大气中放射性核素的分析(2)
系列的人类活动：铀矿的开采，核电站的成立就是最好的例子。这些都给我们的生活带来极
大的改变。然而，凡事有利必有弊，由于铀矿等放射性矿产的开采，不少放射性物质进入大
气中，引起了天然本底的提高。更有甚者， 当核设施发生事故，如俄罗斯的切尔诺贝利核电
站和日本的福岛核电站事故（当然，这概率是极低的）,核燃料便泄漏至水，土壤，大气中，
引起放射性照射水平的大大提高，危害人类的健康。因此，对大气中的放射性核素的监测和
分析是大气污染监测中不可或缺的一部份，也是实施辐射防护措施的重要依据。
1.2 放射性物质在大气中的扩散
对某一地区放射性物质在大气中扩散的研究，是进行有效的监测的基础。不过，放射性
物质在大气中的扩散是受多重因素所控制的：其中包括了风速等天气条件，大气稳定度[1]，雨
洗作用[2]等和下垫面状况如地形，建筑物[3],底面粗糙度[4]等。 目前，放射性物质在大气的扩散
的研究方法有：野外观测试验，物理模拟和数字模拟[5]。其中第一种方法的试验条件不易控
制，周期长，导致可行性和重复性都比较差。而物理模拟方法在技术上还存在一定的难度。
相比于前两种方法，数值模拟具有良好的通用性和灵活性，能适用于数据较少时估算各种条
件下大气污染物的时空分布和变化,是一种大气污染控制中非常重要的工具和手段[6]。因此，数值模拟方法作为一种工具也广泛应用于放射性物质在大气中扩散的研究中。
大气扩散模式是一种用以处理大气污染物在大气中（主要是边界层内）输送和扩散问题
的物理和数学模型[7]。根据数值模拟方法和应用范围的不同，将物质在大气中的扩散模式分为
了高斯模式，欧拉模式，拉格朗日模式，CFD湍流模式和嵌套模式。对于范围为2km内的扩
散，大多采用CFD湍流模式；对于范围为20km内的局地扩散，高斯模式则被采用；而对于
中尺度（20~200km）和大尺度（200km以上）则分别采用拉格朗日模式和欧拉模式。嵌套模
式则很好的综合各模式的长处，避免了各个模式本身的局限性。事实上，在我国大气环境影
响评价中，通常采用导则推荐的高斯大气扩散公式为主的数学模型开展预测，而且，高斯模
式也成功应用于各种条件下物质的扩散问题研究中[8、9]，IAEA19 号报告介绍的大气扩散模式也是基于高斯模式[10]
，因此，本文将重点介绍高斯模式。 1.2.1 高斯模式
在均匀，定常的湍流大气中污染物浓度满足正态分布，以此为条件导出一系列高斯模型
扩散公式。然而，实际大气并不满足均匀定常的条件，因此一般的高斯扩散公式仅适用于下
垫面均匀平坦，气流稳定的小尺度扩散[11]。高斯模式包括了：标准高斯烟羽模型；烟团轨迹模型；分段烟羽轨迹模型。 a) 标准高斯烟羽模型
该模型以及其修正模型是在研究中广泛使用模型。标准高斯模型的假设包括假定湍流扩
散系数K 为常数，平均风场稳定，物质浓度在垂直和水平方向上符合正态分布等。因此也决
定了其只有在下垫面平坦开阔、性质稳定，大气条件恒定的场合才有良好的结果。当然，在
不同的条件下，应作出相应的修正，例如Venkatesan [12]等人对高斯烟羽模型进行了修正，并
考虑了海风条件下烟熏的影响。
b) 烟团轨迹模型
该模型是由标准高斯模型改进发展而来的，其假定条件包括：烟团规模仅受湍流扩散的
影响，其内部风变化稳定、浓度呈正态分布。它是以离散的烟囱模拟连续的烟羽，烟囱的增