La radiación de onda corta es una energía radiante producida por el sol con longitudes de onda que van desde el infrarrojo hasta el ultravioleta, pasando por el visible. Por lo tanto, la radiación de onda corta se asocia exclusivamente a las horas de luz del día para un lugar concreto de la superficie terrestre. La energía llega a la parte superior de la atmósfera terrestre con un flujo (vatios por metro cuadrado) que varía muy poco durante el año y entre años. Por consiguiente, el flujo se suele tomar como una constante a efectos de simulación hidrológica. Una parte de la radiación entrante se refleja en la parte superior de la atmósfera y otra en las nubes. Una parte de la radiación entrante es absorbida por la atmósfera y otra por las nubes. El albedo es la fracción de la radiación de onda corta que llega a la superficie terrestre y que se refleja en la atmósfera. La radiación de onda corta que no es reflejada o absorbida sobre la superficie de la tierra, y que no es reflejada por la superficie de la tierra, está disponible para impulsar procesos hidrológicos como la evapotranspiración y el deshielo.
El método de radiación de onda corta incluido en el modelo meteorológico sólo es necesario cuando se utilizan métodos de balance de energía para la evapotranspiración o el deshielo. Las opciones disponibles cubren un rango de detalle que va de lo simple a lo complejo. Los métodos sencillos especificados también están disponibles para la entrada de una serie de tiempo de las galgas o de la rejilla. Cada opción produce la radiación neta de onda corta que llega a la superficie de la tierra donde puede ser reflejada o absorbida. En las siguientes secciones se ofrecen más detalles sobre cada método.
El método Bristow Campbell (Bristow y Campbell, 1984) utiliza un enfoque conceptual para estimar la radiación de onda corta en la superficie terrestre. Durante las horas de luz, cualquier nube presente en la atmósfera bloqueará una parte de la radiación solar entrante, lo que reduce el calentamiento solar y da lugar a una temperatura más baja. Por el contrario, la ausencia de nubes permite que una parte mucho mayor de la radiación solar atraviese la atmósfera, lo que permite un mayor calentamiento y, en general, una mayor temperatura del aire. En teoría, la amplitud térmica diaria debería ser pequeña en los días nublados y grande en los días no nublados. Esta correlación entre el rango de temperatura y la radiación solar entrante se explota como una forma sencilla de calcular la radiación de onda corta utilizando sólo la temperatura del aire.
El método Bristow Campbell incluye un Editor de Componentes con datos de parámetros para cada subcuenca en el modelo meteorológico. El Explorador de Cuencas Hidrográficas proporciona acceso al editor de componentes de onda corta utilizando una imagen de la radiación solar (Figura 1).
Se debe seleccionar un medidor de temperatura del aire en las variables atmosféricas para cada subcuenca.
Figura 1. Un modelo meteorológico que utiliza el método de radiación de onda corta de Bristow Campbell con un editor de componentes para cada subcuenca individual.
El editor de componentes para cada subcuenca en el modelo meteorológico se utiliza para introducir los datos de los parámetros (Figura 2). La transmitancia representa las características máximas del cielo despejado sobre la cuenca. El valor por defecto de la transmitancia es 0,70. El exponente controla el momento de la temperatura máxima y puede variar de los entornos húmedos a los áridos. El valor por defecto del exponente es 2,4.
Se debe introducir el rango de temperatura media mensual. Este valor es la diferencia entre la temperatura media mensual alta y la temperatura media mensual baja.
Figura 2. Introducción de datos de atmósfera y temperatura para una subcuenca utilizando el método de radiación de onda corta de Bristow Campbell.
FAO56
El método FAO56 implementa el algoritmo detallado por Allen, Pereira, Raes y Smith (1998). El algoritmo calcula la declinación solar y el ángulo solar para cada intervalo de tiempo de la simulación, utilizando las coordenadas de la subcuenca, el día juliano del año y la hora a la mitad del intervalo. Los valores solares se utilizan para calcular la radiación extraterrestre de cada subcuenca. El total de horas de luz se calcula en función del día juliano y se compara con el número de horas de sol reales. La radiación de onda corta que llega a la superficie del suelo se calcula entonces utilizando la relación más común que tiene en cuenta la reducción de las horas de sol debido a la nubosidad.
El Explorador de Cuencas Hidrográficas proporciona acceso a los editores del componente de onda corta utilizando una imagen de la radiación solar (Figura 3). El método FAO56 incluye un Editor de Componentes con datos de parámetros para todas las subcuencas del modelo meteorológico (Figura 4). También se incluye un Editor de Componentes para cada subcuenca (Figura 5).
Figura 3. Un modelo meteorológico que utiliza el método de radiación de onda corta de la FAO56 con un editor de componentes para cada subcuenca individual.
Un Editor de Componentes para todas las subcuencas del modelo meteorológico incluye el meridiano central de la zona horaria (Figura 4). Actualmente no existe ninguna especificación para el huso horario, por lo que el meridiano debe especificarse manualmente. El meridiano central suele ser la longitud del centro del huso horario local. Los meridianos al oeste de la longitud cero deben especificarse como negativos, mientras que los meridianos al este de la longitud cero deben especificarse como positivos. El meridiano puede especificarse en grados decimales o en grados, minutos y segundos, dependiendo de la configuración del programa.
Figura 4. Introducción de la longitud del meridiano central de la zona horaria local.
El Editor de Componentes para cada subcuenca del modelo meteorológico se utiliza para introducir los datos de los parámetros necesarios para tener en cuenta las diferencias en la cobertura de nubes a lo largo de la cuenca (Figura 5). La nubosidad se considera a través de una serie temporal de horas de sol. Las horas de sol se definen como el número de horas decimales por hora completa en que la radiación de onda corta supera los 120 vatios por metro cuadrado (OMM, 2008).
Figura 5. Selección de un medidor de series temporales para las horas de sol.
Gridded Hargreaves
El método gridded Hargreaves es el mismo que el método regular de Hargreaves (descrito en una sección posterior), excepto que las ecuaciones de Hargreaves se aplican a cada celda de la cuadrícula utilizando condiciones de contorno separadas en lugar de valores promediados por área en toda la subcuenca.
El método de onda corta de Hargreaves en cuadrícula incluye un Editor de Componentes con datos de parámetros para todas las subcuencas en el modelo meteorológico. El Explorador de Cuencas Hidrográficas proporciona acceso al editor de componentes de onda corta mediante una imagen de la radiación solar (Figura 6).
Figura 6. Un modelo meteorológico que utiliza el método de onda corta de Hargreaves en cuadrícula con un editor de componentes para todas las subcuencas.
El editor de componentes requiere que se seleccione un conjunto de cuadrículas de temperatura para todas las subcuencas (Figura 7). El conjunto de rejillas actual se muestra en la lista de selección. Si hay muchos conjuntos de rejillas diferentes disponibles, es posible que desee elegir un conjunto de rejillas desde el selector al que se accede con el botón de rejilla junto a la lista de selección.
El Editor de componentes requiere el meridiano central de la zona horaria. Si el modelo de cuenca abarca varias zonas horarias, introduzca el meridiano central de la zona horaria que contenga la mayor parte del área de drenaje del modelo de cuenca. El meridiano central es la longitud en el centro de la zona horaria local. Los meridianos al oeste de la longitud cero deben especificarse como negativos, mientras que los meridianos al este de la longitud cero deben especificarse como positivos. El meridiano puede especificarse en grados decimales o en grados, minutos y segundos dependiendo de la configuración del programa.
El Editor de Componentes requiere un coeficiente de onda corta Hargreaves. El coeficiente de onda corta Hargreaves por defecto es de 0,17 por raíz cuadrada de grados Celsius; esto equivale a 0,1267 por raíz cuadrada de grados Fahrenheit. El coeficiente de onda corta de Hargreaves por defecto de 0,17 por raíz cuadrada de grado Celsius está implícito en la formulación de evapotranspiración potencial de Hargreaves y Samani (1985). El coeficiente de onda corta de Hargreaves puede ser ajustado por el usuario.
Figura 7. Editor de componentes para el método de onda corta de Hargreaves cuadriculado.
Ola corta cuadriculada
El método de onda corta cuadriculado está diseñado para trabajar con la transformada cuadriculada ModClark. Sin embargo, también puede utilizarse con otros métodos de transformación de media de área. El uso más común del método es utilizar las estimaciones de radiación de onda corta cuadriculada producidas por un modelo externo, por ejemplo, un modelo atmosférico dinámico. Si se utiliza con un método de transformación que no sea ModClark, se utiliza una media ponderada por área de las celdas de la cuadrícula en la subcuenca para calcular las series temporales de radiación de onda corta para cada subcuenca.
El método de onda corta en cuadrícula incluye un Editor de componentes con datos de parámetros para todas las subcuencas en el modelo meteorológico. El Explorador de Cuencas Hidrográficas proporciona acceso al editor de componentes de onda corta mediante una imagen de la radiación solar (Figura 6).
Figura 6. Un modelo meteorológico que utiliza el método de onda corta en cuadrícula con un editor de componentes para todas las subcuencas del modelo meteorológico.
Un editor de componentes para todas las subcuencas del modelo meteorológico incluye la selección de la fuente de datos (Figura 7). Un gridset de radiación debe ser seleccionado para todas las subcuencas. Los gridsets actuales se muestran en la lista de selección. Si hay muchos conjuntos de rejillas diferentes disponibles, puede elegir un conjunto de rejillas desde el selector al que se accede con el botón de rejilla junto a la lista de selección. El selector muestra la descripción de cada gridset, facilitando la selección del correcto.
Figura 7. Especificación de la fuente de datos de radiación de onda corta para el método de onda corta en cuadrícula.
Hargreaves
El método de onda corta de Hargreaves implementa el algoritmo de radiación de onda corta descrito por Hargreaves y Samani (1982). El método calcula la declinación solar y el ángulo solar para cada intervalo de tiempo de la simulación, utilizando las coordenadas de la subcuenca, el día juliano del año y la hora a la mitad del intervalo de cálculo. Los valores solares se utilizan para calcular la radiación extraterrestre para cada subcuenca. El intervalo de temperatura diaria, temperatura máxima diaria menos temperatura mínima diaria, funciona como una aproximación a la nubosidad. La radiación de onda corta que llega a la superficie del suelo se calcula en función de la radiación extraterrestre y del rango de temperatura diario.
El método de onda corta de Hargreaves se parametriza para todas las subcuencas del modelo de cuenca. Seleccione el nodo de onda corta Hargreaves en el Watershed Explorer (Figura 8) para acceder al Hargreaves shortwave Component Editor (Figura 9). Se debe seleccionar un medidor de temperatura del aire en las variables atmosféricas para cada subcuenca. El medidor de temperatura debe tener mediciones subdiarias para poder analizar las temperaturas mínimas y máximas diarias. El Editor de Componentes de las variables atmosféricas de las subcuencas se accede haciendo clic en un nodo de subcuencas en Watershed Explorer.
Figura 8. Un modelo meteorológico que utiliza el método de radiación de onda corta de Hargreaves con un editor de componentes para la cuenca.
El editor de componentes de onda corta de Hargreaves se muestra en la figura 9. El usuario debe introducir el meridiano central de la zona horaria y el coeficiente de onda corta de Hargreaves. Si el modelo de cuenca abarca varias zonas horarias, entonces introduzca el meridiano central de la zona horaria que contenga la mayor parte del área de drenaje del modelo de cuenca. El meridiano central es la longitud en el centro del huso horario local. Los meridianos al oeste de la longitud cero deben especificarse como negativos, mientras que los meridianos al este de la longitud cero deben especificarse como positivos. El meridiano puede especificarse en grados decimales o en grados, minutos y segundos, dependiendo de la configuración del programa. El coeficiente de onda corta Hargreaves por defecto es de 0,17 por raíz cuadrada de grados Celsius; esto equivale a 0,1267 por raíz cuadrada de grados Fahrenheit. El coeficiente de onda corta de Hargreaves por defecto de 0,17 por raíz cuadrada de grado Celsius está implícito en la formulación de evapotranspiración potencial de Hargreaves y Samani (1985). El coeficiente de onda corta de Hargreaves puede ser ajustado por el usuario.
Figura 9. Introducción de la longitud del meridiano central de la zona horaria local (Pacífico estadounidense en este caso) y del coeficiente de radiación de onda corta de Hargreaves.
Piranógrafo específico
Un piranómetro es un instrumento que puede medir la radiación de onda corta solar entrante. No forman parte de las estaciones básicas de observación meteorológica, pero pueden incluirse en estaciones de primer orden. Este método puede utilizarse para importar valores observados de un piranómetro o puede utilizarse para importar estimaciones producidas por un modelo externo. Esta es la opción recomendada para su uso con el método de evapotranspiración de Priestley Taylor, donde se utiliza una radiación efectiva que incluye tanto la radiación de onda corta como la de onda larga.
El método del piranógrafo especificado incluye un Editor de componentes con datos de parámetros para todas las subcuencas del modelo meteorológico. El Explorador de Cuencas Hidrográficas proporciona acceso a los editores de componentes de onda corta utilizando una imagen de la radiación solar (Figura 10).
El Editor de Componentes para todas las subcuencas en el modelo meteorológico incluye el medidor de series temporales de radiación de onda corta para cada subcuenca (Figura 11). Se debe seleccionar un medidor de radiación solar para una subcuenca. Los medidores actuales se muestran en la lista de selección.
Figura 10. Un modelo meteorológico utilizando el método de onda corta del piranógrafo especificado con un editor de componentes para todas las subcuencas.
Figura 11. Especificación del medidor de series temporales de radiación de onda corta para cada subcuenca.