Технологии прогнозирования распространения примеси методом случайных смещений (метод Монте-
advertisement
Технологии прогнозирования распространения примеси методом случайных смещений (метод МонтеКарло) в тропосфере и нижней стратосфере Бородин Р.В., Свиркунов П.Н., Клепикова Н.В., Фреймундт Г.Н., Стогова И.В. ФГБУ «НПО «Тайфун» Функции и задачи ФИАЦ Росгидромета Функции: ФИАЦ Росгидромета РСМЦ ВМО ЦТП КЦ Концерна «Росэнергоатом» и группы ОПАС ГИАЦ ЕГАСКРО ... Задачи: Сбор, хранение, обработка и представление данных о состоянии загрязнения окружающей среды на территории РФ Оперативный анализ и прогноз распространения загрязнения в случае природных или техногенных аварий Информационная поддержка принятия решений государственными органами в период кризисных ситуаций, обусловленных экстремально высоким загрязнением окружающей природной среды Система RECASS NT Сервер Сообщение об аварии Диспетчер Задач Расчетные модули Подготовка исходных данных Метеопроцессор Расчет атмосферного переноса Расчет переноса по водным объектам Расчет доз Выработка контрмер Клиент Интегрированный Банк Данных База Оперативных Данных Просмотр исходных данных База Системных Данных Управление расчетами База Результатов Расчетов Просмотр результатов расчетов Метеорологический препроцессор Исходные данные: – сценарий расчета – набор полей объективного анализа и прогноза – библиотека сеток рельефа – библиотека сеток со значениями параметра шероховатости Результаты – пространственно-временной набор полей: – скорости ветра – параметра устойчивости атмосферы – инвертированного масштаба длины Монина – Обухова – динамической скорости трения – высоты пограничного слоя атмосферы – высоты слоя вымывания – эффективной интенсивности осадков Поле значений параметра шероховатости земной поверхности Поле ветра Модель атмосферной диффузии STADIUM Характеристики модели Модель предназначена для оперативного прогноза загрязнения атмосферы и подстилающей поверхности при аварийных техногенных и природных выбросах ЗВ в атмосферу • от локального до глобального масштаба; • для набора источников ЗВ произвольных размера, мощности, времени действия и дисперсного состава; • с учетом нестационарности и пространственной неоднородности метеопараметров; • с учетом переноса, турбулентного рассеяния, сухого и влажного выведения примеси и ее радиоактивного распада Модель атмосферной диффузии STADIUM Исходные данные: – сценарий расчета – набор полей метеорологических характеристик – параметры модели Результаты – пространственно-временной набор полей: – средней (за интервал выдачи результатов) концентрации в воздухе – проинтегрированной по времени (от начала расчета) концентрации в воздухе – проинтегрированной по времени (за интервал выдачи результатов) концентрации в воздухе – плотности выпадений на подстилающую поверхность вследствие сухого и влажного осаждения – времени прихода облака Концентрации в воздухе рассчитываются в заданных слоях по вертикали Модель атмосферной диффузии STADIUM Метод расчета Процесс переноса, рассеяния и осаждения ЗВ моделируется регулярными и случайными смещениями частиц x (t t ) x (t ) v t x, 2 x ~ K ( K x , K y , K z ) Kz определяется в ПСА параметризацией А. Холтслага и др., а в свободной атмосфере – параметризацией Б.Легра на основе анализа данных наблюдений Kx,y определяются скоростью роста дисперсии облака ЗВ и, следуя Гиффорду, 2 x, y 2 2 u ,v t TL 1 e TL t Для дисперсии скорости ветра используется параметризация Р. Броста на основе экспериментальных данных. Лагранжевы временные масштабы TL получены Гиффордом путем обработки измерений разномасштабных облаков ЗВ. Верификация модели STADIUM по данным диффузионных экспериментов Эксперимент ANATEX (Across North America Tracer EXperiment) проводился с 5 января по 29 марта 1987 года в США. Было осуществлено 66 выбросов трассера, длительностью 3 часа из двух источников (г.Глазго, Монтана и г.Сент-Клауд, Миннесота) Измерения приземной концентрации проводились в 77 пунктах Верификация модели STADIUM по данным диффузионных экспериментов Эксперимент ETEX (European Tracer EXperiment) проводился осенью 1994 года в Европе. Было осуществлено 2 выброса трассера, длительностью 12 часов из источника вблизи г. Ренн, Франция Измерения приземной концентрации проводились в 168 пунктах Верификация модели STADIUM по данным диффузионных экспериментов Модель Организаци я Страна Критерий Название Лучшее значение FLEXPART IM UNRALS NIAR Австрия , Норвеги я FB Нормированное среднее отклонение 0 NMSE Нормированная дисперсия 0 FMS Качество по пространству 100% P Коэффициент корреляции 1 KS Параметр КолмогороваСмирнова 0 RANK Обобщенный параметр Дракслера 4 HYSPLIT GAMUT NOAA ERL США NOAA США CALPUFF CAPB SPC США SCIPUFF DSWA США STADIUM ФИАЦ Россия Верификация модели STADIUM по данным диффузионных экспериментов Место по критериям Модель FB NMSE FMS P KS RANK STADIUM 2 1 1 2 1 1 HYSPLIT 3 2 3 4 4 2 SCIPUFF 6 – 4–5 1 2 4 FLEXPART 4 3 2 3 3 5 GAMUT 1 – 4–5 5 5 3 CALPUFF 5 4 6 6 6 6 Лесные пожары в Греции (август 2007) Торфяные пожары вокруг Москвы (лето 2010) Извержение исландского вулкана (май 2011) Авария на АЭС «Фукусима-1» Авария на АЭС «Фукусима-1» Авария на АЭС «Фукусима-1»
