Minden élő és élettelen test hosszúhullámú sugárzást bocsát ki. A sugárzás nagysága arányos a test (Kelvin fokban mért) hőmérsékletének negyedik hatványára emelt értékével. A hosszúhullámú sugárzás jelentős forrásai a hidrológiai alkalmazásokban maga a légkör és a légkörben helyileg jelenlévő felhők. A felhők általában nagyobb hőtartalommal és magasabb hőmérséklettel rendelkeznek, mint a tiszta légkör, ezért felhős napokon megnövekszik a lefelé irányuló hosszúhullámú sugárzás. Az, hogy a légkör és a felhők a hosszúhullámú sugárzás nettó forrását jelentik-e a szárazföldi felszín felé, a szárazföldi felszín hőmérsékletéhez viszonyított hőmérsékletüktől függ. A legtöbb esetben a nettó hosszúhullámú sugárzás a nappali órákban befelé irányuló, az éjszakai órákban pedig kifelé irányuló.
A meteorológiai modellben szereplő hosszúhullámú sugárzási módszerre csak akkor van szükség, ha a párolgás vagy a hóolvadás energiaegyensúlyi módszereit alkalmazzák. A rendelkezésre álló lehetőségek az egyszerűtől az összetettig terjedő részletességű tartományt fedik le. Egyszerű meghatározott módszerek is rendelkezésre állnak idősorozat vagy rácsháló bevitelére. Mindegyik opció a földfelszínre érkező lefelé irányuló hosszúhullámú sugárzást állítja elő. A szárazföldi felszín általi elnyelés és sugárzás számítása a részvízgyűjtő elemen belül történik. Az egyes módszerekről részletesebben a következő szakaszokban olvashatunk.
A FAO56 módszer az Allen, Pereira, Raes és Smith (1998) által részletezett algoritmust valósítja meg. Az algoritmus kiszámítja a nap deklinációját és a napszöget a szimuláció minden egyes időintervallumára, felhasználva a részvízgyűjtő koordinátáit, az év juliánus napját és az intervallum közepének időpontját. A napértékeket az egyes részvízgyűjtőkre vonatkozó tiszta égbolt sugárzásának kiszámításához használják. A kiszámított rövidhullámú sugárzást ezután elosztjuk a számított tiszta égbolt sugárzással, hogy megbecsüljük a talajra érkező rövidhullámú sugárzás hányadát. Végül a földet elérő rövidhullámú sugárzás hányadát kombinálják a páranyomással, hogy a Stefan-Bolrzman-egyenlet alapján kiszámítsák a lefelé irányuló hosszúhullámú sugárzás csökkenését.
A FAO56 módszer tartalmaz egy komponensszerkesztőt a meteorológiai modell összes részvízgyűjtőjének paraméteradataival; ugyanezeket az adatokat megosztják a FAO56 rövidhullámú sugárzási módszerével is. Ha a FAO56-ot rövidhullámú és hosszúhullámú sugárzásra is használják, az ikon előnyben részesíti a rövidhullámú ikon megjelenítését. Az egyes részvízgyűjtőkhöz egy komponensszerkesztő is tartozik. A Watershed Explorer a hosszúhullámú komponensszerkesztőkhöz a felhőfekete test sugárzás képével (1. ábra) lehet hozzáférni.
A légköri változók között minden egyes részvízgyűjtőhöz ki kell választani egy léghőmérséklet-mérőt és egy szélsebesség-mérőt. A vízgőz módszerhez a kiválasztott gőznyomás típustól függően relatív páratartalom-, harmatponti hőmérséklet- vagy léghőmérséklet-mérőre van szükség.
1. ábra. A FAO56 hosszúhullám-módszert alkalmazó meteorológiai modell az összes részvízgyűjtőhöz tartozó komponensszerkesztővel és az egyes részvízgyűjtőkhöz tartozó külön komponensszerkesztővel.
A meteorológiai modellben az összes részvízgyűjtőhöz tartozó komponensszerkesztő tartalmazza az időzóna középső meridiánját (2. ábra). Jelenleg nincs specifikáció az időzónára, így a meridiánt kézzel kell megadni. A központi hosszúsági kör általában a helyi időzóna középpontjában lévő hosszúsági fok. A nulla hosszúsági foktól nyugatra lévő délköröket negatív, míg a nulla hosszúsági foktól keletre lévő délköröket pozitív értékként kell megadni. A meridián a program beállításaitól függően tizedes fokokban vagy fokokban, percekben és másodpercekben adható meg.
2. ábra. A FAO56 hosszúhullám-módszer megköveteli az időzóna középső meridiánját.
A meteorológiai modell egyes részterületeinek komponensszerkesztője a páranyomás típusának kiválasztására és a tiszta égbolt fekete test sugárzásától való eltérések figyelembevételéhez szükséges paraméteradatok megadására szolgál (3. ábra). A tényleges gőznyomást a kibocsátott hosszúhullámú sugárzás nedvességkorrekciójaként használják. A tényleges gőznyomás kiszámítható a harmatponti hőmérséklet, a relatív páratartalom vagy a napi minimumhőmérséklet segítségével. A napi minimumhőmérséklet opciót akkor kell használni, ha a relatív páratartalomra vagy a harmatpontra vonatkozó adatok nem állnak rendelkezésre; a napi minimumhőmérséklet opció feltételezi, hogy a harmatpont hőmérséklete megegyezik a napi minimumhőmérséklettel. Jelenleg az egyetlen módszer a tiszta égbolt sugárzásától való eltérések kiszámítására a tengerszint feletti magasság alapján történik. Minden egyes részvízgyűjtőhöz reprezentatív magasságot kell megadni.
3. ábra. A páranyomás típusának és a reprezentatív magasságnak a megadása egy részvízgyűjtőhöz a FAO56 hosszúhullámú részvízgyűjtő komponensszerkesztőben.
Rácsos hosszúhullám
A rácsos hosszúhullámú módszer a ModClark rácsos transzformációval való együttműködésre készült. Azonban más területátlag-transzformációs módszerekkel is használható. A módszer leggyakoribb felhasználása egy külső modell, például egy dinamikus légköri modell által előállított rácsos hosszúhullámú sugárzási becslések felhasználása. Ha a ModClark-tól eltérő transzformációs módszerrel együtt használják, akkor az egyes részterületek hosszúhullámú sugárzási idősorainak kiszámításához a részterületek rácshálós celláinak területi súlyozott átlagát használják.
A rácshálós hosszúhullámú módszer tartalmaz egy komponensszerkesztőt a meteorológiai modell összes részterülete paraméteradataival. A Watershed Explorer a hosszúhullámú komponensszerkesztőhöz a felhők lefelé irányuló sugárzásának képével férhet hozzá (4. ábra).
4. ábra. A rácsos hosszúhullámú módszert alkalmazó meteorológiai modell a meteorológiai modellben lévő összes részvízgyűjtőhöz tartozó komponensszerkesztővel.
A meteorológiai modellben lévő összes részvízgyűjtőhöz tartozó komponensszerkesztő tartalmazza az adatforrás kiválasztását (5. ábra). Minden részvízgyűjtőhöz ki kell választani egy sugárzási rácskészletet. Az aktuális rácskészletek a kiválasztási listában jelennek meg. Ha sok különböző rácskészlet áll rendelkezésre, akkor a kiválasztási lista mellett található rácskészlet gomb segítségével elérhető választóból érdemes kiválasztani egy rácskészletet. A kiválasztó megjeleníti az egyes gridsetek leírását, ami megkönnyíti a megfelelő gridset kiválasztását.
5. ábra. A hosszúhullámú sugárzás adatforrásának megadása a rácsos hosszúhullámú módszerhez.
Satterlund
A Satterlund-módszer (Satterlund, 1979) a hőmérsékletet és a páranyomást használja a beérkező hosszúhullámú sugárzás becsléséhez. Bár bizonyos fizikai korlátokat érvényesít, a megközelítés alapvetően empirikus. Többnyire tiszta égbolt esetén jó becsléseket ad, és akkor is jól teljesít, ha a hőmérséklet a fagypont alá csökken. Előnye, hogy csak könnyen hozzáférhető meteorológiai adatokat igényel.
A Satterlund-módszer tartalmaz egy komponensszerkesztőt, amely a meteorológiai modell minden egyes almedencéjének paraméteradatait tartalmazza. A Watershed Explorer a hosszúhullámú komponensszerkesztőkhöz a felhőből történő hősugárzás képével férhetünk hozzá (6. ábra).
A légköri változók között minden egyes részvízgyűjtőhöz ki kell választani egy léghőmérséklet-mérőt és egy szélsebesség-mérőt. Ezenkívül a vízgőzt is meg kell adni egy relatív páratartalom- vagy harmatpont-hőmérsékletmérővel.
6. ábra. A Satterlund-féle hosszúhullámú módszert alkalmazó meteorológiai modell a meteorológiai modellben szereplő összes részvízgyűjtőhöz tartozó komponensszerkesztővel.
A bejövő hosszúhullámú sugárzás kiszámítása az ideális fekete test sugárzására vonatkozó egyenlet módosított formája alapján történik. A sugárzási tényezőt a hőmérséklet függvényében számítják ki, ahol a hőmérsékleti együttható alapértelmezett értéke 2016 Kelvin. A kalibráláshoz egy emissziós együttható is szerepel, bár az 1,08-as alapértelmezett értéket széles körben használják. Az emissziós tényező és a hőmérsékleti együttható a 7. ábrán látható módon adható meg a komponensszerkesztőben.
7. ábra. A termodinamikai tulajdonságok megadása az egyes részmedencékhez.
Specifikált pirgeográf
A pirgeométer egy olyan műszer, amely a lefelé irányuló hosszúhullámú sugárzás mérésére alkalmas. Ezek nem részei az alapvető meteorológiai megfigyelő állomásoknak, de az elsőrendű állomásokon szerepelhetnek. Ez a módszer használható egy pirgeométerről származó megfigyelt értékek importálására, vagy egy külső modell által előállított becslések importálására.
A megadott pirgeográf módszer tartalmaz egy komponensszerkesztőt a meteorológiai modell összes almedencéjének paraméteradataival. A Watershed Explorer a hosszúhullámú komponensszerkesztőkhöz a felhőből érkező hősugárzás képével férhet hozzá (8. ábra).
A komponensszerkesztő a meteorológiai modell összes részvízgyűjtőjére vonatkozóan tartalmazza az egyes részvízgyűjtők hosszúhullámú sugárzásának idősoros mérőjét (9. ábra). Egy részvízgyűjtőhöz ki kell választani a sugárzásmérő eszközt. Az aktuális mérőműszerek a kiválasztási listában jelennek meg.
8. ábra. A megadott pirgeográf hosszúhullámú módszert használó meteorológiai modell a meteorológiai modellben lévő összes részvízgyűjtőhöz tartozó komponensszerkesztővel.
9. ábra. A hosszúhullámú sugárzás idősoros mérőeszköz megadása minden egyes részvízgyűjtőhöz.
