Tutti i corpi viventi e non viventi emettono radiazioni a onde lunghe. La grandezza della radiazione è proporzionale alla temperatura (misurata in gradi Kelvin) del corpo aumentata alla quarta potenza. Le fonti significative di radiazione a onde lunghe nelle applicazioni idrologiche includono l’atmosfera stessa, e qualsiasi nuvola che può essere presente localmente nell’atmosfera. Le nuvole di solito hanno un contenuto di calore più alto e una temperatura più alta rispetto all’atmosfera limpida, e quindi c’è un aumento della radiazione di onde lunghe verso il basso nei giorni nuvolosi. Se l’atmosfera e le nuvole sono una fonte netta di radiazione a onde lunghe verso la superficie terrestre dipende dalla loro temperatura rispetto alla temperatura della superficie terrestre. Nella maggior parte dei casi, la radiazione netta a onda lunga è in entrata durante le ore diurne, e in uscita durante le ore notturne.
Il metodo di radiazione a onda lunga incluso nel modello meteorologico è necessario solo quando i metodi di bilancio energetico sono usati per l’evapotraspirazione o la fusione della neve. Le opzioni disponibili coprono una gamma di dettagli da semplice a complessa. I metodi semplici specificati sono disponibili anche per l’input di una serie temporale o di una griglia. Ogni opzione produce la radiazione a onde lunghe downwelling che arriva alla superficie del terreno. L’assorbimento e la radiazione da parte della superficie terrestre sono calcolati all’interno dell’elemento del sottobacino. Maggiori dettagli su ogni metodo sono forniti nelle sezioni seguenti.
Il metodo FAO56 implementa l’algoritmo dettagliato da Allen, Pereira, Raes e Smith (1998). L’algoritmo calcola la declinazione e l’angolo solare per ogni intervallo di tempo della simulazione, usando le coordinate del sottobacino, il giorno giuliano dell’anno e l’ora a metà dell’intervallo. I valori solari sono usati per calcolare la radiazione del cielo chiaro per ogni sottobacino. La radiazione a onde corte calcolata viene poi divisa per la radiazione del cielo chiaro calcolata per stimare la frazione di radiazione a onde corte che raggiunge il suolo. Infine, la frazione di radiazione a onde corte che raggiunge il suolo è combinata con la pressione del vapore per calcolare una riduzione della radiazione a onde lunghe in discesa basata sull’equazione di Stefan-Bolrzman.
Il metodo FAO56 include un Component Editor con i dati dei parametri per tutti i sottobacini nel modello meteorologico; gli stessi dati sono anche condivisi con il metodo FAO56 della radiazione a onde corte. Quando FAO56 è usato sia per la radiazione a onde corte che per quella a onde lunghe, l’icona mostrerà preferibilmente quella a onde corte. Un Component Editor è anche incluso per ogni sottobacino. Il Watershed Explorer fornisce l’accesso all’editor dei componenti a onda lunga usando un’immagine della radiazione del corpo nero delle nuvole (Figura 1).
Un misuratore di temperatura dell’aria e un misuratore di velocità del vento devono essere selezionati nelle variabili atmosferiche per ogni sottobacino. Il metodo del vapore acqueo richiederà un misuratore di umidità relativa, temperatura del punto di rugiada o temperatura dell’aria a seconda del tipo di pressione del vapore selezionato.
Figura 1. Un modello meteorologico che usa il metodo delle onde lunghe FAO56 con un Component Editor per tutti i sottobacini e un Component Editor separato per ogni singolo sottobacino.
Un Component Editor per tutti i sottobacini nel modello meteorologico include il meridiano centrale della zona temporale (Figura 2). Attualmente non ci sono specifiche per il fuso orario, quindi il meridiano deve essere specificato manualmente. Il meridiano centrale è comunemente la longitudine al centro del fuso orario locale. I meridiani a ovest della longitudine zero dovrebbero essere specificati come negativi mentre i meridiani a est della longitudine zero dovrebbero essere specificati come positivi. Il meridiano può essere specificato in gradi decimali o in gradi, minuti e secondi a seconda delle impostazioni del programma.
Figura 2. Il metodo delle onde lunghe FAO56 richiede il meridiano centrale del fuso orario.
Il Component Editor per ogni sottobacino nel modello meteorologico è usato per selezionare un tipo di pressione di vapore e inserire i dati dei parametri necessari per tenere conto delle differenze dalla radiazione del corpo nero del cielo chiaro (Figura 3). La pressione di vapore effettiva è usata come correzione dell’umidità per la radiazione a onde lunghe emessa. La pressione di vapore effettiva può essere calcolata usando la temperatura del punto di rugiada, l’umidità relativa o la temperatura minima giornaliera. L’opzione della temperatura minima giornaliera dovrebbe essere usata quando l’umidità relativa o i dati del punto di rugiada non sono disponibili; l’opzione della temperatura minima giornaliera assume che la temperatura del punto di rugiada sia uguale alla temperatura minima giornaliera. Attualmente l’unico metodo per calcolare le differenze dalla radiazione del cielo limpido è basato sull’elevazione. Una quota rappresentativa dovrebbe essere inserita per ogni sottobacino.
Figura 3. Figura 3. Specificare il tipo di pressione di vapore e l’elevazione rappresentativa per un sottobacino all’interno del FAO56 longwave subbasin Component Editor.
Gridded Longwave
Il metodo gridded longwave è progettato per funzionare con la trasformazione gridded ModClark. Tuttavia, può essere utilizzato anche con altri metodi di trasformazione delle medie d’area. L’uso più comune del metodo è quello di utilizzare le stime della radiazione a onde lunghe grigliate prodotte da un modello esterno, per esempio, un modello atmosferico dinamico. Se viene usato con un metodo di trasformazione diverso da ModClark, una media ponderata per area delle celle della griglia nel sottobacino viene usata per calcolare la serie temporale della radiazione a onde lunghe per ogni sottobacino.
Il metodo a onde lunghe gridded include un Component Editor con i dati dei parametri per tutti i sottobacini nel modello meteorologico. Il Watershed Explorer fornisce l’accesso all’editor di componenti a onda lunga usando un’immagine della radiazione downwelling dalle nuvole (Figura 4).
Figura 4. Un modello meteorologico che usa il metodo gridded longwave con un editor di componenti per tutti i sottobacini nel modello meteorologico.
Un editor di componenti per tutti i sottobacini nel modello meteorologico include la selezione della sorgente di dati (Figura 5). Un gridset di radiazione deve essere selezionato per tutti i sottobacini. I gridset correnti sono mostrati nella lista di selezione. Se ci sono molti gridset diversi disponibili, si può scegliere un gridset dal selettore a cui si accede con il pulsante griglia accanto all’elenco di selezione. Il selettore mostra la descrizione di ogni gridset, rendendo più facile la selezione di quello corretto.
Figura 5. Il metodo Satterlund (Satterlund, 1979) usa la temperatura e la pressione del vapore per stimare la radiazione a onde lunghe in entrata. Mentre vengono applicati alcuni limiti fisici, l’approccio è fondamentalmente empirico. Fornisce buone stime in condizioni di cielo prevalentemente sereno e continua a funzionare bene anche quando la temperatura scende sotto il punto di congelamento. Ha il vantaggio di richiedere solo dati meteorologici facilmente disponibili.
Il metodo Satterlund include un Component Editor con i dati dei parametri per ogni sottobacino nel modello meteorologico. Il Watershed Explorer fornisce l’accesso all’editor dei componenti a onda lunga usando un’immagine della radiazione di calore da una nuvola (Figura 6).
Un misuratore di temperatura dell’aria e un misuratore di velocità del vento devono essere selezionati nelle variabili atmosferiche per ogni sottobacino. Inoltre, il vapore acqueo deve essere specificato con un misuratore di umidità relativa o di temperatura del punto di rugiada.
Figura 6. Un modello meteorologico che usa il metodo a onde lunghe di Satterlund con un editor di componenti per tutti i sottobacini nel modello meteorologico.
La radiazione a onde lunghe in entrata è calcolata usando una forma modificata dell’equazione per la radiazione del corpo nero ideale. L’emissività è calcolata in funzione della temperatura, dove il coefficiente di temperatura ha un valore predefinito di 2016 Kelvin. Un coefficiente di emissività è incluso per la calibrazione, anche se il valore predefinito di 1,08 è ampiamente utilizzato. I coefficienti di emissività e temperatura possono essere inseriti nel Component Editor come mostrato nella Figura 7.
Figura 7. Specificare le proprietà termodinamiche per ogni sottobacino.
Pirgeografo specificato
Un pirgeometro è uno strumento che può misurare la radiazione di onde lunghe verso il basso. Non fanno parte delle stazioni di osservazione meteorologica di base, ma possono essere inclusi nelle stazioni di primo ordine. Questo metodo può essere usato per importare valori osservati da un pirgeometro o può essere usato per importare stime prodotte da un modello esterno.
Il metodo pyrgeograph specificato include un Component Editor con dati di parametri per tutti i sottobacini nel modello meteorologico. Il Watershed Explorer fornisce l’accesso all’editor dei componenti a onda lunga usando un’immagine della radiazione di calore da una nuvola (Figura 8).
Il Component Editor per tutti i sottobacini nel modello meteorologico include il gage a serie temporale della radiazione a onda lunga per ogni sottobacino (Figura 9). Un misuratore di radiazione deve essere selezionato per un sottobacino. I gage correnti sono mostrati nella lista di selezione.
Figura 8. Un modello meteorologico che usa il metodo specificato di pyrgeograph longwave con un editor di componenti per tutti i sottobacini nel modello meteorologico.
Figura 9. Specificazione della serie temporale di radiazioni a onda lunga per ogni sottobacino.
