核事故发生之后在早期必须准确获取事故源项,为事故后果评价提供科学支撑,以进行合理的应急行动,保证公众生命健康。而放射性核素的大气扩散模型准确性是影响源项估计的最重要的因素之一。目前提出的扩散模型多以核素在陆地下垫面扩散为基准,由于大气扩散模型会受到扩散物质、沉积类型、下垫面类型等多种因素的影响,其物理假设与实际大气扩散情况仍有较大的差距,可能会导致其他情况下源项反演的结果至少有1个数量级的误差。尤其是海岛或海洋平台核电站普遍面临海洋下垫面,发生事故后,从安全壳和烟囱泄漏出的核素气溶胶会经过海洋扩散到陆地。海洋下垫面是在不断运动的,海浪会主动捕获气溶胶,导致了其沉积速度与陆地情况有较大的区别,进而增大扩散模型的误差。所以需要根据气溶胶在海表面沉积速率对扩散模型进行修正,以提高扩散模型和反演模型的准确性。针对以上问题,本文针对气溶胶在海表面的扩散和沉积展开理论和实验研究。考虑到海表面对气溶胶的捕获作用,根据气溶胶在海表面扩散情况下的沉积速率模型,对高斯烟羽模型进行了修正,提出了一种海表面气溶胶分布的“高斯-汇”耦合模型。研究表明该模型随着下风向方向距离增加而产生的变化趋势与原始的模型相似,都遵循高斯烟羽模型的基本形式:浓度峰值是原始模型的1/3左右,且浓度上升和下降的速度也较缓。在海面附近,修正之后的模型的气溶胶浓度远小于原始模型的浓度。为验证本文提出的“高斯-汇”耦合模型,需要进行环境风洞实验。本文在上海交大多风扇风洞基础上,建立多风扇控制风洞控制算法以提高风洞模拟大气流场的准确性。考虑到风洞边界对流场的影响和相邻风扇生成流场之间的影响,提出一种基于卷积神经网络对风速廓线快速、准确的拟合和预测的方法。实验发现,本方法将风速拟合速度提高到分钟级,且将预测的和在风洞中实际测量得到风速廓线的相对平均误差减小到7%,可以大幅提高实验精度。为测量在风洞流场中运动的烟团浓度,本文提出高速相机追踪拍摄装置以提高测量的可靠性。由于高速相机画幅较小,实验气溶胶烟团移动速度较快,容易运动到画幅之外,实验中难以捕捉其扩散情况,本文结合相关滤波跟踪与目标检测算法,移动高速相机对烟团进行实时跟踪,采用计算机模拟和实体实验验证其可行性,结果表明,该方法在重合率得分阈值为0.6时,跟踪的成功率是0.7,能使被跟踪烟团的主体始终处于相机画幅之内,满足高速采集图像的要求。最后,在改进过的风洞控制方法及测量手段的基础上,进行大气扩散实验,对在本文中提出的“高斯-汇”模型进行原理性,验证其可行性。对固体表面扩散、平静水面扩散和波浪水面扩散进行了对比分析,实验表明,气溶胶在模拟海表面沉积的速率高于其在陆地下垫面的沉积的速率,而且其扩散模型与本文提出的修正模型一致,证明了模型的有效性。