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Cs from the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant accident; Simulations based on identical input data佐藤 陽祐*; 滝川 雅之*; 関山 剛*; 梶野 瑞王*; 寺田 宏明; 永井 晴康; 近藤 裕昭*; 打田 純也*; 五藤 大輔*; Qu
lo, D.*; et al.
Journal of Geophysical Research; Atmospheres, 123(20), p.11748 - 11765, 2018/10
福島第一原子力発電所事故により放出されたCsの大気中の挙動を理解するため、大気拡散モデル相互比較が実施され、12モデルが参加した。モデルで考慮される過程に起因するモデル間の差異に焦点を当てた解析を行うため、全モデルで同じ気象場、水平分解能、及び放出源情報が使用された。モデルアンサンブルによる観測された大気中Cs濃度上昇イベントの捕捉率は40%であり、FMSは80を超えた。解析の結果、大気中Cs濃度上昇イベントの再現には気象場が最も重要な要素であり、気象場の再現性が高い場合のモデル間の差異は、沈着及び拡散過程に起因していることが分かった。また、沈着フラックスが小さいモデル及び拡散が強いモデルは高い性能を示したが、拡散が強いモデルは大気中Cs濃度を過大評価する傾向を示した。
Cs plumes from the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant; Evaluation of the model intercomparison data of the Science Council of Japan北山 響*; 森野 悠*; 滝川 雅之*; 中島 映至*; 速水 洋*; 永井 晴康; 寺田 宏明; 斉藤 和雄*; 新堀 敏基*; 梶野 瑞王*; et al.
Journal of Geophysical Research; Atmospheres, 123(14), p.7754 - 7770, 2018/07
日本学術会議のモデル相互比較プロジェクト(2014)で提供された、福島第一原子力発電所事故時に大気中に放出されたCsの計算に用いられた7つの大気輸送モデルの結果を比較した。本研究では、東北及び関東地方に輸送された9つのプルームに着目し、モデル結果を1時間間隔の大気中Cs濃度観測値と比較することにより、モデルの性能を評価した。相互比較の結果は、Cs濃度の再現に関するモデル性能はモデル及びプルーム間で大きく異なることを示した。概してモデルは多数の観測地点を通過したプルームを良く再現した。モデル間の性能は、計算された風速場と使用された放出源情報と一貫性があった。また、積算Cs沈着量に関するモデル性能についても評価した。計算されたCs沈着量の高い場所はCsプルームの経路と一致していたが、大気中Cs濃度を最も良く再現したモデルは、沈着量を最も良く再現したモデルとは異なっていた。全モデルのアンサンブル平均は、Csの大気中濃度と沈着量をともに良く再現した。これは、多数モデルのアンサンブルは、より有効で一貫したモデル性能を有することを示唆している。
堅田 元喜; 茅野 政道; 小林 卓也; 寺田 宏明; 太田 雅和; 永井 晴康; 梶野 瑞王*; Draxler, R.*; Hort, M.*; Malo, A.*; et al.
Atmospheric Chemistry and Physics, 15(2), p.1029 - 1070, 2015/01
被引用回数：88 パーセンタイル：0.81(Environmental Sciences)福島第一原子力発電所事故時の大気放出量の詳細な時間変化を大気拡散モデルWSPEEDI-IIと海洋拡散モデルSEA-GEARN-FDMを用いた結合シミュレーションと環境モニタリングデータを組み合わせた逆推定法によって推定した。放射性ヨウ素のガス態(I
, CH
I)およびその他の粒子態(CsI, Cs, and Te)の乾性・霧水沈着、雲内への取り込み、凝結核活性、氷相の湿性沈着を計算する新しいスキームをWSPEEDI-IIに導入した。事故起因の放射性物質の大量放出は、2011年3月12日午後の1号機のウェットベントおよび水素爆発時、13日午前中の3号機のベント後、14日深夜の2号機での3回のSRV開操作時、15日の午前および夕方から夜間、そして16日の午前中に起こったことが明らかになった。新しい推定放出量を用いたWSPEEDI-IIのシミュレーションによって、局地および領域スケールの航空サーベイによる
IとCsの積算沈着量と空間線量率の分布が再現された。さらに、新しいソースタームを3つの異なる大気拡散モデルを用いて領域・全球スケールで試験した。シミュレーション結果から、Csの全推定放出量の27%が東日本の陸面に沈着し、その大部分は森林地域であったことが示された。
堅田 元喜; 梶野 瑞王*; 松田 和秀*; 高橋 章*; 中屋 耕*
Atmospheric Environment, 97, p.501 - 510, 2014/11
被引用回数：8 パーセンタイル：56.48(Environmental Sciences)エアロゾルの吸湿成長がおよぼす森林への乾性沈着への影響を調べるために、多層大気-土壌-植生1次元モデルSOLVEGを用いた微小粒子状物質(PM2.5)の硫黄成分の乾性沈着のシミュレーションを実施した。このモデルに含まれている粒子の乾性沈着スキームを広葉樹林に適用できるように改良した。広く用いられている
-K
hrer理論に基づく大気中での粒子の吸湿成長を計算するスキームを新たに導入した。このモデルを国内の広葉樹林に適用した結果、観測された運動量・熱・水蒸気フラックスや土壌温度・水分量が再現された。吸湿によって粒径が増加した結果、PM2.5の硫黄成分の沈着速度の計算値も増大して観測値に近づくとともに、高湿度時に測定された沈着速度の時間変動の再現性も向上した。このモデルを用いた数値実験によって、粒子の幾何学的平均径や吸湿特性()が吸湿成長の度合いを大きく変化させることがわかった。比較的低湿度から吸湿成長による沈着速度の増加が見られ、非常に湿潤な環境では沈着速度が乾燥時の5倍に達することが数値的に示された。
梶野 瑞王*; 猪俣 弥生*; 佐藤 啓市*; 植田 洋匡*; Han, Z.*; An, J.*; 堅田 元喜; 出牛 真*; 眞木 貴史*; 大島 長*; et al.
Atmospheric Chemistry and Physics, 12(24), p.11833 - 11856, 2012/12
被引用回数：34 パーセンタイル：17.88(Environmental Sciences)北東アジア領域の大気汚染を再現するために、新しいエアロゾル化学輸送モデルRAQM2を開発した。単純化したエアロゾル動力学モデルとガス・粒子転換の完全動的解法をモデルに導入した。大気エアロゾルの性状を厳密に考慮するために、エアロゾルの粒径を4つのカテゴリに分類して計算する分類法を適用し、2006年の1年間について北東アジアの大気拡散シミュレーションを実施した。計算値と観測値の比較によると、主要な人為及び自然起源の大気中無機物質の広域輸送プロセスをファクター2から5の精度で再現した。計算された質量ベースの粒径分布と化学組成は、観測結果と一致した。辺戸岬での比較によると、冬季には累積モードのエアロゾルに凝縮したHSO
ガスが主要であったが、夏季にはエイトケン・累積モードのエアロゾルと混合した非海塩由来のSOが主要であった。エアロゾルの混合形態は光学的性質と雲の凝縮活性化を変化させるため、このプロセスの厳密な予測と検証がエアロゾル・雲・放射相互作用研究において必要不可欠である。
堅田 元喜; 梶野 瑞王*; 平木 隆年*; 藍川 昌秀*; 小林 禧樹*; 永井 晴康
Journal of Geophysical Research, 116(D20), p.D20102_1 - D20102_14, 2011/10
被引用回数：16 パーセンタイル：45.89(Meteorology & Atmospheric Sciences)気象モデルを山地森林における霧の発生,酸性化、及び沈着の研究に適用するために、精緻な多層陸面モデルSOLVEGを用いた数値計算によって得られた簡易な霧水沈着速度の予測式を、気象モデルWRFに導入した。改良を施したWRF(fog-WRF)の性能を、国内の六甲山地の森林で試験した。fog-WRFは、大気中の霧水量(LWC)を改良前に比べて明らかに良好に予測した。fog-WRFは、夏季の林内における林縁での沈着効果を取り除いた林内における霧水沈着量の観測結果を再現した。fog-WRFの計算から得られた標高と霧沈着量の線形関係と、ある高度で測定された林内雨量のデータを用いて、霧沈着量の標高分布を推定できることを示した。霧沈着を考慮した気象モデルは、山地雲霧(うんむ)林における霧沈着量の分布を作成するうえで有用である。
堅田 元喜; 永井 晴康; 梶野 瑞王*; 植田 洋匡*; 穂積 祐*
Agricultural and Forest Meteorology, 150(3), p.340 - 353, 2010/03
被引用回数：22 パーセンタイル：19.24(Agronomy)本研究では、植生への霧水沈着を考慮した精緻な地表面モデルと気象モデルを用いて、乾燥地域における植生への霧水沈着と、その水・熱バランスへの影響を評価した。モデルによる霧水沈着の推定結果から、乾燥地域において霧水沈着が降水量よりも有効な水資源となりうることを示した。霧水沈着に伴う葉面水の蒸発は、蒸散を抑えることによって植物の水ストレスを軽減することがわかった。霧水沈着によって増加した葉面水及び土壌水の蒸発に伴う潜熱によって、日中の土壌及び葉面の温度が減少することを示した。さらに、葉面水の蒸発の増加に伴う蒸散の減少は、乾燥地域において強い水ストレスを受ける植物の光合成に利用される有効な水資源を供給することを明らかにした。
堅田 元喜; 永井 晴康; 梶野 瑞王*; 植田 洋匡*
no journal, ,
数値環境システムSPEEDI-MPで構築を行っている包括的動態予測モデルのうち、物質動態の媒体となる水循環を詳細に計算するモデルを水環境問題に適用した。陸面における水交換過程は、一般に降水量(Pr)と蒸発散量(E)のバランスによって決定される。乾燥地域に生息する植物の水資源として、大気中の霧水が植生へと沈着する霧水沈着量(Pf)が重要であることが指摘されている。本研究では、乾燥地域の霧水沈着量が地表面の水バランスに与える影響を数値的に評価した。その結果、対象地域の霧水沈着量は、全降水量に対して20から30パーセントを占め、植物にとって無視できない水資源となりうることを示した。
梶野 瑞王*; 堅田 元喜; 永井 晴康; 石川 裕彦*; 植田 洋匡*
no journal, ,
数値環境システムSPEEDI-MPで構築を行っている包括的動態予測モデルのうち、物質動態の媒体となる水循環を詳細に計算するモデルを水環境問題に適用した。本研究では、シリーズ発表その1で行った霧水沈着を考慮した陸面水収支の詳細計算結果に基づき、植林による緑化を想定した際の存続可能性をあらわす指標として陸面植生モデルで計算した一定期間の正味降水量を「緑化ポテンシャル」と定義し、西アジア域での分布を評価した。その結果、緑化ポテンシャルが正となる領域は海岸沿いや山岳地域に分布しており、霧水沈着の寄与率が50パーセントを超える地域も多く存在することが示された。
堅田 元喜; 梶野 瑞王*; 平木 隆年*; 藍川 昌秀*; 小林 禧樹*
no journal, ,
メソ気象モデル(WRF),エアロゾル化学輸送モデル(EMTACS)及び霧水沈着を考慮した精緻な地表面モデル(SOLVEG)を用いて、六甲山のスギ林における樹雨(霧が植物体に付着した後、やがて大粒の水滴となって樹冠下に滴下する現象)に伴う水・物質沈着について調べた。計算対象領域における気象場・濃度場及び霧水沈着量を再現するうえでは、それぞれのモデルを別個に用いるオフライン計算を実施した。WRFは、研究対象地域における水平風速や霧水量などの気象要素の時間変化の全体的な傾向を再現した。WRFの出力結果をSOLVEGの入力として用いた樹雨量の計算結果は、観測結果を過小評価した。この原因として、観測値には霧水の乱流鉛直混合による霧水沈着に加えて、エッジ効果に伴う沈着効果が影響していた可能性が示唆された。EMTACSによる大気中エアロゾル濃度と霧水中の酸性物質濃度の計算値を観測値と比較した。樹雨に伴う物質沈着量を高精度に推定するために、WRF-SOLVEG-EMTACSモデルの改良を進める必要がある。
堅田 元喜; 梶野 瑞王*; 平木 隆年*; 藍川 昌秀*; 小林 禧樹*; 永井 晴康
no journal, ,
植生への霧水沈着を考慮した精緻な地表面モデル(SOLVEG)を用いて、六甲山の山地森林への霧水沈着量を定量化した。SOVLEGを用いた計算に必要な入力データには、気象・エアロゾル化学輸送モデル(WRF/EMTACS)のオフライン結合計算で再現された気象・大気化学場の結果を利用した。SOLVEGによって計算された霧水沈着量は観測結果を過小評価し、モデルでは考慮されていない大気に露出した植物葉への霧粒の衝突(エッジ効果)が影響している可能性が示唆された。この影響を定量的に評価し、計算結果の妥当性を示したうえで、WRF/EMTACSによって予測された霧水中濃度とSOLVEGで計算した霧水沈着量から、霧水沈着に伴う大気汚染物質の林床への沈着量の推定を試みた。
梶野 瑞王*; 堅田 元喜; 平木 隆年*; 藍川 昌秀*; 小林 禧樹*
no journal, ,
山岳森林への水・物質沈着量を予測するためには、霧とエアロゾルの化学・物理的性質を定量的に把握する必要がある。本研究では、領域気象モデル(WRF)とオフラインで結合した新しいエアロゾル化学輸送モデル(EMTACS)を用いて、六甲山地の斜面を上昇する霧イベントの再現を試みた。EMTACSは、霧とエアロゾルの化学組成や粒径分布に加えて、それらの混合状態の経時変化を計算できる特徴を持っており、エアロゾル-霧間の相互作用のダイナミクスを計算することができる。このモデルの性能を、六甲山地で取得された気象・大気質観測データを用いて検証するとともに、森林上の霧とエアロゾルの形成や酸性化の過程を数値的に調べた。
堅田 元喜; 梶野 瑞王*; 平木 隆年*; 藍川 昌秀*; 小林 禧樹*; 永井 晴康
no journal, ,
植生への霧水沈着を考慮した地表面モデルSOLVEGを用いて、霧が頻発する六甲山地の森林への霧水沈着量を評価した。SOLVEGを用いた計算に必要な入力データを作成するために、気象・エアロゾル化学輸送モデルEMTACSのオフライン結合計算を実施した。WRFとEMTACSによって予測された風速,霧水量,大気中物質濃度、及び霧水中濃度が観測結果と定量的に一致した。これらのモデルの出力データをSOLVEGに入力し、霧水沈着量を推定した。計算された霧水沈着量は観測値を過小評価したが、モデルで考慮されていない大気に露出した植物葉への霧粒の衝突によるものと説明することによって、計算結果の妥当性を示した。本研究で得られた霧水量,霧水中物質濃度、及び霧水沈着量の計算値を用いて、霧水沈着による森林への物質沈着量を推定した。
梶野 瑞王*; 出牛 真*; 眞木 貴史*; 青柳 曉典*; 五十嵐 康人*; 三上 正男*; 猪股 弥生*; 堅田 元喜
no journal, ,
気象研究所環境・応用気象研究部では、オフライン型の化学輸送モデル(MRI Integrated Passive-tracers Model)を開発している。このモデルは、扱う物質によってPM/c, PM/p, PM/rの3つに分かれている。PM/cは対流圏エアロゾル化学輸送モデルであり、58種の気体と39種のエアロゾルを扱う。PM/pは、残留性有機化合物の輸送モデルであり、16種のPAH(多環芳香族炭化水素)と1種のN-PAH(ニトロPAH)を考慮している。従来のPOPsモデルでは、POPs種ごとに輸送特性を与えてモデル化するが、PM/cで予測されたエアロゾルとの相互作用を考慮することにより、PM/pではPOPsの輸送特性をより現実的に考慮することができる。PM/rは、人工放射性核種の輸送モデルであり、原発事故で放出されるガス態のXe, I, CHIと粒子態のI, Csを考慮している。本発表では、モデルの概要とそのパフォーマンスを示す。
堅田 元喜; 梶野 瑞王*; 永井 晴康
no journal, ,
東アジアにおける植生へのエアロゾル沈着量を評価するために、植生へのガス状・粒子状物質の乾性沈着過程を考慮した精緻な多層地表面モデル(SOLVEG)を日本の山地林に適用した。このモデルは、ガスの沈着量とエアロゾルの粒径別沈着量を各植生層で計算する。気象モデルと化学輸送モデルからの出力結果を用いて、SOLVEGによってSO, NH、及びエアロゾルの沈着速度を計算した。SOLVEGは、SOとNHの沈着速度の典型的な日変化パターン、すなわち日中の光合成に伴う沈着速度の増加を再現した。エアロゾルの粒径別の沈着速度の計算結果は、研究対象地域で林内雨法によって測定された観測結果と一致した。
梶野 瑞王*; 堅田 元喜; 平木 隆年*; 藍川 昌秀*; 小林 禧樹*; 植田 洋匡*
no journal, ,
1999年7月における六甲山地の森林への主要な大気汚染物質(SO
, NH
, NO
, Cl
及びNa
)の沈着経路を数値的に調べた。霧沈着を考慮し改良版WRFモデル(fog-WRF)と領域大気質モデル2(RAQM2)をシミュレーションに用いた。モデルの再現性能を確かめるために、霧水中の化学物質濃度の測定結果をモデルによる計算結果と比較した。計算期間中、大阪湾から六甲山に向かう南風によって湿潤な空気が流入し、夜間、高度400mを超える山岳の尾根に沿って凝結が起こっていた。シミュレーション結果から、HNOの高い沈着速度のために窒素の乾性沈着量は大きかったが、全般的に霧沈着が主要なメカニズムであることが示された。
堅田 元喜; 茅野 政道; 太田 雅和; 永井 晴康; 寺田 宏明; 梶野 瑞王*
no journal, ,
2011年3月に起きた福島第一原子力発電所事故(福島原発事故)時の放射性物質の大気放出量の詳細な時系列変動を、プラント近傍の線量率モニタリングデータ,炉内事象、及びWSPEEDI-IIを用いた大気拡散シミュレーションに基づいて推定した。ガス状・粒子状の放射性物質の湿性・乾性・霧沈着過程に関する計算スキームを新たに導入し、それを用いた単位放出計算とモニタリングデータを比較することによって大気放出量を推定した。推定した放出量を用いたWSPEEDI-IIの計算によって、航空サーベイによって観測されたI-131及びCs-137の地表沈着量分布が再現された。放出量の推定結果から、1号機のベント及び水素爆発が起こった3月12日午後、2号機のSR弁を何度か開閉した3月14日深夜、3月15日午前及び夕方から夜間、3月16日午前に放射性物質が大量に放出した可能性が示された。大気拡散計算の解析によって、プラント周辺地域の最大の汚染地域は3月15日から16日の間に形成され、降雨(湿性沈着)、プルームの動き、2号機及び3号機の圧力変動に裏付けされる放射性物質の放出形態と大量放出のタイミングが複雑に関係していたことが明らかになった。
堅田 元喜; 茅野 政道; 寺田 宏明; 小林 卓也; 太田 雅和; 永井 晴康; 梶野 瑞王*
no journal, ,
福島第一原子力発電所事故による環境影響や公衆の被ばく線量を評価する上で、放射性物質の大気中への放出量と拡散状況を明らかにすることは重要である。われわれは、環境データと大気・海洋拡散結合シミュレーションによって、2011年3月中の放射性物質の放出量を再推定した。この推定放出量を用いた大気拡散計算によって、航空サーベイによる放射性ヨウ素・セシウム沈着量分布が良好に再現された。福島県中通り、福島市から飯舘村及び浪江、サイト近傍北西部の汚染地域は、それぞれ3月15日6時から15時頃、15時から21時頃、21時から16日6時頃に湿性沈着によって形成されたことが示された。
堅田 元喜; 茅野 政道; 寺田 宏明; 小林 卓也; 太田 雅和; 永井 晴康; 梶野 瑞王*
no journal, ,
緊急時大気拡散予測システムWSPEEDI-IIの放射性物質の沈着スキームを改良し、環境モニタリングデータと大気・海洋拡散結合シミュレーションによって、2011年3月中の放射性物質の放出量を詳細に再推定した。乾性・湿性沈着スキームの精緻化、霧沈着の導入、粒子状・ガス状ヨウ素の区別等の改良を施したWSPEEDI-IIとSEA-GEARNを用いて、単位放出率(1Bq h
)の大気放出を仮定した放射性核種の拡散計算を実施し、陸上の空間線量率、大気中・表層海水中濃度の測定値と計算値を比較することにより大気への放出量を逆推定した。本推定結果から、2011年3月12日午後の1号機ベント時、13日午前の3号機ベント後のD/W圧力低下時、14日午後の3号機水素爆発時、16日午前の3号機D/W圧力低下時の大量放出があった可能性が新たに示された。14日夜間の2号機からの放出は、SR弁開操作後の圧力低下に伴い散発的に起こったとして推定した。15日午後の放出量は減少し、3号機ベントと2・3号機の圧力低下に対応する15日夕方から深夜の放出量が大きく増加した。この推定放出量を用いた大気拡散計算によって、航空機サーベイによる放射性ヨウ素・セシウム沈着量分布が良好に再現された。
Csの動態解析森野 悠*; 北山 響*; 滝川 雅之*; 中島 映至*; 速水 洋*; 永井 晴康; 寺田 宏明; 斉藤 和雄*; 新堀 敏基*; 梶野 瑞王*; et al.
no journal, ,
大気拡散予測モデルの点源放出プルームに対する再現性や不確実性を明らかとするとともに、アンサンブル平均の有用性や今後のモデル改良に資する知見を得ることを目的として、福島第一原子力発電所事故を対象として大気モデル相互比較を実施した。相互比較では、日本学術会議による領域大気モデル相互比較実験で提出された7機関のモデル計算結果について、浮遊粒子状物質測定用ろ紙テープ分析による広域における1時間ごとのCs大気濃度データ、および航空機モニタリングによる積算沈着量データを対象に比較した。対象事例は、2011年3月12日から21日における9つのプルームとした。モデルによる実測再現性は3月15日に関東に拡散した事例で最も高かった。内陸部の広範囲に拡散した事例に対しては、いずれのモデルも比較的再現性が良かったのに対して、沿岸部を局所的に通過する事例では全体的にモデルの再現性は悪かった。また、7モデルのアンサンブル平均は概ねいずれのプルームにおいても平均以上の実測再現性を示しており、点源放出プルームのシミュレーションにおいてもアンサンブル平均の有用性が示された。
