 UTC, January 26, (c) 09:00 UTC, January 26, (d) 00:00 UTC, January 27

從圖5可以看出，25日21時(shí)UTC，即在核事故污染物釋放過(guò)程中，事故地點(diǎn)以西北風(fēng)為主，風(fēng)向下游及我國(guó)東部沿海地區(qū)有明顯的實(shí)時(shí)降水出現(xiàn)，后續(xù)幾天內(nèi)，東南沿海雷達(dá)圖顯示沿岸站點(diǎn)一直有小規(guī)模降水，與NCEP氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)較為一致；在計(jì)算時(shí)間段內(nèi)，我國(guó)華東、華南地區(qū)一直處于地面高壓前部控制，等壓線較為稀疏，風(fēng)速較小，高壓系統(tǒng)穩(wěn)定且逐步向東南移動(dòng)，東南沿海及臺(tái)灣海峽以東北風(fēng)為主，因此污染煙云在傳輸過(guò)程中，呈現(xiàn)出先向東南再轉(zhuǎn)向西南方向緩慢移動(dòng)擴(kuò)散為主的路徑，與地面天氣實(shí)況相一致。

圖6為我國(guó)中央氣象臺(tái)在模擬釋放后前兩天內(nèi)的部分高空實(shí)時(shí)天氣分析圖［20］。本次模擬設(shè)置的源項(xiàng)釋放高度為1 km，故選取了925 hPa（約800 m）和 850 hPa（約1 500 m）高空天氣圖開展對(duì)應(yīng)分析。1月26日00時(shí)UTC，即釋放結(jié)束2 h后，925 hPa等壓面上，事故地點(diǎn)處于高壓前部，受弱冷平流影響，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)；850 hPa等壓面上，事故地點(diǎn)處于高低壓之間鞍型場(chǎng)控制，弱冷平流影響比925 hPa更小，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠黠L(fēng)。整體看，污染煙云處于兩層之間，由于兩層等高線都較為稀疏，風(fēng)速較小，系統(tǒng)穩(wěn)定少動(dòng)，垂直運(yùn)動(dòng)較小，不利于污染煙團(tuán)快速向遠(yuǎn)距離傳輸，因此，在降水作用下事故地點(diǎn)近距離容易形成沉降最大值。1月27日00時(shí)UTC，即釋放結(jié)束26 h后，煙云主體已經(jīng)擴(kuò)散至我國(guó)東海、臺(tái)灣海峽大部，該處氣象場(chǎng)在925 hPa等壓面上處于高壓底部，受弱冷平流影響，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠憋L(fēng)；850 hPa等壓面上受南部高壓整體控制，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)及東風(fēng)，受弱暖平流影響。兩層高空等高線仍然較為稀疏，風(fēng)速較小，系統(tǒng)移動(dòng)緩慢，不利于垂直擴(kuò)散和長(zhǎng)距離快速傳輸。因此，污染煙云在此時(shí)逐漸緩慢向我國(guó)南部移動(dòng)，最終沿著臺(tái)灣海峽形成從東北-西南走向的狹長(zhǎng)帶狀分布沉降圖，數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)況天氣變化趨勢(shì)較為吻合。

圖6 中央氣象臺(tái)925 hPa (a)及850 hPa (b)實(shí)時(shí)高空天氣圖(a1、b1) 1月26日00時(shí)UTC，(a2、b2) 1月27日00時(shí)UTCFig.6 Real-time upper-air chart of 925 hPa (a) and 850 hPa (b) of Chinese Central Meteorological Station(a1, b1) 00:00 UTC, January 26, (a2, b2) 00:00 UTC, January 27

3.4 地面劑量率場(chǎng)模擬結(jié)果分析

為進(jìn)一步分析核污染沉降對(duì)人群健康和環(huán)境的影響，模擬結(jié)果還給出了地面總劑量率場(chǎng)（包括131I和137Cs總貢獻(xiàn)）分布圖（圖7）。由于131I釋放總量為137Cs的25倍，模擬結(jié)果顯示，131I對(duì)地面劑量率的貢獻(xiàn)大于99%，與總劑量率場(chǎng)分布結(jié)果基本完全一致，表明本次模擬中131I對(duì)人和環(huán)境的影響比137Cs更加重要。

圖7的模擬結(jié)果表明，地面劑量率的最大量級(jí)在10-5~10-4mSv·h-1區(qū)間，即為10~100 nSv·h-1區(qū)間，和天然本底水平相當(dāng)，在核事故源項(xiàng)釋放結(jié)束11 h后出現(xiàn)在我國(guó)東部海域；其后最大值下降為10-7~10-6mSv·h-1區(qū)間，即0.1~1 nSv·h-1區(qū)間，遠(yuǎn)小于天然本底水平，28日00時(shí)之后地面劑量率場(chǎng)量級(jí)進(jìn)一步下降，低于最低繪圖區(qū)間值?？傮w看，在各時(shí)間點(diǎn)上，地面劑量率的出現(xiàn)范圍也小于總沉降圖形范圍，且主要影響范圍為海上無(wú)人區(qū)，量級(jí)上接近或低于天然本底水平，表明本次模擬核事故的污染沉降對(duì)人體健康和環(huán)境影響較小。

圖7 某核電廠核事故長(zhǎng)距離傳輸?shù)孛鎰┝柯蕡?chǎng)（mSv·h-1）模擬結(jié)果(a) 1月26日09時(shí)UTC，(b) 1月26日19時(shí)UTC，(c) 1月27日00時(shí)UTC，(d) 1月28日00時(shí)UTCFig.7 Surface dose rate field (mSv·h-1) simulation results of long distance transport of nuclear accident in a nuclear power plant(a) 09:00 UTC, January 26, (b) 19:00 UTC, January 26, (c) 00:00 UTC, January 27, (d) 00:00 UTC, January 28

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本次數(shù)值模擬及結(jié)果分析，可以得到以下初步結(jié)果：

1） JRODOS系統(tǒng)采用的歐拉-拉格朗日模型方法能夠給出核污染物長(zhǎng)距離傳輸和沉降的主要特征，本次模擬99 h污染擴(kuò)散耗時(shí)約12 min，計(jì)算效率較高，結(jié)果可視化程度較好，模擬結(jié)果與實(shí)況天氣圖總體趨勢(shì)上較為符合，可以為我國(guó)核事故后果評(píng)價(jià)及應(yīng)急決策提供輔助參考。

2） 在本次模擬的氣象條件下，在發(fā)生類似福島核電廠泄漏的7級(jí)核事故時(shí)，其對(duì)我國(guó)東部、東南沿海地區(qū)及臺(tái)灣、海南島等地的影響，地面劑量率場(chǎng)最大值在10~100 nSv·h-1區(qū)間，后續(xù)下降為0.1~1 nSv·h-1，相當(dāng)或低于天然本底水平。

3） 本次模擬結(jié)果表明，在天氣形勢(shì)不利于污染物向長(zhǎng)距離快速傳輸?shù)那闆r下，降水導(dǎo)致的濕沉降將對(duì)污染物的快速清除起到?jīng)Q定性作用，同時(shí)傳輸路徑上的局部強(qiáng)降水中心將導(dǎo)致地面沉降出現(xiàn)局部中心高值，應(yīng)引起重點(diǎn)關(guān)注。

作者貢獻(xiàn)聲明張彥：負(fù)責(zé)文章編寫，開展模型實(shí)驗(yàn)并分析結(jié)果；喬清黨：參與結(jié)果分析討論，負(fù)責(zé)文章校核；楊端節(jié)：提出修改意見、審核論文；郭猜：參與文獻(xiàn)調(diào)研及結(jié)果分析討論；劉金凱：參與結(jié)果分析討論，協(xié)調(diào)辦理相關(guān)發(fā)表流程。