Krátkovlnné záření je zářivá energie produkovaná Sluncem o vlnových délkách od infračervené přes viditelnou až po ultrafialovou. Krátkovlnné záření je proto spojeno výhradně s denním světlem pro určité místo na zemském povrchu. Energie přichází na vrchol zemské atmosféry s tokem (watty na metr čtvereční), který se během roku a mezi jednotlivými roky velmi málo mění. Pro účely hydrologických simulací se proto tento tok obvykle považuje za konstantní. Část přicházejícího záření se odráží od vrcholu atmosféry a část se odráží od mraků. Část dopadajícího záření je pohlcena atmosférou a část je pohlcena mraky. Albedo je podíl krátkovlnného záření dopadajícího na zemský povrch, který se odráží zpět do atmosféry. Krátkovlnné záření, které není odraženo nebo pohlceno nad zemským povrchem a není odraženo zemským povrchem, je k dispozici pro řízení hydrologických procesů, jako je evapotranspirace a tání sněhové pokrývky.
Metoda krátkovlnného záření zahrnutá do meteorologického modelu je nezbytná pouze tehdy, když se pro evapotranspiraci nebo tání sněhu používají metody energetické bilance. Dostupné možnosti pokrývají škálu podrobností od jednoduchých až po složité. Jednoduché zadané metody jsou k dispozici také pro zadání časové řady srážek nebo mřížky. Každá možnost vytváří čisté krátkovlnné záření přicházející na zemský povrch, kde může být odraženo nebo pohlceno. Podrobnější informace o jednotlivých metodách jsou uvedeny v následujících oddílech.
Metoda Bristow Campbell (Bristow a Campbell, 1984) používá koncepční přístup k odhadu krátkovlnného záření na zemském povrchu. Během denního světla jakákoli oblačnost přítomná v atmosféře blokuje určitou část dopadajícího slunečního záření, což snižuje sluneční ohřev a vede k nižší teplotě. Naopak nedostatek mraků umožňuje, aby atmosférou prošlo mnohem více slunečního záření, což umožňuje větší ohřev a obecně vyšší teploty vzduchu. Teoreticky by mělo být denní rozmezí teplot v oblačných dnech malé a v bezoblačných dnech velké. Tato korelace mezi rozsahem teplot a příchozím slunečním zářením se využívá jako jednoduchý způsob výpočtu krátkovlnného záření pouze pomocí teploty vzduchu.
Bristow Campbellova metoda obsahuje Editor složek s údaji parametrů pro každou dílčí oblast v meteorologickém modelu. Průzkumník povodí poskytuje přístup k editoru krátkovlnné složky pomocí obrázku slunečního záření (obrázek 1.
V atmosférických proměnných pro každé dílčí povodí je třeba vybrat měřidlo teploty vzduchu.
Obrázek 1. Meteorologický model používající Bristow Campbellovu metodu krátkovlnného záření s editorem složek pro každé jednotlivé dílčí povodí.
Editor složek pro každé dílčí povodí v meteorologickém modelu slouží k zadávání údajů parametrů (obrázek 2). Transmise představuje maximální charakteristiky jasné oblohy nad povodím. Výchozí hodnota transmitance je 0,70. Exponent řídí načasování maximální teploty a může se lišit od vlhkého po suché prostředí. Výchozí hodnota exponentu je 2,4.
Je třeba zadat rozsah průměrných měsíčních teplot. Tato hodnota je rozdílem mezi průměrnou měsíční vysokou teplotou a průměrnou měsíční nízkou teplotou.
Obrázek 2: Průměrná měsíční teplota. Zadání údajů o atmosféře a teplotě pro dílčí povodí pomocí Bristow Campbellovy metody krátkovlnného záření.
FAO56
Metoda FAO56 implementuje algoritmus, který podrobně popsali Allen, Pereira, Raes a Smith (1998). Algoritmus vypočítává sluneční deklinaci a sluneční úhel pro každý časový interval simulace pomocí souřadnic dílčího povodí, juliánského dne v roce a času uprostřed intervalu. Hodnoty slunečního záření se použijí k výpočtu mimozemského záření pro každé dílčí povodí. Celkový počet hodin denního světla se vypočítá na základě juliánského dne a porovná se s počtem hodin skutečného slunečního svitu. Krátkovlnné záření přicházející na zemský povrch se pak vypočítá pomocí nejběžnějšího vztahu zohledňujícího snížení počtu hodin slunečního svitu v důsledku oblačnosti.
Watershed Explorer poskytuje přístup k editorům krátkovlnné složky pomocí obrázku slunečního záření (obr. 3). Metoda FAO56 obsahuje editor složek s údaji parametrů pro všechna dílčí povodí v meteorologickém modelu (obrázek 4). Editor složek je rovněž obsažen pro každé dílčí povodí (Obrázek 5.
Obrázek 3. Meteorologický model používající metodu krátkovlnného záření FAO56 s editorem složek pro každé jednotlivé dílčí povodí.
Editor složek pro všechna dílčí povodí v meteorologickém modelu obsahuje centrální poledník časového pásma (obrázek 4). V současné době neexistuje žádná specifikace pro časové pásmo, takže poledník musí být zadán ručně. Centrální poledník je běžně zeměpisná délka ve středu místního časového pásma. Poledníky západně od nulové zeměpisné délky by měly být zadány jako záporné, zatímco poledníky východně od nulové zeměpisné délky by měly být zadány jako kladné. Poledník může být zadán v desetinných stupních nebo ve stupních, minutách a sekundách v závislosti na nastavení programu.
Obrázek 4. Poledník může být zadán v desetinných stupních nebo ve stupních, minutách a sekundách. Zadání zeměpisné délky středního poledníku místního časového pásma.
Editor složek pro každé dílčí povodí v meteorologickém modelu slouží k zadání údajů parametrů nezbytných k zohlednění rozdílů v oblačnosti v povodí (obrázek 5). Oblačnost se zohledňuje prostřednictvím časové řady hodin slunečního svitu. Hodiny slunečního svitu jsou definovány jako počet desetinných hodin za celou hodinu, kdy krátkovlnné záření přesáhne 120 wattů na metr čtvereční (WMO, 2008).
Obrázek 5. Výběr časové řady měření pro hodiny slunečního svitu.
Mřížková Hargreavesova metoda
Mřížková Hargreavesova metoda je stejná jako běžná Hargreavesova metoda (popsaná v další části) s tím rozdílem, že Hargreavesovy rovnice se aplikují na každou buňku sítě pomocí samostatných okrajových podmínek namísto plošně zprůměrovaných hodnot pro celé dílčí povodí.
Síťová Hargreavesova krátkovlnná metoda obsahuje Editor složek s údaji parametrů pro všechna dílčí povodí v meteorologickém modelu. Průzkumník povodí umožňuje přístup k editoru krátkovlnných složek pomocí obrázku slunečního záření (obrázek 6).
Obrázek 6. Meteorologický model využívající mřížkovou Hargreavesovu metodu krátkovlnného záření s editorem složek pro všechna dílčí povodí.
Editor složek vyžaduje výběr teplotní mřížky pro všechna dílčí povodí (obrázek 7). Aktuální gridset je zobrazen ve výběrovém seznamu. Pokud je k dispozici mnoho různých gridsetů, můžete si vybrat gridset z výběrového seznamu, který je přístupný pomocí tlačítka gridset vedle výběrového seznamu.
Editor složek vyžaduje centrální poledník časového pásma. Pokud model povodí zasahuje do více časových pásem, zadejte centrální poledník časového pásma, které obsahuje většinu povodí modelu povodí. Centrální poledník je zeměpisná délka ve středu místního časového pásma. Poledníky západně od nulové zeměpisné délky by měly být zadány jako záporné, zatímco poledníky východně od nulové zeměpisné délky by měly být zadány jako kladné. Poledník lze zadat v desetinných stupních nebo ve stupních, minutách a sekundách v závislosti na nastavení programu.
Editor složek vyžaduje Hargreavesův koeficient krátkých vln. Výchozí Hargreavesův krátkovlnný koeficient je 0,17 na druhou odmocninu stupně Celsia; to odpovídá 0,1267 na druhou odmocninu stupně Fahrenheita. Výchozí Hargreavesův koeficient krátkých vln 0,17 na druhou odmocninu stupně Celsia je implicitně obsažen ve formulaci potenciální evapotranspirace podle Hargreavese a Samaniho (1985). Hargreavesův koeficient krátkovlnného záření může uživatel upravit.
Obrázek 7: Hargreavesův koeficient krátkovlnného záření. Editor komponent pro mřížkovou Hargreavesovu krátkovlnnou metodu.
Mřížková krátkovlnná metoda
Mřížková krátkovlnná metoda je určena pro práci s mřížkovou transformací ModClark. Lze ji však použít i s jinými metodami plošné transformace. Nejběžnějším použitím metody je využití mřížkových odhadů krátkovlnného záření vytvořených externím modelem, například dynamickým modelem atmosféry. Pokud se používá s jinou transformační metodou než ModClark, použije se k výpočtu časové řady krátkovlnného záření pro každé dílčí povodí plošný vážený průměr buněk mřížky v dílčím povodí.
Metoda gridovaného krátkovlnného záření obsahuje Editor složek s údaji parametrů pro všechna dílčí povodí v meteorologickém modelu. Průzkumník povodí poskytuje přístup k editoru krátkovlnných složek pomocí obrázku slunečního záření (obrázek 6).
Obrázek 6. Meteorologický model používající mřížkovou metodu krátkovlnného záření s editorem složek pro všechna dílčí povodí v meteorologickém modelu.
Editor složek pro všechna dílčí povodí v meteorologickém modelu zahrnuje výběr zdroje dat (obrázek 7). Pro všechna dílčí povodí musí být vybrána sada radiačních sítí. Aktuální sady gridů jsou zobrazeny ve výběrovém seznamu. Pokud je k dispozici mnoho různých sad gridů, můžete si vybrat sadu gridů ze selektoru, který je přístupný pomocí tlačítka grid vedle seznamu pro výběr. Ve výběrovém seznamu se zobrazuje popis každé sady gridset, což usnadňuje výběr správné sady.
Obrázek 7: Výběr sady gridset. Zadání zdroje dat krátkovlnného záření pro metodu krátkovlnných mřížek.
Hargreaves
Metoda krátkovlnného záření Hargreaves implementuje algoritmus krátkovlnného záření popsaný Hargreavesem a Samanim (1982). Metoda vypočítává sluneční deklinaci a sluneční úhel pro každý časový interval simulace pomocí souřadnic dílčího povodí, juliánského dne v roce a času uprostřed výpočetního intervalu. Sluneční hodnoty se používají k výpočtu mimozemského záření pro každé dílčí povodí. Denní rozsah teplot, denní maximální teplota minus denní minimální teplota, slouží jako zástupce oblačnosti. Krátkovlnné záření přicházející na zemský povrch se vypočítá jako funkce mimozemského záření a denního rozsahu teplot.
Hargreavesova metoda krátkovlnného záření je parametrizována pro všechna dílčí povodí v modelu povodí. Výběrem uzlu Hargreavesova krátkovlnná metoda v Průzkumníku povodí (obrázek 8) získáte přístup k editoru složek Hargreavesovy krátkovlnné metody (obrázek 9). Pro každé dílčí povodí musí být v atmosférických proměnných vybrána měrka teploty vzduchu. Teplotní měřidlo by mělo mít dílčí denní měření, aby bylo možné analyzovat denní minimální a maximální teploty. Editor složek atmosférických proměnných dílčího povodí je přístupný po kliknutí na uzel dílčího povodí v aplikaci Watershed Explorer.
Obr. 8. Meteorologický model využívající Hargreavesovu metodu krátkovlnného záření s editorem komponent pro povodí.
Hargreavesův editor krátkovlnných komponent je zobrazen na obrázku 9. Uživatel musí zadat centrální poledník časového pásma a Hargreavesův krátkovlnný koeficient. Pokud model povodí zasahuje do více časových pásem, zadejte centrální poledník časového pásma, které obsahuje většinu povodí modelu povodí. Centrální poledník je zeměpisná délka ve středu místního časového pásma. Poledníky západně od nulové zeměpisné délky by měly být zadány jako záporné, zatímco poledníky východně od nulové zeměpisné délky by měly být zadány jako kladné. Poledník lze zadat v desetinných stupních nebo ve stupních, minutách a sekundách v závislosti na nastavení programu. Výchozí Hargreavesův koeficient krátkých vln je 0,17 na druhou odmocninu stupně Celsia; to odpovídá 0,1267 na druhou odmocninu stupně Fahrenheita. Výchozí Hargreavesův koeficient krátkých vln 0,17 na druhou odmocninu ze stupně Celsia je implicitně obsažen ve formulaci potenciální evapotranspirace podle Hargreavese a Samaniho (1985). Hargreavesův koeficient krátkovlnného záření může uživatel upravit.
Obrázek 9: Hargreavesův koeficient krátkovlnného záření. Zadání zeměpisné délky středního poledníku místního časového pásma (v tomto případě amerického Pacifiku) a Hargreavesova koeficientu krátkovlnného záření.
Specifický pyranograf
Pyranometr je přístroj, který dokáže měřit dopadající krátkovlnné sluneční záření. Nejsou součástí základních meteorologických pozorovacích stanic, ale mohou být součástí stanic prvního řádu. Tuto metodu lze použít k importu pozorovaných hodnot z pyranometru nebo ji lze použít k importu odhadů vytvořených externím modelem. Jedná se o doporučenou volbu pro použití s Priestleyho Taylorovou evapotranspirační metodou, kde se používá efektivní záření, které zahrnuje jak krátkovlnné, tak dlouhovlnné záření.
Zadaná pyranografická metoda obsahuje Editor složek s údaji parametrů pro všechna dílčí povodí v meteorologickém modelu. Průzkumník povodí poskytuje přístup k editorům krátkovlnných složek pomocí obrázku slunečního záření (obrázek 10).
Editor složek pro všechna dílčí povodí v meteorologickém modelu obsahuje časovou řadu měření krátkovlnného záření pro každé dílčí povodí (obrázek 11). Pro dílčí povodí je třeba vybrat měřidlo slunečního záření. Ve výběrovém seznamu se zobrazují aktuální měřidla.
Obrázek 10. Meteorologický model s použitím zadané pyranografické krátkovlnné metody s editorem složek pro všechna dílčí povodí.
Obrázek 11. Zadání časové řady měření krátkovlnného záření pro každé dílčí povodí.
.