[发明专利]气载放射性核素长距离迁移拉格朗日粒子扩散计算方法

说明书

技术领域

本发明属于核与辐射突发事件后果大尺度模拟领域，具体涉及一种气载放射性核素长距离迁移拉格朗日粒子扩散计算方法，用于对核设施在发生核事故时释放或可能释放到环境中的物质所造成的后果进行预测或评价。

背景技术

一直以来，世界各国均非常重视和关注放射性核素大尺度大气迁移问题，不仅是军事、国防方面的需要，而且是核事故应急、环境危害问题等的需要。放射性物质在大气中的长距离迁移和后果评价与分析技术涉及众多的科学领域，属于多学科交叉的技术，模拟技术和评价方法也在不断地更新与发展，因此，包括美国、欧盟、日本在内的发达国家、地区也在不断加强该技术的研发。另外，放射性核素大尺度迁移数值模拟技术已经作为一种国家的技术资源，随着相关领域技术的不断发展与更新，从战略角度考虑，一个国家必须有技术储备和可持续发展的能力。当前国际形势变化多端，需要我们不断建立与完善大气输运模拟技术，并提供技术支撑。

近些年来，在朝核试验、日本福岛核电泄漏等事件接连发生的情况下，建立并不断完善一套可应对我国周边数百至数千公里范围内气载放射性物质释放情形应急响应系统的必要性已经成为共识。该系统的建立将为决策人员能够面对类似事件，快速、科学、有效地提出决策建议与方案，最终达到保护我国公众与环境安全的目标。

为此，中国辐射防护研究院自主开发、建立了核与辐射突发事件后果大尺度模拟系统，包括放射性核素大尺度大气迁移数值模拟技术和LATMES1.0计算程序，以及相关的模拟结果统计分析程序，可应对全球范围的核与辐射突发事件下，气载放射性物质的迁移、扩散及其环境安全后果的评价。针对朝鲜核试验，根据总装的要求，中辐院定期提供阶段报告预测和分析了朝鲜核试验场址以及宁边核场址放射性核素释放大气迁移对我国的影响。目前已成功用于对日本福岛核事故、朝鲜第三次核试验等事件的有效响应。

境外核爆辐射后果评价系统是通过将区域气象数值预报产品和中长距离放射性污染物迁移模拟和后果评价集成为一体。该系统设计为一个连接多种模型、数据库和地理信息的综合系统，用以模拟、预测和评估指定区域范围内突发事件产生的影响。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种气载放射性核素长距离迁移轨迹拉格朗日粒子扩散计算方法，根据该方法能够估算所有粒子在时间和空间上的总体分布，便于在发生突发事件时，决策人员能够面对该类事件，快速、科学、有效的提出决策建议与对策，从而保护公众与环境的安全。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：提供一种气载放射性核素长距离迁移拉格朗日粒子扩散计算方法，包括如下步骤：

1)获取天气预报数据、地形数据及模式参数；天气预报数据两个水平风分量u和v、一个垂直风分量w、温度T、湿度的三维场；模式参数包括释放源项参数和设定区域范围；

2)空间坐标和时间坐标变换；

3)调用风场；

4)通过积分粒子运动的拉格朗日方程，计算粒子运行轨迹；x_i(t+Δt)＝x_i(t)+v_i(x_i(t),t)Δt+v_i′(x_i(t),t)Δt+v_i″(x_i(t),t)Δt i＝1,2,3

其中，x_i为粒子的三维坐标分量；v_i为平均风速分量v_i′为湍流脉动速度分量(u′,v′,w′)；v_i″为中尺度风脉动速度分量(u″,v″,w″)；t为时间序列；Δt为时间步长；

5)计算放射性衰变和干、湿沉积；

6)统计粒子密度、计算网格浓度；

7)考虑粒子分裂条件，跟踪所有粒子，检查是否有新粒子产生，如果有新粒子产生，返回步骤3)，继续计算；如果没有新粒子产生，结束计算。

进一步，步骤2)中，所述空间坐标和时间坐标变换是将等压层气象数据转换为随地笛卡尔坐标。