Radiația de unde scurte este o energie radiantă produsă de soare cu lungimi de undă care variază de la infraroșu la vizibil și ultraviolet. Prin urmare, radiația de unde scurte este asociată exclusiv cu orele de lumină naturală pentru un anumit loc de pe suprafața Pământului. Energia ajunge la partea superioară a atmosferei terestre cu un flux (wați pe metru pătrat) care variază foarte puțin în timpul anului și între ani. În consecință, fluxul este considerat de obicei o constantă în scopul simulării hidrologice. O parte din radiația care intră este reflectată de partea superioară a atmosferei, iar o altă parte este reflectată de nori. O parte din radiațiile primite este absorbită de atmosferă, iar o altă parte este absorbită de nori. Albedoul este fracțiunea din radiația de unde scurte care ajunge la suprafața terenului și care este reflectată înapoi în atmosferă. Radiația de unde scurte care nu este reflectată sau absorbită deasupra suprafeței terestre și care nu este reflectată de suprafața terestră este disponibilă pentru a conduce procesele hidrologice, cum ar fi evapotranspirația și topirea stratului de zăpadă.
Metoda radiației de unde scurte inclusă în modelul meteorologic este necesară doar atunci când se folosesc metode de bilanț energetic pentru evapotranspirație sau topirea zăpezii. Opțiunile disponibile acoperă o gamă de detalii de la simplu la complex. Metodele simple specificate sunt, de asemenea, disponibile pentru introducerea unei grile sau a unei serii temporale. Fiecare opțiune produce radiația netă de unde scurte care ajunge la suprafața terenului, unde poate fi reflectată sau absorbită. Mai multe detalii despre fiecare metodă sunt furnizate în următoarele secțiuni.
Metoda Bristow Campbell (Bristow și Campbell, 1984) utilizează o abordare conceptuală pentru estimarea radiației de unde scurte la suprafața solului. În timpul orelor de zi, orice nori prezenți în atmosferă vor bloca o parte din radiația solară de intrare, ceea ce reduce încălzirea solară și determină o temperatură mai scăzută. În schimb, lipsa norilor permite ca o cantitate mult mai mare de radiație solară să treacă prin atmosferă, ceea ce permite o încălzire mai mare și, în general, temperaturi mai ridicate ale aerului. În teorie, intervalul zilnic de temperatură ar trebui să fie mic în zilele înnorate și mare în zilele fără nori. Această corelație între intervalul de temperatură și radiația solară de intrare este exploatată ca o modalitate simplă de a calcula radiația de unde scurte folosind doar temperatura aerului.
Metoda Bristow Campbell include un editor de componente cu date de parametri pentru fiecare subbazin din modelul meteorologic. Exploratorul de bazine hidrografice oferă acces la editorul de componente de unde scurte folosind o imagine a radiației solare (figura 1).
În variabilele atmosferice pentru fiecare subbazin trebuie selectat un gage de temperatură a aerului.
Figura 1. Un model meteorologic care utilizează metoda radiației de unde scurte Bristow Campbell, cu un editor de componente pentru fiecare subbazin în parte.
Editorul de componente pentru fiecare subbazin din modelul meteorologic este utilizat pentru a introduce datele parametrilor (figura 2). Transmitanța reprezintă caracteristicile maxime ale cerului senin deasupra bazinului hidrografic. Valoarea implicită a transmitanței este 0,70. Exponentul controlează momentul atingerii temperaturii maxime și poate varia de la medii umede la medii aride. Valoarea implicită a exponentului este 2,4.
Este necesar să se introducă intervalul de temperatură medie lunară. Această valoare este diferența dintre media lunară a temperaturii maxime și media lunară a temperaturii minime.
Figură 2. Introducerea datelor de atmosferă și temperatură pentru un subbazin utilizând metoda Bristow Campbell de radiație de unde scurte.
FAO56
Metoda FAO56 implementează algoritmul detaliat de Allen, Pereira, Raes și Smith (1998). Algoritmul calculează declinația solară și unghiul solar pentru fiecare interval de timp al simulării, folosind coordonatele subbazinului, ziua iuliană a anului și ora la mijlocul intervalului. Valorile solare sunt utilizate pentru a calcula radiația extraterestră pentru fiecare subbazin. Numărul total de ore de lumină naturală este calculat pe baza zilei iuliene și comparat cu numărul de ore de soare efectiv. Radiația de unde scurte care ajunge la suprafața solului este apoi calculată folosind cea mai comună relație care ia în calcul reducerea orelor de soare din cauza acoperirii cu nori.
Exploratorul de bazine hidrografice oferă acces la editorii componentei de unde scurte folosind o imagine a radiației solare (Figura 3). Metoda FAO56 include un editor de componente cu date de parametri pentru toate subbazinele din modelul meteorologic (figura 4). Un editor de componente este, de asemenea, inclus pentru fiecare sub-bazin (Figura 5).
Figura 3. Un model meteorologic care utilizează metoda FAO56 privind radiația de unde scurte cu un editor de componente pentru fiecare subbazin în parte.
Un editor de componente pentru toate subbazinele din modelul meteorologic include meridianul central al fusului orar (Figura 4). În prezent nu există nicio specificație pentru fusul orar, astfel încât meridianul trebuie să fie specificat manual. Meridianul central este, de obicei, longitudinea la centrul fusului orar local. Meridianele la vest de longitudinea zero trebuie specificate ca fiind negative, în timp ce meridianele la est de longitudinea zero trebuie specificate ca fiind pozitive. Meridianul poate fi specificat în grade zecimale sau în grade, minute și secunde, în funcție de setările programului.
Figura 4. Introducerea longitudinii meridianului central al fusului orar local.
Editorul de componente pentru fiecare subbazin din modelul meteorologic este utilizat pentru a introduce datele parametrilor necesari pentru a ține cont de diferențele de nebulozitate din bazinul hidrografic (Figura 5). Acoperirea noroasă este luată în considerare prin intermediul unei serii temporale de ore de insolație. Orele de însorire sunt definite ca fiind numărul de ore zecimale pe oră întreagă în care radiația de unde scurte depășește 120 de wați pe metru pătrat (WMO, 2008).
Figura 5. Selectarea unei serii de măsurători temporale pentru orele de insolație.
Hargreaves grilă
Metoda Hargreaves grilă este identică cu metoda Hargreaves obișnuită (descrisă într-o secțiune ulterioară), cu excepția faptului că ecuațiile Hargreaves sunt aplicate la fiecare celulă de grilă folosind condiții la limită separate în loc de valori medii pe suprafață pentru întregul subbazin.
Metoda cu unde scurte Hargreaves pe grilă include un editor de componente cu date de parametri pentru toate subbazinele din modelul meteorologic. Exploratorul de bazine hidrografice oferă acces la editorul de componente de unde scurte folosind o imagine a radiației solare (figura 6).
Figura 6. Un model meteorologic care utilizează metoda de unde scurte Hargreaves cu grilă, cu un editor de componente pentru toate subbazinele.
Editorul de componente necesită selectarea unui set de grile de temperatură pentru toate subbazinele (Figura 7). Gridset-ul curent este afișat în lista de selecție. Dacă există mai multe grile diferite disponibile, este posibil să doriți să alegeți un grilaj din selectorul accesat cu ajutorul butonului de grilă de lângă lista de selecție.
The Component Editor necesită meridianul central al fusului orar. Dacă modelul de bazin se întinde pe mai multe fuse orare, atunci introduceți meridianul central al fusului orar care conține cea mai mare parte a zonei de drenaj a modelului de bazin. Meridianul central este longitudinea la centrul fusului orar local. Meridianele la vest de longitudinea zero trebuie specificate ca fiind negative, în timp ce meridianele la est de longitudinea zero trebuie specificate ca fiind pozitive. Meridianul poate fi specificat în grade zecimale sau în grade, minute și secunde, în funcție de setările programului.
Editorul de componente necesită un coeficient de unde scurte Hargreaves. Coeficientul implicit de unde scurte Hargreaves este de 0,17 pe rădăcina pătrată a gradelor Celsius; acest lucru este echivalent cu 0,1267 pe rădăcina pătrată a gradelor Fahrenheit. Coeficientul implicit de undă scurtă Hargreaves de 0,17 per rădăcină pătrată de grad Celsius este implicit în formula de evapotranspirație potențială Hargreaves și Samani (1985). Coeficientul de unde scurte Hargreaves poate fi ajustat de către utilizator.
Figura 7. Editorul de componente pentru metoda unda scurtă Hargreaves cu grilă.
Unda scurtă cu grilă
Metoda unda scurtă cu grilă este concepută pentru a funcționa cu transformarea cu grilă ModClark. Cu toate acestea, ea poate fi utilizată și cu alte metode de transformare a mediilor zonale. Cea mai frecventă utilizare a metodei este aceea de a utiliza estimări ale radiației de unde scurte pe grilă produse de un model extern, de exemplu, un model atmosferic dinamic. Dacă este utilizată cu o altă metodă de transformare decât ModClark, se utilizează o medie ponderată pe suprafață a celulelor de grilă din subbazin pentru a calcula seriile temporale ale radiației de unde scurte pentru fiecare subbazin.
Metoda de unde scurte pe grilă include un editor de componente cu date de parametri pentru toate subbazinele din modelul meteorologic. Exploratorul de bazine hidrografice oferă acces la editorul de componente de unde scurte folosind o imagine a radiației solare (figura 6).
Figura 6. Un model meteorologic care utilizează metoda undelor scurte pe grilă cu un editor de componente pentru toate subbazinele din modelul meteorologic.
Un editor de componente pentru toate subbazinele din modelul meteorologic include selectarea sursei de date (Figura 7). Un set de grile de radiații trebuie să fie selectat pentru toate subbazinele. Seturile de grile curente sunt afișate în lista de selecție. În cazul în care sunt disponibile mai multe seturi de grile diferite, este posibil să doriți să alegeți un set de grile din selectorul accesat cu ajutorul butonului grid de lângă lista de selecție. Selectorul afișează descrierea pentru fiecare grilă, facilitând selectarea celei corecte.
Figura 7. Specificarea sursei de date privind radiația de unde scurte pentru metoda gridded shortwave.
Hargreaves
Metoda Hargreaves shortwave implementează algoritmul de radiație de unde scurte descris de Hargreaves și Samani (1982). Metoda calculează declinația solară și unghiul solar pentru fiecare interval de timp al simulării, folosind coordonatele subbazinului, ziua iuliană a anului și ora la mijlocul intervalului de calcul. Valorile solare sunt utilizate pentru a calcula radiația extraterestră pentru fiecare subbazin. Intervalul zilnic de temperatură, temperatura maximă zilnică mai puțin temperatura minimă zilnică, funcționează ca un indicator pentru acoperirea norilor. Radiația de unde scurte care ajunge la suprafața solului este calculată în funcție de radiația extraterestră și de intervalul zilnic de temperatură.
Metoda Hargreaves pentru unde scurte este parametrizată pentru toate subbazinele din modelul de bazin. Selectați nodul Hargreaves shortwave (unde scurte Hargreaves) în Watershed Explorer (Figura 8) pentru a accesa Hargreaves shortwave Component Editor (Editorul de componente Hargreaves shortwave) (Figura 9). În variabilele atmosferice pentru fiecare subbazin trebuie selectată o măsurătoare a temperaturii aerului. Măsurătorile de temperatură trebuie să aibă măsurători subzilnice, astfel încât să poată fi analizate temperaturile minime și maxime zilnice. Editorul de componente al variabilelor atmosferice din subbazine se accesează făcând clic pe un nod de subbazine în Watershed Explorer.
Figura 8. Un model meteorologic care utilizează metoda de radiație a undelor scurte Hargreaves cu un editor de componente pentru bazin.
Editorul de componente pentru unde scurte Hargreaves este prezentat în figura 9. Utilizatorul trebuie să introducă meridianul central al fusului orar și coeficientul de unde scurte Hargreaves. Dacă modelul de bazin se întinde pe mai multe fuse orare, atunci introduceți meridianul central al fusului orar care conține cea mai mare parte a zonei de drenaj a modelului de bazin. Meridianul central este longitudinea la centrul fusului orar local. Meridianele la vest de longitudinea zero trebuie specificate ca fiind negative, în timp ce meridianele la est de longitudinea zero trebuie specificate ca fiind pozitive. Meridianul poate fi specificat în grade zecimale sau în grade, minute și secunde, în funcție de setările programului. Coeficientul implicit al undelor scurte Hargreaves este de 0,17 pe rădăcină pătrată de grade Celsius; acest lucru este echivalent cu 0,1267 pe rădăcină pătrată de grade Fahrenheit. Coeficientul implicit de undă scurtă Hargreaves de 0,17 la rădăcina pătrată a gradelor Celsius este implicit în formula de evapotranspirație potențială Hargreaves și Samani (1985). Coeficientul de unde scurte Hargreaves poate fi ajustat de către utilizator.
Figura 9. Introducerea longitudinii meridianului central al fusului orar local (Pacificul SUA în acest caz) și a coeficientului de radiație de unde scurte Hargreaves.
Piranograful specificat
Un piranometru este un instrument care poate măsura radiația solară de unde scurte de intrare. Ele nu fac parte din stațiile de observare meteorologică de bază, dar pot fi incluse la stațiile de prim ordin. Această metodă poate fi utilizată pentru a importa valorile observate de la un piranometru sau poate fi utilizată pentru a importa estimări produse de un model extern. Aceasta este alegerea recomandată pentru utilizarea cu metoda de evapotranspirație Priestley Taylor, unde se utilizează o radiație efectivă care include atât radiația de undă scurtă, cât și cea de undă lungă.
Metoda specificată pentru piranograf include un editor de componente cu date de parametri pentru toate subbazinele din modelul meteorologic. Exploratorul de bazine hidrografice oferă acces la editorii de componente de unde scurte utilizând o imagine a radiației solare (figura 10).
Editorul de componente pentru toate subbazinele din modelul meteorologic include măsurarea în timp a radiației de unde scurte pentru fiecare subbazin (figura 11). Trebuie selectat un gage de radiație solară pentru un subbazin. Gage-urile curente sunt afișate în lista de selecție.
Figura 10. Un model meteorologic care utilizează metoda specificată a undelor scurte piranografice cu un editor de componente pentru toate subbazinele.
Figura 11. Specificarea gajului de serii temporale de radiație de unde scurte pentru fiecare subbazin.
.