Development of the Eulerian atmospheric transport model GEARN-FDM; Validation against the European tracer experiment

オイラー型大気拡散モデルGEARN-FDMの開発; 欧州大気拡散実験による検証

門脇 正尚   ; 堅田 元喜; 寺田 宏明   ; 永井 晴康  

Kadowaki, Masanao; Katata, Genki; Terada, Hiroaki; Nagai, Haruyasu

世界版緊急時環境線量情報予測システム(WSPEEDI)は、粒子法による大気拡散モデルGEARNを用いている。総観規模より大きな計算対象領域においては粒子法のもつ統計誤差や計算機資源の確保が問題となる。本研究では、WSPEEDIの長距離の大気拡散シミュレーションにおける性能向上のために、有限差分法に基づく大気拡散モデルGEARN-FDMを開発した。移流拡散方程式は質量保存を満たす移流スキームとクランクニコルソン法で解かれる。水平拡散を計算するために、サブグリッドスケールの水平拡散の効果をパラメタリゼーションとして導入した。モデルの妥当性を欧州大気拡散実験データを用いて検証した結果、濃度分布や最大濃度の観測時刻、プリューム到達時刻は良好に再現された。計算による測定値の再現度を評価する統計値も、従来モデル同等以上の結果が得られ、モデルの妥当性を確認した。シミュレートされた水平拡散係数は沿岸や山岳で大きく、それらの場所をプリュームが通過するときに強い拡散が生じていた。水平拡散による輸送を正確にモデル化することは、放射性核種輸送計算をするうえで重要であることが示唆される。

We developed a dispersion model based on the finite difference method, GEARN-FDM, for long-range dispersion, which solves the advection-diffusion equation using numerical schemes with low artificial diffusion. The advection and diffusion terms are modeled using a fully mass conservative scheme and the Crank-Nicolson method, respectively. GEARN-FDM was validated using the dataset from the European Tracer Experiment. In the entire domain throughout the simulation period of the observed dataset, GEARN-FDM showed high performance with factors of 2 and 5 of 39% and 78%, respectively. While testing the sensitivity of the horizontal diffusivity with this model, the simulated horizontal diffusivity was distributed heterogeneously in the model domain. High diffusivity was primarily seen over the coastal and mountainous regions. Therefore, for the long-range simulations of radionuclides, we need to consider to the transport caused by horizontal diffusion.