Original paper

Application of a radiation model for small-scale complex terrain in a GIS environment

Goldberg, Valeri; Häntzschel, Janet

Meteorologische Zeitschrift Vol. 11 No. 2 (2002), p. 119 - 128

published: May 8, 2002

DOI: 10.1127/0941-2948/2002/0011-0119

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ArtNo. ESP025011102005, Price: 29.00 €

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Abstract

To calculate the radiation balance of small-scale heterogeneous terrain well known approaches were combined with the vegetation-boundary layer model HIRVAC (HIgh Resolution Vegetation Atmosphere Coupler). These modified approaches were transferred in a GIS (ArcView) environment to consider both topographic influences (terrain geometry, sky view factor) and the influence of different land uses (e.g. pasture and forest) on radiation components. The GIS application is based on the digital elevation model of the Saxonian land surveying office (SLVA) with a resolution of 25 meters and on the land use classification from the Institute of Cartography of the Technical University Dresden. The model was applied to the Eastern Ore Mountains (Saxony/Germany). To illustrate the results the area of the "Tharandter Wald" near Dresden was selected. The results show that the influences of topography and land use on radiation balance are equally important on a terrain with complex land surface patterns and a strong domination of small-scale topography. The shortwave insolation on a clear Spring day is, e.g., over areas with northern aspect up to 10 times lower than over southward orientated areas. The spruce areas in the forest are characterised by 2 times higher daily sums of net radiation than the adjacent clearcuts. The model results are in adequate agreement with measurements of the "Anchor Station Tharandter Wald" for the investigated period. The results can be applied for water budget modelling, forest management and for downscaling of satellite information. Zur Berechnung der Strahlungsbilanz eines kleinrÄumig heterogenen Gebietes wurden AnsÄtze aus der Literatur mit Ergebnissen des Vegetations-Grenzschichtmodells HIRVAC (HIgh Resolution Vegetation Coupler) kombiniert. Die modifizierten AnsÄtze wurden in eine GIS-Umgebung (ArcView) Übertragen, um sowohl topographische EinflÜsse wie GelÄndegeometrie und HorizonteinschrÄnkung (sky view faktor) als auch den Einfluss unterschiedlicher Landnutzung (z.B. Wiese und Wald) auf die Strahlungskomponenten zu berÜcksichtigen. Die Anwendung im GIS basiert auf dem digitalen Höhenmodell des Landesvermessungsamtes von Sachsen mit einer Auflösung von 25 m sowie der Landnutzungsklassifikation des Instituts fÜr Kartographie der Technischen UniversitÄt Dresden. Das Modell wurde fÜr das Osterzgebirge (Sachsen/BRD) angewendet. Zur Ergebnisdarstellung wurde ein Gebietsausschnitt im Tharandter Wald nahe Dresden ausgewÄhlt. Die Ergebnisse zeigen, dass die EinflÜsse von Topografie und Landnutzung auf die Strahlungsbilanz in einem Gebiet mit komplexen LandoberflÄchenstrukturen und stark vom Relief geprÄgten GelÄnde gleichbedeutend sind. An einem Strahlungstag im FrÜhjahr ist z.B. die kurzwellige Einstrahlung auf nördlich orientierten FlÄchen bis zu zehnmal niedriger als auf sÜdlich orientierten FlÄchen. Die Fichtenareale haben zweimal höhere Tagessummen der Strahlungsbilanz als benachbarte KahlschlÄge. Die Modellergebnisse zeigen eine gute Übereinstimmung mit Messwerten der "Ankerstation Tharandter Wald" fÜr den Untersuchungszeitraum. Mögliche Anwendungen der Ergebnisse liegen in der Wasserhaushaltsmodellierung, dem Waldbau und dem downscaling von Satellitendaten.