Globalstrahlung - Institut für Waldökologie und Waldinventuren

Auftraggeber:
Bericht
zum F & E- Vertrag
Entwicklung von Transformationsschritten zu
hochaufgelösten Globalstrahlungsdaten
für die BZE
Kurzbezeichnung „Eintra-BZE“
Oktober 2008
Institut für Waldökologie und Waldinventuren, Eberswalde
im von Thünen-Institut, Braunschweig
Auftragnehmer:
Abteilung Ökoinformatik, Biometrie und Waldwachstum, Universität Göttingen

Kontakt:
Dr. R. Schulz
Abt. Ökoinformatik, Biometrie und Waldwachstum, ÖBW, Uni Göttingen
Büsgenweg 4
37077 Göttingen
Tel.: 0551 / 393463
email: rschulz@gwdg.de

Inhalt Inhalt UUU
UUU
1 Einleitung 3
2 Datenmaterial 3
2a Globalstrahlung 3
2b Höhendaten 5
2c Fehler in den Höhendaten 5
3 Methode der GS-Datentransformation 6
4 Ergebnisse der GS-Datentransformation 10
5 Datenabgabe an das WOI 10
6 Ausblick 19
7 Literatur 20
ÖBW: Bericht Globalstrahlung / BZE 10/2008 2
Seite
8 Abkürzungen 20

1 1 Einleitung Einleitung UUU
UUU
In den Jahren 2007 und 2008 findet die zweite
Bodenzustandserhebung im Wald „BZE II“ statt
(Riek & Wolff 2007). Die eigentliche
Durchführung obliegt zwar beauftragten
Behörden der einzelnen Bundesländer, aber die
bundesweite Begleitung liegt bei dem Institut
für Waldökologie und Waldinventuren (WOI),
Eberswalde. Zur künftigen dortigen Auswertung
der BZE und zur anschliessenden Übertragung
von Auswertungsergebnissen in die Waldfläche
ist es sinnvoll forststandörtlich relevante
Informationen digital zu verwenden. Eine
wichtige Größe für den Standort und somit die
Bestandesentwicklung ist die Globalstrahlung,
die z. B. bewölkungsabhängig aber auch
reliefbedingt im Raum variiert. Unter dem
Begriff „Lage“, der das Relief einschließt, wird
der forstliche Standort u.a. durch die
Hangrichtung, also die Exposition, spezifiziert
(AKS 1996, NFP 2000).
Monatliche Globalstrahlungsdaten (GS) der
gesamten BRD können in grober Auflösung vom
DWD bezogen werden. Um sie reliefangepasst
und somit standörtlich hochaufgelöst vorliegen
zu haben, werden Transformationsschritte im
Rahmen dieses F & E - Vertrages entwickelt und
angewendet.
2 2 Datenmaterial Datenmaterial UUU
UUU
2a 2a Globalstrahlung Globalstrahlung UUU
UUU
Von dem WOI wurden Tagessummen der GS der
zwölf Monate des DWD in Offenbach mit 1 x 1
km Zellengröße geliefert. Es handelt sich um
Mittelwerte der Periode 1981-2000.
Es sei hier besonders darauf hingewiesen, daß
mittlere Tagessummen, nicht Monatssummen,
vorliegen.
Werte eines Tages der Monate Juni und
Dezember sind in Abb. 1 und 2 gezeigt.
Die physikalische Einheit ist Wh/qm. Die vom
WOI auch gelieferten Daten des Jahres sind
allerdings in kWh/qm abgelegt !
Es gilt daher:
Jahreswert = 12 Mon. ((Tageswert * Monatstage) / 1000)
ÖBW: Bericht Globalstrahlung / BZE 10/2008 3
Eine Definition der Globalstrahlung lautet:
„Die zum Erdboden gelangende direkte
Sonnenstrahlung, die diffuse Himmelsstrahlung
und die an den Wolken zum Erdboden ...
reflektierte Sonnenstrahlung fasst man als
Globalstrahlung zusammen.“ (van Eimern &
Häckel, 1979, S. 22).
.
Abb. 1: Mittlere Tagessumme der GS im Juni der Periode
1981 - 2000 in 1 x 1 km - Zellenauflösung. Hell etwa
5700, dunkel etwa 4400 Wh/qm.
Die Methode, mit der der DWD seine
punktuellen Globalstrahlungsdaten
(Stationsdaten) und zusätzliche
Grundlagendaten in die flächenhafte digitale
Information mit 1 x 1 km Auflösung überträgt,
bleibt dem Anwender verborgen. In der
Erläuterungsdatei des WOI bzw. des DWD heisst
es dazu:
„Datenbasis: Die Grundlage der Globalstrahlungsdaten
sind die etwa 40 Strahlungsmessstationen im Messnetz
des Deutschen Wetterdienstes. Darüber hinaus werden
Aufzeichnungen der Sonnenscheindauer von rund 200
DWD-Stationen in die Berechnung einbezogen.
Neben diesen örtlichen Messwerten liefert der
geostationäre Satellit METEOSAT flächendeckende Daten
zur räumlichen Verteilung der Globalstrahlung.
Geostatistische Verfahren: In geeigneter Weise werden
die unterschiedlichen Daten miteinander verknüpft; dabei

wird auch die Höhenabhängigkeit der Globalstrahlung auf
die Gitterpunkte eines Rasters interpoliert. Die
Gitterpunkte haben einen Abstand von nur 1km und
decken die gesamte Bundesrepublik ab. Ein
Rechenprogramm setzt die Ergebnisse in Bilder um.
Daten: Darstellung der mittleren monatlichen
Globalstrahlung. Die Daten basieren auf den 20-jährigen
Mittelwerten aus dem Zeitraum 1981-2000 und bilden die
‚normalen’ durchschnittlichen Strahlungsverhältnisse ab.“
.
Abb. 2: Mittlere Tagessummen der GS im Dezember der
Periode 1981-2000 in 1 x 1 km - Zellenauflösung. Hell
etwa 1384, dunkel etwa 349 Wh/qm.
.
In diesem Kontext ist aber davon auszugehen,
daß die Übertragung nach etablierten, über die
Jahrzehnte entwickelten, bestmöglichen
Verfahren durchgeführt wird und somit eine
verwendbare Information vorliegt. Zu bemerken
ist allerdings, daß die monatlichen
flächenhaften GS-Daten z.T. gewisse Sprünge
im Raum ausweisen (Abb. 1, Monat Juni in
Nordostdeutschland) und daß sich das vom
DWD verwendete DGM (Auflösung unbekannt)
der BRD unterschiedlich in den Daten
bemerkbar macht. Dies zeigt der Vergleich
zwischen Monat Juni und Dezember in den
Abbildungen 1 und 2.
Das Werteniveau, das sich nach späterer
Anwendung von Transformationsschritten
(Abschnitt 3) wieder im Bereich schwach
ÖBW: Bericht Globalstrahlung / BZE 10/2008 4
geneigter, freiliegender Zellen einstellen muß,
wird beispielhaft für vier Monate in der Abb. 3
gezeigt: Im Juni reichen die Werte bundesweit
von etwa 4400 bis 5700 Wh/qm, im März
hingegen nur von etwa 2000 bis zumeist 3300
(4100) Wh/qm. Der stärker bewölkte und durch
niedrige Sonnenstände charakterisierte Monat
Dezember erreicht im Mittel nur etwa 11 % des
Niveaus des Juli, der im Lauf des Jahres den
höchsten Mittelwert aufweist (5100 Wh/qm).
.
Durch die unsymmetrische Form der
Punktwolke in Abb. 3 wird zudem deutlich, daß
die Relationen der GS-Werte zwischen den
Monaten räumlich recht unterschiedlich
ausfallen (vgl. Abb. 1 und 2).
.
.
.
Abb. 3: Gegenüberstellung der bundesweiten mittleren TS
des GS zweier Monate (Wh/qm) auf Basis der 1x1km-Zellen.
Oben: Juni gegen März, unten: Juli gegen Dezember.

2b 2b Höhendaten Höhendaten UUU
UUU
Das WOI Eberswalde lieferte
Geländehöhendaten des BfG in der Auflösung
25 x 25 m. Sie sind in Kacheln mit 1600
Spalten und 1600 Zeilen gegliedert (Abb. 4 und
5). Aus den Höhendatenzellen jeder Kachel
ergibt sich eine Ausdehnung von 40 x 40 km.
Die Benennung der Kacheln erfolgt zuerst nach
Zeilen und dann nach Spalten des
Kachelsystems. Bsp.: Zeile 19 und Spalte 9 ~
S3_19_09. S3 ist eine vorangestellte konstante
Benennung.
Abb. 4 zeigt Höhendaten einer dieser Kacheln
in Graustufen und zwar aus dem Raum der
Schwäbischen Alb.
.
.
Abb. 4: Höhendaten der Kachel 19_09 in Graustufen (hell ~
etwa 250 m, dunkel ~ etwa 850 m). Schwäbische Alb.
Ausdehnung 40 x 40 km.
.
Bundesweit liegen 276 Kacheln solcher
Höhendaten vor (Abb. 5), wobei viele
Randkacheln nicht vollständig gefüllt sind.
ÖBW: Bericht Globalstrahlung / BZE 10/2008 5
.
Abb. 5: Kachelsystem der bundesweiten Höhendaten: Oben
Zeile 1, unten Zeile 23, links Spalte 2, rechts Spalte 18.
Kachelgröße 40 x 40 km.
2c 2c Fehler Fehler in in den den Höhendaten Höhendaten UUU UUU
UUU
Im Laufe der Arbeiten stellte sich heraus, daß in
manchen Kacheln Höhendatenfehler vorhanden
sind. Ein Beispiel ist Kachel 15_10, gelegen in
Nordbayern. Hier ist der Höhenmittelwert etwa
300 m und die meisten Werte rangieren von
200 - 400 m, was korrekt ist. In der Kachel
kommen aber auch Höhenwerte von etwa 3800
vor, die offensichtlich falsch sind. Derartige
Datenfehler -deutlich zu hohe oder deutlich zu
geringe Höhenwerte- wurden nicht korrigiert,
zumal sie erstens kleinflächig und selten sind
und zweitens nicht systematisch gesucht
werden können, um sie zu korrigieren.
Desweiteren kommen mehrmals typische
waschbrettförmige Streifen von Höhenwerten
vor, die bei der Interpolation zu regelmäßig
verteilten Punktwerten des DGMs der einzelnen
Bundesländer entstehen. Auch solche Mängel
blieben unkorrigiert. Solche Fehler pflanzen
sich in die Ergebnisse der GS-Berechnung fort
(vgl. Abb. 10), auch in die Ergebnisse von
Nachbarkacheln (Fehler in 16_14 => 15_14).

3 3 Methode Methode der der GS GS-Datentransformation
GS Datentransformation UUU
UUU
Der entwickelten Methode zur Transformation
der geringaufgelösten DWD-Daten zu
hochaufgelösten reliefangepassten Daten liegen
einige Prämissen zugrunde:
1 Die DWD-Daten enthalten Werte, die für eine
ebene, freie Fläche repräsentativ sind.
2 Die Globalstrahlung lässt sich durch aus der
Literatur zu entnehmende Faktoren in ihren
diffusen und direkten Anteil je Monat
angenähert aufteilen (Tab. 1).
3 Mit GIS - Operationen lässt sich ein
Einstrahlungsindex auf Basis eines 25 x 25 m
DGM berechnen, der den direkten
Strahlungsanteil räumlich reliefbedingt
differenziert.
Die Arbeitsschritte sind:
Schritt 1:
Vor Umrechnung der 1 x 1 km - Zellenwerte
auf 25 x 25 m - Zellenwerte wurden monats-
spezifische Faktoren auf die Basisdaten
angewendet:
.
direkt Monat diffus
42,50 Jan 57,50
48,00 Feb 52,00
53,50 Mar 46,50
59,00 Apr 41,00
64,50 Mai 35,50
70,00 Juni 30,00
64,50 Jul 35,50
59,00 Aug 41,00
53,50 Sep 46,50
48,00 Okt 52,00
42,50 Nov 57,50
37,00 Dez 63,00
Tab. 1: Prozentuale Anteile direkter und diffuser Strahlung
an der Globalstrahlung je Monate in den Mittelbreiten, in
Anlehnung an Weischet (1991).
Für den Monat Januar innerhalb der Kachel
18_07 am Nordschwarzwaldrand ergibt sich
somit die Werteverteilung wie in Abbildung 6
ÖBW: Bericht Globalstrahlung / BZE 10/2008 6
wiedergegeben. Die diffuse Strahlung ist im
Winter anteilig etwas größer als die direkte.
.
.
Abb. 6: Diffuse gegen direkte TS der GS im Januar (Wh/qm)
in Kachel 18_07 am Nordschwarzwaldrand auf Basis der 1 x
1 km - Zellen des DWD.
.
Schritt 2:
Unter iterativer Verringerung der Zellengröße
von 1000 m auf 500, 250, 125, 62.5, 31.25
und schliesslich 25 m und Ausmittelung über
jeweils 8 Nachbarzellen jeder Zelle wurden die
Werte der diffusen und der direkten Strahlung
(Schritt 1) auf das gewünschte Raster
umgerechnet (Abb. 7a und 7b). In diesem
Schritt handelt es sich nur um eine
geometrische, GIS-technische Umrechnung, die
das Werteniveau nicht grundsätzlich verändert
(Funktion focalmean, ESRI 1999).
.
.
Abb. 7a

Abb. 7b
Abb. 7: Diffuse Komponente der Globalstrahlung im Januar
in einem 40 x 40 km - Ausschnitt (grün) in Nordbayern.
Hell ~ hohe Werte, dunkel ~ niedrige Werte.
7a: 1 x 1 km - Auflösung, 7b: 25 x 25 m - Auflösung.
Schritt 3:
Mit einem GIS wurde, ähnlich wie bei Schulz
(2003, S. 103ff) genauer vorgestellt, ein Index
berechnet, der die reliefbedingte
Differenzierung der direkten Komponente der
GS repräsentiert.
Er berücksichtigt
- monatliche Einstrahlungsdauer
- monatliche Einstrahlungswinkel
- Extinktion
- nachmittägliche Bewölkung.
Für den 15. Tag eines jeden Monats wurden die
astronomisch möglichen Beleuchtungswinkel in
1-Stunden-Auflösung für einen Ort nahe
Göttingen, also etwa in der Mitte der
Bundesrepublik, berechnet (Wittmann 1992).
Dies ergibt im Wintermonat Dezember nur 9
Beleuchtungssituationen, im Sommermonat Juni
aber 17 Situationen mit verschiedensten
Azimuth- und Altitudewinkeln. Das GIS
berechnet einen Einstrahlungswert je Situation,
der von dem Auftreffwinkel der Beleuchtung auf
die Geländezelle abhängt. Der maximale Werte
ist 255, der minimale 0. Auf diese Einzelwerte
wird je nach Einstrahlungswinkel und somit zu
ÖBW: Bericht Globalstrahlung / BZE 10/2008 7
durchdringender Troposphäre (Extinktion) ein
Abschwächungsfaktor angewendet. Zusätzlich
wurde ein Abschwächungsfaktor für bestimmte
nachmittägliche Beleuchtungssituationen
eingebaut, der der vermehrten Bewölkung am
Nachmittag in Sommermonaten Rechnung trägt
(Flemming 1990). Der Index ist im übrigen
dimensionslos, da die primären
dimensionslosen GIS - Beleuchtungswerte 0 -
255 nur mit Gewichtungsfaktoren modifiziert
werden.
Die so berechneten Situationswerte eines 15.
Tages eines Monats werden addiert, so daß sich
ein für den Monat repräsentativer Index ergibt
(Abb. 8 bis 10).
.
.
Abb. 8 : Höhendaten in einem 40 x 40 km - Ausschnitt (rot)
in Nordbayern. Beispiel für die Grundlage der Berechnung
eines Einstrahlungsindex wie in Abb. 9. Hell ~ 730 m,
dunkel ~ 350 m. Grün ~ Wuchsbezirksgrenzen.
.

.
Abb. 9: Einstrahlungsindex [ ] des Monats Januar in einem
40 x 40 km - Ausschnitt (rot) in Nordbayern. Hell ~ 425,
dunkel ~ 0, Mittelwert 109. Grün ~ Wuchsbezirksgrenzen.
.
.
Abb. 10: Einstrahlungsindex [ ] des Monats Januar in einem
10 x 10 km - Ausschnitt in Nordbayern, etwa in der Mitte
von Abb. 9. Hell ~ hohe, dunkel ~ geringe Werte. Links
unten: Streifen als Folge von DGM-Fehlerdaten.
Schritt 4:
Nachdem der Einstrahlungsindex auf Grundlage
der Höhendaten berechnet wurde, muss er auf
die direkte Komponente der GS angewendet
werden. Sie wurde zuvor durch prozentuale
Aufteilung der gesamten Globalstrahlung in
diffuse und direkte Strahlung hergeleitet
(Schritt 2).
ÖBW: Bericht Globalstrahlung / BZE 10/2008 8
Der Index wurde hierfür je Kachel zuerst auf
Werte um „1“ normiert: Zellen (25 x 25 m), die
eine geringere Neigung als 10 % und eine
relative Exponiertheit von mehr als 120 (Schulz
2003, S. 96f) aufweisen, wurden zur
Berechnung des Index-Mittelwerts
herangezogen und dieser zur Normierung auf
„1“ benutzt. Der Index rangiert dann
reliefbedingt und jahreszeitenabhängig von
minimal 0 über 1 bis etwa 4. Zumeist liegen die
Werte zwischen 0,5 und 2,0.
Der Wert „1“ wird mit der direkten Strahlung in
Wh/qm (Schritt 3), die sich auf eine nahezu
ebene, freiliegende Fläche (Zelle) bezieht,
gleichgesetzt, bzw. die direkte Strahlung mit
dem normierten Index gewichtet.
.
Schritt 5:
Der in Schritt 3 von der Globalstrahlung
prozentual abgetrennte diffuse Anteil ist
gewissermassen ein Sockelbetrag, der fast
reliefunabhängig ist. „Im Gegensatz zu der
direkten Sonnenstrahlung hat diese zerstreute
Sonnenstrahlung keine bestimmte Richtung, sie
geht in alle Richtungen“ (van Eimern & Häckel
1979). Sockelbetrag und die reliefabhängige
direkte Komponente aus Schritt 4 müssen
schließlich addiert werden, um die
reliefdifferenzierte Globalstrahlung einer 25 x
25 m - Zelle zu erhalten.
.
Abb. 11: Gegenüberstellung direkter reliefdifferenzierter
und diffuser TS der GS (Wh/qm) des Monats Januar in
Kachel 18_07 in 25 x 25 m - Zellenauflösung.
.
Die Abb. 11 und 12 zeigen die Werte der bis zu
diesem Schritt berechneten direkten und

diffusen Strahlung in der Kachel 18_07 für den
Monat Januar. Während die diffuse Strahlung
entsprechend den DWD-Daten räumlich nur
wenig variiert (450 bis 550 Wh/qm) ist die
Variation der direkten Strahlung mit einer
Spanne von 0 über den Mittelwert von 350 bis
etwa 900 sehr viel höher (Abb. 11).
.
.
.
Abb. 12: Direkte reliefdifferenzierte (oben) und diffuse Strahlung
(unten) (TS, Wh/qm) des Monats Januar. Kachel 18_07 am
Nordschwarzwaldrand in 25 x 25 m - Zellenauflösung. Werte nach
Schritt 4. Grautöne geben die Werte relativ je Abbildung wieder.
ÖBW: Bericht Globalstrahlung / BZE 10/2008 9
.
.
Abb. 13: Reliefdifferenzierte TS der GS nach Schritt 5 (oben) und
DWD-Basisdaten (unten) (in Wh/qm) des Monats Januar. Kachel
18_07 am Nordschwarzwaldrand in 25 x 25 m- bzw. 1 x 1 km -
Zellenauflösung. Grautöne geben die Werte relativ je Abbildung
wieder.

4 4 Ergebnisse Ergebnisse der der GS GS-Datentransformation
GS Datentransformation UUU
UUU
Werden die Zwischenergebnisse der diffusen
und direkten Komponente addiert (Schritt 5,
Abschnitt zuvor), so resultiert ein gegenüber
der alleinigen direkten Strahlung weniger
kontrastreiches Bild (Abb. 13 oben), welches
allerdings wesentlich höher aufgelöst und
ortsspezifischer ist als die Basis-DWD-Daten
(Abb. 13 unten).
Die Globalstrahlungswerte wurden portioniert
im Kachelsystem der DGM-Daten berechnet
(Abschnitt 2b). Im Rahmen des Berichtes
können nur wenige ausgewählte Räume bzw.
Kacheln in einem großen Maßstab beispielhaft
für die Ergebnisse in einer stark und einer
wenig reliefierten Landschaft auf den folgenden
Seiten dargestellt werden. Sie werden den
DWD-Basisdaten gegenüber gestellt.
Zur Verdeutlichung der Unterschiede zwischen
Sommer und Winter sind die Monate Juni und
Dezember ausgewählt:
Abb. 14:
Juni Basisdaten, Ausschnitt in Kachel 07_15 bei Eberswalde,
wenig reliefiert.
Abb. 15:
Juni Ergebnisdaten, Kachel 07_15.
Abb. 16:
Dezember Basisdaten, Kachel 07_15.
Abb. 17:
Dezember Ergebnisdaten, Kachel 07_15.
Abb. 18:
Juni Basisdaten, Ausschnitt in Kachel 10_10 am nördlichen
Harzrand, stark reliefiert.
Abb. 19:
Juni Ergebnisdaten, Kachel 10_10.
Abb. 20:
Dezember Basisdaten, Kachel 10_10.
Abb. 21:
Dezember Ergebnisdaten, Kachel 10_10.
Größte Abweichungen gegenüber den DWD-
Basiswerten ergeben sich in Wintermonaten in
stark reliefierten Geländeausschnitten, denn
dann ist der Reliefeinfluß wegen der niedrigen
Sonnenstände besonders relevant. Umgekehrt
sind die Differenzen in einer kaum reliefierten
Ausschnitt im Tiefland in den Sommermonaten
sehr gering.
ÖBW: Bericht Globalstrahlung / BZE 10/2008 10
Nach Durchführung der fünf wesentlichen
Arbeitsschritte -wie in Abschnitt 3
beschrieben- sind die Mittelwerte der GS in
einem größeren Ausschnitt, wie z.B. einer
Kachel von 40 x 40 km, nahezu dieselben wie
in den Basisdaten des DWD. Dies ist
ansatzbedingt auch zu erwarten: Schwach
geneigte, freiliegende Zellen erhalten einen
ähnlichen Wert wie die Basiszellen. Außerdem
führt die Differenzierung durch das Relief zu
einerseits gegenüber dem Mittelwert stark
erhöhten Werten an oftmals
sonnenbeschienenen Orten, andererseits zu
sehr geringen GS-Werten in tiefen,
beschatteten Tallagen. Dererlei Werte gleichen
sich in etwa aus.
Die Variation der Globalstrahlung in der Fläche
ist reliefbedingt in den Wintermonaten viel
höher als in den Sommermonaten, da das Relief
bei niedrigen Sonnenständen differenzierender
wirkt. Forstlich bzw. forststandörtlich ist für
das Bestandeswachstum die Sommerzeit
bedeutsamer, weil sie selbstredend die
Vegetationszeit ist. So gesehen ist die
Transformation der grobaufgelösten GS-Daten
des DWD hin zu einer Auflösung von 25 x 25 m
nicht extrem bedeutsam. Allerdings ist z.B. für
die Schneeschmelze am Ende des Winters und
die Erwärmung im März und April vor der
eigentlichen Vegetationszeit die
reliefmodifizierte GS durchaus wichtig. Somit
ist die Transformation der GS-Daten aller zwölf
Monate von forstlicher Relevanz.
5 5 5 Datenabgabe Datenabgabe an an das das WOI WOI UUU
UUU
Die produzierten Rasterdaten der GS liegen im
ESRI-Format „grid“ vor. Da es sich um 275
Kacheln (Kachel 18_03 ohne Basisdaten) mit
Globalstrahlungsdaten von jeweils 12 Monaten
handelt, ergeben sich insgesamt 3300 grids.
Sie benötigen einen Speicherplatz von etwa 14
GB. Im e00-interchange-Format von ESRI, das
zum Datenaustausch zu verwenden ist,
benötigen sie allerdings etwa 120 GB. Insofern
sind sie nicht auf DVDs, sondern auf einem
externen Laufwerk abzugeben.

.
Abb. 14: Basisdaten der Transformation: TS der Globalstrahlung im Juni in einem 20 x 20 km - Ausschnitt in Kachel 07_15
bei Eberswalde. Hell ~ höchste Werte ~ etwa 5100, dunkel ~ niedrigste Werte ~ etwa 5035 Wh/qm. Grün ~
Wuchsbezirksgrenzen. Vgl. Abb. 15.
ÖBW: Bericht Globalstrahlung / BZE 10/2008 11

.
Abb. 15: Ergebnis der Transformation: TS der Globalstrahlung im Juni in einem 20 x 20 km - Ausschnitt in Kachel 07_15
bei Eberswalde. Hell ~ höchste Werte ~ etwa 5260, dunkel ~ niedrigste Werte ~ etwa 4480 Wh/qm. Grün ~
Wuchsbezirksgrenzen. Vgl. Abb. 14.
ÖBW: Bericht Globalstrahlung / BZE 10/2008 12

.
Abb. 16: Basisdaten der Transformation: TS der Globalstrahlung im Dezember in einem 20 x 20 km - Ausschnitt in Kachel
07_15 bei Eberswalde. Hell ~ höchste Werte ~ etwa 440, dunkel ~ niedrigste Werte ~ etwa 430 Wh/qm.
Grün ~ Wuchsbezirksgrenzen. Vgl. Abb. 17.
ÖBW: Bericht Globalstrahlung / BZE 10/2008 13

.
Abb. 17: Ergebnis der Transformation: TS der Globalstrahlung im Dezember in einem 20 x 20 km - Ausschnitt in Kachel
07_15 bei Eberswalde. Hell ~ höchste Werte ~ etwa 670, dunkel ~ niedrigste Werte ~ etwa 270 Wh/qm. Grün ~
Wuchsbezirksgrenzen. Vgl. Abb. 16.
ÖBW: Bericht Globalstrahlung / BZE 10/2008 14

.
Abb. 18: Basisdaten der Transformation: TS der Globalstrahlung im Juni in einem 20 x 20 km - Ausschnitt in Kachel 10_10
am nördlichen Harzrand. Hell ~ höchste Werte ~ etwa 4890, dunkel ~ niedrigste Werte ~ etwa 4670 Wh/qm. Grün ~
Wuchsbezirke. Vgl. Abb. 19.
ÖBW: Bericht Globalstrahlung / BZE 10/2008 15

.
Abb. 19: Ergebnis der Transformation: TS der Globalstrahlung im Juni in einem 20 x 20 km - Ausschnitt in Kachel 10_10
am nördlichen Harzrand. Hell ~ höchste Werte ~ etwa 5050, dunkel ~ niedrigste Werte ~ etwa 1500 Wh/qm. Grün ~
Wuchsbezirksgrenzen. Vgl. Abb. 18.
ÖBW: Bericht Globalstrahlung / BZE 10/2008 16

.
Abb. 20: Basisdaten der Transformation: TS der Globalstrahlung im Dezember in einem 20 x 20 km - Ausschnitt in Kachel
10_10 am nördlichen Harzrand. Hell ~ höchste Werte ~ etwa 530, dunkel ~ niedrigste Werte ~ etwa 440 Wh/qm. Grün ~
Wuchsbezirksgrenzen. Vgl. Abb. 21.
ÖBW: Bericht Globalstrahlung / BZE 10/2008 17

.
Abb. 21: Ergebnis der Transformation: TS der Globalstrahlung im Dezember in einem 20 x 20 km - Ausschnitt in Kachel
10_10 am nördlichen Harzrand. Hell ~ höchste Werte ~ etwa 900, dunkel ~ niedrigste Werte ~ etwa 280 Wh/qm. Grün ~
Wuchsbezirksgrenzen. Vgl. Abb. 20.
ÖBW: Bericht Globalstrahlung / BZE 10/2008 18

6 6 Ausblick Ausblick Ausblick UUU
UUU
Die zeitliche Auflösung bei der Erzeugung
der Globalstrahlungsdaten ist hier der
einzelne Monat. Aus den zwölf Monatswerten
kann für spezifische Auswertungen durch
Summenbildung eine andere zeitliche
Einteilung hergestellt werden, etwa die der
standardisierten forstlichen Vegetationszeit
Mai - September oder des Frühjahrs,
bestehend aus März und April. Dabei muss
allerdings rechnerisch beachtet werden, daß
es sich um Tagessummen (TS) der jeweiligen
Monate in Wh/qm handelt (vgl. Abschnitt 2a):
VZ=Mai,Juni,Juli,Aug,Sep(Tageswert*Monatstage)
Um auf die z.B. für das Jahr übliche Einheit
kWh/qm zu kommen, muss je Monat
zusätzlich durch 1000 geteilt werden.
Zur stark verallgemeinernden
Charakterisierung der BZE-Aufnahmepunkte
könnte auch die Jahressumme gebildet
werden, die sonst nur in der 1 x 1 km -
Auflösung vorliegt.
Die diffuse Komponente des Globalstrahlung
wurde in diesem Ansatz nicht modifiziert,
weil sie reliefbedingt wenig variiert. Eine
Einschränkung des Horizonts bzw. des
Hemisphäre aus der Perspektive eines
einzelnen Ortes (einer einzelnen Zelle) durch
umgebende Höhen verringert aber durchaus
den Strahlungsinput. Hier besteht demnach
die Möglichkeit, eine weitere Differenzierung
im Raum zu integrieren, etwa mit einem
Reliefparameter wie der „Relativen
Exponiertheit“ (vgl. Abschnitt 3) oder einem
„sky view factor“ (Dozier & Frew 1990).
Die Verwendung der durch die entwickelte
Transformation erzeugten, relativ
ortsspezifischen Globalstrahlungsdaten bei
der BZE-Auswertung und späterer
Erkenntnisübertragung auf die Waldfläche
kann vielfältig sein. Denkbar ist z.B. die
Verwendung bei der Prognose von
Stoffumsatzprozessen in oberen
Bodenhorizonten, da diese stark durch den
Wärmeinput beeinflusst werden.
ÖBW: Bericht Globalstrahlung / BZE 10/2008 19

7 7 Literatur Literatur
Literatur
AKS Arbeitskreis Standortskartierung (1996):
Forstliche Standortsaufnahme. 5. Auflage. 352 S.
Dozier, J. & Frew, J. (1990): Rapid calculation of
terrain parameters for radiation modeling from
digital elevation data. IEEE Transactions on
Geoscience and Remote Sensing, Bd. 28, H. 5, S.
963-969.
ESRI Environmental Systems Research Institute
(1999): User’s manual.
Eimern van, J. & Häckel, H. (1979): Wetter- und
Klimakunde. 275 S.
Flemming, G. (1990): Klima - Umwelt - Mensch.
177 S.
NFP Niedersächsisches Forstplanungsamt (2000):
Forstliche Standortsaufnahme. Geländeökologischer
Schätzrahmen. Anwendungsbereich: Mittelgebirge,
Bergland und Hügelland.
Riek, W. & Wolff, B. (2007): Bodenkundliche
Indikatoren für die Auswertung der
Bodenzustandserhebung im Wald (BZW II). Ber. d.
Forschungszentrums Waldökosysteme, Reihe B, H.
74. 132 S.
Schulz, R. (2003): Flächenbezogene Modelle zur
Unterstützung der forstlichen Standortskartierung im
Niedersächsischen Bergland. Diss. Univ. Göttingen.
340 S.
Weischet, W. (1991: Einführung in die allgemeine
Klimatologie. 275 S.
Wittmann, A. (1992): Software zur Bestimmung des
Beleuchtungswinkels eines Ortes nach Datum und
Uhrzeit. Sternwarte Göttingen.
ÖBW: Bericht Globalstrahlung / BZE 10/2008 20
8 Abkürzungen
Abkürzungen
BfG Bundesamt für Geodäsie
BZE Bodenzustandserhebung
DGM Digitales Geländemodell
DWD Deutscher Wetterdienst
ESRI Environmental Systems Research Institute
GS Globalstrahlung
ÖBW Abteilung Ökoinformatik, Biometrie und
Waldwachstum, Göttingen
TS Mittlere Tagessumme der GS eines
bestimmten Monats
WOI Institut für Waldökologie und
Waldinventuren, Eberswalde