Distribution, dynamics, and fate of radiocesium derived from FDNPP accident in the ocean

乙坂 重嘉*; 上平 雄基; 池之上 翼; 川村 英之

Journal of Nuclear Science and Technology, 59(4), p.409 - 423, 2022/04

https://doi.org/10.1080/00223131.2021.1994480

福島第一原子力発電所(FDNPP)の事故後、様々な観点から多くの海洋観測、シミュレーションによる事故起源放射性核種の動態研究が行われた。事故由来の放射性核種の海洋への輸送過程には、(1)海洋への直接排出、(2)大気を経由した海洋への沈着、(3)陸面に沈着した後の河川からの流入がある。主要な事故由来放射性核種の一つであるCs-137(Cs)の場合、事故直後の海洋への供給量(8-21PBq)のほとんどが(1)と(2)のプロセスによるものと推定されている。海底に蓄積されたCsの量は、海洋に運ばれた量の約1%(0.2PBq)に過ぎないが、沿岸部の堆積物に長期間残留し、徐々に海水や海底付近の生態系に移行すると考えられる。

A Modeling study on the oceanic dispersion and sedimentation of radionuclides off the coast of Fukushima

上平 雄基; 内山 雄介*; 川村 英之; 小林 卓也; 乙坂 重嘉*

Journal of Environmental Radioactivity, 238-239, p.106724_1 - 106724_16, 2021/11

https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2021.106724

放射性核種の海水及び海底堆積物間の移行を考慮した3次元海洋拡散モデルを開発した。福島沿岸の海底堆積物中のCs-137の再解析を行い、福島第一原子力発電所事故に由来する溶存態Cs-137の海底堆積物への移行メカニズムを調べた。モデルと観測データの比較により、モデルが海洋構造と海水および海底堆積物中のCs-137濃度を十分に再現できることが示された。また、事故後の福島沿岸の堆積物中のCs-137分布は、原発からのCs-137直接海洋放出の影響が顕著であった2011年6月までに、主に溶存相からの吸着により形成されたことが示された。

緊急時海洋環境放射能評価システムの開発; 海洋拡散の迅速な予測を可能に

小林 卓也; 川村 英之; 上平 雄基

日本原子力学会誌ATOMO, 62(11), p.635 - 639, 2020/11

原子力事故により海洋へ放出される放射性物質の移行過程を予測することは、近年原子力施設の立地が進む東アジア諸国の周辺海域において重要なことである。原子力機構は、放射性物質の海洋拡散モデルを基盤とした緊急時海洋環境放射能評価システムを開発した。本システムは、海象予測オンラインデータを活用して、東アジア諸国の周辺海域における放射性物質の海洋拡散を迅速に予測するものである。これまでに、システムで実行される海洋拡散予測の精度を定量的に評価するとともに、アンサンブル予測手法を導入することで予測精度が向上することを示した。さらに、領域海洋モデリングシステムを用いて沿岸域を対象とした高分解能モデルを導入する等、システムの高度化を継続している。

Development of regional downscaling capability in STEAMER ocean prediction system based on multi-nested ROMS model

上平 雄基; 川村 英之; 小林 卓也; 内山 雄介*

Journal of Nuclear Science and Technology, 56(8), p.752 - 763, 2019/08

https://doi.org/10.1080/00223131.2019.1613269

STEAMERにROMSによるダウンスケーリングシステムを導入し、海況場及び原子力施設から放出された放射性物質の濃度分布の詳細な予報値が計算可能となるシステムを構築した。構築したシステムを用いて2016年1月寒冷期の福島県沖のサブメソスケール現象及び潮汐が流動構造、濃度分布に与える影響を評価した。その結果、解析領域での寒冷期の濃度分散、三次元的な物質混合にはサブメソスケール現象による寄与が大きいことが示唆された。潮汐は水平の混合を抑制する一方で鉛直混合を強化し、結果として潮汐非考慮では見られなかった放出口近傍沿岸に張り付いた濃度分布を形成していた。潮汐による寄与はサブメソスケール現象に比べて小さいが、濃度希釈過程に影響を及ぼすことが示唆された。

沿岸域におけるサブメソスケール渦混合に伴う物質輸送に関する研究(学位論文)

上平 雄基

JAEA-Review 2018-021, 79 Pages, 2018/12

JAEA-Review-2018-021.pdf:6.33MB

広大な海洋環境を有する日本にとって、周辺の陸棚域、沿岸域の海洋流動構造を把握する海洋アセスメントは、水産資源, 海底資源, 国防, 防災, 気象など、様々な観点から重要となる。そこで、本研究では海洋アセスメントシステムへの高解像度モデルの適用性を検討することを目的とし、サンゴ礁の保全、放射性物質による海洋汚染状況の把握の観点から海洋アセスメントの必要性に迫られていた琉球諸島周辺海域及び東北地方太平洋沿岸海域を対象にし、領域海洋モデル(ROMS)を用いた2段階のネスティングにより水平解像度1kmまで細密化したサブメソスケール渦解像海洋モデリングシステムを開発した。また、現業海洋アセスメントシステムへのサブメソスケール渦解像海洋モデルの適用先として日本原子力研究開発機構が開発した緊急時海洋環境放射能評価システム(STEAMER)へのROMSダウンスケーリングシステムへの導入を検討した。その結果、本研究で開発したサブメソスケール渦解像海洋モデリングシステムは、いずれも精緻に海況場を再現していた。また、eddy heat flux解析や渦運動エネルギー収支解析結果から、熱や放射性物質のサブメソスケール渦に伴う3次元的な物質混合の発達メカニズムには傾圧不安定、シア不安定が強く影響していることを示した。これらの結果より、精緻な海洋アセスメントシステム構築にはダウンスケーリングによる高解像度化が重要な役割を果たすことが示された。

ラグランジュ粒子追跡による沖縄本島周辺海域における海洋生態系ネットワーク構造の高解像度数値解析

内山 雄介*; 宮川 翼*; 小谷 瑳千花*; 上平 雄基; 小谷 瑳千花*

土木学会論文集,B2(海岸工学)(インターネット), 74(2), p.I_1291 - I_1296, 2018/11

https://doi.org/10.2208/kaigan.74.I_1291

領域海洋モデルROMSによる水平解像度250mの3次元流動再解析値を用いてサンゴの卵と浮遊幼生を想定したラグランジュ粒子追跡計算を行い、沖縄本島周辺海域における近距離コネクティビティの形成過程に関する数値解析を行なった。その結果、放流された粒子は沖合数km程度の海域を浮遊し、黒潮や琉球海流の影響に伴う本島周りの東西海岸への北東向き分岐流にその大局的な輸送が支配されることが示唆された。

台風201326号出水に伴う新田川起源懸濁態放射性核種の沿岸域でのインベントリ解析

内山 雄介*; 東 晃平*; 小谷 瑳千花*; 岩崎 理樹*; 津旨 大輔*; 上平 雄基; 清水 康行*; 恩田 裕一*

土木学会論文集,B2(海岸工学)(インターネット), 73(2), p.I_685 - I_690, 2017/10

http://doi.org/10.2208/kaigan.73.I_685

福島新田川流域には原子力発電所事故直後に大量の放射性セシウム137(Cs)が大気経由で沈着し、高濃度の懸濁態Csとして河道に集積したのち、出水毎に間欠的に海域へ供給され、沿岸域の底質環境に影響を与え続けている。本研究では、4段ネストJCOPE2-ROMS海洋モデル、波浪推算モデルSWAN、河川土砂流出モデルiRIC-Nays2DH、混合粒径土砂3次元海洋輸送モデル、放射性核種吸着モデルを連成させた超高解像度広域での土砂およびそれらに吸着した懸濁態Csの海洋移流分散モデリングを行い、台風201326号出水イベントに伴う新田川起源土砂の河口・沿岸域における輸送、再懸濁、堆積、浸食過程の時空間特性を評価した。その結果、台風通過直後に新田川から海域へ流入した懸濁態Csの総量の約45.3%は河口1km圏内に堆積していた。さらに、浅海域における沿岸漂砂の輸送には南方向への偏りがみられた。以上の結果は現地調査結果とも整合的であった。

Eddy-induced transport of the Kuroshio warm water around the Ryukyu Islands in the East China Sea

上平 雄基; 内山 雄介*; 御手洗 哲司*

Continental Shelf Research, 143, p.206 - 218, 2017/07

https://doi.org/10.1016/j.csr.2016.07.004

沖縄本島を含む琉球諸島周辺海域を対象とした2段ネストJCOPE2-ROMSダウンスケーリング海洋モデルを用いて、本海域特有のサブメソスケール(SMS)乱流の発達とそれに伴う3次元的な物質混合過程を評価するべく、季節変動成分を除去した渦成分に対してeddy heat flux (EHF)解析を行った。EHFに対してHelmholtz分解を適用することで、EHFを黒潮流軸成分と直交成分とに分解し、その3次元構造について検討した、その結果、本海域では、傾圧不安定と地形性シアの相乗的な効果により、黒潮流軸に対して東シナ海側では低気圧性のSMS渦が表層および水深500m程度の中層に発達すること、反対に沖縄本島側では混合層周辺に高気圧性のSMS渦が発生すること、およびその両者によって黒潮横断方向の渦熱輸送が3次元的に促進されていることを見出した。

福島県沖海域を対象とした海洋拡散予測システムの開発と検証

上平 雄基; 川村 英之; 小林 卓也; 内山 雄介*

土木学会論文集,B2(海岸工学)(インターネット), 72(2), p.I_451 - I_456, 2016/11

http://doi.org/10.2208/kaigan.72.I_451

福島第一原子力発電所事故を教訓として、緊急時に放射性核種の海洋拡散を予測するシステムの必要性が高まっている。日本原子力研究開発機構(JAEA)では海洋拡散予測システムの開発を行ってきたが、本研究ではダウンスケーリングによる沿岸域の高解像度モデルを導入することで、システムを高度化することを目的とした。さらに、本システムを福島第一原子力発電所事故に適用することで、これまで再現することが困難であった水平スケールが数キロメートルのサブメソスケールの海象に伴うCsの海洋中移行過程を解析し、システムの検証を行った。その結果、シミュレーションによる流速場は人工衛星で観測された時空間変動をよく捉えつつ、高解像度化に伴うフロントや渦の強化を表現できていること、及び、沿岸域、中深層でのCs濃度分布の再現性の向上が確認された。また、事故から約3か月間、福島県沖海域では海面冷却や前線不安定に伴うサブメソスケールの渦が卓越し、それらの渦により強化された下降流により、Csが中深層に活発に輸送されていた可能性が示唆された。

琉球諸島周辺海域におけるeddy heat fluxを用いたサブメソスケール乱流混合強化メカニズムの解析

上平 雄基; 内山 雄介*; 御手洗 哲司*; 仲田 尚平*

土木学会論文集,B2(海岸工学)(インターネット), 71(2), p.I_1219 - I_1224, 2015/11

BB2015-0179.pdf:4.2MB

https://doi.org/10.2208/kaigan.71.I_1219

沖縄本島を含む琉球諸島周辺海域では豊かなサンゴ礁生態系が形成されており、地球環境保全の観点からもその保護が望まれている。また黒潮暖流は本海域の環境に強い影響を及ぼすことが知られており、サンゴ浮遊幼生や栄養塩等の輸送、生態系ネットワークの形成に対してその波及効果を正確に把握、定量化することが重要となる。これに対して著者らは、本海域を対象とした高解像度ダウンスケールモデルによる数値実験を行い、黒潮と琉球諸島の間の海洋表層では、発達する負のサブメソスケール(SMS)渦によって活発な海水交換と黒潮の波及が促進されていることをこれまでの研究で示した。本研究では、既に開発した2段ネスト海洋モデルを用い、SMS乱流の発達とそれに伴う3次元的な物質混合が本海域の海洋環境に及ぼす影響を評価することを最終目的として、詳細な乱流統計解析を行った。その結果、黒潮流軸の西側では黒潮と陸棚斜面による地形性シアの影響によって低気圧性のサブメソスケール渦が、黒潮の東側では黒潮と琉球海嶺の地形と島嶼群による地形性シアの影響により高気圧性のサブメソスケール渦が発生し、これらが熱輸送を促進していることがEddy heat flux解析によって見出された。