Numerical simulation of the radioactive contamination of Ukraine after the Chornobyl disaster: the influence of the input meteorological data on the results uncertainty
In this article we assess the sensitivity of the numerical simulations of the radioactive 137Cs contamination of Ukraine caused by the Chornobyl nuclear power plant accident in 1986 to the input meteorological data. The atmospheric transport, dispersion, and deposition (dry scavenging and rain washo...
Збережено в:
| Дата: | 2023 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine
2023
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/278332 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Geofizicheskiy Zhurnal |
Репозиторії
Geofizicheskiy Zhurnal| id |
journalsuranua-geofizicheskiy-article-278332 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Geofizicheskiy Zhurnal |
| collection |
OJS |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Чорнобильська катастрофа радіоактивне забруднення місцевості 137Cs атмосферне перенесення та дисперсія вологе та сухе вимивання аерозолів чисельне моделювання невизначеність WRF CALPUFF Chornobyl disaster radioactive contamination Cs-137 atmospheric transport and dispersion wet and dry deposition numerical simulation uncertainty WRF CALPUFF |
| spellingShingle |
Чорнобильська катастрофа радіоактивне забруднення місцевості 137Cs атмосферне перенесення та дисперсія вологе та сухе вимивання аерозолів чисельне моделювання невизначеність WRF CALPUFF Chornobyl disaster radioactive contamination Cs-137 atmospheric transport and dispersion wet and dry deposition numerical simulation uncertainty WRF CALPUFF Skrynyk, O.Y. Bubin, S.M. Numerical simulation of the radioactive contamination of Ukraine after the Chornobyl disaster: the influence of the input meteorological data on the results uncertainty |
| topic_facet |
Чорнобильська катастрофа радіоактивне забруднення місцевості 137Cs атмосферне перенесення та дисперсія вологе та сухе вимивання аерозолів чисельне моделювання невизначеність WRF CALPUFF Chornobyl disaster radioactive contamination Cs-137 atmospheric transport and dispersion wet and dry deposition numerical simulation uncertainty WRF CALPUFF |
| format |
Article |
| author |
Skrynyk, O.Y. Bubin, S.M. |
| author_facet |
Skrynyk, O.Y. Bubin, S.M. |
| author_sort |
Skrynyk, O.Y. |
| title |
Numerical simulation of the radioactive contamination of Ukraine after the Chornobyl disaster: the influence of the input meteorological data on the results uncertainty |
| title_short |
Numerical simulation of the radioactive contamination of Ukraine after the Chornobyl disaster: the influence of the input meteorological data on the results uncertainty |
| title_full |
Numerical simulation of the radioactive contamination of Ukraine after the Chornobyl disaster: the influence of the input meteorological data on the results uncertainty |
| title_fullStr |
Numerical simulation of the radioactive contamination of Ukraine after the Chornobyl disaster: the influence of the input meteorological data on the results uncertainty |
| title_full_unstemmed |
Numerical simulation of the radioactive contamination of Ukraine after the Chornobyl disaster: the influence of the input meteorological data on the results uncertainty |
| title_sort |
numerical simulation of the radioactive contamination of ukraine after the chornobyl disaster: the influence of the input meteorological data on the results uncertainty |
| title_alt |
Чисельне моделювання формування радіоактивного забруднення України після Чорнобильської катастрофи: вплив вхідних метеорологічних даних на невизначеність результату |
| description |
In this article we assess the sensitivity of the numerical simulations of the radioactive 137Cs contamination of Ukraine caused by the Chornobyl nuclear power plant accident in 1986 to the input meteorological data. The atmospheric transport, dispersion, and deposition (dry scavenging and rain washout) of the radioactive aerosols was simulated using the CALPUFF dispersion model. The source parameterization of the 137Cs emissions during the active phase of the catastrophe (26 April—May 5 of 1986) was adopted from the previously published literature results. Seventeen different versions/realizations of the input meteorology for CALPUFF simulations were prepared with the regional prognostic meteorological model WRF by combining the available global atmospheric reanalyses for 1986 (NNRP, ERA-Interim, ERA5, CFSR) and the model’s physical parameterizations (microphysics, radiation processes, boundary/surface layer physics). The assessment of the simulation uncertainty was carried out in two different ways. In the first approach, the uncertainty was estimated as the width of the distribution of the calculated 137Cs surface concentrations (adjusted to the logarithmic scale), which were obtained with different versions of the input meteorology. The second approach was based on the statistical comparison of the calculated 137Cs contaminations and the corresponding measured values obtained during a complex assessment of the aftermath of the disaster made at the beginning of 1990s. Two statistical metrics were used: the geometric mean bias and the geometric mean variance. The results of our study demonstrate that even when using somewhat unified meteorological data (atmospheric reanalysis), the results of the radioactive contamination calculations at the same spatial locations can differ by several orders of magnitude. We find that the uncertainty depends not only on the distance to the source of the emissions but also on the physical mechanism (wet or dry deposition) responsible for the formation of the local contamination |
| publisher |
Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine |
| publishDate |
2023 |
| url |
https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/278332 |
| work_keys_str_mv |
AT skrynykoy numericalsimulationoftheradioactivecontaminationofukraineafterthechornobyldisastertheinfluenceoftheinputmeteorologicaldataontheresultsuncertainty AT bubinsm numericalsimulationoftheradioactivecontaminationofukraineafterthechornobyldisastertheinfluenceoftheinputmeteorologicaldataontheresultsuncertainty AT skrynykoy čiselʹnemodelûvannâformuvannâradíoaktivnogozabrudnennâukraínipíslâčornobilʹsʹkoíkatastrofivplivvhídnihmeteorologíčnihdanihnaneviznačenístʹrezulʹtatu AT bubinsm čiselʹnemodelûvannâformuvannâradíoaktivnogozabrudnennâukraínipíslâčornobilʹsʹkoíkatastrofivplivvhídnihmeteorologíčnihdanihnaneviznačenístʹrezulʹtatu |
| first_indexed |
2024-04-21T19:43:58Z |
| last_indexed |
2024-04-21T19:43:58Z |
| _version_ |
1796974721088094208 |
| spelling |
journalsuranua-geofizicheskiy-article-2783322023-05-14T11:00:06Z Numerical simulation of the radioactive contamination of Ukraine after the Chornobyl disaster: the influence of the input meteorological data on the results uncertainty Чисельне моделювання формування радіоактивного забруднення України після Чорнобильської катастрофи: вплив вхідних метеорологічних даних на невизначеність результату Skrynyk, O.Y. Bubin, S.M. Чорнобильська катастрофа радіоактивне забруднення місцевості 137Cs атмосферне перенесення та дисперсія вологе та сухе вимивання аерозолів чисельне моделювання невизначеність WRF CALPUFF Chornobyl disaster radioactive contamination Cs-137 atmospheric transport and dispersion wet and dry deposition numerical simulation uncertainty WRF CALPUFF In this article we assess the sensitivity of the numerical simulations of the radioactive 137Cs contamination of Ukraine caused by the Chornobyl nuclear power plant accident in 1986 to the input meteorological data. The atmospheric transport, dispersion, and deposition (dry scavenging and rain washout) of the radioactive aerosols was simulated using the CALPUFF dispersion model. The source parameterization of the 137Cs emissions during the active phase of the catastrophe (26 April—May 5 of 1986) was adopted from the previously published literature results. Seventeen different versions/realizations of the input meteorology for CALPUFF simulations were prepared with the regional prognostic meteorological model WRF by combining the available global atmospheric reanalyses for 1986 (NNRP, ERA-Interim, ERA5, CFSR) and the model’s physical parameterizations (microphysics, radiation processes, boundary/surface layer physics). The assessment of the simulation uncertainty was carried out in two different ways. In the first approach, the uncertainty was estimated as the width of the distribution of the calculated 137Cs surface concentrations (adjusted to the logarithmic scale), which were obtained with different versions of the input meteorology. The second approach was based on the statistical comparison of the calculated 137Cs contaminations and the corresponding measured values obtained during a complex assessment of the aftermath of the disaster made at the beginning of 1990s. Two statistical metrics were used: the geometric mean bias and the geometric mean variance. The results of our study demonstrate that even when using somewhat unified meteorological data (atmospheric reanalysis), the results of the radioactive contamination calculations at the same spatial locations can differ by several orders of magnitude. We find that the uncertainty depends not only on the distance to the source of the emissions but also on the physical mechanism (wet or dry deposition) responsible for the formation of the local contamination У статті представлено кількісне оцінювання чутливості результатів чисельного моделювання формування поверхневого забруднення території України радіонуклідами 137Cs після аварії на Чорнобильській атомній електростанції у 1986 році до вхідних метеорологічних даних. Для розрахунку атмосферного перенесення, дисперсії та осідання (вологого та сухого вимивання) радіоактивних аерозолів було використано моделюючий програмний комплекс CALPUFF. Параметризація джерела викидів 137Cs під час активної фази аварії (26 квітня — 5 травня 1986 р.) здійснена на основі раніше опублікованих в науковій літературі результатів. Сімнадцять різних версій/реалізацій вхідної метеорології для CALPUFF було отримано за допомогою регіональної прогностичної метеорологічної моделі WRF, комбінуючи доступні для 1986 р. дані глобальних атмосферних реаналізів (NNRP, ERA-Interim, ERA5, CFSR) та фізичні параметризації самої моделі (мікрофізика, радіаційні процеси та фізика граничного/приземного шарів). Кількісне оцінювання невизначеності результатів розрахунків було проведене двома способами. У першому способі, невизначеність розраховувалась як ширина/розмах розподілу значень поверхневих концентрацій 137Cs (у логарифмічному масштабі), отриманих при різних версіях вхідної метеорології. Другий підхід базувався на основі статистичного порівняння розрахованих значень поверхневого забруднення та відповідних виміряних даних, які були отримані під час комплексного оцінювання наслідків катастрофи на початку 90-х років минулого століття. Дві статистичні метрики/показники було використано для порівняння: геометричні середні відхилення та дисперсія. Результати дослідження демонструють, що навіть при використанні різних версій певною мірою уніфікованих метеорологічних даних (атмосферних реаналізів), результати розрахунків поверхневої концентрації радіонуклідів в одних і тих же просторових локаціях можуть відрізнятися один від одного на декілька порядків величини. Крім того, невизначеність розрахунків залежить не тільки від відстані до джерела емісій, але і від фізичного механізму відповідального за формування поверхневого забруднення (вологого чи сухого вимивання). Subbotin Institute of Geophysics of the NAS of Ukraine 2023-05-14 Article Article application/pdf https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/278332 10.24028/gj.v45i2.278332 Geofizicheskiy Zhurnal; Vol. 45 No. 2 (2023) Геофизический журнал; Том 45 № 2 (2023) Геофізичний журнал; Том 45 № 2 (2023) 2524-1052 0203-3100 uk https://journals.uran.ua/geofizicheskiy/article/view/278332/284252 Copyright (c) 2023 O.Y. Skrynyk, S.M. Bubin https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0 |