Die zunehmende Nutzung solarer Energie in Tech­nik und Industrie an unterschiedlichen Orten sowie die Schätzung der Energiebilanz an der Boden­oberfläche für die Wasser-, Agrar- und Forstwirt­schaft verlangen eine flächenhafte Darstellung des Angebots an solarer Strahlung auf die horizontale Empfangsebene im regionalen und lokalen Mass­stab. Die Solarstrahlung auf die geneigte Ebene kann leicht aus der horizontalen Einstrahlung be­rechnet werden, sofern diese horizontale Einstrah­lung bekannt ist. Die Praxis zeigt jedoch immer wieder, dass für Orte oder Gebiete für die Informa­tionen über die solare Strahlung gewünscht wer­den oft keine Messungen vorliegen. Zur Abschät­zung der Strahlungsverhältnisse kann in einem solchen Falle nur die Anwendung von Strahlungs­simulationsmodellen weiterhelfen. Die Güte dieser oft auch komplexen Modelle hängt wiederum von der Genauigkeit der Eingangsdaten ab. Da es aber aus wirtschaftlichen Gründen nicht vertretbar ist, die Messnetzdichte beliebig zu vergrössern, ist es sinnvoll, mit Hilfe objektiver, numerischer Ver­fahren die Solarstrahlung an beliebigen Zwischen­punkten des Messnetzes zu interpolieren und flächenhaft darzustellen. Diese Verfahren ersetzen die manuellen, subjektiven Methoden, mit denen früher Klimakarten, wie zum Beispiel die Karten der Sonnenscheindauerim Klimaatlas von Baden­-Württemberg (DEUTSCHER WETTERDIENST 1953), erstellt wurden. Neben der räumlichen ist auch die zeitliche Variabilität von Interesse. Sie wird in sogenannten Tages- und Jahreszeitdiagrammen dargestellt.

Als solare Strahlungsgrösse wird in diesem Atlas die Globalstrahlung, d.h. die Summe aus direkter Sonnenstrahlung und diffuser Himmelsstrahlung auf der Basis von mittleren monatlichen Tages­summen dargestellt. Als weitere meteorologische Grösse wird die in gleicher Weise gemittelte Son­nenscheindauer verwendet. Da die Globalstrahlung in erster Näherung in einem linearen Zusammen­hang zu dieser Grösse steht und deren Messnetz wesentlich dichter als das der Globalstrahlung ist, wird die Sonnenscheindauer auch als Hilfsinforma­tion benutzt, um die Daten des relativ weiten Messnetzes der Globalstrahlung zu verdichten. Dies geschieht durch zwei statistische Verfahren auf die im Kapitel 4.6.2 näher eingegangen wird.

Für den Wärmehaushalt der Erde spielen Strah­lungsflüsse verschiedener Wellenlängen des elek­tromagnetischen Spektrums und unterschiedlicher Ausbreitungsrichtung eine Rolle:

• Die Strahlungsenergiequelle für alle meteoro­logischen Prozesse ist das Sonnenlicht im Wel­lenlängenbereich zwischen 0,3 µm und 3,0 µm. Diese Strahlung wird auch als solare, kurz­wellige Einstrahlung (G) bezeichnet. Als Global­strahlung, d.h. bezogen auf eine horizontal expo­nierte Empfängerfläche, ist sie eine meteorolo­gische Messgrösse, die in den Karten 4.6.1 bis 4.6.4 gesondert dargestellt ist.
• An der Erdoberfläche wird die solare, kurzwellige Strahlung unterschiedlich reflektiert. Diese kurzwellige Reflexion (R) ist eine Verlust­grösse für den Strahlungshaushalt. Das Verhält­nis von reflektierter kurzwelliger Strahlung zu kurzwelliger Einstrahlung bezeichnet man als Albedo. Sie kann sich je nach Oberflächentyp tageszeitlich und jahreszeitlich verändern.
• Auch die Atmosphäre emittiert elektromagne­tische Strahlung. Im Gegensatz zum Sonnen­licht ist diese Emission jedoch langwellig und umfasst den Wellenlängenbereich zwischen 3 µm und 60µm mit einem Intensitätsmaxi­mum bei ca. 10 µm. Die Emission in den oberen Halbraum bedeutet einen Strahlungsenergie­verlust in den Weltraum, der für das Klima wichtig ist, um die Zufuhr der Strahlungsenergie durch das Sonnenlicht zu balancieren. Der Anteil der Strahlung in den unteren Halbraum, d.h. in Richtung Erdoberfläche, wird atmosphärische Wärmestrahlung oder auch Gegenstrahlung (A) genannt. Die atmosphärische Gegenstrahlung wird massgeblich durch die Temperatur, den Wasserdampfgehalt, die Treibhausgase und durch die Aerosole bestimmt. Aerosole sind kleinste, in der Luft schwebende feste oder flüssige Partikel.
• Die Erdoberfläche emittiert ebenfalls im langwelligen Wellenlängenbereich elektromagne­tische Strahlung. Die Wärmestrahlung der Erd­oberfläche wird auch terrestrische Emission (E) genannt und wird nach dem Gesetz von Stefan-Boltzmann durch die Oberflächentem­peratur der emittierenden Fläche bestimmt. Die terrestrische Emission besitzt eine sehr grosse zeitliche und räumliche Variabilität, die mit einem bodengestützten Messnetz nicht erfasst werden kann. Nur mit Satellitendaten lässt sich diese Strahlung flächendeckend bestimmen.

Für die Betrachtung des Gesamtstrahlungshaushaltes sind also je zwei Strahlungsflüsse unter­schiedlicher Wellenlänge (kurz- und langwellig) und Richtung (zur Erdoberfläche hin-, von der Erdoberfläche weggerichtet) von Bedeutung. Die beiden von der Erdoberfläche weggerichteten Flüs­se stellen Verlustgrössen (-), die zur Fläche gerich­teten Flüsse Gewinngrössen (+) für eine Bilanzie­rung dar. Die Summe der verschiedenen Strah­lungsflüsse heisst Strahlungsbilanz (Q). Sie regelt entscheidend den Wärmehaushalt, d.h. die zur Verfügung stehende Energie für die turbulenten Austauschprozesse (fühlbarer und latenter Wärme­strom) und den Bodenwärmestrom. Die Strahlungs­bilanz lässt sich in folgender Weise schreiben:

Q = G - R + A - E

Sie kann Werte > 0, = 0 oder 0 annehmen. Bei positiver Strahlungsbilanz steht Energie für die Erhöhung der Lufttemperatur (fühlbarer Wärme­strom), die Verdunstung (latenter Wärmestrom) oder die Erhöhung der Bodentemperaturen (Bo­denwärmestrom) zur Verfügung. Bei negativer Strahlungsbilanz reagiert das System mit Tempe­raturabsenkung (Luft, Boden) und Kondensation (z.B. Taubildung an der Erdoberfläche oder Nebel­bildung). Die Strahlungsbilanz besitzt eine Schlüs­selfunktion für alle meteorologischen Prozesse und die regionale Klimadifferenzierung. Sie wird jedoch im Rahmen der offiziellen meteorolo­gischen Messnetze nur sehr selten gemessen, so dass keine räumliche Differenzierung auf der Ba­sis der vorhandenen Messdaten möglich ist. Die zeitliche Veränderung der Strahlungsbilanz und ihrer Komponenten wird daher anhand einer lang­jährigen Zeitreihe der Messstation Hartheim dar­gestellt. Um den Einfluss von Relief und Landnutzung auf die räumliche Differenzierung der Strahlungsbilanz aufzuzeigen, ist für eine Einzel­situation die Strahlungsbilanz im REKLIP-Gebiet beispielhaft unter Verwendung von Satelliten­daten und Strahlungsmodellen erarbeitet worden.