Al decenia, het gedrag van een nucleaire paddenstoelwolk begrijpen werd gedaan met een zorgvuldige analyse van waarnemingen die tijdens het testtijdperk zijn gedaan. Oude foto's, verouderde film en onvolledige weergegevens maakten nauwkeurige berekeningen moeilijk. Nutsvoorzieningen, met resultaten gepubliceerd in Atmosferische omgeving , Wetenschappers van Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) verbeteren ons begrip van de opkomst van nucleaire wolken met behulp van een algemeen aanvaard en sterk gevalideerd hulpmiddel voor weermodellering.

Het Weather Research and Forecasting (WRF) -model is al tientallen jaren een steunpilaar in weersvoorspellingen en cloudmodellering. De broncode van het model wordt onderhouden door het National Center for Atmospheric Research, maar het is door de gemeenschap ontwikkeld, gebruikmakend van verschillende bijdragen van onderzoekers van LLNL. Vooral, de LLNL-versie van WRF wordt gebruikt in het National Atmospheric Release Advisory Centre om de beweging en turbulentie van zwevende deeltjes in de lucht rond terreinkenmerken en gebouwen te simuleren. Vergeleken met de minder betrouwbare simulaties die vaak worden gebruikt om de opkomst van wolken te modelleren voor noodhulp, een WRF-gebaseerd model van een nucleaire wolk bevat in de tijd variërend weer voor de exacte locatie die wordt bestudeerd. Dit aanpassingsvermogen en hoge resolutie sprak een van de auteurs van het artikel aan, Mechanisch ingenieur uit Livermore, Katie Lundquist.

"Omdat we zoveel ervaring hebben met het ontwikkelen van het model voor resoluties op meterschaal, we dachten dat dit model zeer geschikt was om de opkomst van wolken te modelleren, " zei ze. Extra co-auteurs op het papier zijn onder meer Robert Arthur, Jeffrey Mirocha, Stephanie Neuscamman, Yuliya Kanarska en John Nasstrom.

Terwijl veel van de Amerikaanse atmosferische tests werden gedaan in de droge omgeving van Nevada, Lundquist zei, een toekomstige nucleaire gebeurtenis kan overal plaatsvinden.

"Je moet een model gebruiken dat voorspellende mogelijkheden heeft voor deze gecompliceerde omgevingen, " zei ze. "Een weermodel is de perfecte keuze omdat het operationeel wordt gebruikt om het weer over de hele wereld te voorspellen."

De onderzoekers gebruikten de 8 mei, 1953 "Encore" -evenement als basis voor het testen van hun WRF-hypothese. Met behulp van wereldwijde atmosferische heranalysegegevens om de omstandigheden op die datum te simuleren, ze voedden het WRF-model de parameters van een nucleaire vuurbal en kozen de resolutie dienovereenkomstig in. Na het uitvoeren van het model, hun simulatie kwam opmerkelijk goed overeen met de foto's uit 1953.

"We waren geschokt dat het zo goed overeenkwam, " zei Lundquist, die onlangs met WordsSideKick.com sprak over hoe paddestoelwolken worden gevormd bij een nucleaire explosie. "De simulatie van de wolkenstijging kan de stijgsnelheid en de stabilisatiehoogte evenaren, evenals kleine kwalitatieve kenmerken zoals het kantelen van de torus in de wolk en de timing voor het afbreken van de torus tot een meer turbulente wolk. We waren erg blij met onze resultaten, en verrast dat we heel weinig aanpassingen moesten doen om deze resultaten er net zo goed uit te laten zien als ze nu zijn."

Een deel van het krediet behoort tot het WRF-model, zei Lee Glascoe, LLNL Nuclear Emergency Support Team Programmaleider. "Dit weermodel is al zo'n 20 jaar in gebruik, en dus is er veel validatie in dit model gestoken, " zei hij. "Ik denk dat we profiteren van de laatste 20 jaar van weeronderzoek en -voorspellingen die binnen dit model zijn gebeurd. Het is echt een geweldig hulpmiddel voor wat we doen."

Financiering voor het onderzoek naar de opkomst van de cloud kwam van het Laboratory Directed Research and Development-programma en het Office of Nuclear Incident Response, terwijl de financiering voor modelleringsmogelijkheden met hoge resolutie ook afkomstig is van het Wind Energy Technologies Office van het Department of Energy.

Glascoe voegde eraan toe dat het onderzoek onmogelijk zou zijn geweest zonder de simulatiemogelijkheden met hoge resolutie die Lundquist en haar team hebben ontwikkeld en opgenomen in het WRF-model. De verbeterde verfijning van WRF stelt de wolkensimulatie in staat om de "uitval" van radioactieve deeltjes te voorspellen, vooral ergens met meer luchtvochtigheid. Al het innovatieve werk bij Lawrence Livermore is het creëren van een model dat toepasbaar is op een breed scala aan omgevingsomstandigheden, van een droge, landelijke omgeving zoals de testsite in Nevada, naar een vochtige omgeving of een dichtbevolkt stedelijk gebied.

"Niemand is daartoe in staat, behalve Livermore, " zei Lundquist. "Het komt allemaal terug op het idee dat we de gevolgen van gevaarlijke atmosferische lozingen moeten voorspellen. Wij hebben de operationele missie om dat te doen. Al dit onderzoek komt terecht in operations en verbetert onze voorspellingen."