放射性物质大洋输运模式的建立与应用

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世界各国的核试验和几次较大的核事故致使大量人为放射性物质进入海洋,放射性物质能对海洋环境造成长期污染,这就需要人们研究其在海洋中分布特征和演变过程,海洋放射性物质模式的建立能够解决这一问题。本文基于普林斯顿海洋模式(Princeton Ocean Model)和放射性物质输运扩散方程,建立了一个准全球的海洋放射性物质输运模式,并使用该模式研究了2011年福岛核事故和自1945年以来全球各国核试验所释放到海洋中的铯-137(137Cs)在海洋中的输运过程及分布、演变特征。福岛核事故所释放的137Cs在海洋中的长期输运过程2011年3月11日,日本福岛第一核电站发生7级核泄漏事故,碘-131(131I)、铯-134(134Cs)和137Cs等放射性物质进入大气和直接排入海洋。本文应用所建立的海洋放射性物质输运模式模拟了福岛核事故中释放到海洋中的137Cs在太平洋和印度洋中的输运、扩散过程。本文采用Kawamura等在2011年的文章中给出的估计137Cs排入海洋的方式和数值作为初始条件,模拟结果与观测资料的对比检验表明,本文所建立的模式能够较好再现2011年11月在北太平洋中部站点(40.032oN,165.010oE)观测到的垂直分布特征,说明该模式能够较好模拟放射性物质的输运、扩散过程。模拟结果显示,核泄漏释放的137Cs随黑潮以及黑潮延伸体快速向东输运并向南、北方向扩散;事故发生4、5年后,137Cs随表层洋流抵达美国的西海岸,其浓度小于3Bq/m3;事故发生10年后,137Cs扩散到整个北太平洋,同时最大浓度降至1Bq/m3以下;事故发生30年后,在太平洋和印度洋中事故释放的137Cs浓度都小于0.1Bq/m3。137Cs的扩散路径与北太平洋金枪鱼的生长洄游区重合,从而会对金枪鱼造成放射性污染。对于中国邻近海域,福岛核事故产生的137Cs在事故发生后2年开始影响东海,同时通过巴士海峡进入南海,但影响到我国邻近海域时,其浓度几乎不会超过0.2Bq/m3。1945年以来世界各国核试验所释放的137Cs在海洋中的分布和演变上世纪40年代以来,世界各国进行了大量核试验。早期核试验主要是在大气中或海中(水下)进行。海洋中的放射性物质不仅来自于海洋中直接进行的核实验,还包括大量在大气核实验中产生并通过大气的干湿沉降最终进入海洋的辐射尘。我们利用本文建立的大洋放射性物质输运模式研究了1945年以来核试验释放的放射性物质137Cs在海洋中的空间分布和随时间的演变特征。与大量观测数据的对比表明,本论文所建立的数值模式能够较为理想地模拟出137Cs在海洋水平和垂直方向的分布特征,及其在海洋中随时间的演变过程。实验结果表明,核试验产生的137Cs在海洋中经过平流、扩散、悬浮物的沉降作用和自身衰变等过程,浓度逐渐降低。北太平洋中的137Cs浓度大于其它大洋,上层(<400m)的浓度大于下层。针对137Cs在我国邻近海域的分布特征:数值模拟结果显示核试验所释放到海洋中的137Cs从上世纪40年代末开始进入我国近海,其浓度在上世纪60年代早期达到最大,之后由于自身的衰变和海水的稀释而降低,至2010年,其浓度小于2Bq/m3
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