научная статья по теме ОПЕРАТИВНАЯ СИСТЕМА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РАДИАЦИОННОЙ ОБСТАНОВКИ ДЛЯ МУРМАНСКОГО РЕГИОНА ПРИ АВАРИЙНОЙ СИТУАЦИИ Энергетика

Текст научной статьи на тему «ОПЕРАТИВНАЯ СИСТЕМА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РАДИАЦИОННОЙ ОБСТАНОВКИ ДЛЯ МУРМАНСКОГО РЕГИОНА ПРИ АВАРИЙНОЙ СИТУАЦИИ»

№ 6

ИЗВЕСТИЯ АКАДЕМИИ НАУК ЭНЕРГЕТИКА

2008

УДК 681.3.06

© 2008 г. КОСЫХ B.C., КЛЕПИКОВА Н.В., СТОГОВА И.В., ТРОЯНОВА Н.И., ФРЕЙМУНДТ Г.Н., ДЕНЬКИН В.А., БОРОДИН Р.В., РОЗИНКИНА И.А., ЦВЕТКОВ В.И., АРУТЮНЯН Р.В., СЕМЕНОВ В.Н., СОРОКОВИКОВА О.С., ФОКИН А.Л.*

ОПЕРАТИВНАЯ СИСТЕМА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РАДИАЦИОННОЙ ОБСТАНОВКИ ДЛЯ МУРМАНСКОГО РЕГИОНА ПРИ АВАРИЙНОЙ СИТУАЦИИ **

Дано описание пилотной в РФ системы мониторинга и аварийного реагирования на радиационно-опасные ситуации, установленной в Мурманском регионе. Прогноз в режиме реального времени основан на современных моделях распространения радионуклидов в атмосфере, моделях дозовых нагрузок, оперативном прогнозе и диагнозе метеорологических полей.

Система установлена для опытной эксплуатации в Мурманском управлении по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды.

Приведены результаты проверки достоверности метеорологического прогноза. Продемонстрирована работоспособность всей системы, приведены результаты тестового расчета.

Введение. Одной из задач обеспечения безопасности ядерных радиационно-опасных объектов (ЯРОО) и АЭС является задача оперативного прогнозирования радиационной обстановки в случае аварийных выбросов радиоактивных веществ в атмосферу.

Для прогнозирования радиационной обстановки в аварийных ситуациях в зоне 100 км вокруг ЯРОО используется моделирование атмосферного переноса путем решения нестационарного трехмерного уравнения турбулентной диффузии с коэффициентами, зависящими от параметров атмосферы, характеризующих ее состояние, что позволяет учитывать неоднородное трехмерное поле ветра, трехмерную неизотропную турбулентность, рельеф, осадки. Одно из достоинств таких моделей - возможность полноценного использования в качестве входных данных прогнозов характеристик атмосферы, необходимых для работы диффузионной модели, с учетом их пространственной и временной изменчивости. Это позволяет сделать прогнозирование радиационной ситуации более достоверным за счет улучшения качества моделирования распространения в атмосфере и выпадения на подстилающую поверхность радиоактивных веществ, поступивших в атмосферу при аварийных выбросах.

Для прогнозирования и моделирования развития ситуации в случае аварийных выбросов внимание уделяется оперативности прогноза. Для поддержки принятия решений о неотложных мерах по защите населения и окружающей среды и организации аварийно-спасательных работ оперативность прогноза и его качество - первостепенная задача.

* Косых В.С., Клепикова Н.В., Стогова И.В., Троянова Н.И., Фреймундт Г.Н., Денькин В.А., Бородин Р.В. - ГУ НПО "Тайфун"; Розинкина И.А., Цветков В.И. - ГУ Гидрометцентр России; Арутюнян Р.В., Семенов В.Н., Сороковикова О.С., Фокин А.Л. - ИБРАЭ РАН.

Работа выполнена при частичной поддержке РФФИ. Грант 07-08-00491-а.

Диффузионные модели атмосферного переноса могут полностью удовлетворять требованиям оперативности. На основе лагранжевой траекторной модели в ИБРАЭ РАН создана компьютерная система, предназначенная для оценки радиационной обстановки при аварийных выбросах радиоактивных веществ на радиационно-опасных объектах (система НОСТРАДАМУС [1, 2]). За счет применения эффективных вычислительных алгоритмов система способна работать в режиме реального времени, она внедрена в оперативную практику и используется на ряде предприятий ядерного топливного цикла и АЭС.

Но до последнего времени преимущества диффузионной модели не использовались в полном объеме. Стандартный прогноз Гидрометцентра России (ГМЦ) рассчитывается и передается на широтно-долготной сетке 1,25° х 1,25° (более чем 100 х 100 км) на стандартных изобарических поверхностях (с высотами 750 м, 1500 м и т.д.). Очевидно, что при расчете радиационной обстановки даже в зоне 30 км вокруг ЯРОО грубость разрешения и необходимость интерполирования данных внутри сетки указанного размера сводит на нет достоинства модели переноса. Поэтому актуально улучшение разрешения метеопрогноза.

В ФИАЦ Росгидромета (ГУ «НПО "Тайфун"») разработан метеорологический процессор (метеопроцессор) [3], позволяющий получать в мезомасштабной области (до 100 км) с улучшенным разрешением метеорологические данные при оперативном прогнозировании распространения примеси в атмосфере. Сотрудниками ИБРАЭ РАН и ФИАЦ Росгидромета создан программно-технический комплекс (ПТК), обеспечивающий оперативное реагирование на возможные аварийные радиационные ситуации в Мурманском регионе с автоматизированным использованием в диффузионной модели НОСТРАДАМУС (ИБРАЭ) прогностических метеорологических данных, подготовленных метеопроцессором (ФИАЦ Росгидромета). ПТК установлен и передан в опытную эксплуатацию в Государственное учреждение "Мурманское управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды" (МУГМС).

Способ определения параметров приземного и пограничного слоев атмосферы

Для проведения расчетов распространения радиоактивной примеси в атмосфере в Мурманском регионе диффузионную модель НОСТРАДАМУС необходимо обеспечить входной прогностической метеорологической информацией на широтно-долготной сетке О (по широте у от 68° до 70° и по долготе X от 30,5° до 35,5°) с шагом 5' и 19 уровнями по вертикали (2, 10, 30, 70, 130, 210, 310, 430, 570, 730, 910, 1110, 1330, 1570, 1830, 2110, 2410, 3070 м, отсчитываемых от поверхности земли). В Мурманском регионе градусная сетка с шагом 5' соответствует метрической сетке с шагом Ах = 3,4 км по оси X, направленной с запада на восток по касательной к параллели, и с шагом Ау = 9,3 км по оси У, направленной с юга на север по касательной к меридиану. Необходимые параметры, характеризующие состояние нижнего слоя атмосферы, должны быть спрогнозированы с заблаговременностью двое суток с интервалом 3 ч.

Метеорологический процессор осуществляет подготовку для области О на заданной пространственно-временной сетке следующего набора параметров:

- компоненты скорости ветра и, и, w, м/с;

- температура Т, °С;

- интегральные характеристики приземного и пограничного слоев атмосферы (Пр-СА и ПСА): динамическая скорость и*, м/с; параметр устойчивости (обратная длина Монина-Обухова), м-1; высота ПСА Н, м; непрерывный аналог параметра устойчивости атмосферы по Тернеру рт (параметр Смита);

- коэффициенты турбулентного обмена Кх, Ку, К, м2/с;

- эффективная интенсивность осадков уг1, мм/ч, за каждый час.

Для расчета трехмерной пространственной структуры ПСА используется следующий метод. Область О расчета метеопараметров разбивается на районы с достаточно однородной подстилающей поверхностью. Для каждого однородного района прово-

дится автономная количественная оценка параметров ПСА в стандартные сроки метеорологических наблюдений (00, 03, 06, 09, 12, 15, 18, 21 ч СГВ). Для этого применяется параметризация стратифицированного пограничного слоя бароклинной атмосферы, использующая как исходную метеоинформацию данные наблюдений на метеорологических станциях (МС) и/или ведомственных автоматических метеорологических станций (АМС) и оперативные метеорологические поля анализа и прогноза на сетке 1,25° х 1,25°, готовящиеся Гидрометцентром России.

Согласно современным представлениям для описания закономерностей распределения метеорологических элементов в ПСА в качестве основных определяющих параметров могут быть использованы следующие [4]: Иф, г>ф - компоненты скорости приземного ветра; Д0 = 0H - 00 - перепад температуры в пограничном слое атмосферы, где 00 и 0H - потенциальная температура у поверхности земли и на высоте ПСА; Xx, Xy - характеристики бароклинности атмосферы; z0 - параметр шероховатости; z -

высота; ß = g/T - параметр плавучести; T - средняя температура в ПСА; f - параметр Ко-риолиса; у, X - широта и долгота места. Определяющие параметры ПСА рассчитываются непосредственно по входным метеорологическим данным наблюдений или прогноза.

Приземный слой атмосферы параметризуется на основе фундаментальной теории подобия Монина-Обухова [5], согласно которой безразмерные вертикальные градиенты скорости ветра и потенциальной температуры являются универсальными функциями только от z/L, а масштабы температуры и динамической скорости u* определяют приземный турбулентный поток тепла QH = -pcpu*0*.

Интегральные характеристики ПСА (динамическая скорость u*, длина Монина-Обухова L, безразмерные параметры устойчивости ц = H/L и ц0 = (ku*)/(f |L), турбулентный приземный поток тепла QH, угол поворота ветра с высотой а) параметризуются на основе законов сопротивления, тепломассообмена для стратифицированного ПСА [6-10]. Они связывают интегральные характеристики ПСА с внешними определяющими параметрами по универсальным функциям подобия ПСА [5], зависящим от обобщенного ц и внутреннего ц0 параметров устойчивости и параметров бароклинности Xx и Xy. Система уравнений является незамкнутой и дополняется уравнением для определения высоты ПСА H. Для конвективного ПСА прогностическое уравнение для определения высоты получено интегрированием по времени приземного турбулентного потока тепла и динамической скорости [11, 12]. Нейтральный и устойчивый ПСА рассматриваются как квазистационарные, уравнение для Н является диагностическим, основанным на текущих характеристиках ПСА [6, 7]. Представленный метод обобщен на случай бароклинной атмосферы и позволяет связать потоки у поверхности земли с параметрами свободной атмосферы [10].

Влияние местных условий на циркуляционные особенности воздушных потоков в атмосфере учитывается адаптацией крупномасштабных потоков к локальным особенностям, использованием поля параметра шероховатости, рельефа местности и метеорологических данных наблюдений сетевых метеорологических станций и АМС.

Мезомасштабные поля скорости ветра определяются в два этапа: на первом - одномерной моделью ПСА восстанавливаются вертикальные профили скорости ветра в области счета; на втором - применяется диагностическая модель сохранения массы и осуществляется приспособление полученного поля к локальным особенностям местности путем поиска ближайшего к исходному потоку бездивергентного поля ветра

(ДU = 0) при условии параллельности приземного ветра поверхности земли [13]. Пр

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком