La radiazione a onde corte è un’energia radiante prodotta dal sole con lunghezze d’onda che vanno dall’infrarosso al visibile all’ultravioletto. La radiazione a onde corte è quindi esclusivamente associata alle ore di luce del giorno per una particolare posizione sulla superficie terrestre. L’energia arriva alla sommità dell’atmosfera terrestre con un flusso (Watts per metro quadrato) che varia molto poco durante l’anno e tra gli anni. Di conseguenza il flusso è di solito preso come una costante per scopi di simulazione idrologica. Una parte della radiazione in entrata è riflessa dalla parte superiore dell’atmosfera e una parte è riflessa dalle nuvole. Una parte della radiazione in arrivo è assorbita dall’atmosfera e una parte è assorbita dalle nuvole. L’albedo è la frazione della radiazione a onde corte che arriva alla superficie terrestre che viene riflessa indietro nell’atmosfera. La radiazione a onde corte che non viene riflessa o assorbita sopra la superficie terrestre, e non viene riflessa dalla superficie terrestre, è disponibile per guidare i processi idrologici come l’evapotraspirazione e lo scioglimento del manto nevoso.
Il metodo della radiazione a onde corte incluso nel modello meteorologico è necessario solo quando i metodi di bilancio energetico sono usati per l’evapotraspirazione o lo scioglimento 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 un gage o di una griglia a serie temporale. Ogni opzione produce la radiazione netta a onde corte che arriva alla superficie del terreno dove può essere riflessa o assorbita. Maggiori dettagli su ogni metodo sono forniti nelle sezioni seguenti.
Il metodo Bristow Campbell (Bristow e Campbell, 1984) usa un approccio concettuale per stimare la radiazione a onde corte alla superficie terrestre. Durante le ore di luce del giorno, qualsiasi nuvola presente nell’atmosfera bloccherà una parte della radiazione solare in entrata, il che riduce il riscaldamento solare e si traduce in una temperatura più bassa. Al contrario, la mancanza di nuvole permette a molta più radiazione solare di passare attraverso l’atmosfera, il che permette un maggiore riscaldamento e temperature dell’aria generalmente più alte. In teoria, l’escursione termica giornaliera dovrebbe essere piccola nei giorni nuvolosi e grande nei giorni non nuvolosi. Questa correlazione tra l’intervallo di temperatura e la radiazione solare in entrata è sfruttata come un modo semplice per calcolare la radiazione a onde corte usando solo la temperatura dell’aria.
Il metodo Bristow Campbell include un Component Editor con i dati dei parametri per ogni sottobacino nel modello meteorologico. Il Watershed Explorer fornisce l’accesso al component editor delle onde corte usando un’immagine della radiazione solare (Figura 1).
Un misuratore di temperatura dell’aria deve essere selezionato nelle variabili atmosferiche per ogni sottobacino.
Figura 1. Un modello meteorologico che usa il metodo di radiazione a onde corte di Bristow Campbell con un editor di componenti per ogni singolo sottobacino.
Il Component Editor per ogni sottobacino nel modello meteorologico è usato per inserire i dati dei parametri (Figura 2). La trasmittanza rappresenta le caratteristiche massime del cielo sereno sullo spartiacque. Il valore predefinito della trasmittanza è 0,70. L’esponente controlla il tempo della temperatura massima e può variare da ambienti umidi ad ambienti aridi. Il valore predefinito dell’esponente è 2,4.
Deve essere inserito l’intervallo di temperatura media mensile. Questo valore è la differenza tra l’alta temperatura media mensile e la bassa temperatura media mensile.
Figura 2. Inserimento dei dati di atmosfera e temperatura per un sottobacino usando il metodo della radiazione a onde corte di Bristow Campbell.
FAO56
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 extra-terrestre per ogni sottobacino. Le ore di luce totale sono calcolate in base al giorno giuliano e confrontate con il numero di ore di sole effettive. La radiazione a onde corte che arriva alla superficie del suolo viene poi calcolata usando la relazione più comune che tiene conto della riduzione delle ore di sole dovuta alla copertura nuvolosa.
Il Watershed Explorer fornisce l’accesso agli editor della componente a onde corte usando un’immagine della radiazione solare (Figura 3). Il metodo FAO56 include un Component Editor con i dati dei parametri per tutti i sottobacini nel modello meteorologico (Figura 4). Un Component Editor è anche incluso per ogni sottobacino (Figura 5).
Figura 3. Un modello meteorologico che usa il metodo della radiazione a onde corte FAO56 con un editor di componenti per ogni singolo sottobacino.
Un editor di componenti per tutti i sottobacini nel modello meteorologico include il meridiano centrale del fuso orario (Figura 4). 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 4.
Il Component Editor per ogni sottobacino nel modello meteorologico è usato per inserire i dati dei parametri necessari per tenere conto delle differenze nella copertura nuvolosa attraverso lo spartiacque (Figura 5). La copertura nuvolosa è considerata attraverso una serie temporale di ore di sole. Le ore di sole sono definite come il numero di ore decimali per ora intera in cui la radiazione di onde corte supera i 120 watt per metro quadrato (WMO, 2008).
Figura 5. Figura 5. Selezione di una serie temporale per le ore di sole.
Gridded Hargreaves
Il metodo gridded Hargreaves è lo stesso del metodo Hargreaves regolare (descritto in una sezione successiva) tranne che le equazioni di Hargreaves sono applicate ad ogni cella della griglia utilizzando condizioni al contorno separate invece di valori mediati per area sull’intero sottobacino.
Il metodo Hargreaves gridded per le onde corte include un Component Editor con i dati dei parametri per tutti i sottobacini nel modello meteorologico. Il Watershed Explorer fornisce l’accesso al component editor delle onde corte usando un’immagine della radiazione solare (Figura 6).
Figura 6. Un modello meteorologico che usa il metodo a onde corte di Hargreaves con un editor di componenti per tutti i sottobacini.
Il Component Editor richiede che un gridset di temperatura sia selezionato per tutti i sottobacini (Figura 7). Il gridset corrente è mostrato nella lista di selezione. Se ci sono molti gridset diversi disponibili, potresti voler scegliere un gridset dal selettore accessibile con il pulsante griglia vicino alla lista di selezione.
Il Component Editor richiede il meridiano centrale del fuso orario. Se il modello del bacino si estende su più fusi orari, allora inserisci il meridiano centrale del fuso orario che contiene la maggior parte dell’area di drenaggio del modello del bacino. Il meridiano centrale è la longitudine al centro del fuso orario locale. I meridiani ad ovest della longitudine zero devono essere specificati come negativi, mentre i meridiani ad est della longitudine zero devono essere specificati come positivi. Il meridiano può essere specificato in gradi decimali o in gradi, minuti e secondi a seconda delle impostazioni del programma.
Il Component Editor richiede un coefficiente di onde corte di Hargreaves. Il coefficiente predefinito di Hargreaves per le onde corte è 0,17 per radice quadrata di gradi Celsius; questo è equivalente a 0,1267 per radice quadrata di gradi Fahrenheit. Il coefficiente predefinito di Hargreaves di 0,17 per radice quadrata di grado Celsius è implicito nella formulazione dell’evapotraspirazione potenziale di Hargreaves e Samani (1985). Il coefficiente di onde corte di Hargreaves può essere regolato dall’utente.
Figura 7. Figura 7. Editor dei componenti per il metodo gridded Hargreaves shortwave.
Gridded Shortwave
Il metodo gridded shortwave è progettato per lavorare con la trasformata 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 corte 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 corte per ogni sottobacino.
Il metodo delle onde corte grigliate include un Component Editor con i dati dei parametri per tutti i sottobacini nel modello meteorologico. Il Watershed Explorer fornisce l’accesso al component editor delle onde corte usando un’immagine della radiazione solare (Figura 6).
Figura 6. Un modello meteorologico che usa il metodo gridded shortwave 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 fonte di dati (Figura 7). Un gridset di radiazione deve essere selezionato per tutti i sottobacini. I gridset correnti sono mostrati nell’elenco di selezione. Se ci sono molti gridset diversi disponibili, puoi 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 7. Figura 7. Specificare la fonte di dati della radiazione a onde corte per il metodo delle onde corte grigliate.
Hargreaves
Il metodo delle onde corte di Hargreaves implementa l’algoritmo della radiazione a onde corte descritto da Hargreaves e Samani (1982). Il metodo calcola la declinazione solare e l’angolo solare per ogni intervallo di tempo della simulazione, usando le coordinate del sottobacino, il giorno giuliano dell’anno e il tempo a metà dell’intervallo di calcolo. I valori solari sono usati per calcolare la radiazione extra-terrestre per ogni sottobacino. L’intervallo di temperatura giornaliera, temperatura massima giornaliera meno temperatura minima giornaliera, funziona come un proxy per la copertura nuvolosa. La radiazione a onde corte che arriva alla superficie del suolo è calcolata come una funzione della radiazione extraterrestre e dell’intervallo di temperatura giornaliera.
Il metodo delle onde corte di Hargreaves è parametrizzato per tutti i sottobacini nel modello del bacino. Seleziona il nodo Hargreaves shortwave nel Watershed Explorer (Figura 8) per accedere al Component Editor Hargreaves shortwave (Figura 9). Un misuratore di temperatura dell’aria deve essere selezionato nelle variabili atmosferiche per ogni sottobacino. Il rilevatore di temperatura dovrebbe avere misurazioni sub-giornaliere in modo che le temperature minime e massime giornaliere possano essere analizzate. Il Component Editor delle variabili atmosferiche del sottobacino è accessibile cliccando su un nodo del sottobacino in Watershed Explorer.
Figura 8. Un modello meteorologico che usa il metodo di radiazione a onde corte di Hargreaves con un editor di componenti per il bacino.
Il Component Editor di Hargreaves a onde corte è mostrato nella Figura 9. L’utente deve inserire il meridiano centrale della zona temporale e il coefficiente di onde corte di Hargreaves. Se il modello del bacino si estende su più fusi orari, allora inserisci il meridiano centrale del fuso orario che contiene la maggior parte dell’area di drenaggio del modello del bacino. Il meridiano centrale è la longitudine al centro del fuso orario locale. I meridiani ad ovest della longitudine zero devono essere specificati come negativi, mentre i meridiani ad est della longitudine zero devono essere specificati come positivi. Il meridiano può essere specificato in gradi decimali o in gradi, minuti e secondi a seconda delle impostazioni del programma. Il coefficiente predefinito di Hargreaves per le onde corte è 0,17 per radice quadrata di gradi Celsius; questo è equivalente a 0,1267 per radice quadrata di gradi Fahrenheit. Il coefficiente predefinito di Hargreaves di 0,17 per radice quadrata di gradi Celsius è implicito nella formulazione dell’evapotraspirazione potenziale di Hargreaves e Samani (1985). Il coefficiente di onde corte di Hargreaves può essere regolato dall’utente.
Figura 9. Inserimento della longitudine del meridiano centrale del fuso orario locale (US Pacific in questo caso) e del coefficiente di radiazione a onde corte di Hargreaves.
Piranografo specifico
Un piranometro è uno strumento che può misurare la radiazione solare a onde corte in entrata. 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 piranometro o può essere usato per importare stime prodotte da un modello esterno. Questa è la scelta raccomandata per l’uso con il metodo di evapotraspirazione di Priestley Taylor, dove viene usata una radiazione efficace che include sia la radiazione a onde corte che quella a onde lunghe.
Il metodo piranografo specificato include un Component Editor con i dati dei parametri per tutti i sottobacini nel modello meteorologico. Il Watershed Explorer fornisce l’accesso all’editor dei componenti a onde corte usando un’immagine della radiazione solare (Figura 10).
Il Component Editor per tutti i sottobacini nel modello meteorologico include il gage della serie temporale della radiazione a onde corte per ogni sottobacino (Figura 11). Un misuratore di radiazione solare deve essere selezionato per un sottobacino. I gage attuali sono mostrati nella lista di selezione.
Figura 10. Un modello meteorologico che usa il metodo di onde corte piranografo specificato con un editor di componenti per tutti i sottobacini.
Figura 11. Specificazione della serie temporale di radiazioni a onde corte per ogni sottobacino.