Všechna živá i neživá tělesa vyzařují dlouhovlnné záření. Velikost tohoto záření je úměrná teplotě (měřené ve stupních Kelvina) tělesa zvýšené na čtvrtou mocninu. Mezi významné zdroje dlouhovlnného záření v hydrologických aplikacích patří samotná atmosféra a případné mraky, které se mohou v atmosféře lokálně vyskytovat. Mraky mají obvykle vyšší obsah tepla a vyšší teplotu než čistá atmosféra, a proto se v oblačných dnech zvyšuje sestupné dlouhovlnné záření. To, zda jsou atmosféra a mraky čistým zdrojem dlouhovlnného záření na zemský povrch, závisí na jejich teplotě ve vztahu k teplotě zemského povrchu. Ve většině případů je čisté dlouhovlnné záření přicházející během denních hodin a odcházející během nočních hodin.
Metoda dlouhovlnného záření zahrnutá do meteorologického modelu je nezbytná pouze tehdy, když se pro evapotranspiraci nebo tání sněhu používají metody energetické bilance. Dostupné možnosti pokrývají škálu podrobností od jednoduchých až po složité. Jednoduché zadané metody jsou k dispozici také pro zadávání časových řad nebo mřížky. Každá možnost vytváří sestupné dlouhovlnné záření přicházející na zemský povrch. Absorpce a vyzařování zemským povrchem se počítá v rámci prvku dílčího povodí. Podrobnější informace o jednotlivých metodách jsou uvedeny v následujících oddílech.
Metoda FAO56 implementuje algoritmus, který podrobně popsali Allen, Pereira, Raes a Smith (1998). Algoritmus vypočítává sluneční deklinaci a sluneční úhel pro každý časový interval simulace pomocí souřadnic dílčího povodí, juliánského dne v roce a času uprostřed intervalu. Hodnoty slunečního záření se použijí k výpočtu záření na volné obloze pro každé dílčí povodí. Vypočtené krátkovlnné záření se pak vydělí vypočteným zářením jasné oblohy, aby se odhadl podíl krátkovlnného záření dopadajícího na zem. Nakonec se podíl krátkovlnného záření dopadajícího na zem zkombinuje s tlakem vodní páry pro výpočet redukce na dopadající dlouhovlnné záření na základě Stefan-Bolrzmanovy rovnice.
Metoda FAO56 obsahuje Editor složek s údaji parametrů pro všechna dílčí povodí v meteorologickém modelu; stejné údaje jsou sdíleny také s metodou krátkovlnného záření FAO56. Pokud je metoda FAO56 použita pro krátkovlnné i dlouhovlnné záření, zobrazí se přednostně ikona krátkovlnného záření. Pro každé dílčí povodí je k dispozici také editor složek. Průzkumník povodí poskytuje přístup k editorům dlouhovlnných složek pomocí obrázku záření černého tělesa mraků (obrázek 1).
V atmosférických proměnných pro každé dílčí povodí je třeba vybrat měřidlo teploty vzduchu a měřidlo rychlosti větru. Metoda vodní páry bude vyžadovat měřidlo relativní vlhkosti, teploty rosného bodu nebo teploty vzduchu v závislosti na zvoleném typu tlaku vodní páry.
Obrázek 1. Meteorologický model používající dlouhovlnnou metodu FAO56 s editorem složek pro všechna dílčí povodí a samostatným editorem složek pro každé jednotlivé dílčí povodí.
Editor složek pro všechna dílčí povodí v meteorologickém modelu zahrnuje centrální poledník časového pásma (obr. 2). V současné době neexistuje žádná specifikace časového pásma, takže poledník musí být zadán ručně. Centrální poledník je běžně zeměpisná délka ve středu místního časového pásma. Poledníky západně od nulové zeměpisné délky by měly být zadány jako záporné, zatímco poledníky východně od nulové zeměpisné délky by měly být zadány jako kladné. Poledník může být zadán v desetinných stupních nebo ve stupních, minutách a sekundách v závislosti na nastavení programu.
Obrázek 2. Poledník může být zadán v desetinných stupních nebo ve stupních, minutách a sekundách. Metoda dlouhých vln FAO56 vyžaduje centrální poledník časového pásma.
Editor složek pro každé dílčí povodí v meteorologickém modelu slouží k výběru typu tlaku páry a zadání údajů parametrů potřebných k zohlednění rozdílů od záření černého tělesa na jasné obloze (obr. 3). Skutečný tlak páry se používá jako korekce vlhkosti pro emitované dlouhovlnné záření. Skutečný tlak páry lze vypočítat pomocí teploty rosného bodu, relativní vlhkosti nebo denní minimální teploty. Možnost denní minimální teploty by se měla použít, pokud nejsou k dispozici údaje o relativní vlhkosti nebo rosném bodu; možnost denní minimální teploty předpokládá, že teplota rosného bodu je rovna denní minimální teplotě. V současné době je jediná metoda výpočtu rozdílů od záření při jasné obloze založena na nadmořské výšce. Pro každé dílčí povodí by měla být zadána reprezentativní nadmořská výška.
Obrázek 3. Zadání typu tlaku páry a reprezentativní nadmořské výšky pro dílčí povodí v rámci editoru složek dlouhovlnného dílčího povodí FAO56.
Mřížková dlouhovlnná metoda
Mřížková dlouhovlnná metoda je určena pro práci s mřížkovou transformací ModClark. Lze ji však použít i s jinými metodami plošné transformace. Nejběžnějším použitím metody je využití mřížkových odhadů dlouhovlnného záření vytvořených externím modelem, například dynamickým modelem atmosféry. Pokud se používá s jinou transformační metodou než ModClark, použije se k výpočtu časové řady dlouhovlnného záření pro každé dílčí povodí plošný vážený průměr buněk mřížky v dílčím povodí.
Mřížková metoda dlouhovlnného záření obsahuje Editor složek s údaji parametrů pro všechna dílčí povodí v meteorologickém modelu. Průzkumník povodí poskytuje přístup k editoru dlouhovlnných složek pomocí obrázku sestupného záření z mraků (obrázek 4).
Obrázek 4. Meteorologický model používající mřížkovou metodu dlouhých vln s editorem složek pro všechna dílčí povodí v meteorologickém modelu.
Editor složek pro všechna dílčí povodí v meteorologickém modelu zahrnuje výběr zdroje dat (obrázek 5). Pro všechna dílčí povodí musí být vybrána sada radiačních sítí. Aktuální sady gridů jsou zobrazeny ve výběrovém seznamu. Pokud je k dispozici mnoho různých sad gridů, můžete si vybrat sadu gridů ze selektoru přístupného pomocí tlačítka grid vedle seznamu pro výběr. Ve výběrovém seznamu se zobrazuje popis každé sady gridset, což usnadňuje výběr správné sady.
Obrázek 5. Výběr sady gridset. Zadání zdroje dat dlouhovlnného záření pro metodu dlouhovlnných mřížek.
Satterlund
Satterlundova metoda (Satterlund, 1979) používá k odhadu příchozího dlouhovlnného záření teplotu a tlak páry. Přestože jsou prosazovány určité fyzikální limity, je tento přístup v zásadě empirický. Poskytuje dobré odhady při převážně jasné obloze a funguje dobře i při poklesu teploty pod bod mrazu. Jeho výhodou je, že vyžaduje pouze snadno dostupné meteorologické údaje.
Satterlundova metoda zahrnuje editor složek s údaji parametrů pro každou dílčí oblast v meteorologickém modelu. Průzkumník povodí poskytuje přístup k editorům dlouhovlnných složek pomocí obrázku tepelného záření z mraku (obrázek 6).
V atmosférických proměnných pro každé dílčí povodí je třeba vybrat měřidlo teploty vzduchu a měřidlo rychlosti větru. Kromě toho je třeba zadat vodní páru pomocí měřidla relativní vlhkosti nebo teploty rosného bodu.
Obrázek 6. Meteorologický model používající Satterlundovu dlouhovlnnou metodu s editorem složek pro všechna dílčí povodí v meteorologickém modelu.
Přicházející dlouhovlnné záření se vypočítá pomocí upravené formy rovnice pro ideální záření černého tělesa. Emisivita se vypočítá jako funkce teploty, přičemž teplotní koeficient má výchozí hodnotu 2016 Kelvinů. Koeficient emisivity je zahrnut pro kalibraci, ačkoli se běžně používá výchozí hodnota 1,08. Koeficienty emisivity a teploty lze zadat v Editoru složek, jak je znázorněno na obrázku 7.
Obrázek 7. Zadání termodynamických vlastností pro každou dílčí oblast.
Specifikovaný pyrgeograf
Pyrgeometr je přístroj, který dokáže měřit sestupné dlouhovlnné záření. Nejsou součástí základních meteorologických pozorovacích stanic, ale mohou být součástí stanic prvního řádu. Tuto metodu lze použít k importu pozorovaných hodnot z pyrgeometru nebo ji lze použít k importu odhadů vytvořených externím modelem.
Zadaná metoda pyrgeografu obsahuje Editor složek s údaji parametrů pro všechna dílčí povodí v meteorologickém modelu. Průzkumník povodí poskytuje přístup k editorům dlouhovlnných složek pomocí obrázku tepelného záření z mraku (obrázek 8).
Editor složek pro všechna dílčí povodí v meteorologickém modelu obsahuje časovou řadu měření dlouhovlnného záření pro každé dílčí povodí (obrázek 9). Pro dílčí povodí je třeba vybrat měřidlo záření. Aktuální gage jsou zobrazeny ve výběrovém seznamu.
Obrázek 8. Meteorologický model používající zadanou pyrgeografickou dlouhovlnnou metodu s editorem složek pro všechna dílčí povodí v meteorologickém modelu.
Obr. 9. Meteorologický model používající zadanou pyrgeografickou dlouhovlnnou metodu s editorem složek pro všechna dílčí povodí v meteorologickém modelu. Zadání časové řady měření dlouhovlnného záření pro každé dílčí povodí.
