沿岸海洋研究 第巻，第 号， −，Bulletin on Coastal Oceanography, Vol. , No. ,−Extended Abstract,

放射性物質の分散シミュレーションに影響を及ぼす
沿海域海況変動過程とその再現性＊
升本順夫＊＊，＃＃・津旨大輔†・郭新宇††・内山雄介＃・宮澤泰正＃＃

Near Coastal Ocean Variability Affecting Radionuclide Dispersion Simulation
and Their Reproducibility in Numerical Models
Yukio Masumoto, Daisuke Tsumune, Xinyu Guo, Yusuke Uchiyama
and Yasumasa Miyazawa

福島第一原子力発電所から漏洩した Cs 分散シミュレーションのモデル相互比較と，伊方発電所および浜岡原子力発電所周辺海域での仮想シナリオ実験から，分散シミュレーションに影響を及ぼす沿海域海況変動過程とその再現性について検討した．その結果，対象とする海域や季節によって重要な変動過程が大きく異なること，モデルによりそれらの再現性が異なることが分かった．より実用的な結果を得るためには，複数モデルによるアンサンブルシミュレーションなどの手法が必要と考えられる．
Near coastal ocean processes are considered in terms of their roles in Cs dispersion and their reproducibility in numericalmodels, through a model intercomparison for the Fukushima Daiichi case and scenario experiments in regions near Ikata andHamaoka. Results demonstrated that key processes differ among different regions and seasons. The extent to which each model
reproduces the key processes also differed significantly among the models.
simulation would be necessary to obtain results for more practical purposes.

An ensemble calculation with a multi-model

キーワード：沿海域海況変動，分散シミュレーション，モデル相互比較，放射性物質． はじめにた海洋内での放射性物質分散シミュレーションは国内で年月 日に発生した東日本大震災に伴う津波には全く行われていなかった．福島第一事故の場合には，より，東京電力福島第一原子力発電所（以降「福島第一」

研究用に用いていた沿海域海況シミュレーションモデルと略す）が甚大な被害を受け，大気海洋環境中へ放射性を暫定的に用いて対応するしかなかった．

物質が漏れ出たことは記憶に新しい．大気中への放射性

このような状況を踏まえ，海洋環境汚染に対する総合物質の漏洩に対しては，以前から緊急時迅速放射能影響的な対応のために何が必要かの議論がなされるように予測ネットワークシステム（SPEEDI）を用いて，緊急なった．研究コミュニティーからの貢献としては，総合時対応を視野に入れた分散予測をルーチン的に行ってい的な対策を行うための基礎データ，特に分散過程の情報た．しかしその一方で，福島第一からは海洋へも多くのを提供することが求められる．しかし，この基礎データ

放射性物質が漏洩したにもかかわらず，緊急時を考慮しとして何をどのように提供するのかについては，誰に対する提供なのか，どのように使われるのかを明確にした＊

年 月 日受領，年 月 日受理＊＊東京大学大学院理学系研究科地球惑星科学専攻†
電力中央研究所環境科学研究所††
愛媛大学沿岸環境科学研究センター＃
神戸大学大学院工学研究科市民工学専攻＃＃
海洋研究開発機構アプリケーションラボ
連絡先：升本順夫，東京大学大学院理学系研究科地球惑星科学専攻
東京都文京区本郷 − −〒 −E-mail : masumoto@eps.s.u-tokyo.ac.jp―

上で，どの程度の不確定性（ゆらぎ）を含んでいるかの情報を合わせて提供する必要がある．一般に，このような基礎データを利用する側はかかの明確な情報を求める傾向があるが，分散シミュレーションの不確定性から，そのような情報提供は不可能であることを理解してもらうことが重要である．
では，この不確定性（ゆらぎ）は何から来るものか．
シミュレーションモデルの違いや用いる外力の違いなど―

升本順夫・津旨大輔・郭新宇・内山雄介・宮澤泰正の技術的な側面もあるものの，海洋分散過程が沿岸・陸岡県の浜岡および愛媛県の伊方周辺海域に着目し，代表棚域の多様な変動現象の総和としてもたらされること，的な沿海域海況変動現象を概観するとともに，異なるモその多様な現象のどれが支配的な要素となるかは，限らデルによるシミュレーション結果の比較を行う．

れた領域や期間であったとしても，場所や時間によって変わることなど，海洋変動そのものに依拠するところが． 福島第一からの放射性物質の分散シミュレーション

大きい．特に，太平洋の西岸付近に位置し，縁辺海にも福島沿海域における放射性物質の分散に影響を及ぼす

面して複雑な海岸地形を持つ日本の場合，代表的な変動

海況変動には，海岸付近の波浪や沿岸流などの数メート過程そのものが場所と時間（季節や経年的な変動も含ルから数十メートル規模の現象から，大陸棚上を岸にむ）によって大きく異なることが簡単に推し測れる．

沿って伝播する陸棚波（Kubota et al .,本論では，福島第一からの放射性物質，特に放射性セシウム）など）や東方から西進して来る中規模渦（例えば Itoh and Yasuda，）など），津軽海峡を抜けて来る津軽暖流の沿岸分（ Cs）に関する分散シミュレーションを例に，福島沿海域での海洋変動過程を示し，それらがどの枝などが考えられる．また福島沖は，南は黒潮，北は親ように分散過程に影響を及ぼしていたか，また異なるモ潮の西岸境界流が複雑に影響し合う混合水域として知ら

デルによるシミュレーション結果の共通点と相違点を検れており（川合，討する．さらに福島沖海域とは異なる状況の例として静度良く表すことが求められる．現在多く用いられているTable）），これらの多様な海洋変動を精Key specifications of eleven models participating in the model inter-comparison of
Fukushima Daiichi case.

Fig.

Cs dispersion for the（a）Domains of dispersion models for the Fukushima Daiichi case and（b）time series of directdischarge scenarios used for each model.

――

放射性物質の分散シミュレーションに影響を及ぼす沿海域海況変動過程とその再現性

沿海域海況再現モデルでは水平格子間隔がkm 前後となっているものが多く，波浪や沿岸流による海岸近傍の現象は取り入れられないものの，数キロメートルよりも大きな陸棚波や中規模渦，主要海流系は再現可能である．

ら，基本的な海況場に根本的な違いは見られない．また，これらのモデルにより得られた年日の 日平均の海面での Cs 分布を Fig.
海洋への直接漏洩が発生してから月 日からに示す．

ヶ月後には，多くの現在，福島第一からの放射性物質の分散シミュレーモデルで福島沖の高濃度域と，宮城県から茨城県にかけションを行っている沿海域海況再現モデルは，国内外のての沿岸域で南北方向に広がる共通の傾向が見られる．

多数の研究者あるいは研究グループにより構築されていその一方，このる．ここでは，それらの中から 機関， モデル（Tableのようになっているかに依存して，高濃度域の重心が北）の結果について比較を試みた結果を紹介する（モデに偏る場合，南に分布する場合，福島沖に留まる場合）ヶ月の間の沿岸に沿う流れの向きがど） を参と，領域内規模（数十〜数百キロメートルの規模）では照のこと）．研究プロジェクトとしての組織的なモデル

モデル間の違いが明確に現れている．この沿岸域の流れ比較ではなく，既存の計算結果を持ち合わせての比較とには，津軽暖流からの南下流や親潮分枝の強さ，陸棚波ルの仕様も含めた詳細は，日本学術会議（

なっているため，各モデルの領域（Fig. （a）），格子間の振幅や位相の再現性が大きく寄与していると考えられ

隔，海底地形，計算期間，境界条件，放射性物質の漏洩る．また，人工衛星観測から，この時期には茨城県沖にシナリオ（Fig. （b））など，多くの要素で異なる条件直径となっていることに注意が必要である．ただし，多くのしていることが示されており，この中規模渦が適切に再モデルの側面境界条件としてデータ同化プロダクトが用現されたモデルと不完全，あるいは全く再現できないモいられていること，さらに幾つかのモデルでは内部領域

デルとで，茨城県沿岸付近の濃度分布に大きな違いが見においても同化プロダクトへの緩和を行っていることかられることも明らかとなった（例えば Fig. （d）と Fig.

Fig.

km 程度の高気圧性循環を伴う中規模渦が存在

Horizontal distribution of surface Cs averaged during Apriland ,. （a）monitoring
observations,（b）to（l）results of dispersion simulation from eleven models. Thick arrows in（b）
to（l）indicate schematic location of the Kuroshio axis in each model result. Models in（b）to（g）include Cs input from atmospheric deposition, and models in（h）to（l）consider only directdischarge into the ocean from the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant.

――

升本

（h）の違い）．また Fig.

順夫・津旨大輔・郭新宇・内山雄介・宮澤泰正には，各モデルで再現された現象が重要となる可能性も否定できない．そこで，海況

黒潮の流軸位置を太い矢印で模式的に表している．側面が大きく異なると考えられる愛媛県の伊方発電所（以下境界条件での制約はあるものの，モデル内部領域での「伊方」）周辺（瀬戸内海の内海環境）および静岡県の様々な特性の違いから，黒潮流軸の再現性も多様である

浜岡原子力発電所（以下「浜岡」）周辺（黒潮と黒潮内ことが分かる．しかし，多くのモデルで共通する特徴と側域環境）海域に対して，サンプル数は少ないものの同して， Cs の高濃度域の南限が黒潮位置によって規定様のモデル比較を行い，特徴的な傾向の同定を試みた．

されていることが挙げられる．これは，移流や拡散に本節の比較で用いるモデルは，前節の比較にも用いられよって徐々に南へと張り出した Cs は，黒潮の北側でた

東向きの強流帯に取り込まれてしまい，黒潮を直接横切用したものである（Table ）．放射性物質の放出シナリる物質循環経路は見られないことによる．ただしさらにオとしては福島第一の場合を単純化したものとし，放出東方の海域では，流路の不安定性や中規模渦活動により開始時から 日間一定値（ ．×

南北方向への Cs の分散過程が強化され，黒潮流軸以その後の放出は無いものと考える．また，分散シミュレ

つのモデルを基礎として，異なる海域へそれぞれ適Bq day− ）を与え，南への広がりが見られることに注意されたい．このようーションに用いる流況場は各モデルで再現されたに，それぞれのモデル結果で共通点があるものの，相違のものを用い，点も多く認められる．これらのモデルの結果を何らかの時（UTC）から放出が始まったとして，その後形で利用する場合には，それぞれのモデルで再現性の良の計算を行った．

い部分と悪い部分があることを十分踏まえた上で用いな．． 伊方周辺海域ければならないであろう．

伊方周辺海域のFig. （b）
から（g）のモデルでは，福島第一から一旦月，ション結果から，月，月， 月の各月の月および年日ヶ月間

月におけるシミュレーヶ月後の海面での Cs の空間分布

大気へ放出されたものが海面を通じて流入した大気沈着を Fig.の影響も取り入れられているが，Fig. （h）
から（l）の潮流に伴う岸に沿う方向の往復運動が卓越するものの，モデルにはその影響は考慮されていない．前者のグルー

数週間の時間規模の流動場には弱い拡散効果としてのみ

プでは，海洋に比べて短時間で広がる大気中の Cs 分効いてくる．一方，季節によって弱いながらも平均的な布を反映して，海洋でも広い範囲に Cs が分布してい循環が存在しているため，るが，その値はBq m− 程度であり，直接漏 洩 に よる Cs 濃度（ ，Bq m− 以上）に比べて小さいことが分かる．に示す．伊方周辺海域では，短周期変動として月には伊方周辺に留まるか，豊後水道方面の西方へ広がる傾向が示されている．
一方，月にはより広範囲，あるいは東方への広がりを見せている．定量的な評価は今後の研究課題となるものの，このような季節的な分布の違いには，冬季の強い北． その他の海域についての検討

西季節風の影響や，夏季に伊予灘などで発達する底部冷

前節では福島第一から漏洩した Cs の分散過程に着水（例えば Chang et al .,）など）に伴う反時計回り目して鍵となる海洋変動現象を見たが，他の海域においの循環による影響が考えられる．また，黒潮の一部が瀬ても同じ変動現象が同程度に重要になるかは自明ではな

戸内海を通過すると考えられている瀬戸内海通過流の影

く，また宮城−福島−茨城沖海域では考慮されていない

響も可能性として挙げられる（例えば駒井ほか，Table

Key specifications of models for inter-comparison ofregion（A, B, and C）and Hamaoka region（C and D）.

――

Cs dispersion in the Ikata）

放射性物質の分散シミュレーションに影響を及ぼす沿海域海況変動過程とその再現性など）．この通過流については，側面境界条件として与比べたえられる黒潮の強さや構造が影響を及ぼしていることがり， 月には紀伊半島から伊豆海嶺付近までの海域で大考えられるが，そのメカニズムや流量，物質循環やトレきく蛇行した流路となっている．このような黒潮の変動ーサー分布への影響については未解明である．福島第一は，気象庁によるの場合と同様に，このような鍵となる変動過程の再現性デル内で現実的に再現されていると言えよう．

がモデルによって異なるため，Fig.

合，いずれのモデルにおいても黒潮の強流域 の 北 側に示されるモデルつのモデルで，黒潮は月には直進流路を取m 深海流図にも現れており，両モ月の場間での違いがもたらされている．に Cs の分布が限られている点で共通している．しか．． 浜岡周辺海域

し Cs 濃度が比較的高い領域を比べると，モデル C で浜岡周辺海域の月および 月におけるシミュレーは紀伊半島寄りに偏り，黒潮北縁に沿って東へと流されション結果から，ヶ月後の海面での Cs の空間分布ているが，モデル D では伊勢湾入り口付近と伊豆半島および水平流速ベクトルの分布を Fig.

Fig.に示す．結果をの東から大島周辺に見られる．このような違いは，沿岸Horizontal distribution of surface Cs for three models used for the Ikata case.
February（August）. Green dots indicate the location of the Ikata Power Plant.

Fig.

Red（blue）regions show distribution for

Horizontal distribution of surface Cs for two models used for the Hamaoka case. （a）
Distribution on February ,, month after starting discharge in the February integration, ofModel-C. （b）Same as（a）, but for Model-D. （c）Distribution on November ,, monthafter starting discharge in the November integration, of Model-C. （b）Same as （a）, but forModel-D. Red dots indicate the location of the Hamaoka Nuclear Power Plant. （The color figure
can be seen in the PDF version of the article.）

――

升本

域での東西流の違いと，東経順夫・津旨大輔・郭度付近から東側での黒新宇・内山雄介・宮澤泰正であろう．

潮の流路の一部が八丈島付近から分岐して大島付近を通モデルにより結果が異なる「不確定性（ゆらぎ）」が過する流れを作るか，八丈島周辺を東進するかの違いがある場合，基礎情報として何を示す必要があるのかも検大きく寄与していると考えられる．

討する必要がある．このような不確定性に伴う違いは，一方， 月の場合には，モデル間での違いがさらに大きい．モデル D においては，東経度付近で一部南側へ張り出しているものの，蛇行のない例えば水温や栄養塩などの広がりに関しては，その許容範囲の大きさによって大きな問題にならないかもしれな

月と同様に沿岸

いが，放射性物質や汚染化学物質などではわずかな違い域に捕捉されながら東西に分布している．これは，黒潮が大きな影響を与えかねない．情報提供の視点からも，内側域で中規模渦などの擾乱が少なく，岸に沿って東西慎重に対応することが求められるであろう．

方向の流れが卓越する傾向を持つことによるものと考えられ，黒潮内側域の水平流速場も弱いことが分かる．一方，モデル C では黒潮内側域での渦活動 が 活 発 で あり，これに伴う比較的強い流れによってストリーマーの謝辞
本研究は住友財団環境研究助成の補助を受けて行った．

ような構造が多く見られる．この渦活動により，内側域の広い範囲に Cs が分布していると考えられる．
このように浜岡周辺海域においては，潮流や季節風の影響よりも，黒潮流軸の位置（蛇行しているか直進しているか）や，黒潮内側域での中規模渦などの擾乱の活動度が分散過程に重要であることが示された．
． おわりに福島第一から漏洩した Cs 分散シミュレーションのモデル相互比較と，伊方および浜岡周辺海域での仮想シナリオ実験から，分散シミュレーションに影響を及ぼす沿海域海況変動過程とその再現性について検討した．その結果，対象とする海域によって重要な変動過程が大きく異なること，モデルによりそれらの再現性が異なることが分かった．放射性物質等の分布状況は，過去の流れ場の履歴を反映したラグランジュ的なものであるため，流れ場に含まれる小さな誤差でも，それが蓄積されて大きな違いとなる可能性がある．ランダムな誤差の場合には誤差同士で打ち消しあう可能性も否定できないが，多くのモデルで系統的な誤差が残っていることを考えれば，流れ場の違いによるモデル間の差を小さくすることはかなり難しい問題と考えられる．より精度の高い結果を得るためには，流速場の正確な把握と再現が不可欠である．そのためには，中規模渦はもちろん，さらに小さなサブメソスケール現象についても，個々の現象の振る舞いや統計的性質を理解しておくことが必要となろう．
また日本の周辺海域は，黒潮のような強い流れに影響を受ける海域や，内海のように比較的穏やかで潮流の影響が大きい海域，季節的な風の影響を強く受ける海域など，場所や時間によって多様な流れの状況が現れる．伊方や浜岡周辺海域では，福島の知見をそのまま適用することは出来ないことを示している．この点については，他の海域も含めて，今後さらに検討しなければならない―

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質疑応

答

問：モデルの相互比較から，放射性核種の計算に最もふさわしいモデルの構築は可能か？
（九州大学応用力学研究所，磯辺篤彦）

答：それぞれのモデル結果で共通点があるものの，相違点も多く認められることを考えれば，これらのシミュレーションのうちどの結果が「最も良い」結果であるかを選ぶことは出来ない．ある海域で最良のモデルが他の海域でもそうである保証もない．現状では，つのシミュレーション結果だけを見ていては不十分で，複数の結果で共通する特徴，異なる分布を明確にしつつ，天気予報のように確率論的な扱いをせざるを得な
いと考える．

―