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Development of a global transport model for airborne iodine-129 including atmospheric photolysis and gas-particle conversion processes

大気中の光分解とガス粒子変換過程を考慮した大気中のヨウ素129の全球輸送モデルの開発

門脇 正尚  ; 堅田 元喜*; 寺田 宏明  ; 鈴木 崇史 ; 長谷川 英尚*; 赤田 尚史*; 柿内 秀樹*

Kadowaki, Masanao; Katata, Genki*; Terada, Hiroaki; Suzuki, Takashi; Hasegawa, Hidenao*; Akata, Naofumi*; Kakiuchi, Hideki*

ヨウ素129($$^{129}$$I)は、年代測定や物質循環研究のトレーサーとして有用である。大気中の$$^{129}$$Iは、主に核燃料再処理施設の排出と海洋からの揮発に起因する。大気中へ放出された$$^{129}$$Iは大気沈着の影響を受けながら全球に大気輸送されるが、大気中の$$^{129}$$Iの時空間分布は十分に理解されていない。そこで、本研究では、大気中の$$^{129}$$Iの全球分布と季節変動をシミュレートするために、移流拡散、大気沈着、核燃料再処理施設からの排出、海洋からの揮発、光化学、ガス粒子変換を考慮した$$^{129}$$Iの全球輸送モデルを開発した。全球輸送モデルの入力気象場を計算するために、気象モデルWRF (Weather Research and Forecasting)と再解析データERA-Interimが用いられた。モデル検証のため、2006年1月1日から2010年12月31日を対象とした$$^{129}$$Iの大気拡散計算を実施し、観測値と比較をした。2006年から2010年の間に六ヶ所で観測されたガス態と粒子態の$$^{129}$$Iの大気濃度と沈着量とモデル結果を比較したところ、モデルは観測された$$^{129}$$Iの大気濃度や沈着量の季節変動を良好に再現した。さらに、過去に欧州、アジア、北米で観測された$$^{129}$$Iの降水中濃度とモデル結果を比較したところ、モデル結果は観測された$$^{129}$$I濃度の地理的分布を良好に再現した。本発表では、モデル結果から示唆される大気中の$$^{129}$$I濃度の時空間分布と大気中の$$^{129}$$I循環を支配する要因について議論する。

Iodine-129 ($$^{129}$$I) has been shown as a useful isotope for dating of water, tracing of marine sediments and investigating the geochemical cycle of iodine. Main sources of atmospheric $$^{129}$$I are volatilization from ocean and discharge from nuclear fuel reprocessing facilities. Although released $$^{129}$$I is globally transported in the atmosphere and deposited to the Earth's surface, spatial and temporal distributions of atmospheric $$^{129}$$I are still not well understood. In this study, we developed an atmospheric global transport model of $$^{129}$$I which includes the processes such as advection and turbulent diffusion, dry and wet deposition, discharge from nuclear fuel reprocessing facility, volatilization from ocean and atmospheric chemical reactions (atmospheric photolysis and gas-particle conversion). Input meteorological fields of three-dimensional components of wind, air temperature, atmospheric pressure, and turbulent diffusion coefficient were calculated using WRF (Weather Research and Forecasting) with ERA-Interim dataset. The simulation period was set to be from 1 Jan 2006 to 31 Dec 2010. For model validation, we used air concentration and deposition of gaseous and particulate forms of $$^{129}$$I measured at Rokkasho in Japan from 2006 to 2010 and past measurements of $$^{129}$$I concentration in rain water in Europe, Asia, and North America. The model successfully reproduced the seasonal variations of measured air concentration and deposition of $$^{129}$$I at Rokkasho as maximum and minimum values during the wintertime and summertime, respectively. Furthermore, spatial patterns of simulated $$^{129}$$I concentration in globe were similar to those of measurements. In the presentation, key factors in controlling the spatiotemporal distribution of airborne $$^{129}$$I and its cycle in the atmosphere suggested by model results will be discussed.

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