Tous les corps vivants et non vivants émettent un rayonnement à grandes ondes. L’ampleur de ce rayonnement est proportionnelle à la température (mesurée en degrés Kelvin) du corps élevée à la quatrième puissance. Les sources importantes de rayonnement à grandes ondes dans les applications hydrologiques comprennent l’atmosphère elle-même et les nuages qui peuvent être présents localement dans l’atmosphère. Les nuages ont généralement un contenu thermique plus élevé et une température plus élevée que l’atmosphère claire, et le rayonnement descendant des grandes ondes est donc plus important les jours nuageux. Le fait que l’atmosphère et les nuages soient une source nette de rayonnement de grande longueur d’onde vers la surface terrestre dépend de leur température par rapport à celle de la surface terrestre. Dans la plupart des cas, le rayonnement net de grande longueur d’onde est entrant pendant les heures de jour, et sortant pendant les heures de nuit.
La méthode de rayonnement de grande longueur d’onde incluse dans le modèle météorologique n’est nécessaire que lorsque des méthodes de bilan énergétique sont utilisées pour l’évapotranspiration ou la fonte des neiges. Les options disponibles couvrent une gamme de détails allant du simple au complexe. Des méthodes simples spécifiées sont également disponibles pour l’entrée d’une série chronologique ou d’une grille. Chaque option produit le rayonnement descendant de grande longueur d’onde arrivant à la surface terrestre. L’absorption et le rayonnement par la surface terrestre sont calculés dans l’élément de sous-bassin. Plus de détails sur chaque méthode sont fournis dans les sections suivantes.
La méthode FAO56 met en œuvre l’algorithme détaillé par Allen, Pereira, Raes, et Smith (1998). L’algorithme calcule la déclinaison solaire et l’angle solaire pour chaque intervalle de temps de la simulation, en utilisant les coordonnées du sous-bassin, le jour julien de l’année et l’heure au milieu de l’intervalle. Les valeurs solaires sont utilisées pour calculer le rayonnement du ciel clair pour chaque sous-bassin. Le rayonnement de courte longueur d’onde calculé est ensuite divisé par le rayonnement du ciel clair calculé pour estimer la fraction du rayonnement de courte longueur d’onde atteignant le sol. Enfin, la fraction du rayonnement de courte longueur d’onde atteignant le sol est combinée avec la pression de vapeur pour calculer une réduction du rayonnement de grande longueur d’onde descendant basée sur l’équation de Stefan-Bolrzman.
La méthode FAO56 comprend un éditeur de composants avec des données de paramètres pour tous les sous-bassins du modèle météorologique ; les mêmes données sont également partagées avec la méthode FAO56 de rayonnement de courte longueur d’onde. Lorsque la méthode FAO56 est utilisée à la fois pour le rayonnement d’ondes courtes et d’ondes longues, l’icône affichera de préférence l’icône d’ondes courtes. Un éditeur de composantes est également inclus pour chaque sous-bassin. L’explorateur de bassin versant permet d’accéder aux éditeurs de composantes d’ondes longues à l’aide d’une image du rayonnement du corps noir des nuages (Figure 1).
Une jauge de température de l’air et une jauge de vitesse du vent doivent être sélectionnées dans les variables atmosphériques pour chaque sous-bassin. La méthode de vapeur d’eau nécessitera une jauge d’humidité relative, de température du point de rosée ou de température de l’air selon le type de pression de vapeur sélectionné.
Figure 1. Un modèle météorologique utilisant la méthode des grandes ondes FAO56 avec un éditeur de composants pour tous les sous-bassins, et un éditeur de composants séparé pour chaque sous-bassin individuel.
Un éditeur de composants pour tous les sous-bassins du modèle météorologique inclut le méridien central du fuseau horaire (Figure 2). Il n’y a actuellement aucune spécification pour le fuseau horaire, donc le méridien doit être spécifié manuellement. Le méridien central est généralement la longitude au centre du fuseau horaire local. Les méridiens à l’ouest de la longitude zéro doivent être spécifiés comme négatifs tandis que les méridiens à l’est de la longitude zéro doivent être spécifiés comme positifs. Le méridien peut être spécifié en degrés décimaux ou en degrés, minutes et secondes selon les paramètres du programme.
Figure 2. La méthode des grandes ondes de la FAO56 nécessite le méridien central du fuseau horaire.
L’éditeur de composantes pour chaque sous-bassin du modèle météorologique est utilisé pour sélectionner un type de pression de vapeur et entrer les données de paramètres nécessaires pour tenir compte des différences par rapport au rayonnement du corps noir du ciel clair (figure 3). La pression de vapeur réelle est utilisée comme correction d’humidité pour le rayonnement de grande longueur d’onde émis. La pression de vapeur réelle peut être calculée en utilisant la température du point de rosée, l’humidité relative ou la température minimale quotidienne. L’option de température minimale quotidienne doit être utilisée lorsque les données d’humidité relative ou de point de rosée ne sont pas disponibles ; l’option de température minimale quotidienne suppose que la température du point de rosée est égale à la température minimale quotidienne. Actuellement, la seule méthode permettant de calculer les différences de rayonnement par rapport au ciel clair est basée sur l’altitude. Une élévation représentative doit être saisie pour chaque sous-bassin.
Figure 3. Spécification du type de pression de vapeur et de l’élévation représentative pour un sous-bassin dans l’éditeur de composantes de sous-bassin à ondes longues FAO56.
Ondes longues grillées
La méthode des ondes longues grillées est conçue pour fonctionner avec la transformée grillée ModClark. Cependant, elle peut également être utilisée avec d’autres méthodes de transformation en moyenne de surface. L’utilisation la plus courante de la méthode consiste à utiliser les estimations du rayonnement de grande longueur d’onde sur grille produites par un modèle externe, par exemple, un modèle atmosphérique dynamique. Si elle est utilisée avec une méthode de transformation autre que ModClark, une moyenne pondérée en fonction de la superficie des cellules de la grille dans le sous-bassin est utilisée pour calculer la série chronologique du rayonnement à grande longueur d’onde pour chaque sous-bassin.
La méthode de rayonnement à grande longueur d’onde sur grille comprend un éditeur de composantes avec des données de paramètres pour tous les sous-bassins du modèle météorologique. L’explorateur de bassin versant permet d’accéder à l’éditeur de composantes d’ondes longues à l’aide d’une image du rayonnement descendant des nuages (figure 4).
Figure 4. Un modèle météorologique utilisant la méthode des grandes ondes maillées avec un éditeur de composants pour tous les sous-bassins du modèle météorologique.
Un éditeur de composants pour tous les sous-bassins du modèle météorologique comprend la sélection de la source de données (Figure 5). Un jeu de grille de rayonnement doit être sélectionné pour tous les sous-bassins. Les jeux de grilles actuels sont affichés dans la liste de sélection. Si de nombreux jeux de grilles différents sont disponibles, vous pouvez choisir un jeu de grilles dans le sélecteur auquel on accède par le bouton de grille à côté de la liste de sélection. Le sélecteur affiche la description de chaque jeu de grille, ce qui facilite la sélection du bon.
Figure 5. Spécification de la source de données du rayonnement de grande longueur d’onde pour la méthode de la grille de grande longueur d’onde.
Satterlund
La méthode de Satterlund (Satterlund, 1979) utilise la température et la pression de vapeur pour estimer le rayonnement de grande longueur d’onde entrant. Bien que certaines limites physiques soient appliquées, l’approche est fondamentalement empirique. Elle fournit de bonnes estimations sous un ciel généralement dégagé et continue d’être performante même lorsque la température descend en dessous du point de congélation. Elle a l’avantage de ne nécessiter que des données météorologiques facilement disponibles.
La méthode Satterlund comprend un éditeur de composants avec des données de paramètres pour chaque sous-bassin du modèle météorologique. L’explorateur de bassin versant permet d’accéder aux éditeurs de composantes d’ondes longues à l’aide d’une image du rayonnement thermique d’un nuage (figure 6).
Un indicateur de température de l’air et un indicateur de vitesse du vent doivent être sélectionnés dans les variables atmosphériques pour chaque sous-bassin. En outre, la vapeur d’eau doit être spécifiée avec une jauge d’humidité relative ou de température du point de rosée.
Figure 6. Un modèle météorologique utilisant la méthode des grandes ondes de Satterlund avec un éditeur de composantes pour tous les sous-bassins du modèle météorologique.
Le rayonnement entrant des grandes ondes est calculé en utilisant une forme modifiée de l’équation du rayonnement idéal du corps noir. L’émissivité est calculée en fonction de la temperatue, où le coefficient de température a une valeur par défaut de 2016 Kelvin. Un coefficient d’émissivité est inclus pour la calibration, bien que la valeur par défaut de 1,08 soit largement utilisée. Les coefficients d’émissivité et de température peuvent être saisis dans l’éditeur de composants, comme le montre la figure 7.
Figure 7. Spécifier les propriétés thermodynamiques pour chaque sous-bassin.
Pyrgeographe spécifié
Un pyrgeomètre est un instrument qui peut mesurer le rayonnement descendant des grandes ondes. Ils ne font pas partie des stations d’observation météorologique de base, mais peuvent être inclus dans les stations de premier ordre. Cette méthode peut être utilisée pour importer des valeurs observées à partir d’un pyrgeomètre ou pour importer des estimations produites par un modèle externe.
La méthode pyrgeographe spécifiée comprend un éditeur de composants avec des données de paramètres pour tous les sous-bassins du modèle météorologique. L’explorateur de bassin versant permet d’accéder aux éditeurs de composantes d’ondes longues à l’aide d’une image du rayonnement thermique d’un nuage (Figure 8).
L’éditeur de composantes pour tous les sous-bassins du modèle météorologique comprend la jauge de série temporelle du rayonnement d’ondes longues pour chaque sous-bassin (Figure 9). Une jauge de rayonnement doit être sélectionnée pour un sous-bassin. Les jauges actuelles sont affichées dans la liste de sélection.
Figure 8. Un modèle météorologique utilisant la méthode pyrgéographique à ondes longues spécifiée avec un éditeur de composants pour tous les sous-bassins du modèle météorologique.
Figure 9. Spécification de la jauge de la série temporelle du rayonnement des grandes ondes pour chaque sous-bassin.
