Alle levende og ikke-levende legemer udsender langbølgestråling. Størrelsen af strålingen er proportional med kroppens temperatur (målt i Kelvin-grader) opløftet til fjerde potens. Betydningsfulde kilder til langbølgestråling i hydrologiske anvendelser omfatter selve atmosfæren og eventuelle skyer, der kan være til stede lokalt i atmosfæren. Skyer har normalt et højere varmeindhold og en højere temperatur end en klar atmosfære, og derfor er der en øget nedadgående langbølgestråling på overskyede dage. Hvorvidt atmosfæren og skyerne er en nettokilde af langbølgestråling til landoverfladen, afhænger af deres temperatur i forhold til landoverfladens temperatur. I de fleste tilfælde er nettolangbølgestråling indgående i dagtimerne og udgående i nattetimerne.
Den langbølgestrålingsmetode, der indgår i den meteorologiske model, er kun nødvendig, når der anvendes energibalancemetoder til evapotranspiration eller snesmeltning. De tilgængelige muligheder dækker en række detaljer fra enkle til komplekse. Simple specificerede metoder er også tilgængelige for input af en tidsserie eller et gitter. Hver indstilling producerer den nedadgående langbølgestråling, der ankommer til landoverfladen. Absorption og stråling fra landoverfladen beregnes inden for deloplandelementet. Nærmere oplysninger om de enkelte metoder findes i de følgende afsnit.
FAO56-metoden implementerer den algoritme, der er beskrevet i detaljer i Allen, Pereira, Raes og Smith (1998). Algoritmen beregner soldeklinationen og solvinklen for hvert tidsinterval i simuleringen ved hjælp af delbækkenets koordinater, den julianske dag i året og klokkeslættet midt i intervallet. Solværdierne bruges til at beregne den klare himmelstråling for hvert delopland. Den beregnede kortbølgestråling divideres derefter med den beregnede stråling fra den klare himmel for at estimere den andel af kortbølgestråling, der når jorden. Endelig kombineres fraktionen af kortbølgestråling, der når jorden, med damptrykket for at beregne en reduktion af den nedadgående langbølgestråling baseret på Stefan-Bolrzman-ligningen.
FAO56-metoden omfatter en Component Editor med parameterdata for alle deloplande i den meteorologiske model; de samme data deles også med FAO56-metoden til kortbølgestråling. Når FAO56 anvendes til både kortbølget og langbølget stråling, vil ikonet fortrinsvis vise ikonet for kortbølget stråling. Der findes også en komponenteditor for hvert delopland. Watershed Explorer giver adgang til langbølgekomponenteditorerne ved hjælp af et billede af skyernes sortlegemsstråling (figur 1).
Der skal vælges en lufttemperaturmåler og en vindhastighedsmåler i de atmosfæriske variabler for hvert delopland. Vanddampmetoden kræver en relativ fugtighed, dugpunktstemperatur eller lufttemperaturmåler, afhængigt af den valgte damptrykstype.
Figur 1. En meteorologisk model, der anvender FAO56-langbølgemetoden med en komponenteditor for alle deloplande og en separat komponenteditor for hvert enkelt delopland.
En komponenteditor for alle deloplande i den meteorologiske model omfatter den centrale meridian i tidszonen (figur 2). Der er i øjeblikket ingen specifikation for tidszonen, så meridianen skal angives manuelt. Den centrale meridian er normalt længdegraden i midten af den lokale tidszone. Meridianer vest for nul længdegrad skal angives som negative, mens meridianer øst for nul længdegrad skal angives som positive. Meridianen kan angives i decimalgrader eller grader, minutter og sekunder afhængigt af programindstillingerne.
Figur 2. FAO56-langbølgemetoden kræver den centrale meridian for tidszonen.
Komponenteditoren for hvert delbassin i den meteorologiske model bruges til at vælge en damptrykstype og indtaste de parameterdata, der er nødvendige for at tage højde for forskelle i forhold til stråling fra den sorte kropsstråling ved klar himmel (figur 3). Det faktiske damptryk anvendes som en fugtighedskorrektion for den udsendte langbølgestråling. Det faktiske damptryk kan beregnes ved hjælp af dugpunktstemperaturen, den relative fugtighed eller den daglige minimumstemperatur. Den daglige minimumstemperatur bør anvendes, når der ikke foreligger data om relativ fugtighed eller dugpunkt; ved den daglige minimumstemperatur antages det, at dugpunktstemperaturen er lig med den daglige minimumstemperatur. På nuværende tidspunkt er den eneste metode til beregning af forskellene fra stråling fra klar himmel baseret på højde. Der skal angives en repræsentativ højde for hvert delopland.
Figur 3. Angivelse af damptrykstype og repræsentativ højde for et delopland i FAO56-underoplandseditoren for FAO56-underopland med lange bølger.
Gridded Longwave
Den gridded longwave-metode er designet til at fungere med ModClark-gridded-transformationen. Den kan dog også bruges med andre metoder til arealgennemsnitstransformation. Den mest almindelige anvendelse af metoden er at udnytte gitterbaserede langbølgestrålingsestimater, der er produceret af en ekstern model, f.eks. en dynamisk atmosfærisk model. Hvis den anvendes sammen med en anden transformationsmetode end ModClark, anvendes et arealvægtet gennemsnit af gittercellerne i delbassinet til at beregne tidsserien af langbølgestråling for hvert delbassin.
Den gitterbaserede langbølgemetode omfatter en Component Editor med parameterdata for alle delbassiner i den meteorologiske model. Watershed Explorer giver adgang til komponenteneditoren for langbølger ved hjælp af et billede af nedadrettet stråling fra skyer (figur 4).
Figur 4. En meteorologisk model, der anvender den gitterbaserede langbølgemetode med en komponenteditor for alle deloplande i den meteorologiske model.
En komponenteditor for alle deloplande i den meteorologiske model omfatter valg af datakilde (figur 5). Der skal vælges et strålingsgittersæt for alle deloplande. De aktuelle gitternet vises på valglisten. Hvis der er mange forskellige gitternet til rådighed, kan du vælge et gitternet fra valgmenuen, som du får adgang til ved hjælp af gitterknappen ved siden af valglisten. Vælgeren viser beskrivelsen for hvert gridset, hvilket gør det lettere at vælge det rigtige.
Figur 5. Angivelse af datakilde for langbølgestråling for den gitterbaserede langbølgemetode.
Satterlund
Satterlund-metoden (Satterlund, 1979) anvender temperatur og damptryk til at estimere indkommende langbølgestråling. Selv om visse fysiske grænser er håndhævet, er metoden grundlæggende empirisk. Den giver gode skøn under for det meste klar himmel og fortsætter med at give gode resultater, selv når temperaturen falder til under frysepunktet. Den har den fordel, at den kun kræver let tilgængelige meteorologiske data.
Satterlund-metoden omfatter en Component Editor med parameterdata for hvert delbassin i den meteorologiske model. Watershed Explorer giver adgang til redaktørerne for den langbølgede komponent ved hjælp af et billede af varmestråling fra en sky (figur 6).
Der skal vælges en lufttemperaturmåler og en vindhastighedsmåler i de atmosfæriske variabler for hvert delbassin. Desuden skal vanddampen specificeres med enten en måler for relativ fugtighed eller dugpunktstemperatur.
Figur 6. En meteorologisk model, der anvender Satterlund-langbølgemetoden med en komponenteditor for alle delbassiner i den meteorologiske model.
Den indkommende langbølgestråling beregnes ved hjælp af en modificeret form af ligningen for ideel stråling fra et sort legeme. Emissiviteten beregnes som en funktion af temperatuen, hvor temperaturkoefficienten har en standardværdi på 2016 Kelvin. En emissivitetskoefficient er inkluderet til kalibrering, selv om standardværdien 1,08 er almindeligt anvendt. Emissivitets- og temperaturkoefficienterne kan indtastes i Component Editor som vist i figur 7.
Figur 7. Angivelse af de termodynamiske egenskaber for hvert delbassin.
Specificeret pyrgeograf
Et pyrgeometer er et instrument, der kan måle nedadrettet langbølgestråling. De er ikke en del af de grundlæggende meteorologiske observationsstationer, men kan indgå på stationer af første orden. Denne metode kan bruges til at importere observerede værdier fra et pyrgeometer, eller den kan bruges til at importere estimater produceret af en ekstern model.
Den specificerede pyrgeograf-metode omfatter en Component Editor med parameterdata for alle deloplande i den meteorologiske model. Watershed Explorer giver adgang til komponenteneditorerne for langbølger ved hjælp af et billede af varmestråling fra en sky (figur 8).
Komponenteditoren for alle deloplande i den meteorologiske model omfatter tidsseriemåling af langbølgestråling for hvert delopland (figur 9). Der skal vælges en strålingsmåler for et delopland. De aktuelle strålingsmålere vises på listen over valg.
Figur 8. En meteorologisk model, der anvender den angivne pyrgeografiske langbølgemetode med en komponenteditor for alle delvandoplande i den meteorologiske model.
Figur 9. Angivelse af tidsseriemåling af langbølgestråling for hvert delopland.
