清华模拟日本核污水排海：240天到达中国沿海 ，3600天覆盖整个太平洋
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2023-08-31 16:55
8月24日消息，日本福岛第一核电站核污染水排放入海，当天的核污染水排放量预计为200至210吨。
据悉，第一阶段排海将持续17天，合计排放约7800立方米核污染水。
那么，福岛核污水离我们到底有多远？为了回答这一问题，清华大学的研究团队对福岛核污水的扩散过程进行了模拟，并以动画的形式展现了污水中主要放射性物质——氚的扩散过程。
以上动画模拟过程显示：在排放后的 240 天，污染物就已经到达我国东南沿岸海域，然后逐渐向东海和渤海扩散。在第 1200 天时，污染物到达北美附近，并几乎覆盖了整个北太平洋。到第3600天，几乎整个太平洋都受到了这些污染物的影响。
目前，相关论文已经发表在《国家科学评论》（National Science Review）期刊上，题目为：《福岛核事故处理水的排放——宏观与微观模拟》（Discharge of treated Fukushima nuclear accident contaminated water: macroscopic and microscopic simulations）。
据2021年科睿唯安的评价，《国家科学评论》影响因子是17.275，排名保持在全球综合性期刊第三名，仅次于Nature和Science。
清华团队：240天到达中国，1200天覆盖整个北太平洋
论文标题：
Discharge of treated Fukushima nuclear accident contaminated water: macroscopic and microscopic simulations
论文地址：
https://academic.oup.com/nsr/article/9/1/nwab209/6442253
这项研究的几个作者属于清华大学研究团队，扩散机理的实验开始于2021年，对海洋中核污染物的宏观和微观扩散进行了分析。
宏观扩散主要关注污染物在海洋中的整体分布，而微观扩散则专注于单个污染物的表现。
在实验过程中，这两个层面的扩散都被进一步细分为几个子过程。通过单独分析这些子过程，并将它们叠加，获得一个整体的扩散模拟。
论文提到，在子过程的数学推导中，研究采用了菲克定律和爱因斯坦的均方位移理论。
如上图，详细呈现了这两种扩散（宏观和微观）分析的子过程，以及它们之间的相互关系。
在日本计划排放到海洋的处理过的水中，氚被认为是最主要的污染物。为了深入了解氚在海洋中的扩散模式，研究团队使用了特定的参数进行模拟。
模拟结果显示，从日本排放的污染物在很短的时间内，就迅速影响了一个大范围的海域。具体来说，在头120天内，受影响的海域就已经扩展到30度纬线和40度经线之间。这主要是因为海流在纬度方向上的作用更强，导致污染物更快地向这个方向扩散。特别是在北纬35度附近，有一个高浓度的污染带。
但这还只是开始。经过1200天，这些污染物不仅覆盖了整个北太平洋，还抵达了北美和澳大利亚的海岸。更进一步，受赤道洋流的推动，这些污染物甚至沿着巴拿马运河快速传播到了南太平洋。2400天后，部分污染物通过澳大利亚北部的海域，扩散到了印度洋。到第3600天，几乎整个太平洋都受到了这些污染物的影响。
After 3600 days, the pollutants occupy almost the entire Pacifi Ocean.
最值得注意的是，虽然这些污染物最初是在日本附近的海域排放的，但它们最终沿着北纬35度线向东扩散，形成了一个高浓度的污染区。这意味着，即使污染物的排放点是在一个相对局限的区域，其影响也可能在长时间和大范围内显现出来。
上图b和图d详细呈现了三个北纬30度附近的沿海城市——宫崎、上海和圣地亚哥——及其周边海域在4000天里面临的污染物浓度变化。这些城市受到影响的先后顺序主要取决于它们与福岛的距离：首先是宫崎，然后是上海，最后是圣地亚哥。每个城市附近的海域的污染物浓度最开始都快速上升，但后来逐渐稳定下来。
值得注意的是，尽管圣地亚哥是最后受到影响的，但其周边海域的稳定污染物浓度却是最高的。这主要是因为福岛附近有强烈的海流，特别是黑潮和親潮的交汇区域，导致污染物主要是沿着东西方向，而不是南北方向扩散。
论文提到，在核污水开始排放的初期，我们应该特别关注其对亚洲沿海地区的影响。但在长期内，由于北美沿海的污染物浓度会持续较高，因此也需要重点考虑其对北美的影响。
另一份研究结论：中国近海水体较浅,污染氚更易进入生物累积过程
论文标题：
Transport and dispersion of tritium from the radioactive water of the Fukushima Daiichi nuclear plant
论文地址：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0025326X2100549X
除了清华团队，一份涵盖多学科、多国家的合作论文，也揭示了核污水排海的影响。他们建立了一个三维全球模型，进行了四种不同排放场景（时间）的模拟，探讨了此次排放氚在海洋中的传播路径。
模型显示：第1年里，主要的氚污染从日本沿海迅速沿着黑潮扩散出去。随后，这些受污染的水逐渐传播，通过北太平洋洋流在4到5年内达到了太平洋东北部。10年后，由于水流和扩散作用，几乎整个北太平洋都受到了污染。
图注：紫色的实线箭头指出了这些核污染水如何通过次表层进入到中国海域。
具体而言到四种持续排放时间，论文表示：在短期排放情况下，不论是排放1个月还是1年，潜在受污染的区域和其浓度基本一致。在1年内，高浓度的污染区（浓度超过0.1 Bq/m³）从日本东海岸延伸至东经175°，然后以大约每年15°的速度继续东移。到了第5年，这个高浓度氚污染的核心区已经触及北美洲的海岸。
随后，这些受污染的海域进一步扩张，覆盖了整个北太平洋，包括东海、南海的北部和菲律宾周边海域。十年后，具有超过0.001 Bq/m³氚浓度的水域不仅会污染整个南海和印度尼西亚的海域，甚至有可能扩散到南半球。同时，这一核心污染区也覆盖了北美的整个东海岸。更进一步，这些受污染的水域还可能通过印度尼西亚水道流入印度洋。
当排放时间延长至5年或10年时，污染水体仍然以大致相同的速度向东移动，但其浓度较低。这些长期排放情境下的受污染区域与短期排放情境下的几乎一样，只是分布模式有所不同。在5年排放完成后，氚浓度超过0.1 Bq/m³的核心污染区主要集中在日本的东海岸，但也扩散到了北太平洋的东端。而10年排放完毕后，北太平洋的污染几乎均匀分布。
