Ανάπτυξη μεθόδων αφομοίωσης παρατηρήσεων (data assimilation) σε μοντέλα ατμοσφαιρικής διασποράς

Abstract

The general framework of this Doctoral Thesis is the development of Data Assimilation methods in Lagrangian atmospheric dispersion models that used in the frames of Nuclear Emergency Response systems. The main target of this Thesis is the development of an efficient data assimilation algorithm for estimating the unknown emission rate of radionuclides in the atmosphere following a nuclear accident suitable for application within Deterministic and Stochastic Lagrangian atmospheric dispersion models. For this purpose a variational data assimilation methodology was developed and implemented in the Lagrangian atmospheric dispersion model DIPCOT that used in Nuclear Emergency Response System “RODOS”. The developed methodology evaluated using simulated measurements and real measurements from the atmospheric dispersion experiment of Ar⁴¹ that was carried out at the BR1 research reactor of the Belgium Nuclear Research Centre (SCK CEN) in MolBelgium. The results of this Doctoral Thesis demonstrate potential of the developed algorithm for application in operational Nuclear Emergency Response Systems. This Doctoral Thesis succeeded its targets and developed an efficient data assimilation methodology for estimating the unknown emission rate of radionuclides in the atmosphere.

Το θεματικό πλαίσιο μέσα στο οποίο κινείται η παρούσα Διδακτορική Διατριβή είναι η ανάπτυξη μεθόδων Αφομοίωσης παρατηρήσεων σε Lagrangian μοντέλα ατμοσφαιρικής διασποράς που χρησιμοποιούνται σε Συστήματα Αντιμετώπισης Πυρηνικών ατυχημάτων. Ο βασικός στόχος της διατριβής είναι η ανάπτυξη μιας αποδοτικής μεθοδολογίας που θα είναι κατάλληλη να εφαρμοστεί σε Ντετερμινιστικά και Στοχαστικά μοντέλα ατμοσφαιρικής διασποράς τύπου Lagrange. Η μέθοδος θα πραγματοποιεί βέλτιστη εκτίμηση του ρυθμού έκλυσης της ραδιενεργού ουσίας χρησιμοποιώντας μετρήσεις ρυθμού δόσης γ ακτινοβολίας στον αέρα. Για το σκοπό αυτό αναπτύχτηκε μεθοδολογία αφομοίωσης παρατηρήσεων που βασίζεται στο λογισμό των μεταβολών και εφαρμόστηκε στο μοντέλο ατμοσφαιρικής διασποράς τύπου Lagrange DIPCOT που χρησιμοποιείται στο Σύστημα Αντιμετώπισης Πυρηνικών Ατυχημάτων “RODOS”. Η μεθοδολογία που αναπτύχτηκε αξιολογήθηκε χρησιμοποιώντας προσομοιωμένες μετρήσεις καθώς και πραγματικές μετρήσεις πεδίου του πειράματος ατμοσφαιρικής διασποράς Ar⁴¹ που πραγματοποιήθηκε στο ερευνητικό αντιδραστήρα BR1 του Κέντρου Πυρηνικών Ερευνών (SCK CEN) στο Mol στο Βέλγιο. Τα αποτελέσματα της διατριβής αποδεικνύουν την καταλληλότητα του αλγορίθμου που αναπτύχτηκε για την εφαρμογή του σε Συστήματα Αντιμετώπισης Έκτακτης ανάγκης Πυρηνικών ατυχημάτων. Η Διδακτορική Διατριβή ανταποκρίθηκε στους στόχους της και κατόρθωσε να αναπτύξει μια αποδοτική μεθοδολογία Αφομοίωσης Παρατηρήσεων για την βέλτιστη εκτίμηση του ρυθμού έκλυσης της ραδιενεργού ουσίας.