Modellierung des kurzwelligen solaren Strahlungshaushalts im Hochgebirge auf der Basis von digitalen Geländemodellen und Satellitendaten am Beispiel des Hunza-Karakorum/Nordpakistan

Abstract

Die vorliegende Arbeit stellt die Entwicklung einer GIS-basierten Methode zur quantitativen Ermittlung landschaftsökologisch bedeutsamer potentieller und annähernd reeller kurzwelliger Strahlungsenergieflüsse in einem Hochgebirgsraum dar. Der inhaltliche Schwerpunkt liegt dabei in der methodischen Fortentwicklung bestehender Ansätze, deren dreidimensionaler Übertragung auf Flächendaten, und deren Einbindung in ein Gesamtmodell auf der Basis von Fernerkundungsdaten und topographischen Modellen des Untersuchungsraumes. <br /> Die wesentliche Motivation für die Entwicklung der vorliegenden Ansätze lag darin, daß sich bei einer Breitenlage von 36° Nord im Untersuchungsraum Hunza-Karakorum ökologisch bedeutsame Raummerkmale mit dem solaren Strahlungsenergieempfang korrelieren lassen, der in diesem subtropischen Hochgebirgsraum durch die Topographie modifiziert wird. Die Algorithmen wurden schrittweise auf der Basis einzelner Softwarebausteine entwickelt. Als Konsequenz vorangegangener Arbeiten, in denen keine Validierung der modellierten Einstrahlung stattfand, wurden zunächst mehrere Strahlungstransfermodelle anhand gemessener Globalstrahlungsdaten getestet, sodaß schließlich das "best fit" Modell auf die Fläche übertragen werden konnte. Es entstand zunächst ein Modellprogramm für die Berechnung der potentiellen Einstrahlung, das die maximal möglichen Einstrahlungswerte für einen Berechnungszeitraum aufsummiert, und in einer Datei hinterlegt. Darauf aufbauend wurde in der Folge ein weiterer Modellalgorithmus zur flächenbezogenen Berechnung der potentiellen, kurzwelligen Reflexion sowie der kurzwelligen Strahlungsbilanz entwickelt. In einer weiteren Ergänzung des Einstrahlungsmodells konnte unter Verwendung von NOAA-Szenen und Globalstrahlungsdaten die Bewölkung integriert, und somit versuchsweise die reellen Globalstrahlungssummen approximiert werden. Schließlich werden in einem Ausblick die künftigen Anwendungsmöglichkeiten der entwickelten Modellalgorithmen dargestellt und diskutiert. Es sind hierin sowohl agrarklimatologische Ansätze mit Bezug auf die Photosynthese und die Verdunstung, als auch mögliche Modellierungen der Ablation von Schnee und Eis aufgezeigt, für deren quantitative Umsetzung in beiden Fällen die kurzwellige Strahlungsbilanz eine elementare Kenngröße ist. Es wurde damit ein Ansatz erarbeitet, der auf der Grundlage der modellierten Geofaktoren sowie der weiteren Flächendaten wesentliche Teilelemente der ökologischen Amplituden im Untersuchungsraum Hunza-Karakorum berechnet und räumlich darstellt.