Технологии прогнозирования Технологии прогнозирования распространения примеси методом распространения примеси методом случайных смещений (метод Монте-случайных смещений (метод Монте-

Карло) в тропосфере и нижней Карло) в тропосфере и нижней стратосферестратосфере

Бородин Р.В., Свиркунов П.Н., Клепикова Н.В., Бородин Р.В., Свиркунов П.Н., Клепикова Н.В.,

Фреймундт Г.Н.,Фреймундт Г.Н., Стогова И.В.Стогова И.В.

ФГБУ «НПО «Тайфун»ФГБУ «НПО «Тайфун»

Функции и Функции и задачизадачи ФИАЦ Росгидромета ФИАЦ Росгидромета

Функции:ФИАЦ РосгидрометаРСМЦ ВМОЦТП КЦ Концерна «Росэнергоатом» и группы ОПАСГИАЦ ЕГАСКРО. . .

Задачи: Сбор, хранение, обработка и представление данных Сбор, хранение, обработка и представление данных о состоянии загрязнения окружающей среды на территории о состоянии загрязнения окружающей среды на территории РФРФ Оперативный анализ и прогноз распространения Оперативный анализ и прогноз распространения загрязнения в случае природных или техногенных аварийзагрязнения в случае природных или техногенных аварий Информационная поддержка принятия решений Информационная поддержка принятия решений государственными органами в период кризисных ситуаций, государственными органами в период кризисных ситуаций, обусловленных экстремально высоким загрязнением обусловленных экстремально высоким загрязнением окружающей природной средыокружающей природной среды

Подготовка исходных Подготовка исходных данныхданных

Расчет атмосферного Расчет атмосферного переносапереноса

Расчет дозРасчет доз

Выработка контрмер Выработка контрмер

МетеопроцессорМетеопроцессор

Расчетные модулиРасчетные модули

Расчет переноса по Расчет переноса по водным объектамводным объектам

Диспетчер ЗадачДиспетчер Задач Сообщение об Сообщение об аварииаварии

СерверСервер КлиентКлиент

ИнтегрированныйИнтегрированныйБанк ДанныхБанк Данных

База База Результатов Результатов

РасчетовРасчетов

База База Оперативных Оперативных

ДанныхДанных

База База Системных Системных

ДанныхДанных

ПросмотрПросмотр результатов результатов

расчетоврасчетов

Просмотр Просмотр исходных исходных данныхданных

Управление Управление расчетамирасчетами

Система Система RECASS NTRECASS NT

Метеорологический препроцессорМетеорологический препроцессор

Исходные данныеИсходные данные::– сценарий расчетасценарий расчета– набор полей объективного анализа и прогнозанабор полей объективного анализа и прогноза– библиотека сеток рельефабиблиотека сеток рельефа– библиотека сеток со значениями параметра библиотека сеток со значениями параметра

шероховатостишероховатости

РезультатыРезультаты – пространственно-временной набор полей: – пространственно-временной набор полей:– скорости ветраскорости ветра– параметра устойчивости атмосферыпараметра устойчивости атмосферы– инвертированного масштаба длины Монина – инвертированного масштаба длины Монина –

ОбуховаОбухова– динамической скорости трениядинамической скорости трения– высоты пограничного слоя атмосферывысоты пограничного слоя атмосферы– высоты слоя вымываниявысоты слоя вымывания– эффективной интенсивности осадковэффективной интенсивности осадков

Поле значений параметра шероховатости земной Поле значений параметра шероховатости земной поверхностиповерхности

Поле ветраПоле ветра

Модель атмосферной диффузии STADIUMМодель атмосферной диффузии STADIUM

Характеристики моделиХарактеристики модели

Модель предназначена для оперативного прогноза Модель предназначена для оперативного прогноза загрязнения атмосферы и подстилающей поверхности загрязнения атмосферы и подстилающей поверхности при аварийных техногенных и природных выбросах ЗВ при аварийных техногенных и природных выбросах ЗВ в атмосферув атмосферу

• от локального до глобального масштаба;от локального до глобального масштаба;• для набора источников ЗВ произвольных размера, для набора источников ЗВ произвольных размера,

мощности, времени действия и дисперсного состава;мощности, времени действия и дисперсного состава;• с учетом нестационарности и пространственной с учетом нестационарности и пространственной

неоднородности метеопараметров;неоднородности метеопараметров;• с учетом переноса, турбулентного рассеяния, сухого и с учетом переноса, турбулентного рассеяния, сухого и

влажного выведения примеси и ее радиоактивного влажного выведения примеси и ее радиоактивного распадараспада

Модель атмосферной диффузии STADIUMМодель атмосферной диффузии STADIUM

Исходные данныеИсходные данные::– сценарий расчетасценарий расчета– набор полей метеорологических характеристик набор полей метеорологических характеристик – параметры модели параметры модели

РезультатыРезультаты – пространственно-временной набор полей: – пространственно-временной набор полей:– средней (за интервал выдачи результатов) средней (за интервал выдачи результатов)

концентрации в воздухеконцентрации в воздухе– проинтегрированной по времени (от начала проинтегрированной по времени (от начала

расчета) концентрации в воздухерасчета) концентрации в воздухе– проинтегрированной по времени (за интервал проинтегрированной по времени (за интервал

выдачи результатов) концентрации в воздухевыдачи результатов) концентрации в воздухе– плотности выпадений на подстилающую плотности выпадений на подстилающую

поверхность вследствие сухого и влажного поверхность вследствие сухого и влажного осажденияосаждения

– времени прихода облакавремени прихода облака

Концентрации в воздухе рассчитываются в заданных Концентрации в воздухе рассчитываются в заданных слоях по вертикалислоях по вертикали

Для дисперсии скорости ветра используется параметризация Р. Броста на основе экспериментальных данных.

Лагранжевы временные масштабы TL получены Гиффордом путем обработки измерений разномасштабных облаков ЗВ.

Модель атмосферной диффузии STADIUMМодель атмосферной диффузии STADIUM

Метод расчетаМетод расчета

Процесс переноса, рассеяния и осаждения ЗВ моделируется регулярными и случайными смещениями частиц

),,(~

,)()(2

zyx KKKKx

xtvtxttx

Kz определяется в ПСА параметризацией А. Холтслага и др.,

а в свободной атмосфере – параметризацией Б.Легра на

основе анализа данных наблюденийKx,y определяются скоростью роста дисперсии облака ЗВ и, следуя Гиффорду,

teT LTt

Lvuyx

12 2

,2,

Верификация модели Верификация модели STADIUM STADIUM по данным по данным диффузионных экспериментовдиффузионных экспериментов

Измерения приземной концентрации проводились в 77 пунктахИзмерения приземной концентрации проводились в 77 пунктах

Эксперимент Эксперимент ANATEXANATEX ( (Across North America Tracer EXperiment)Across North America Tracer EXperiment) проводился с 5 января по 29 марта 1987 года в США.проводился с 5 января по 29 марта 1987 года в США.

Было осуществлено 66Было осуществлено 66 выбросов трассера, длительностью 3 часа из выбросов трассера, длительностью 3 часа из двух источников (г.Глазго, Монтана и г.Сент-Клауд, Миннесота)двух источников (г.Глазго, Монтана и г.Сент-Клауд, Миннесота)

Верификация модели Верификация модели STADIUM STADIUM по данным по данным диффузионных экспериментовдиффузионных экспериментов

Измерения приземной концентрации проводились в 168 пунктахИзмерения приземной концентрации проводились в 168 пунктах

Эксперимент Эксперимент ETEXETEX ( (European Tracer EXperiment)European Tracer EXperiment) проводился осенью проводился осенью 1994 года в Европе.1994 года в Европе.

Было осуществлено Было осуществлено 2 2 выброса трассера, длительностью 12 часов из выброса трассера, длительностью 12 часов из источника вблизи г. Ренн, Францияисточника вблизи г. Ренн, Франция

МодельМодель ОрганизацОрганизацияия

СтранаСтрана

FLEXPARTFLEXPART IM UNRALSIM UNRALS

NIARNIARАвстрияАвстрия

, , НорвегиНорвеги

яя

HYSPLITHYSPLIT NOAA ERLNOAA ERL СШАСША

GAMUTGAMUT NOAANOAA СШАСША

CALPUFFCALPUFF CAPB SPCCAPB SPC СШАСША

SCIPUFFSCIPUFF DSWADSWA СШАСША

STADIUMSTADIUM ФИАЦФИАЦ РоссияРоссия

КритерийКритерий НазваниеНазвание Лучшее Лучшее значениезначение

FBFB Нормированное Нормированное среднее среднее

отклонениеотклонение

00

NMSENMSE Нормированная Нормированная дисперсиядисперсия

00

FMSFMS Качество по Качество по пространствупространству

100%100%

PP Коэффициент Коэффициент корреляциикорреляции

11

KSKS Параметр Параметр Колмогорова-Колмогорова-

СмирноваСмирнова

00

RANKRANK Обобщенный Обобщенный параметр параметр ДракслераДракслера

44

Верификация модели Верификация модели STADIUM STADIUM по данным по данным диффузионных экспериментовдиффузионных экспериментов

МодельМодельМесто по критериямМесто по критериям

FBFB NMSENMSE FMSFMS PP KSKS RANKRANK

STADIUMSTADIUM 22 11 11 22 11 11

HYSPLITHYSPLIT 33 22 33 44 44 22

SCIPUFFSCIPUFF 66 –– 44 – – 55 11 22 44

FLEXPARTFLEXPART 44 33 22 33 33 55

GAMUTGAMUT 11 –– 44 – – 55 55 55 33

CALPUFFCALPUFF 55 44 66 66 66 66

Верификация модели Верификация модели STADIUM STADIUM по данным по данным диффузионных экспериментовдиффузионных экспериментов

Лесные пожары в ГрецииЛесные пожары в Греции (август(август 2007)2007)

Торфяные пожары вокруг Москвы Торфяные пожары вокруг Москвы ((лето лето 2010)2010)

Извержение исландского вулкана (майИзвержение исландского вулкана (май 20201111))

Авария на АЭС «Фукусима-1»Авария на АЭС «Фукусима-1»

Авария на АЭС «Фукусима-1»Авария на АЭС «Фукусима-1»

Авария на АЭС «Фукусима-1»Авария на АЭС «Фукусима-1»