Alle levende en niet-levende lichamen zenden langgolvige straling uit. De grootte van de straling is evenredig met de temperatuur (gemeten in Kelvin graden) van het lichaam tot de vierde macht verheven. Belangrijke bronnen van langgolvige straling in hydrologische toepassingen zijn de atmosfeer zelf en de wolken die plaatselijk in de atmosfeer aanwezig kunnen zijn. Wolken hebben gewoonlijk een hogere warmte-inhoud en een hogere temperatuur dan een heldere atmosfeer, en daarom is er op bewolkte dagen meer neerwaartse langgolvige straling. Of de atmosfeer en de wolken een nettobron van langgolvige straling naar het landoppervlak zijn, hangt af van hun temperatuur in verhouding tot de temperatuur van het landoppervlak. In de meeste gevallen is de netto langgolvige straling overdag inkomend en ’s nachts uitgaand.
De in het meteorologische model opgenomen methode voor langgolvige straling is alleen noodzakelijk wanneer energiebalansmethoden worden gebruikt voor evapotranspiratie of sneeuwsmelt. De beschikbare opties bestrijken een scala van details, van eenvoudig tot complex. Eenvoudige gespecificeerde methoden zijn ook beschikbaar voor de invoer van een tijdreeks of een raster. Elke optie produceert de neerwaartse langgolvige straling die aankomt op het landoppervlak. Absorptie en straling door het landoppervlak worden berekend binnen het deelstroomgebiedelement. Meer bijzonderheden over elke methode worden in de volgende paragrafen gegeven.
De FAO56-methode implementeert het algoritme dat in detail is beschreven door Allen, Pereira, Raes, en Smith (1998). Het algoritme berekent de zonsdeclinatie en de zonnehoek voor elk tijdsinterval van de simulatie, met gebruikmaking van de coördinaten van het deelstroomgebied, de Juliaanse dag van het jaar, en de tijd in het midden van het interval. De zonnewaarden worden gebruikt om de heldere hemelstraling voor elk deelstroomgebied te berekenen. De berekende kortgolvige straling wordt vervolgens gedeeld door de berekende heldere hemelstraling om het deel van de kortgolvige straling te schatten dat de grond bereikt. Tenslotte wordt de fractie kortegolfstraling die de grond bereikt gecombineerd met de dampspanning om een reductie op de neerwaartse langegolfstraling te berekenen op basis van de vergelijking van Stefan-Bolrzman.
De FAO56-methode omvat een Component Editor met parametergegevens voor alle subbekkens in het meteorologische model; dezelfde gegevens worden ook gedeeld met de FAO56-methode voor kortegolfstraling. Wanneer FAO56 zowel voor kortegolfstraling als voor langegolfstraling wordt gebruikt, zal het pictogram bij voorkeur het pictogram voor de kortegolfstraling tonen. Een Component Editor is ook opgenomen voor elk deelstroomgebied. De Watershed Explorer biedt toegang tot de langgolvige componenteneditors aan de hand van een afbeelding van wolken met zwarte straling (Figuur 1).
In de atmosferische variabelen voor elk deelstroomgebied moeten een luchttemperatuurmeter en een windsnelheidsmeter worden geselecteerd. Voor de waterdampmethode zijn een relatieve vochtigheid, een dauwpunttemperatuur of een luchttemperatuurmeter nodig, afhankelijk van het gekozen type dampspanning.
Figuur 1. Een meteorologisch model dat gebruik maakt van de FAO56-methode voor langegolffrequenties, met een Component Editor voor alle subbekkens en een afzonderlijke Component Editor voor elk afzonderlijk subbekken.
Een Component Editor voor alle subbekkens in het meteorologische model bevat de centrale meridiaan van de tijdzone (figuur 2). Er is momenteel geen specificatie voor de tijdzone, zodat de meridiaan handmatig moet worden gespecificeerd. De centrale meridiaan is gewoonlijk de lengtegraad in het midden van de plaatselijke tijdzone. Meridianen ten westen van nul lengtegraad moeten als negatief worden gespecificeerd terwijl meridianen ten oosten van nul lengtegraad als positief moeten worden gespecificeerd. De meridiaan kan worden opgegeven in decimale graden of in graden, minuten en seconden, afhankelijk van de programma-instellingen.
Figuur 2. De FAO56-methode voor langegolffrequenties vereist de centrale meridiaan van de tijdzone.
De componenteneditor voor elk deelgebied in het meteorologische model wordt gebruikt om een dampspanningstype te selecteren en parametergegevens in te voeren die nodig zijn om rekening te houden met verschillen ten opzichte van de straling van het zwarte lichaam bij heldere hemel (figuur 3). De werkelijke dampspanning wordt gebruikt als vochtigheidscorrectie voor de uitgezonden langgolvige straling. De werkelijke dampspanning kan worden berekend aan de hand van de dauwpunttemperatuur, de relatieve vochtigheid, of de dagelijkse minimumtemperatuur. De optie dagelijkse minimumtemperatuur moet worden gebruikt wanneer geen gegevens over de relatieve vochtigheid of het dauwpunt beschikbaar zijn; de optie dagelijkse minimumtemperatuur gaat ervan uit dat de dauwpunttemperatuur gelijk is aan de dagelijkse minimumtemperatuur. Momenteel is de enige methode voor het berekenen van de verschillen met de straling van heldere hemel gebaseerd op de hoogte. Voor elk deelstroomgebied moet een representatieve hoogte worden ingevoerd.
Figuur 3. Figuur 3. Opgeven van het dampspanningstype en de representatieve hoogte voor een deelstroomgebied in de FAO56-editor voor deelstroomgebieden met lange golf.
Gridded Langegolf
De methode met gegridded langegolf is ontworpen om te werken met de ModClark gegridded transformatie. Zij kan echter ook worden gebruikt met andere gebiedsgemiddelde transformatiemethoden. Het meest gebruikelijke gebruik van de methode is het gebruik van gerasterde ramingen van de langgolvige straling die door een extern model worden geproduceerd, bijvoorbeeld een dynamisch atmosferisch model. Als de methode wordt gebruikt met een andere transformatiemethode dan ModClark, wordt een gebiedsgewogen gemiddelde van de rastercellen in het deelstroomgebied gebruikt om de tijdreeks van langgolvige straling voor elk deelstroomgebied te berekenen.
De methode met gerasterde langgolvige straling omvat een Component Editor met parametergegevens voor alle deelstroomgebieden in het meteorologische model. De Watershed Explorer biedt toegang tot de langgolvige componenteneditor met behulp van een afbeelding van de neerwaartse straling van wolken (figuur 4).
Figuur 4. Een meteorologisch model dat gebruik maakt van de gerasterde langegolfmethode met een componenteneditor voor alle subbekkens in het meteorologische model.
Een componenteneditor voor alle subbekkens in het meteorologische model omvat de selectie van de gegevensbron (figuur 5). Voor alle subbekkens moet een stralingsgridset worden geselecteerd. De huidige gridsets worden in de keuzelijst getoond. Als er veel verschillende gridsets beschikbaar zijn, kunt u een gridset kiezen uit de selector die u opent met de rasterknop naast de keuzelijst. De selector geeft de beschrijving van elke rasterset weer, waardoor het gemakkelijker wordt de juiste te selecteren.
Figuur 5. De Satterlund-methode (Satterlund, 1979) maakt gebruik van temperatuur en dampspanning om de inkomende langgolvige straling te schatten. Hoewel bepaalde fysische grenzen worden opgelegd, is de benadering fundamenteel empirisch. De methode levert goede schattingen op bij meestal heldere hemel en blijft goed presteren, zelfs als de temperatuur tot onder het vriespunt daalt. De methode heeft het voordeel dat alleen direct beschikbare meteorologische gegevens nodig zijn.
De Satterlund-methode omvat een Component Editor met parametergegevens voor elk deelstroomgebied in het meteorologische model. De Watershed Explorer biedt toegang tot de langgolvige componenteneditors met behulp van een afbeelding van warmtestraling van een wolk (figuur 6).
In de atmosferische variabelen moeten voor elk deelstroomgebied een luchttemperatuurmeter en een windsnelheidsmeter worden geselecteerd. Bovendien moet de waterdamp worden gespecificeerd met hetzij een relatieve vochtigheid hetzij een dauwpunttemperatuurmeter.
Figuur 6. Een meteorologisch model dat gebruik maakt van de Satterlund-methode voor langegolffrequenties met een componenteneditor voor alle deelgebieden in het meteorologische model.
De inkomende langgolvige straling wordt berekend met behulp van een aangepaste vorm van de vergelijking voor ideale straling van een zwart lichaam. De emissiviteit wordt berekend als functie van de temperatuur, waarbij de temperatuurcoëfficiënt een standaardwaarde van 2016 Kelvin heeft. Een emissiviteitscoëfficiënt is opgenomen voor kalibratie, hoewel de standaardwaarde van 1,08 algemeen wordt gebruikt. De emissiviteits- en temperatuurcoëfficiënten kunnen worden ingevoerd in de Component Editor, zoals getoond in Figuur 7.
Figuur 7. Het opgeven van de thermodynamische eigenschappen voor elk deelstroomgebied.
Gespecificeerde pyrgeograaf
Een pyrgeometer is een instrument dat de neerwaartse langgolvige straling kan meten. Zij maken geen deel uit van basisstations voor meteorologische waarnemingen, maar kunnen worden opgenomen in stations van de eerste orde. Deze methode kan worden gebruikt om waargenomen waarden van een pyrgeometer te importeren of om schattingen te importeren die door een extern model zijn geproduceerd.
De gespecificeerde pyrgeografische methode omvat een Component Editor met parametergegevens voor alle subbekkens in het meteorologische model. De Watershed Explorer biedt toegang tot de editors voor langgolvige componenten met behulp van een afbeelding van warmtestraling van een wolk (afbeelding 8).
De Component Editor voor alle subbekkens in het meteorologische model bevat de tijdreeksmeter voor langgolvige straling voor elk subbekken (afbeelding 9). Voor een deelstroomgebied moet een stralingsmeter worden geselecteerd. De huidige gages worden in de keuzelijst getoond.
Figuur 8. Een meteorologisch model dat gebruik maakt van de opgegeven pyrgeografische langegolfmethode met een componenteneditor voor alle subbekkens in het meteorologische model.
Figuur 9. Specificatie van de tijdreeks van de langegolfstraling voor elk deelstroomgebied.
