Depuis des décennies, la compréhension du comportement d'un champignon atomique a été réalisée grâce à une analyse minutieuse des observations faites pendant l'ère des tests. Vieilles photos, des films obsolètes et des données météorologiques incomplètes ont rendu les calculs précis difficiles. Maintenant, avec des résultats publiés dans Environnement atmosphérique , Les scientifiques du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) améliorent notre compréhension de la montée des nuages ​​nucléaires à l'aide d'un outil de modélisation météorologique largement adopté et fortement validé.

Le modèle de recherche et de prévision météorologique (WRF) est un pilier de la prévision météorologique et de la modélisation des nuages ​​depuis des décennies. Le code source du modèle est maintenu par le National Center for Atmospheric Research, mais il est développé par la communauté, en utilisant plusieurs contributions de chercheurs du LLNL. En particulier, la version LLNL de WRF est utilisée au National Atmospheric Release Advisory Center pour simuler le mouvement et la turbulence des particules en suspension dans l'air circulant autour des caractéristiques du terrain et des bâtiments. Par rapport aux simulations de faible fidélité souvent utilisées pour modéliser la montée des nuages ​​pour les interventions d'urgence, un modèle basé sur WRF d'un nuage nucléaire intègre des conditions météorologiques variables dans le temps pour l'emplacement exact à l'étude. Cette adaptabilité et cette haute résolution ont séduit l'un des auteurs de l'article, Katie Lundquist, ingénieure en mécanique de Livermore.

"Parce que nous avons tellement d'expérience dans le développement du modèle pour les résolutions à l'échelle du mètre, nous avons pensé que ce modèle était très bien adapté à la modélisation de la montée des nuages, ", a-t-elle déclaré. Les autres co-auteurs de l'article incluent Robert Arthur, Jeffrey Mirocha, Stéphanie Neuscamman, Yuliya Kanarska et John Nasstrom.

Alors que de nombreux tests atmosphériques américains ont été effectués dans l'environnement aride du Nevada, Lundquist a dit, un événement nucléaire futur pourrait se produire n'importe où.

"Vous devez utiliser un modèle qui a des capacités prédictives pour ces environnements compliqués, ", a-t-elle déclaré. "Un modèle météorologique est le choix parfait car il est utilisé de manière opérationnelle pour prédire le temps dans le monde entier."

Les chercheurs ont utilisé le 8 mai 1953 événement "Encore" comme base pour tester leur hypothèse WRF. En utilisant les données de réanalyse atmosphérique globale pour simuler les conditions à cette date, ils ont fourni au modèle WRF les paramètres d'une boule de feu nucléaire et ont réglé la résolution en conséquence. Après avoir exécuté le modèle, leur simulation correspondait remarquablement bien aux photos de 1953.

"Nous avons été choqués que cela corresponde si bien, " dit Lundquist, qui a récemment parlé à LiveScience de la formation de nuages ​​​​champignons lors d'une explosion nucléaire. "La simulation de montée des nuages ​​est capable de faire correspondre le taux de montée et la hauteur de stabilisation, ainsi que de petites caractéristiques qualitatives comme l'inclinaison du tore dans le nuage et le moment où le tore se décompose pour devenir un nuage plus turbulent. Nous sommes très satisfaits de nos résultats, et surpris que nous ayons dû faire très peu de réglages pour que ces résultats soient aussi bons qu'ils le sont. »

Une partie du crédit appartient au modèle WRF, dit Lee Glascoe, Chef de programme de l'équipe de soutien en cas d'urgence nucléaire du LLNL. "Ce modèle météorologique est utilisé depuis environ 20 ans, et donc beaucoup de validation a été apportée à ce modèle, ", a-t-il déclaré. "Je pense que nous bénéficions des 20 dernières années de recherche et de prévisions météorologiques qui se sont produites dans ce modèle. C'est vraiment un excellent outil pour ce que nous faisons."

Le financement de la recherche sur la montée des nuages ​​provient du programme de recherche et développement dirigé par des laboratoires et du Bureau de réponse aux incidents nucléaires, tandis que le financement des capacités de modélisation à haute résolution provient également du bureau des technologies de l'énergie éolienne du ministère de l'Énergie.

Glascoe a ajouté que la recherche aurait été impossible sans les capacités de simulation haute résolution que Lundquist et son équipe ont développées et intégrées dans le modèle WRF. La sophistication améliorée de WRF permet à la simulation de nuage de prédire la "pluie" de particules radioactives, en particulier quelque part avec plus d'humidité atmosphérique. Tous les travaux innovants de Lawrence Livermore créent un modèle applicable à un large éventail de conditions environnementales, d'un sec, milieu rural comme le site d'essai du Nevada, à un environnement humide ou à une zone urbaine densément peuplée.

"Personne n'a la capacité pour ça sauf Livermore, " a déclaré Lundquist. " Tout revient à l'idée que nous devons prévoir les conséquences des rejets atmosphériques dangereux. Nous avons la mission opérationnelle de le faire. Toutes ces recherches vont aboutir à des opérations et améliorer nos prévisions."