Alla levande och icke levande kroppar avger långvågig strålning. Storleken på strålningen är proportionell mot kroppens temperatur (mätt i Kelvingrader) upphöjd till fjärde potensen. Viktiga källor till långvågig strålning i hydrologiska tillämpningar är själva atmosfären och eventuella moln som kan finnas lokalt i atmosfären. Moln har vanligtvis ett högre värmeinnehåll och en högre temperatur än en klar atmosfär, och därför ökar den nedåtgående långvågiga strålningen under molniga dagar. Huruvida atmosfären och molnen är en nettokälla för långvågig strålning till markytan beror på deras temperatur i förhållande till markytans temperatur. I de flesta fall är nettolångvågsstrålningen inkommande under dagtid och utgående under nattetid.
Metoden för långvågsstrålning som ingår i den meteorologiska modellen är endast nödvändig när energibalansmetoder används för evapotranspiration eller snösmältning. De tillgängliga alternativen täcker en rad detaljer från enkla till komplexa. Enkla specificerade metoder finns också tillgängliga för inmatning av en tidsserie eller ett rutnät. Varje alternativ producerar den nedåtgående långvågiga strålning som anländer till markytan. Markytans absorption och strålning beräknas inom delavrinningsområdet. Mer information om varje metod ges i följande avsnitt.
FAO56-metoden implementerar den algoritm som beskrivs i detalj av Allen, Pereira, Raes och Smith (1998). Algoritmen beräknar soldeklinationen och solvinkeln för varje tidsintervall i simuleringen med hjälp av delavrinningsområdets koordinater, det julianska årets dag och tiden i mitten av intervallet. Solvärdena används för att beräkna strålningen under klar himmel för varje delavrinningsområde. Den beräknade kortvågsstrålningen divideras sedan med den beräknade strålningen under klar himmel för att uppskatta andelen kortvågsstrålning som når marken. Slutligen kombineras fraktionen av kortvågig strålning som når marken med ångtrycket för att beräkna en minskning av den nedåtgående långvågiga strålningen enligt Stefan-Bolrzman-ekvationen.
FAO56-metoden innehåller en Component Editor med parameterdata för alla delavrinningsområden i den meteorologiska modellen; samma data delas också med FAO56-metoden för kortvågig strålning. När FAO56 används för både kortvågsstrålning och långvågsstrålning kommer ikonen företrädesvis att visa ikonen för kortvågsstrålning. En komponentredigerare ingår också för varje delavrinningsområde. Watershed Explorer ger tillgång till långvågiga komponentredigerare med hjälp av en bild av svartkroppsstrålning från moln (figur 1).
En lufttemperaturmätare och en vindhastighetsmätare måste väljas i de atmosfäriska variablerna för varje delavrinningsområde. Metoden för vattenånga kräver en mätare för relativ fuktighet, daggpunktstemperatur eller lufttemperatur beroende på vilken typ av ångtryck som valts.
Figur 1. En meteorologisk modell som använder FAO56-metoden för långa vågor med en komponentredigerare för alla delavrinningsområden och en separat komponentredigerare för varje enskilt delavrinningsområde.
En komponentredigerare för alla delavrinningsområden i den meteorologiska modellen omfattar den centrala meridianen i tidszonen (figur 2). Det finns för närvarande ingen specifikation för tidszonen så meridianen måste anges manuellt. Den centrala meridianen är vanligen längden i mitten av den lokala tidszonen. Meridianer väster om noll-längden ska anges som negativa medan meridianer öster om noll-längden ska anges som positiva. Meridianen kan anges i decimalgrader eller grader, minuter och sekunder beroende på programmets inställningar.
Figur 2. FAO56-metoden för långa vågor kräver tidszonens centrala meridian.
Komponentredigeraren för varje delavrinningsområde i den meteorologiska modellen används för att välja en typ av ångtryck och ange de parameterdata som behövs för att ta hänsyn till skillnaderna från strålningen från den svarta kroppen vid klar himmel (figur 3). Det faktiska ångtrycket används som en fuktighetskorrigering för den emitterade långvågiga strålningen. Det faktiska ångtrycket kan beräknas med hjälp av daggpunktstemperaturen, den relativa fuktigheten eller den dagliga minimitemperaturen. Alternativet daglig minimitemperatur bör användas när relativ fuktighet eller daggpunktsdata inte finns tillgängliga; alternativet daglig minimitemperatur förutsätter att daggpunktstemperaturen är lika med den dagliga minimitemperaturen. För närvarande är den enda metoden för att beräkna skillnaderna från strålning från klar himmel baserad på höjd. En representativ höjd bör anges för varje delavrinningsområde.
Figur 3. Specificering av ångtrycktyp och representativ höjd för ett delavrinningsområde inom FAO56 Longwave Subbasin Component Editor.
Gridded Longwave
Metoden gridded longwave är utformad för att fungera med ModClark gridded transform. Den kan dock även användas med andra metoder för områdesgenomsnittstransformering. Det vanligaste användningsområdet för metoden är att använda rutnätsberäkningar av långvågsstrålning som tagits fram av en extern modell, t.ex. en dynamisk atmosfärisk modell. Om den används med en annan transformationsmetod än ModClark används ett områdesvägt medelvärde av rutnätscellerna i delbäckenet för att beräkna tidsserien för långvågsstrålning för varje delbäcken.
Metoden för långvågsstrålning med rutnätsmått innehåller en komponentredigerare med parameterdata för alla delbäckar i den meteorologiska modellen. Watershed Explorer ger åtkomst till komponentredigeraren för långa vågor med hjälp av en bild av nedåtgående strålning från moln (figur 4).
Figur 4. En meteorologisk modell som använder den griddade långvågsmetoden med en komponentredigerare för alla delavrinningsområden i den meteorologiska modellen.
En komponentredigerare för alla delavrinningsområden i den meteorologiska modellen omfattar val av datakälla (figur 5). Ett strålningsnät måste väljas för alla delavrinningsområden. De aktuella nätverken visas i urvalslistan. Om det finns många olika nätuppsättningar tillgängliga kan det vara lämpligt att välja en nätuppsättning från den valmöjlighet som nås med rutnätsknappen bredvid urvalslistan. I valboken visas beskrivningen för varje rutnät, vilket gör det lättare att välja rätt rutnät.
Figur 5. Specificering av datakällan för långvågsstrålning för grided longwave method.
Satterlund
Satterlundmetoden (Satterlund, 1979) använder temperatur och ångtryck för att uppskatta inkommande långvågsstrålning. Även om vissa fysiska gränser tillämpas är metoden i grunden empirisk. Den ger goda uppskattningar under mestadels klar himmel och fortsätter att fungera bra även när temperaturen sjunker under fryspunkten. Den har den fördelen att den endast kräver lätt tillgängliga meteorologiska data.
Satterlundmetoden innehåller en Component Editor med parameterdata för varje delavrinningsområde i den meteorologiska modellen. Watershed Explorer ger tillgång till redigerarna för den långvågiga komponenten med hjälp av en bild av värmestrålning från ett moln (figur 6).
En lufttemperaturmätare och en vindhastighetsmätare måste väljas i de atmosfäriska variablerna för varje delavrinningsområde. Dessutom måste vattenånga specificeras med antingen en mätare för relativ fuktighet eller daggpunktstemperatur.
Figur 6. En meteorologisk modell som använder Satterlunds långvågsmetod med en komponentredigerare för alla delavrinningsområden i den meteorologiska modellen.
Den inkommande långvågsstrålningen beräknas med hjälp av en modifierad form av ekvationen för ideal strålning från en svart kropp. Emissiviteten beräknas som en funktion av temperaturen, där temperaturkoefficienten har standardvärdet 2016 Kelvin. En emissivitetskoefficient ingår för kalibrering, även om standardvärdet 1,08 används allmänt. Emissivitets- och temperaturkoefficienterna kan anges i komponentredigeraren enligt figur 7.
Figur 7. Specificering av termodynamiska egenskaper för varje delavrinningsområde.
Specificerad pyrgeograf
En pyrgeometer är ett instrument som kan mäta nedåtgående långvågig strålning. De ingår inte i grundläggande meteorologiska observationsstationer, men kan ingå i stationer av första ordningen. Den här metoden kan användas för att importera observerade värden från en pyrgeometer eller för att importera uppskattningar som producerats av en extern modell.
Den specificerade pyrgeografimetoden innehåller en Component Editor med parameterdata för alla delavrinningsområden i den meteorologiska modellen. Watershed Explorer ger åtkomst till redigerarna för den långvågiga komponenten med hjälp av en bild av värmestrålning från ett moln (figur 8).
Komponentredigeraren för alla delavrinningsområden i den meteorologiska modellen innehåller tidsserier av långvågig strålning för varje delavrinningsområde (figur 9). En strålningsmätare måste väljas för ett delavrinningsområde. De aktuella mätarna visas i urvalslistan.
Figur 8. En meteorologisk modell som använder den angivna pyrgeografiska långvågsmetoden med en komponentredigerare för alla delavrinningsområden i den meteorologiska modellen.
Figur 9. Specificering av tidsserier av långvågsstrålning för varje delavrinningsområde.
