Description and evaluation of the atmospheric radionuclide transport model ARTM
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Um die Einwirkungen der Emissionen von kerntechnischen Anlagen im Routinebetrieb, in einer typischen Entfernung von bis zu 20 km in der planetaren Grenzschicht, überwachen und vorhersagen zu können, wurde in Deutschland das lagrangesche Atmosphärisches Radionuklid Transport Model (ARTM) entwickelt. Solche Transportmodelle müssen sorgfältig validiert werden um sicher zu stellen, dass sie die Ausbreitung von Spurenstoffen wirklichkeitsgetreu abbilden. Die vorliegende Arbeit beschreibt und erweitert das Model ARTM und zeigt eine Auswertung der dreidimensionalen Ausbreitungseigenschaften von Spurengasen. In einer Sensitivitätsstudie wird der Einfluss von Stabilitätsklasse, Rauigkeitslänge, Verschiebungshöhe, Quellhöhe und Spurenstofftyp auf die dreidimensionale Ausbreitung der Abgasfahne analysiert. Zudem wird der „well-mixed“ Zustand von fünf unterschiedlichen Turbulenzmodellen untersucht. Flugzeuggestützte CO2 Messungen in der Nähe des Braunkohlekraftwerks Bełchatów (Polen) erlauben die Bewertung der Modellergebnisse unter sehr instabilen Grenzschichtbedingungen. Ein Modellvergleich mit numerischen Wettervorhersage- und Large-Eddy-Modellen erweitert die Untersuchung auf leicht instabile atmosphärische Bedingungen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Stabilitätsklasse, als Maß für die atmosphärische Stabilität, den größten Einfluss auf die Simulationsergebnisse hat. Die Turbulenzmodelle können Abweichung zum „well-mixed“ Zustand von ca. 20% aufweisen. Alle simulierten Konzentrationen sind in derselben Größenordnung wie die flugzeuggestützten in situ Messdaten. Allerdings unterschätzen einige Turbulenzeinstellungen die Abgasfahnenbreite um bis zu 50%. Die Ergebnisse dieser Arbeit tragen dazu bei, die Genauigkeit der mit ARTM simulierten Abgasfahnen bei sehr instabilen atmosphärischen Bedingungen durch die Wahl geeigneter Turbulenzmodelle zu verbessern.