2011 年3 月日本福岛核泄漏物质输运扩散路径的情景模拟与预测 乔方利11科学通报.pdf

2011 年 第 56 卷 第 12 期：887 ~ 894 《中国科学》杂志社 论 文 SCIENCE CHINA PRESS 2011 年3 月日本福岛核泄漏物质输运扩散路径的 情景模拟和预测 乔方利, 王关锁, 赵伟, 赵杰臣, 戴德君, 宋亚娟, 宋振亚 国家海洋局第一海洋研究所, 青岛 266061 E-mail: qiaofl@ 2011-03-23 收稿, 2011-04-09 接受 国家重点基础研究发展计划(2010CB950303)和国家自然科学基金重点项目资助 摘要 2011 年 3 月受日本以东地震和海啸影响, 日本福岛核电站发生核物质泄漏. 本文提 关键词 出泄漏物质自然输运的3 种通道: 大气快速输运通道、海洋表层慢速输运通道和海洋内部 核泄漏 极慢速输运通道. 基于短期气候预测模式和海洋环流数值模式, 在理想假设条件下, 对核 输运扩散 泄漏物质的输运扩散路径进行了情景模拟和预测. 结果显示: 若泄漏源设置在近地层 992 大气和海洋通道 预测 hPa, 10 d 后影响范围可达北美大部地区, 但浓度比所设置的源区浓度低约6 个量级, 15 d 后 可影响到欧洲, 20 d 后前锋进入中国西部地区, 30 d 后则布满整个纬带; 若泄漏源在5 km 高 度, 泄漏10 d 后影响范围可覆盖欧洲, 15 d 即可布满整个纬带; 若泄漏源在10 km 高度, 10 d 后即可影响中国大部分区域. 核泄漏物质通过海洋表层通道向东输运则缓慢得多, 50 d 后到 达150°E 左右, 且影响范围仅在一条狭窄条带内. 大气通道影响范围巨大, 甚至可到达赤道 海域上空, 但核泄漏物质的浓度很快降低. 大气环流上游如北美和欧洲的大气质量监测结 果对中国具有重要的参考价值. 北京时间2011 年3 月 11 日13 时46 分距日本本 亟待回答的科学问题. 国家气象中心早在20 世纪 90 州岛仙台港以东约 130 km 处( 38.0°N, 142.9°E) 海底 年代后期就建设了核污染物长距离传输的全球大气 发生 9.0 级地震, 震源深度 10 km. 随后该地震引发 环境业务数值预报系统, 2007 年又建立了区域大气 的高达 10 m 海啸袭击了日本东部沿海地区. 日本福 环境应急响应模式系统[1]. 利用当今改进的短期气候 岛核电站(37.42°N, 141.03°E) 地处日本福岛工业区, 预测模式开展情景模拟和预测, 依然有其迫切性和 是目前世界上最大的核电站. 受此次地震和海啸的 必要性. 影响, 日本福岛核电站遭受重创, 引发核泄漏. 3 月 核泄漏物质的输运扩散存在3 类自然通道: 大气 12 日1号反应堆发生爆炸, 据报道推测70% 的燃料棒 中随气流的快速输运通道、海洋表层随海流的慢速输 受损; 3 月 14 日由于反应堆温度升高导致3 号反应堆 运通道以及海洋内部的极慢速输运通道. 除此之外, 发生爆炸; 3 月 15 日2 号反应堆爆炸, 30%的燃料棒 也存在人类活动(如船舶、飞行器) 等输运通道. 相比 可能受损; 4 号反应堆继 15 号爆炸后 16 号又发生火 于自然通道, 人类活动的输运通道非常微弱, 但不排 情, 4 号反应堆的爆炸导致外墙出现破损, 使得储存 除对局部区域造成影响. 由于海洋内部通道输运速 乏燃料棒的水池曝露在大气中. 核泄漏物质会随大 度极慢, 需要数年甚至数十年才能具有明显长程 气和海洋的运动而运移和扩散, 其影响范围是一个 输运效果,