JAEA-Data/Code2017-013
DOI:10.11484/jaea-data-code-2017-013

過去解析から短期予報まで任意の期間及び放出源情報に対する大気拡散計算結果を即座に提供可能な大気拡散データベース計算手法の開発（共同研究）Development of a Calculation Method for Atmospheric Dispersion Database That Can
Immediately Provide Calculation Results for any Source Term and Period from
Hindcast to Short-term Forecast(Joint Research)
寺田 宏明

都築 克紀

門脇 正尚

永井 晴康

田中 孝典
Hiroaki TERADA, Katsunori TSUDUKI, Masanao KADOWAKI, Haruyasu NAGAI
and Atsunori TANAKA

原子力科学研究部門
原子力基礎工学研究センター
環境・放射線科学ディビジョン
Environment and Radiation Sciences Division
Nuclear Science and Engineering Center
Sector of Nuclear Science Research

January 2018
Japan Atomic Energy Agency

日本原子力研究開発機構

本レポートは国立研究開発法人日本原子力研究開発機構が不定期に発行する成果報告書です。
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JAEA-Data/Code 2017-013
過去解析から短期予報まで任意の期間及び放出源情報に対する大気拡散計算結果を即座に提供可能な大気拡散データベース計算手法の開発（共同研究）
日本原子力研究開発機構

原子力科学研究部門

原子力基礎工学研究センター

環境・放射線科学ディビジョン
寺田

宏明、都築

克紀、門脇

正尚、永井

（2017 年 12 月 8 日

晴康、田中

孝典＊

受理）

東京電力福島第一原子力発電所事故による放射性物質の大気放出に対して、世界版緊急時環境
線量情報予測システム第 2 版（WSPEEDI-II）を用いた大気拡散計算により放出源情報の推定や大気拡散過程と環境汚染形成過程の解析を行ってきた。この経験に基づき、原子力緊急時における様々な大気拡散予測のニーズに対応するとともに、事前の環境モニタリング等の事故対応計画の策定に有効な情報をデータベースとして整備することが可能な大気拡散計算手法の開発を行った。
本計算手法では、原子力施設など放出点が定まっている場合に、放出源情報のうち放出点以外の不確定情報である放射性核種、放出率、及び放出期間を特定することなく拡散計算を実施してデータベース化しておき、放出源情報を与えた際にその条件に基づく予測結果を即座に得ることを可能としている。この計算を気象解析・予報データの更新に合わせて定常的に実行し、過去から数日先までの連続的なデータベースとして整備することで、過去解析から短期の将来予測まで任意の期間及び放出源情報に対する大気拡散計算結果を即座に作成することができる。この機能は、過去の様々な気象条件に対する大気拡散解析結果の分析により、モニタリング計画の最適化等の事前計画の立案に利用できる。また、様々な仮想放出源情報を用いた大気拡散解析により、緊急時における対策を検討する上で想定すべき事象の把握が可能である。さらに、本手法に基づき環境モニタリングの測定値からの逆解析により放出源情報を推定し、モニタリングデータに即した放射性物質の時空間分布状況を再現することで、モニタリングの補完として活用可能である。

本研究は日本原子力研究開発機構と島根県原子力環境センターとの共同研究に基づいて実施したものである。
原子力科学研究所：〒319-1195 茨城県那珂郡東海村大字白方 2 番地 4
＊島根県原子力環境センターi

JAEA-Data/Code 2017-013
Development of a Calculation Method for Atmospheric Dispersion Database That Can
Immediately Provide Calculation Results for any Source Term and Period from
Hindcast to Short-term Forecast(Joint Research)
Hiroaki TERADA, Katsunori TSUDUKI, Masanao KADOWAKI, Haruyasu NAGAI
and Atsunori TANAKA＊
Environment and Radiation Sciences Division
Nuclear Science and Engineering Center
Sector of Nuclear Science Research
Japan Atomic Energy Agency
Tokai-mura, Naka-gun, Ibaraki-ken(Received December 8, 2017)
We have conducted the estimation of source term and analysis of the processes of atmospheric dispersion
and environmental pollution formation against atmospheric discharge of radioactive materials due to the
Fukushima Daiichi Nuclear Power Station accident by atmospheric dispersion calculation using Worldwide
version of System for Environmental Emergency Dose Information 2nd version (WSPEEDI-II). Based on
this experience, we developed an atmospheric dispersion calculation method that can respond to various
needs for dispersion prediction in nuclear emergency and prepare database of information useful forplanning of emergency response such as environmental monitoring. In this calculation method, when arelease point such as a nuclear facility is known, it is possible to immediately obtain the prediction results
when source term is provided by creating a database of dispersion calculation results without specifying
unknown radionuclides, release rate, and release period. By performing this calculation steadily along with
updating of meteorological analysis and forecast data and preparing the results as a continuous databasefrom the past to several days in future, it is possible to immediately get dispersion calculation results forany source term and period from hindcast to short-term forecast. This function can be used for pre-accident
planning such as optimization of monitoring plan by analyzing dispersion calculation results for various
past weather conditions. Atmospheric dispersion analysis for various hypothetical source term makes it
possible to understand events to be supposed in considering countermeasures in emergency. In addition, it
is useful as a supplement to monitoring to estimate source term by inverse method from environmental
monitoring data and reproduce the spatiotemporal distribution of radioactive materials based on thismethod.
Keywords: Atmospheric Dispersion, Numerical Simulation, Database, Nuclear Emergency, WSPEEDIThis work has been performed in Japan Atomic Energy Agency as a joint research with
Shimane Prefectural Nuclear Power Environmental Center.
＊Shimane Prefectural Nuclear Power Environmental Centerii

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JAEA-Data/Code 2017-013

目

次

1.

緒言 ···················································································································· 12.

計算手法 ·············································································································· 3
2.1 計算コード ······································································································ 3
2.2 気象計算 ········································································································· 3
2.3 データベース拡散計算 ······················································································· 5
2.4 気象場及びデータベース拡散計算の自動実行 ························································· 73.

島根原子力発電所を対象とした試験計算···································································· 8
3.1 試験条件 ·········································································································· 8
3.2 試験結果 ········································································································· 11

4.

原子力緊急時対応への活用法と今後の課題································································ 28

5.

まとめ ················································································································ 29

参考文献 ·················································································································· 30

iii

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JAEA-Data/Code 2017-013

Contents
1.

Introduction ··········································································································· 12.

Calculation Method ·································································································· 3
2.1 Computational Codes ····························································································· 3
2.2 Meteorological Prediction ························································································ 3
2.3 Database Dispersion Calculation ················································································ 5
2.4 Automatic Execution of Meteorological Prediction and Database Dispersion Calculation ············· 7

3. Test Calculation for the Shimane Nuclear Power Station ······················································ 8
3.1 Test Condition ······································································································ 8
3.2 Test Results ········································································································ 11
4.

Utilization for Nuclear Emergency Response and Future Issues ············································· 28

5. Summary ············································································································· 29
References ················································································································· 30

iv

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1. 緒言
2011 年 3 月 11 日に発生した東京電力福島第一原子力発電所（以降、1F）事故において、大気中に放出された放射性物質は広範囲に拡散し、その放射性物質による環境及び健康への影響が懸念される状況をもたらした。事故当初、排気筒モニターや環境モニタリングポストは動作しなかったため、放出源情報は入手できず、放射線測定結果は敷地境界や施設周辺における限定的な測定からの情報に限られたことから、事故規模と放射性物質の拡散状況が不明な状態が続いた。例
えば、米国エネルギー省と文部科学省による航空機モニタリングで得られた 1F から 80km 圏内の汚染状況が最初に公開されたのが 2011 年 5 月 6 日であり 1)、同モニタリングによる東日本域の広域汚染分布が公開されたのは、2011 年 12 月 16 日であった 2)。我々の研究グループは、このような原子力事故時に迅速に放射性物質の大気拡散予測情報を提供するための世界版緊急時環境線量
情報予測システム第 2 版（WSPEEDI-II）の開発に取り組んできた 3)。1F 事故では、事故初期から
この WSPEEDI-II を用いて、緊急時迅速放射能影響予測ネットワークシステム SPEEDI4)よりも広範囲を対象とした大気拡散予測結果を旧原子力安全委員会に提供するとともに、大気拡散シミュ
レーションを環境モニタリングと組み合わせることで、放出源情報の推定や大気拡散過程及び環境汚染形成過程の解析を行ってきた 5-10)。これら一連の事故対応の経験から、従来の大気拡散計
算手法に関して以下の課題とニーズが明らかとなった。
・WSPEEDI-II で用いる高度な気象及び拡散予測モデルは、従来の SPEEDI のモデルよりも計算時間を要するため、事故発生後に気象及び拡散モデル実行による大気拡散計算を開始すると、予測結果を得るのに時間を要する。
・放出が長時間継続した場合に事故当初からの全期間の拡散解析が必要となるが、通常の手順で毎日実施してきた拡散解析をつなぐだけでは適切な結果が得られず、初期時刻からの連続的な計算を気象場から再計算する必要があり、解析に時間を要する。
・避難等の防護対策の策定、ベント放出等の緊急時対策の影響評価、緊急時モニタリングの計画
立案、及び拡散計算と環境モニタリングを組み合わせた放出量推定等を実施する際、想定放出条件に対する大気拡散計算を多数ケース実行する必要があり、計算結果を得るのに時間と労力を要する。
そこで本研究では、これらの課題を解決するため、原子力緊急時における様々な大気拡散予測のニーズに対応するとともに、事前の環境モニタリング等の事故対応計画の策定に有効な情報をデータベースとして整備することが可能な計算手法の開発を行った。この計算手法の基本的概念
は、予め、一定の時間間隔で放出期間を分割した単位放出期間について単位放出条件による大気拡散計算を実施し、全ての放出期間ケースの計算結果（単位放出拡散データ）をデータベースとして保存する。そして、実際の放出条件が与えられた際には、単位放出期間ごとの放出条件を単位放出拡散データに適用することで得られる大気拡散計算結果を全放出期間について合算することで、任意の放出条件に対する大気拡散計算結果を即座に得るというものである。この計算手法の基本的な概念は、従来から利用されてきたものであり、1F 事故対応においても適用されている
11, 12)。本研究では、この手法を基にさらに発展させることで以下を実現するものである。

・毎日の気象解析・予報データの更新に合わせて局地気象予測計算と大気拡散計算を定常的に実行し、解析データを連続的に蓄積することにより過去から数日先まで任意の解析期間をデータベースから切り出し、任意の放出源情報に対する大気拡散計算結果を即座に得ることを可能と-1-

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JAEA-Data/Code 2017-013する。
・放射性核種を沈着特性が同様なグループに分類し、それぞれのグループを代表する核種についての単位放出及び放射性壊変による減衰がない条件での大気拡散計算により、大気中濃度及び地表沈着量データを作成し保存する。設定した放出源情報における対象核種の計算では、その核種が属するグループの代表核種の単位放出拡散データに設定した放出率と対象核種の放射性壊変による減衰を適用することにより、任意の放射性核種のさまざまな放出条件を対象とした
大気拡散計算結果を即座に得ることを可能とする。
・毎日実施する大気拡散計算のうち数日先までの予報計算の部分は、気象解析・予報データの更新にともない最終的に解析計算になるまでに数回更新される。この更新情報を保存することで、
大気拡散予測計算の不確実性の情報を取得し、計算結果を利用する上での参考情報等に活用することを可能とする。

-2-

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JAEA-Data/Code 2017-013

2. 計算手法
2.1

計算コード

大気拡散計算に必要な気象場を計算する数値モデルには、米国大気科学研究所（NCAR）を中心に開発された Weather Research and Forecasting model（WRF）13)を用いた。WRF は、完全圧縮非静力学モデルであり、運動方程式、連続の式、状態方程式、熱の保存式、及び水蒸気、雲水、雨水、雪などの混合比の保存式を差分法により数値的に解くことで、風速 3 成分、温位、気圧、降
水量等の気象要素の時間発展を計算する。ARW（Advance Research WRF）と NMM（Non-hydrostatic
Mesoscale Model）の 2 種の力学ソルバーがあり、WSPEEDI-II では ARW を利用している。また、
放射、地表面過程、大気境界層（乱流）、雲・降水などの物理過程をサブモデルとして考慮することが可能である。WRF の座標系は、水平方向は地図投影による距離直交座標系、鉛直方向は地形準拠座標である η 座標系である。WRF には、計算出力とは別に計算終了時の気象状態を保存するためのリスタート用ファイルを出力する機能が実装されている。このリスタート用ファイルを初期値として利用することで、長期間の連続的な気象場を分割して計算することが可能となる。
本研究では、WRF version 3.6.1 を用いた。
放射性物質の輸送、沈着を計算する大気拡散モデルは、日本原子力研究開発機構で開発した
GEARN14)を改良した。GEARN は、大気中に放出された放射性物質を多数の仮想粒子で模擬し、粒子の移動を追跡することにより放射性物質の輸送を計算するラグランジュ型の粒子拡散モデルである。WRF が出力した風速場、鉛直拡散係数、降水量等の気象場を入力として、大気中に放出された放射性物質の移流、拡散、及び沈着過程を計算し、大気中濃度、地表沈着量及び線量を出力する。GEARN の座標系は、水平方向には WRF と同じ地図投影による距離直交座標系、鉛直方
向には地形準拠座標系の z*座標を採用している。沈着過程には精緻なスキーム 9)を採用し、乱流により直接地表面に沈着する乾性沈着過程、雲・降水による湿性沈着、及び霧水に取り込まれて地表面に沈着する霧沈着過程を考慮している。また、WRF のネスティング領域に対応した放出点を含む高分解能の狭域と低分解能の広域の両領域間での仮想粒子の流入・流出を Message Passing
Interface（MPI）通信で交換することにより、両領域について整合的・連続的な大気拡散計算が可
能である。
2.2

気象計算

WRF による気象場計算の初期・境界条件として、気象庁の数値予報格子点値 GPV（Grid Point
Value）のうち、全球モデル GSM（Global Spectral Model）による日本域データ（以降、「GSM 日本域」と呼ぶ）を用いた。この GSM 日本域は、日本全域を含む領域に対する初期時刻（世界標
準時：UTC では、00UTC、06UTC、12UTC、18UTC、日本標準時：JST（UTC+9h）では、09JST、15JST、21JST、03JST）の解析値及びそれ以降の予報値が含まれており、1 日 4 回配信される。Table
2.1 に GSM 日本域の詳細と本計算手法で用いた変数を示す。
WRF の計算は、初期時刻が前日 21JST（12UTC）の GPV データ取得（01JST 頃）後に 1 日 1
回自動で実行する。計算に必要な境界条件は、最新のデータから過去 24 時間に取得した 5 つのGPV データ（初期時刻：前々日 21JST、前日 03JST、09JST、15JST、21JST）を用いて作成される。初期値には、前日に実行した計算の初期時刻から 24 時間後の計算結果（その時点での最新データの初期時刻である前々日 21JST）を出力したリスタート用ファイルを用いる。これらの初-3-

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JAEA-Data/Code 2017-013

期値及び境界条件を用いて、1 日分の過去解析と 3.5 日分の将来予測、計 4.5 日分の気象場計算を実施する。
Fig. 2.1 に日々の WRF 計算に用いる境界条件の作成手法と初期値、及び計算期間を示す。D0
日に実施される 4.5 日分（D0－2 日 21JST～D0＋3 日 09JST）の WRF 計算（Fig. 2.1 の WRF 青矢印）のための境界条件は、初期時刻が D0－2 日の 21JST 及び D0－1 日の 03JST、09JST、15JST、21JST の GSM 日本域から作成される。1 日分の過去解析期間については、D0－2 日と D0－1 日の
5 つのデータを組み合わせることで境界条件が作成される。一方で、3.5 日分の将来予測期間については、初期時刻が D0－1 日 21JST のデータのみで境界条件が作成される。D0 に実施される 4.5
日分の WRF 計算の初期値としては、前日 D0－1 日に実施された WRF 計算（Fig. 2.1 の WRF 緑矢印）により出力された D0－2 日 21JST のリスタート用ファイルが用いられる。以上の方法により計算された毎日の 4.5 日分の WRF 計算結果のうち、最初の 1 日分の解析期間を蓄積することで、長期間の連続的な解析気象場を作成することが可能である。
Table 2.1

GSM 日本域の概要

対象領域

20°N－50°N、120°E－150°E

格子系

水平：等緯度等経度、鉛直：等気圧面 a

水平分解能0.2°×0.25°

初期時刻

09JST、15JST、21JST、03JST（00UTC、06UTC、12UTC、18UTC）

予報時間

84 時間（初期時刻：21JST のみ 264 時間）

予報時間間隔84 時間予報：3 時間（気圧面）、1 時間（地上）96～264 時間予報（初期時刻：21JST）：6 時間（気圧面）、3 時間（地上）WRF 計算で

気圧面：東西風（m/s）、南北風（m/s）、気温（K）、ジオポテンシャル高度（m）、相対湿度（%）b

使用する変数

地上：東西風（m/s）、南北風（m/s）、気温（K）、相対湿度（%）、地上気圧（Pa）、
海面更正気圧（Pa）a1000hPa、975hPa、950hPa、925hPa、900hPa、850hPa、800hPa、700hPa、600hPa、500hPa、400hPa、300hPa、250hPa、200hPa、150hPa、100hPa

b

300hPa 面以下のみ。

-4-

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JAEA-Data/Code 2017-013

Fig. 2.1
2.3

単位放出データベース作成のためのモデル計算

データベース拡散計算

WRF による気象計算に引き続き、GEARN により単位放出（1Bq/h）及び放射性壊変による減衰がない条件の大気拡散計算を実行し、計算結果の大気中濃度と沈着量を単位放出拡散データとして保存する。各日に行う GEARN 計算内容は以下の通りである。
・計算期間（各日の 2 日前の 21JST～3 日後の 09JST（4.5 日＝108 時間））を一定の放出期間（例
えば 1 時間）で分割し、各放出期間のみ単位放出率（1Bq/h）で放出させた拡散計算を、全放出
期間（108 放出期間ケース）について実行する。
・上記の計算を、化学形に着目して設定した沈着特性が異なる 5 種の代表物質（希ガス、無機ガ
ス状ヨウ素（I2）、有機ガス状ヨウ素（CH3I）、粒子状ヨウ素、その他核種（セシウム等）を想定）を対象として、想定する複数の放出高度ケースについて実行する。
・計算継続時間は、各放出期間ケースの放出開始時刻から、外側領域から仮想粒子が全て流出してなくなるまで、あるいは気象場計算結果が存在する最後の時刻までとする。
・全 108 放出期間ケースの 5 物質に対する計算出力を出力時間間隔（例えば 1 時間）ごとのファイルに格納し、計算領域及び放出高度ケース別に保存する。
・出力変数は、以下とする。
各放射性物質の大気中濃度（3 次元配列）、乾性沈着量（2 次元配列）、湿性沈着量（2 次元配列）、
霧水沈着量（2 次元配列）（沈着量は計算開始からの積算量）
上記計算により得られる単位放出拡散データの大気中濃度及び沈着量は、全ての放出期間について、ある放出高度から放出された物質が、ある評価期間に各計算格子点にどれくらい輸送、沈着-5-

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JAEA-Data/Code 2017-013

されるかを示す割合を意味し、それぞれ次の形式で表される。

Cdbr , h ,t ,i , j , k , m ( n )Ddbr , h ,t ,i , j , m ( n )ここで、r は放出期間、h は放出高度、t は大気中濃度の評価期間あるいは沈着量の積算終了時刻、
i, j, k は格子点番号（i, j：水平、k：鉛直）、m(n)は核種 n に対応する代表物質である。
上記で作成した単位放出拡散データに対して、下式の計算を行うことで任意の放出源情報に対する核種ごとの大気中濃度 C t ,i , j , k , n (Bq/m3)および沈着量 Dt ,i , j , n (Bq/m2)を得る。

Ct ,i , j , k , n  fd n  Cdbr , h ,t ,i , j , k , m ( n ) Rr , h, n hr

Dt ,i , j , n  fd n  Ddbr , h,t ,i , j , m ( n ) Rr , h, n hr

ここで、 Rr ,h ,n はシャットダウン時刻換算の放出率（放出高度 h）、 fd n は放射性壊変によるシャットダウン時刻からの減衰率である。データベース拡散計算手法による任意の放出源情報に対する大気中濃度及び地表沈着量の計算の具体的手順を以下に示す。
①対象核種の放出率（シャットダウン時換算）と放出高度の時間変化を設定する。
②各放出期間の出力ファイル中の①で設定した核種に対応する代表物質の大気中濃度及び沈着量に、放出率を乗じる。
③各出力時刻について、①で設定した放出高度に対応する放出高度ケースの大気中濃度及び沈着量を合算する。沈着量は最後の出力結果が計算期間終了まで継続とする。
④大気中濃度・沈着量にシャットダウン時刻から各出力時刻までの放射性壊変による減衰率を乗じる。
現在の対象核種は 60 核種（ヨウ素系核種については 3 種の化学形別に扱う）であり、各核種と単位放出拡散データの 5 種の代表物質の対応表を Table 2.2 に示す。STD は、非放射性の沈着のな
い安定ガスを代表する仮想核種であり、希ガスの単位放出拡散データを用いて放射性壊変による補正を行わないで計算する。ヨウ素系核種については、核種ごとに有機ガス、無機ガス、粒子の3 種の化学形の結果を合算した大気中濃度及び地表沈着量も出力する。さらに、上記で求めた濃度及び沈着量から、環境モニタリングとの比較で有用となる空気吸収線量率 DSt ,i , j , n (μGy/h)を、下式により計算する。

DSt ,i , j , n  fconnCt ,i , j ,1, n  fdepn Dt ,i , j , n
ここで、核種 n についての fconn と fdepn はそれぞれ大気中濃度と地表沈着量から地上 1m の空気吸収線量率への換算係数 15)である。短半減期の希ガス（83mKr, 89Kr, 90Kr, 131mXe, 137Xe, 139Xe）及び 106Ru, 115Cd, 136I については参考文献 15）に換算係数が記載されていないので、換算係数は 0としている。137Cs については 137mBa の換算係数に 137Cs からの分岐比 0.944 を乗じた値を使用している。空気吸収線量率の出力としては、核種ごとの結果と全核種による合計値が計算される。
また、大気中濃度（クラウドシャイン）のみ及び沈着量（グラウンドシャイン）のみによる空気吸収線量率と、その合計を区別して出力する。

-6-

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JAEA-Data/Code 2017-013

Table 2.2 対象核種と単位放出拡散データの代表物質の対応
核種

代表物質

83m

85

Kr, Kr,

85m

87

137

Xe,

138

Xe,

139

41

129

131

132

133

I,

I,

88

89

90

Kr, Kr, Kr, Kr, Kr,

I,

131m

Xe,

133

Xe,

133m

Xe,

135

Xe,

135m

Xe,

希ガス

Xe, Ar, STD
I, 134I, 135I, 136I（3 種の化学形別に対象核種として設定）

無機ガス状ヨウ素、
有機ガス状ヨウ素、
粒子状ヨウ素

3

89

H,

127m

Sr,

Te,

141

Ce,

2.4

90

Sr,

90

Te,

129m

127

144

Ce,

234

91

Y,

Te,

129

Y,

U,

235

U,

95

Zr,

Te,

238

U,

95

Nb,

99

131m

Te,

238

Pu,

Mo,

132

239

Te,

Pu,

103

Ru,

134

240

Cs,

Pu,

241

106

Ru,

136

Cs,

Pu,

241

115
137

Cd,

125

Cs,

140

Am,

242

Sb,

127

Ba,

140

Cm,

Sb,

その他核種

La,

244

Cm

気象場及びデータベース拡散計算の自動実行

大気拡散の将来予測と任意期間の事後解析のためのデータベースを効率的に作成するため、
WRF 及び GEARN の計算を毎日自動で実行して単位放出拡散データを蓄積する。この計算スケジ
ュールを Fig. 2.1 に示す。ここでは、放射性物質の拡散の時間スケール（放出されてから計算領域外に流出するまでの期間）を最長 4.5 日と想定している。各日の GEARN の計算は、以下の放出期間ケースについて実施する。
1) 将来予測を含む計算期間延長のための計算（これを D0 日の計算とする）：
本日 WRF 計算を実施した期間内の放出期間ケースの計算（Fig. 2.1 の GEARN 青矢印）2) 本日の WRF 計算により気象場が更新された期間が影響する前日までの計算の再計算：
前日までの計算のうち、本日の WRF 計算の初期時刻（つまり（D0－2）日 21JST）において計算領域内に仮想粒子が残っている放出期間ケースの計算（Fig. 2.1 の GEARN 緑矢印）
上記の計算により、毎日の気象計算の更新に伴い単位放出拡散データも更新される。この予報値
から解析値へと更新される拡散計算の履歴から、気象場による拡散計算結果の不確実性の情報を取得することが可能である。更新される回数は拡散状況に依存するが、各時刻の計算結果は最初に予報値として計算されてから最終的に解析値として確定されるまで、最大で 4 回更新される。

-7-

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3. 島根原子力発電所を対象とした試験計算
3.1

試験条件

本計算手法を中国電力島根原子力発電所周辺域に適用して試験を行った。解析対象領域は島根原子力発電所を含む 372km 四方（Domain1）と 98km 四方（Domain2）の 2 領域（Fig.3.1 参照）とした。単位放出拡散データ作成のための WRF 及び GEARN の計算設定を、それぞれ Table 3.1
及び Table 3.2 にまとめた。

Fig. 3.1 解析対象領域
Table 3.1

WRF の計算設定

計算領域

Domain1 と Domain2 の 1-way ネスティング

水平格子数

64×64（Domain1）、51×51（Domain2）

水平格子幅

6km×6km（Domain1）、2km×2km（Domain2）

鉛直座標地表～100hPa 面を 30 層に分割

時間ステップ30s（Domain1）、10s（Domain2）

入力時間間隔3h

出力時間間隔1h

解析値ナッジング

Domain1 のみ実施

物理モデル
雲微物理

Morrison microphysics16)

積雲対流

BMJ Cumulus17)

境界層

MYNN2 PBL（Level2.5）18)

地表面

Five-layer thermal diffusion13)

大気放射

短波：Dudhia19)、長波：RRTM20)-8-

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Table 3.2

GEARN の計算設定

計算領域

Domain1 と Domain2 の 2-way ネスティング

水平格子数

62×62（Domain1）、49×49（Domain2）

水平格子幅

WRF と同値

鉛直座標

地表～10km を 26 層に分割（最下層幅：20m）

時間ステップ30s（Domain1）、10s（Domain2）

入力時間間隔1h

出力時間間隔1h

水平拡散パラメータ

Pasquill-Gifford 線図（大気安定度：中立）

放出地点

島根原子力発電所（北緯 35.5385 度、東経 132.9995 度）

単位放出期間1h

放出高度ケース

10m 及び 120m

仮想粒子数10000 個単位放出拡散データ作成のための計算を実施する対象期間（計算実施日）は、2015 年 6 月 16日から 20 日の 5 日間とした（D0=2015 年 6 月 20 日）。この期間は、比較的計算コストが大きい事
例とするため、風速場の変動が大きく計算領域内に長時間放射性物質が拡散する期間として選択した。WRF の計算期間と入力データ作成に用いた GPV データを Table 3.3 に示す。ここでのケース名は、Fig. 2.1 の計算実施日を意味する。本試験では一部の限定した期間を対象としたため、
GEARN による単位放出拡散データ作成のための計算は、2.3.2 で述べた自動実行のものとは異なる計算条件で実施した。Table 3.4 に GEARN の計算期間と入力気象場を示す。計算開始時刻は全ての計算ケースについて 6 月 14 日 21JST とし、計算終了時刻は各計算実施日に気象場が存在する時刻とした。これにより、（D0－3）日以降、D0 日までの計算では、各日に計算された気象場による計算に加えて、前日までの計算の解析気象場による再計算として、粒子が計算領域内に残っているかどうかによらず気象場が存在する最初の時刻まで遡って計算をすることになる。なお、ファイル容量の削減のため、大気中濃度の出力はモデル最下層のみとした。

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Table 3.3
ケース

WRF 計算期間（2015 年、JST）

WRF 計算ケース
WRF 入力データ作成に用いた GPV データ（時刻は JST）

D0-4

6 月 14 日 21:00～6 月 19 日 9:00

初期値：6 月 14 日 21JST の GPV 初期
境界値：6 月 14 日 21:00～6 月 15 日 21:00 まで GPV
解析値＋3h 予報値、以降予報値

D0-3

6 月 15 日 21:00～6 月 20 日 9:00

初期値：D0-4 ケースの 24h 後リスタートファイル
境界値：6 月 15 日 21:00～6 月 16 日 21:00 まで
解析値＋3h 予報値、以降予報値

D0-2

6 月 16 日 21:00～6 月 21 日 9:00

初期値：D0-3 ケースの 24h 後リスタートファイル
境界値：6 月 16 日 21:00～6 月 17 日 21:00 まで
解析値＋3h 予報値、以降予報値

D0-1

6 月 17 日 21:00～6 月 22 日 9:00

初期値：D0-2 ケースの 24h 後リスタートファイル
境界値：6 月 17 日 21:00～6 月 18 日 21:00 まで
解析値＋3h 予報値、以降予報値

D0

6 月 18 日 21:00～6 月 23 日 9:00

初期値：D0-1 ケースの 24h 後リスタートファイル
境界値：6 月 18 日 21:00～6 月 19 日 21:00 まで
解析値＋3h 予報値、以降予報値

Table 3.4

単位放出拡散データ作成のための GEARN 計算ケース

ケース

GEARN 計算期間（2015 年、JST）

入力気象場として用いた WRF 計算結果

D0-4

6 月 14 日 21:00～6 月 19 日 9:00

D0-4 ケースD0-3

6 月 14 日 21:00～6 月 20 日 9:00

D0-4 ケースの計算開始～24h 後＋D0-3 ケース

D0-2

D0-4 ケースの計算開始～24h 後＋

6 月 14 日 21:00～6 月 21 日 9:00

D0-3 ケースの計算開始～24h 後＋D0-2 ケース
D0-1

D0-4 ケースの計算開始～24h 後＋

6 月 14 日 21:00～6 月 22 日 9:00

D0-3 ケースの計算開始～24h 後＋D0-2 ケースの計算開始～24h 後＋D0-1 ケースD0

D0-4 ケースの計算開始～24h 後＋

6 月 14 日 21:00～6 月 23 日 9:00

D0-3 ケースの計算開始～24h 後＋D0-2 ケースの計算開始～24h 後＋D0-1 ケースの計算開始～24h 後＋D0 ケース- 10 -

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JAEA-Data/Code 2017-013

この 5 ケースの単位放出拡散データを用いて、以下の条件で仮想放出源情報に対する拡散解析を行った。シャットダウン時刻はともに 2015 年 6 月 15 日 00JST とした。
【試験条件 1】
・解析期間：2015 年 6 月 15 日 00JST～6 月 19 日 00JST（4 日間）
・放出源情報放出期間：2015 年 6 月 15 日 00JST～6 月 16 日 00JST（1 日間）
放出核種：131I 有機ガス、131I 無機ガス、131I 粒子、137Cs、133Xe
放出率：1015Bq/h
放出高度：10m
なお、解析結果の妥当性の確認と解析に要する時間の比較のため、データベース拡散計算手法を用いない通常の大気拡散計算（従来版 GEARN）により、D0 ケースの気象場を用いて試験条件 1の大気拡散解析も実施した。
さらに、気象計算の違いによる拡散解析結果の不確かさを評価するため、以下の条件で本手法による拡散解析を行った。対象期間の解析に使用する D0 ケースと D0-1 ケースの単位放出拡散データは全く同じ気象場により作成されているため、D0 ケースは省略した。
【試験条件 2】
・解析期間：2015 年 6 月 18 日 00JST～6 月 19 日 00JST（1 日間）
・放出源情報放出期間：2015 年 6 月 18 日 00JST～6 月 19 日 00JST（1 日間）
放出核種：137Cs
放出率：1015Bq/h
放出高度：10m
気象計算のための WRF、単位放出拡散データ作成のための GEARN、及び従来版 GEARN の実
R Xeon○R E5-2687W v4（クロック周波数：3.0GHz）、
行に使用した計算機のスペックは、CPU：Intel○

総コア数：24、総メモリ：252GB である。気象計算と単位放出拡散データ作成のための計算はともに 24 並列で、従来版 GEARN は Domain1 と Domain2 のネスティング計算を 2 並列で実行した。
R
単位放出計算データによる仮想放出条件の拡散解析に使用した計算機のスペックは、CPU：Intel○
R E5507（クロック周波数：2.27GHz）、総コア数：4、総メモリ：24GB である。データベ
Xeon○

ース拡散計算は並列化されていない。
3.2

試験結果

各ケースの WRF による気象計算に要した時間は、D0-4 ケース：52.1 分、D0-3 ケース：58.0 分、
D0-2 ケース：52.4 分、D0-1 ケース：51.7 分、D0 ケース：54.0 分であり、平均は 53.6 分であった。
気象状況により変動する可能性はあるが、他の期間についても概ね同様の計算時間となると考えられる。出力ファイル容量は、1 時刻分が Domain1：15MB 及び Domain2：9MB で、4.5 日分合計
で 2.5GB であった。
GEARN による放出高度 2 ケース分の単位放出拡散データ作成に要した時間は、D0-4 ケース：
48.6 分、D0-3 ケース：55.8 分、D0-2 ケース：72.1 分、D0-1 ケース：92.9 分、D0 ケース：104.9 分- 11 -

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JAEA-Data/Code 2017-013であった。D0-4 ケースから D0 ケースになるにつれて、更新された気象場による再計算に相当する期間が長くなるため、計算時間も増加している。本試験はあくまで一例であり、気象条件の違いによる拡散状況により計算時間は変動するが、先述したように本試験条件の期間は比較的計算領域内に仮想粒子が滞留するケースであることから、上記計算時間を大幅に超過するケースは少ないと考えられる。各日の WRF による気象計算に必要な最新の GPV（前日 21JST 初期値の GSM
日本域）は当日の 01JST 頃には入手できる。今回の試験計算の D0 ケースの WRF と GEARN の計
算時間の合計がおよそ 3 時間であることから、単位放出拡散データの作成は当日の早朝までに完了できると考えられる。単位放出拡散データの合計容量は、放出高度 10m ケースの場合（括弧内は放出高度 120m ケース）、
D0-4 ケース：Domain1：1.9GB（1.8GB）、Domain2：1.5GB（1.4GB）、合計 3.4GB（3.2GB）
D0-3 ケース：Domain1：2.5GB（2.4GB）、Domain2：1.9GB（1.8GB）、合計 4.4GB（4.2GB）
D0-2 ケース：Domain1：3.4GB（3.4GB）、Domain2：2.6GB（2.5GB）、合計 6.0GB（5.9GB）
D0-1 ケース：Domain1：4.2GB（4.1GB）、Domain2：3.2GB（3.1GB）、合計 7.4GB（7.2GB）
D0 ケース：

Domain1：4.8GB（4.6GB）、Domain2：3.6GB（3.5GB）、合計 8.4GB（8.1GB）であった。
試験条件 1 によるデータベース拡散計算結果から、Fig. 3.2～Fig. 3.8 に D0 ケースの 137Cs の地上
大気中濃度、地表沈着量、及び 137Cs による空気吸収線量率（クラウドシャインのみ、グラウン
ドシャインのみ、及び両者の合計）の空間分布図を示す。日時は、放出開始から 6 時間後（6 月
15 日 06JST）、12 時間後（6 月 15 日 12JST）、18 時間後（6 月 15 日 18JST）、24 時間後（6 月 16
日 00JST）、36 時間後（6 月 16 日 12JST）、48 時間後（6 月 17 日 00JST）である。
従来版 GEARN により計算した Domain2 における 137Cs の地上大気中濃度及び地表沈着量を、それぞれ Fig. 3.9 及び Fig. 3.10 に示す。Fig.3.4 と Fig. 3.9、Fig. 3.5 と Fig. 3.10 の比較から、従来の計算手法と本計算手法による計算結果がほぼ一致しており、本手法が妥当であることが分かる。
特に低い値で見られる差異は、ラグランジュ型粒子拡散モデルの統計誤差に起因するものと考えられる。

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JAEA-Data/Code2017-013
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Fig. 3.2

試験条件 1 の D0 ケースによる Domain1 における 137Cs 地上大気中濃度分布（色塗りコンター）と地上風速場（矢印ベクトル）- 13 -

JAEA-Data/Code2017-013
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Fig. 3.3

試験条件 1 の D0 ケースによる Domain1 における 137Cs 地表沈着量分布- 14 -

JAEA-Data/Code2017-013
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Fig. 3.4

試験条件 1 の D0 ケースによる Domain2 における 137Cs 地上大気中濃度分布（色塗りコンター）と地上風速場（矢印ベクトル）- 15 -

JAEA-Data/Code2017-013
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Fig. 3.5

試験条件 1 の D0 ケースによる Domain2 における 137Cs 地表沈着量分布- 16 -

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Fig. 3.6

試験条件 1 の D0 ケースによる Domain2 における 137Cs のクラウドシャインのみによる
空気吸収線量率分布- 17 -

JAEA-Data/Code2017-013
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Fig. 3.7

試験条件 1 の D0 ケースによる Domain2 における 137Cs のグラウンドシャインのみによる
空気吸収線量率分布- 18 -

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Fig. 3.8

試験条件 1 の D0 ケースによる Domain2 における 137Cs の空気吸収線量率分布- 19 -

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Fig. 3.9

従来版 GEARN による 137Cs 地上大気中濃度分布（色塗りコンター）と地上風速場（矢印ベクトル）- 20 -

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Fig. 3.10

従来版 GEARN による 137Cs 地表沈着量分布- 21 -

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試験条件 1 によるデータベース拡散計算に要した時間を Table 3.5 にまとめた。各ケース及び計算領域について、解析時間の評価のため同じ解析を 2 回ずつ実行した。初回の解析では、単位放出拡散データをハードディスクから読み込みメモリのキャッシュ上に展開するための時間を要す
るが、2 回目の解析はキャッシュされたデータを用いるため短時間で終了した（平均 21 秒）。な
お、表には示していないが、3 回目以降の解析も 2 回目と同程度の時間で実行可能であった。したがって、同一の単位放出拡散データに対して様々な放出源情報による計算を多数回実行する際
は、極めて迅速に実施可能である。初回の解析時間にばらつきがあるのは、実行時の計算機の負荷状況や単位放出拡散データのハードディスク上の配置の違い等によるものと考えられる。また、
従来版 GEARN による D0 ケースの計算実行時間は、21 分であった。データベース拡散計算による Domain1 及び Domain2 の拡散解析に要した時間の合計は 42 秒であることから、本手法では従来の計算法のおよそ 30 倍の速度で実施可能ということになる。
Table 3.5
ケース
D0-4
D0-3
D0-2
D0-1
D0

試験条件 1 のデータベース拡散計算に要した時間

計算領域

解析所要時間初回

2 回目

1

6 分 51 秒

23 秒

2

6 分 37 秒

21 秒

1

8 分 02 秒

22 秒

2

7 分 30 秒

20 秒

1

7 分 35 秒

22 秒

2

9 分 20 秒

20 秒

1

10 分 10 秒

22 秒

2

9 分 38 秒

20 秒

1

3 分 42 秒

22 秒

2

3 分 43 秒

20 秒

次に、試験条件 2 の計算結果から、入力として用いる気象解析・予報データの更新による気象場計算結果の違いに起因する大気拡散計算の不確実性の一例を示す。GPV 取得に伴い更新された
D0-4～D0-1 の 4 ケースの気象場による 137Cs の大気中濃度と地表沈着量の空間分布をそれぞれ Fig.
3.11 及び Fig. 3.12 に示す。時刻は計算開始から 6 時間後（6 月 18 日 06JST）、12 時間後（6 月 18日 12JST）、24 時間後（6 月 19 日 00JST）である。大気中濃度分布の比較からは、137Cs のプルー
ムは基本的に放出点から西方向に流れているが風速場の違いによりケース間でその方向や形状が異なっていることが見て取れる。この風速場を含む気象場の計算結果の差異により、沈着量分布にも差異が生じている。また、地点 A（北緯 35.48 度、東経 132.90 度：Fig. 3.11 参照）における、
これら 4 ケースの計算による 137Cs の大気中濃度、沈着量、及び空気吸収線量率の時間変化を、それぞれ Fig. 3.13、Fig. 3.14、及び Fig. 3.15 に示す。プルームの到達時刻や濃度上昇期間、最大濃度値、及び沈着量や空気吸収線量率の時間変化にケースによる違いが見られる。計算期間最後の2015 年 6 月 19 日 00JST における 137Cs 沈着量は、D0-4 ケースが 448.0kBq/m2、D0-3 ケースが570.6kBq/m2、D0-2 ケースが 35.7kBq/m2、D0-1 ケースが 2520.8kBq/m2 であった。地点 A はプルー
ム分布の周縁部に位置しており、プルーム通過の有無がわずかな気流場の違いに影響を受けるた
め、このような大きな差が生じている。

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JAEA-Data/Code2017-013
JAEA-Data/Code 2017-013

Fig. 3.11

試験条件 2 による 137Cs の地上大気中濃度分布（色塗りコンター）と地上風速場（矢印ベクトル）- 23 -

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Fig. 3.12

試験条件 2 による 2015 年 6 月 19 日 00JST における 137Cs の地表沈着量分布- 24 -

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Fig. 3.13

試験条件 2 による地点 A における 137Cs 地上大気中濃度の時間変化- 25 -

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Fig. 3.14

試験条件 2 による地点 A における 137Cs 地表沈着量の時間変化- 26 -

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Fig. 3.15

試験条件 2 による地点 A における空気吸収線量率の時間変化- 27 -

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4. 原子力緊急時対応への活用法と今後の課題
本研究で開発した計算手法により長期間（例えば 1 年間）の大気拡散データベースを蓄積することで、任意の期間の様々な仮想放出源情報による大気拡散解析が迅速に実施可能である。これにより、原子力施設での事故等の緊急時対応において以下のような様々な活用が考えられる。
・様々な気象条件に対する大気拡散解析結果の分析による緊急時対策の計画立案やモニタリング
計画の最適化―原子力災害対策指針では、環境モニタリングによる実測値に基づき防護対策が決定されるため、このモニタリングの実効性が重要である。例えば、およそ 5km 程度の間隔でモニタリン
グ設備を配置した場合に、ある範囲内にモニタリングで測定された値を大きく超える値がな
いかを解析することで、プルームの空間分布をどれだけ把握できるかの評価に活用可能である。
―避難計画の策定において、サイトや季節ごとに異なる大気拡散の特性を事前に把握することが可能である。
―緊急時訓練に有用な、過去の実際の気象場と想定シナリオに基づく現実的な疑似モニタリン
グ結果を大気拡散シミュレーションにより作成可能である。
・様々な仮想放出源情報を用いた大気拡散解析による想定すべき事象の把握
原子炉事故においては、様々な核種組成、放出率の時間変化、放出形態（ベントによるスタックからの放出、圧力容器や格納容器の破損等による建屋からの漏えい、水素爆発など）が想定される。このような条件の膨大な組合せによる大気拡散解析を迅速に行うことが可能である。
・測定値からの逆解析による放出源情報推定と放射性物質の時空間分布状況の再構築
本手法と環境モニタリングで得られる実測値を組み合わせて解析することで、多数の実測値を最も整合的に再現する放出源情報を推定し、現実に即した放射性物質の時間空間分布を再構築することが可能である。実際に 1F 事故では、ベイズ推定やグリーン関数を利用した推定が行われた 21-23）。本手法により平素より定常的に気象および拡散計算を行い、単位放出拡散データを蓄積しておくことにより、緊急時に環境モニタリングと組み合わせて迅速に放出源情報を推定することが可能である。
今後の課題は、以下が挙げられる。
・気象場計算時の気象観測値によるデータ同化
気象観測値をリアルタイムで入手し、最新のデータ同化手法により、拡散に大きな影響を与える気象場の再現性を可能な限り向上させる必要がある。
・放出源情報推定機能の開発
迅速な放出源情報推定のためには、環境モニタリングデータの入手からモニタリング結果を最も再現する放出源情報の探索までをシステム化する必要がある。
・放出源情報推定による拡散過程の再現に有効なモニタリングの検討
正確な放出源情報の推定による現実的な拡散過程の再現には、環境モニタリングの質が重要である。この観点から、環境モニタリングの配置及び測定内容の検討が必要である。
・大気拡散計算の不確実性情報の活用
大気拡散データベースの活用の際には、モデル計算に伴う不確実性を把握しておくことが重要- 28 -

JAEA-Data/Code2017-013
JAEA-Data/Code 2017-013である。例えば、気象場に関する不確実性については、自動実行により気象庁 GPV の更新に伴い毎日更新される単位放出拡散データのうち、希ガスの大気中濃度とその他核種の沈着量を保存しておき、それぞれ移流拡散計算および沈着計算の不確実性として利用することが考えられる。
5. まとめ
福島第一原子力発電所事故時の放射性物質の大気放出に対する大気拡散計算を用いた対応の経験から明らかとなった従来の大気拡散計算手法に対する課題を解決するため、原子力緊急時における様々な大気拡散予測のニーズに対応するとともに、事前の環境モニタリング等の事故対応計
画の策定に有効な情報をデータベースとして整備することが可能な大気拡散計算手法を開発した。
この計算手法は、一定の時間間隔の単位放出期間について単位放出条件による大気拡散計算を実施し、全ての放出期間ケースの計算結果を単位放出拡散データとして保存する。そして実際の放出条件が得られた際には、単位放出期間ごとの放出条件を単位放出拡散データに適用することで得られる大気拡散計算結果を全放出期間について合算することで、任意の放出条件に対する大気
拡散計算結果を即座に得るというものである。本手法を島根原子力発電所周辺域に適用した試験
計算により、以下の結果が得られた。
・本計算手法による結果が従来の計算手法による結果とほぼ一致したことから、本手法による拡散解析は妥当である。
・気象計算と単位放出拡散データ作成のための拡散計算を、最新の気象解析・予報データが得られた時点で毎日自動実行することにより、当日の早朝までには完了することが可能である。
・本手法により、任意の放出源情報に対する大気拡散解析を従来の計算手法に比べて迅速に実施することが可能である。
・気象場計算結果が異なる単位放出拡散データによる拡散解析結果から、大気拡散計算の不確実性の情報を取得することが可能である。
本手法は、様々な気象条件に対する大気拡散解析結果の分析による緊急時対策の計画立案やモニタリング計画の最適化、様々な仮想放出源情報を用いた大気拡散解析による想定すべき事象の把握、及び測定値からの逆解析による放出源情報推定と放射性物質の時空間分布状況の再構築といった原子力緊急時対応への活用が可能である。

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JAEA-Data/Code
JAEA-Data/Code 2017-013

参考文献
1) 原子力規制庁, 文部科学省及び米国エネルギー省航空機による航空機モニタリングの測定結果について, http://radioactivity.nsr.go.jp/ja/contents/4000/3710/24/1305820_20110506.pdf（参照：2017
年 11 月 30 日）.
2) 原 子 力 規 制 庁 , 文 部 科 学 省 に よ る 第 4 次 航 空 機 モ ニ タ リ ン グ の 測 定 結 果 に つ い て ,http://warp.ndl.go.jp/info:ndljp/pid/8196143/radioactivity.nsr.go.jp/ja/contents/5000/4901/24/1910_1216.
pdf（参照：2017 年 11 月 30 日）.
3）寺田宏明，永井晴康，古野朗子，掛札豊和，原山卓也，茅野政道, 緊急時環境線量情報予測シ
ステム（世界版）WSPEEDI 第 2 版の開発，日本原子力学会和文論文誌，vol.7，no.3，2008, pp.257–
267.
4) 須田直英、SPEEDI ネットワークシステムの現状と展望, 保健物理, vol.41, no.2, 2006, pp.88–98.
5) Chino, M., Nakayama, H., Nagai, H., Terada, H., Katata, G., and Yamazawa, H., Preliminary estimationof release amounts of 131I and 137Cs accidentally discharged from the Fukushima Daiichi nuclear power
plant into atmosphere, J. Nucl. Sci. Technol., vol.48, no.7, 2011, pp.1129–1134.
6) Katata, G., Terada, H., Nagai, H., and Chino, M., Numerical reconstruction of high dose rate zones dueto the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant accident, J. Environ. Radioact., vol.111, 2012, pp.2–12.
7) Katata, G., Ota, M., Terada, H., Chino, M., and Nagai, H., Atmospheric discharge and dispersion ofradionuclides during the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant accident, Part I: Source term
estimation and local-scale atmospheric dispersion in early phase of the accident, J. Environ. Radioact.,
vol.109, 2012, pp.103–113.
8) Terada, H., Katata, G., Chino, M., and Nagai, H., Atmospheric discharge and dispersion of radionuclides
during the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant accident, Part II: Verification of the source term andanalysis of regional-scale atmospheric dispersion, J. Environ. Radioact., vol.112, 2012, pp.141–154.
9) Katata, G., Chino, M., Kobayashi T., Terada, H. Ota, M., Nagai, H., Kajino, M., Draxler, R., Hort, M. C.,
Malo, A., Torii, T., and Sanada, Y, Detailed source term estimation of the atmospheric release for the
Fukushima Daiichi Nuclear Power Station accident by coupling simulations of an atmospheric dispersion
model with an improved deposition scheme and oceanic dispersion model. Atmos. Chem. Phys. vol.15,
2015, pp.1029–1070.
10) Chino, M., Terada, H., Nagai, H., Katata, G., Mikami, S., Torii, T., Saito, K., and Nishizawa, Y.,
Utilization of 134Cs/137Cs in the environment to identify the reactor units that caused atmospheric releases
during the Fukushima Daiichi accident, Sci. Rep., 2016, 6:31376.
11) Draxler, R. and Rolph, G., Evaluation of the Transfer Coefficient Matrix (TCM) approach to model theatmospheric radionuclide air concentrations from Fukushima, J. Geophys. Res., vol.117, 2012, D05107.
12) Draxler, R. Arnold, D. Chino, M., Galmarini S., Hort, M., Jones, A., Leadbetter, S., Malo, A., Maurer,C., Rolph, G., Saito, K., Servranckx, R., Shimbori, T., Solazzo, E., and Wotawa, G., World
Meteorological Organization’s model simulations of the radionuclide dispersion and deposition from the
Fukushima Daiichi nuclear power plant accident, J. Environ. Radioact., vol.139, 2015, pp.172–184.
13) Skamarock, W. C., Klemp, J. B., Dudhia, J., Gill, D. O., Barker, D. M., Duda, M. G., Huang, X.-Y.,
Wang, W., Powers, J. G., A description of the Advanced Research WRF Version 3, NCAR Tech. Note

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JAEA-Data/Code2017-013
JAEA-Data/Code 2017-013

NCAR/TN-475+STR, 2008, 125p.
14) Terada, H. and Chino, M., Development of an atmospheric dispersion model for accidental dischargeof radionuclides with the function of simultaneous prediction for multiple domains and its evaluation by
application to the Chernobyl nuclear accident, J. Nucl. Sci. Technol., vol.45, no.9, 2008, pp.920–931.
15) Jacob, P., Rosenbaum, H., Petoussi, N., and Zankl, M., Calculation of Organ Doses from
Environmental Gamma Rays Using Human Phantoms and Monte Carlo Methods, GSF Bericht 12/90,
1990.
16) Morrison, H., Thompson, G., and Tatarskii, V., Impact of Cloud Microphysics on the Development ofTrailing Stratiform Precipitation in a Simulated Squall Line: Comparison of One- and Two-Moment
Schemes, Mon. Wea. Rev., 2009, pp.991–1007.
17) Janjic, Z. I., The step–mountain eta coordinate model: Further developments of the convection, viscous
sublayer and turbulence closure schemes, Mon. Wea. Rev., vol.122, 1994, pp.927–945.
18) Nakanishi, M., Niino, H., An improved Mellor–Yamada level-3 model with condensation physics: Its
design and verification, Mon. Wea. Rev., vol.124, 2004, pp.2046–2070.
19) Dudhia, J., Numerical study of convection observed during the winter monsoon experiment using amesoscale two-dimensional model, J. Atmos. Sci., vol.46, 1989, pp.3077–3107.
20) Mlawer, E. J., Taubman, S. J., Brown, P. D., Iacono, M. J., and Clough, S. A., Radiative transfer forinhomogeneous atmosphere, RRTM, a validated correlated-k model for the long wave, J. Geophys. Res.,
vol.102, 1997, pp.16663–16682.
21) Stohl, A., Seibert, P., Wotawa, G., Arnold, D., Burkhart, J. F., Eckhardt, S., Tapia, C., Vargas, A., andYasunari, T. J., Xenon-133 and caesium-137 releases into the atmosphere from the Fukushima Dai-ichi
nuclear power plant: determination of the source term, atmospheric dispersion, and deposition, Atmos.
Chem. Phys., vol.12, 2012, pp.2313–2343.
22) Winiarek, V., Bocquet, M., Duhanyan, N., Roustan, Y., Saunier, O., and Mathieu, A., Estimation of thecaesium-137 source term from the Fukushima Daiichi nuclear power plant using a consistent joint
assimilation of air concentration and deposition observations, Atmos. Environ., vol.82, 2014, pp.268–
279.
23) Yumimoto, K., Morino, Y., Ohara, T., Oura, Y., Ebihara, M., Tsuruta, H., Nakajima T., Inverse
modeling of the 137Cs source term of the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant accident constrainedby a deposition map monitored by aircraft, J. Environ. Radioact. vol.164, 2016, pp.1–12.

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国際単位系（SI）
表１．SI 基本単位
SI 基本単位

基本量

名称
記号
長
さメ ートル m
質
量 キログラム kg
時
間
秒
s
電
流ア ンペア A
熱力学温度 ケ ル ビ ン K
物 質 量モル mol
光度 カ ン デ ラ cd

表２．基本単位を用いて表されるSI組立単位の例
SI 組立単位
組立量
名称
記号
面
積 平方メートルm2
体
積 立方メートルm3
速 さ ， 速 度 メートル毎秒m/s
加速度 メートル毎秒毎秒
m/s2
波
数 毎メートルm-1
密 度 ， 質 量 密 度 キログラム毎立方メートル
kg/m3
面
積
密
度 キログラム毎平方メートル
kg/m2
比
体
積 立方メートル毎キログラム
電流
密
度 アンペア毎平方メートル
磁 界 の 強 さ アンペア毎メートル
量 濃 度 (a) ， 濃 度 モル毎立方メートル
質量
濃度 キログラム毎立方メートル輝
度 カンデラ毎平方メートル屈折率 (b) （数字の） １
比 透 磁 率 (b) （数字の） １

乗数
24

10
1021
1018
1015
1012
109
106
103

3

m /kg
A/m2
A/m
mol/m3
kg/m3
cd/m2
1
1

102
101

ヨ

表５．SI 接頭語
記号
乗数
名称
タ
Ｙ
シ
10-1 デ

ゼ
タ
エ ク サ

Ｚ
Ｅ

10-2

ペ
テ

タ
ラ

Ｐ
Ｔ

ギ
メ

ガ
ガ

Ｇ
Ｍ

マイクロ
ノ
10-9 ナコ
10-12 ピ
10-15 フェムト

キ
ロ
ヘ ク ト
デ
カ

ｋ
ｈ
da

10-3
10-6

記号

セ ン チ
ミ
リ

ト
10-18 ア
10-21 ゼ プ ト
10-24 ヨ ク ト

d

c
m
µ
n
p
f
a
z
y

表６．SIに属さないが、SIと併用される単位
名称
記号
SI 単位による値
分
min 1 min=60 s
時
h 1 h =60 min=3600 s（a）量濃度（amount concentration）は臨床化学の分野では物質濃度（substance concentration）ともよばれる。
（b）これらは無次元量あるいは次元１をもつ量であるが、そのことを表す単位記号である数字の１は通常は表記しない。

d
°
’

日
度
分

表３．固有の名称と記号で表されるSI組立単位
SI 組立単位
組立量
他のSI単位による SI基本単位による
名称
記号
表し方
表し方
（ｂ）
平
面
角 ラジアン(ｂ)
rad
m/m
1
（ｂ）
(ｂ)
(c)
2
2
立
体
角 ステラジアン
sr
1
m /m
周
波
数 ヘルツ（ｄ）
Hz
s-1
力
ニュートン
N
m kg s-2
圧力
応
力 パスカル,Pa
N/m2
m-1 kg s-2
エ ネ ル ギ ー , 仕 事 , 熱 量 ジュールJNm
m2 kg s-2
仕 事 率 ， 工 率 ， 放 射 束 ワット
WJ/s
m2 kg s-3
電
荷
電気量 クーロン,
CsA
電 位 差 （ 電 圧 ） , 起 電 力 ボルト
VW/A
m2 kg s-3 A-1
静電
容量 ファラドF
C/V
m-2 kg-1 s4 A2
電
気
抵
抗 オーム
Ω
V/A
m2 kg s-3 A-2
コ ン ダ ク タ ン ス ジーメンス
S
A/V
m-2 kg-1 s3 A2
磁
束 ウエーバWb
Vs
m2 kg s-2 A-1
磁
束
密
度 テスラ
T
Wb/m2
kg s-2 A-1
イ ン ダ ク タ ン ス ヘンリーH
Wb/A
m2 kg s-2 A-2
セ ル シ ウ ス 温 度 セルシウス度(ｅ)℃K
光
束 ルーメンlm
cd
cd sr(c)照度 ルクスlx
m-2 cdlm/m2
Bqs-1
放 射 性 核 種 の 放 射 能 （ ｆ ） ベクレル（ｄ）
吸収線量, 比エネルギー分与,
グレイ
Gy
J/kg
m2 s-2カーマ
線量当量, 周辺線量当量,Sv
J/kg
m2 s-2シーベルト（ｇ）
方向性線量当量, 個人線量当量酸素
活性 カタールkat
s-1 mol

1 d=24 h=86 400 s
1°=(π/180) rad1’=(1/60)°=(π/10 800) rad”1”=(1/60)’=(π/648 000) radha 1 ha=1 hm 2=104m2
L，l 1 L=1 l=1 dm3=103cm3=10-3m3t
1 t=103 kg

秒
ヘクタール
リットル
トン

表７．SIに属さないが、SIと併用される単位で、SI単位で表される数値が実験的に得られるもの
名称
記号
SI 単位で表される数値
電 子 ボ ル ト
ダ ル ト ン
統一原子質量単位

eV
Da
u

天

ua

文

単

位

1 eV=1.602 176 53(14)×10 -19J

1 Da=1.660 538 86(28)×10-27kg
1 u=1 Da

1 ua=1.495 978 706 91(6)×1011m

表８．SIに属さないが、SIと併用されるその他の単位
名称
記号
SI 単位で表される数値
バー
ル bar １bar=0.1MPa=100 kPa=10 5Pa
水銀柱ミリメートル mmHg １mmHg≈133.322Pa(a)SI接頭語は固有の名称と記号を持つ組立単位と組み合わせても使用できる。しかし接頭語を付した単位はもはや
コヒーレントではない。
(b)ラジアンとステラジアンは数字の１に対する単位の特別な名称で、量についての情報をつたえるために使われる。
実際には、使用する時には記号rad及びsrが用いられるが、習慣として組立単位としての記号である数字の１は明示されない。
(c)測光学ではステラジアンという名称と記号srを単位の表し方の中に、そのまま維持している。
(d)ヘルツは周期現象についてのみ、ベクレルは放射性核種の統計的過程についてのみ使用される。
(e)セルシウス度はケルビンの特別な名称で、セルシウス温度を表すために使用される。セルシウス度とケルビンの単位の大きさは同一である。したがって、温度差や温度間隔を表す数値はどちらの単位で表しても同じである。
(f)放射性核種の放射能（activity referred to a radionuclide）は、しばしば誤った用語で”radioactivity”と記される。
(g)単位シーベルト（PV,2002,70,205）についてはCIPM勧告2（CI-2002）を参照。

表４．単位の中に固有の名称と記号を含むSI組立単位の例
SI 組立単位
組立量
SI 基本単位による
名称
記号
表し方
-1
粘
度 パスカル秒
Pa s
m kg s-1
力 の モ ー メ ン ト ニュートンメートル
Nm
m2 kg s-2
表面
張力 ニュートン毎メートル
N/m
kg s-2角
速度 ラジアン毎秒
rad/s
m m-1 s-1=s-1
角
加速度 ラジアン毎秒毎秒
rad/s2
m m-1 s-2=s-2
熱 流 密 度 , 放 射 照 度 ワット毎平方メートル
W/m2
kg s-3
熱 容 量 , エ ン ト ロ ピ ー ジュール毎ケルビン
J/K
m2 kg s-2 K-1
比 熱 容 量 ， 比 エ ン ト ロ ピ ー ジュール毎キログラム毎ケルビン J/(kg K)
m2 s-2 K-1
比 エ ネ ルギ ー ジュール毎キログラム
J/kg
m2 s-2
熱伝
導率 ワット毎メートル毎ケルビン W/(m K) m kg s-3 K-1
体 積 エ ネ ル ギ ー ジュール毎立方メートル J/m3
m-1 kg s-2
電界の強さ ボルト毎メートル
V/m
m kg s-3 A-1
電荷密
度 クーロン毎立方メートル C/m3
m-3 s A
表面
電
荷 クーロン毎平方メートル C/m2
m-2 s A電 束 密 度 ， 電 気 変 位 クーロン毎平方メートル C/m2
m-2 s A誘
電率 ファラド毎メートル
F/m
m-3 kg-1 s4 A2
透磁率 ヘンリー毎メートル
H/m
m kg s-2 A-2
モ ル エ ネ ル ギ ー ジュール毎モル
J/mol
m2 kg s-2 mol-1
モルエントロピー, モル熱容量 ジュール毎モル毎ケルビン J/(mol K) m2 kg s-2 K-1 mol-1
照 射 線 量 （ Ｘ 線 及 び γ 線 ） クーロン毎キログラム
C/kg
kg-1 s A
吸収線
量率 グレイ毎秒
Gy/s
m2 s-3放射
強度 ワット毎ステラジアン
W/srm4 m-2 kg s-3=m2 kg s-3
放射輝
度 ワット毎平方メートル毎ステラジアン W/(m2 sr) m2 m-2 kg s-3=kg s-3
酵 素 活 性濃 度 カタール毎立方メートル kat/m3
m-3 s-1 mol

名称

オングストローム
海
里
バ
ー
ン

Å
Ｍ

１Å=0.1nm=100pm=10-10m
１M=1852m

b

ノ
ネ
ベ

ト
パ
ル

kn
Np
Ｂ

１b=100fm2=(10-12cm) 2 =10-28m2
１kn=(1852/3600)m/s

ル

dB

ッ
ー

デ

シ

ベ

SI単位との数値的な関係は、対数量の定義に依存。

エ

表９．固有の名称をもつCGS組立単位
名称
記号
SI 単位で表される数値
ル
グ erg 1 erg=10-7 J

ダ
ポ

イ
ア

ス
ス

ト ー ク
チ
ル

フ
ガ

ォ

ン dyn 1 dyn=10-5N
ズ P 1 P=1 dyn s cm-2=0.1Pa s
ス St 1 St =1cm2 s-1=10-4m2 s-1
ブ sb 1 sb =1cd cm-2=104cd m-2
ト ph 1 ph=1cd sr cm-2 =10 4lx
ル Gal 1 Gal =1cm s-2=10-2ms-2

マ ク ス ウ エ ルガ
ウス
エルステッド（ ａ）

Mx
G
Oe

1 Mx = 1G cm2=10-8Wb
1 G =1Mx cm-2 =10-4T
1 Oe (103/4π)A m-1（a）３元系のCGS単位系とSIでは直接比較できないため、等号「は対応関係を示すものである。

キ
レ
ラ

名称
ュ
リ
ン

レ
ガ

ト

表10．SIに属さないその他の単位の例
記号
SI 単位で表される数値
ー Ci 1 Ci=3.7×1010Bq

ゲ

ン

ン R
ド rad
ム rem
マ γ

フ
ェ
ル
ミ
メートル系カラット

1 R = 2.58×10-4C/kg

1 rad=1cGy=10-2Gy
1 rem=1 cSv=10-2Sv
1 γ=1 nT=10-9T
1 フェルミ=1 fm=10-15m

ト
標

準

気

1 メートル系カラット = 0.2 g = 2×10-4kg
ル Torr 1 Torr = (101 325/760) Pa
圧 atm 1 atm = 101 325 Pa

カ

ロ

リ

ー

cal

ミ

ク

ロ

ン

µ

大

」

1 cal=4.1858J（｢15℃｣カロリー），4.1868J（｢IT｣カロリー），4.184J（｢熱化学｣カロリー）

1 µ =1µm=10-6m（第8版，2006年）