Im Vergleich zur räumlichen Variabilität der Globalstrahlung ist die Messnetzdichte zu gering, um diese mit hinreichender Genauigkeit zu erfassen. Daher wurden erhebliche Anstrengungen unter­nommen, Fernerkundungsdaten geostationärer Sa­telliten zur Ableitung von Strahlungswerten zu verwenden. Seit 1985 wird beim Deutschen Wetter­dienst das MÖSER-RASCHKE-Verfahren (MÖSER & RASCHKE 1984, CZEPLAK et al. 1991) im operationel­len Betrieb angewandt. Die räumliche Auflösung beträgt zur Zeit etwa 8 km, die zeitliche etwa 3 bis 6 Bilder pro Tag. Die mittleren relativen Fehler betragen im Vergleich zu den Bodenmessungen in den Sommermonaten etwa 5 %, in den Winter­monaten etwa 10 %.

Monatskarten der Globalstrahlung, die aus Satel­litendaten abgeleitet werden, sind aufgrund der relativ niedrigen Fehler und der besseren struktu­rellen Auflösung den interpolierten Karten vorzu­ziehen. Allerdings - das muss ausdrücklich betont werden - können aus dem bisher vorliegenden Datenmaterial des Satelliten METEOSAT allein keine strahlungsklimatischen Karten abgeleitet werden. Dafür ist die Messdauer des Satelliten seit 1985 mit zeitweiligen Unterbrechungen statistisch nicht ausreichend.

Es wurde daher zur Herstellung der vorliegen­den Monatskarten folgender Weg beschritten:

• Ableitung der mittleren monatlichen relativen Globalstrahlung (G / G₀) und der relativen Son­nenscheindauer (S / S₀) an Bodenstationen aus Messungen des Satelliten METEOSAT aus der bisher vorliegenden Messphase.
• Berechnung der Abweichungen dieser Daten von langjährigen Monatsmitteln, die aus Mes­sungen an Bodenstationen bestimmt wurden. Höhenreduktion der Abweichungen (Abwei­chungswert minus Höhenregressionswert).
• Schätzung der höhenreduzierten Abweichungen an Gitterpunkten (Maschenweite 1 km) mittels Kriging.
• Berechnung verbesserter Werte der Globalstrah­lung und Sonnenscheindauer an allen Gitter­punkten durch Addition der monatlichen Abwei­chungen zu den aus Satellitendaten abgeleite­ten Werten.

Die Berechnung der Strahlungsbilanz (Karte 4.6.9) für einen hochsommerlichen, wolkenlosen Tag wurde unter Verwendung einer Szene des Satelliten LANDSAT-TM vom 7.7.1984 (siehe Kap. 2.2.2) durchgeführt. Bei einer Überflugszeit um ca. 10.30 Uhr mittlere Ortszeit erfolgte die Aufnahme während der Aufheizphase am späten Vormittag.

Für die Landnutzungsklassifikation des RE­KLIP-Gebietes (Karte 3.6) wurde auf dieselbe Szene zurückgegriffen. Hierdurch besteht eine zeitliche Übereinstimmung zwischen diesen bei­den Karten. Die Berechnung der Strahlungsflüsse und der Strahlungsbilanz berücksichtigt die Ein­flüsse durch das Relief, die Landnutzung und die Atmosphäre. Zusätzlich zu den Satellitendaten sind meteorologische Stationsdaten der Tempera­tur und des Wasserdampfgehaltes, ein hochauf­lösendes digitales Geländemodell (siehe Kap. 2.2.3) und Strahlungsmodelle verwendet worden.

Für wolkenlose Tage kann die solare Einstrah­lung (G) mit Hilfe des Shortwave Irradiance Model SWIM (PARLOW 1990, PARLOW & SCHERER 1991) berechnet werden. Während sich die an den Mess­stationen gemessene Globalstrahlung auf eine hori­zontale exponierte Fläche bezieht, kann mit einem Rechenmodell die Einstrahlung reliefabhängig, d.h. unter Berücksichtigung unterschiedlicher Exposition, Steilheit und Höhenlage des Geländes modelliert werden (Karte 3.3 und Karte 3.4).

Die Albedo α, d.h. der prozentuale Anteil der von der Erdoberfläche reflektierten solaren Ein­strahlung, ist eine meteorologische Grösse, die flächendeckend aus Satellitendaten abgeleitet wer­den kann. Wenn die Albedo α und die kurzwellige Einstrahlung für jeden Gitterpunkt bekannt sind, kann die kurzwellige Reflexion R aus R = α G berechnet werden.

Die kurzwellige Reflexion der solaren Strah­lung lässt sich aus den LANDSAT-TM-Kanälen 1-4 ermitteln (siehe Kap. 2.2.2). In einem ersten Schritt wurden die aus der unterschiedlichen Relief­situation resultierenden Beschattungs- bzw. Über­strahlungseffekte minimiert (PARLOW 1991). Da­durch zeichnen sich Flächen gleicher Landnutzung unabhängig von ihrer Stellung im Relief durch ähnliche Reflexionsintensitäten aus.

In einem weiteren Schritt wurde aus den so korrigierten LANDSAT-Kanälen 1-4 durch arith­metische Verknüpfung der Spektraldaten mit der Beziehung

R* = 0,62 K₁ + 1,21 K₂ + 0,92 K₃ + 0,88 K₄

die Intensität der kurzwelligen Reflexion R* berechnet, die den Spektralbereich von 0,45­-0,9 µm abdeckt.

Da im Rahmen des REKLIP mit denselben Satellitendaten eine Landnutzungsklassifikation bearbeitet worden ist (Karte 3.6), war für jeden Gitterpunkt die zugehörige Landnutzungsklasse bekannt. Damit konnten zahlreichen Klassen, die nur eine kleine Schwankungsbreite der Albedo aufweisen, aus der Literatur Albedowerte zuge­wiesen werden. Diese Zuordnung erfolgte über ein Regressionsverfahren, das von einem linearen Zusammenhang zwischen digitalem Zahlenwert R* und der Albedo ausgeht (Fig. 4.6.1).

Die Regressionsanalyse ergab folgende Zuord­nungsfunktion zwischen R* und der dazu­gehörenden Albedo α:

α = 0,00095 R* - 0,03636

Die mittlere Albedo im REKLIP-Gebiet an diesem Sommertag betrug 0,14.

Die atmosphärische Gegenstrahlung (A) stellt eine Grösse dar, die in der Regel nicht im Rahmen der operationellen Messungen der Wetterdienste gemessen wird. Sie verändert sich vor allem mit der Höhe und lässt sich für wolkenlose Tage mit Hilfe der Lufttemperatur und des Dampfdruckes parametrisieren. Die Berechnung der Gegenstrah­lung erfolgt über folgende Formel (BRUTSAERT 1982):

e = Dampfdruck in 2 m in hPa
T = Lufttemperatur in 2 m in Kelvin
σ = STEFAN-BOLTZMANN-Konstante

Um die Abnahme der Gegenstrahlung mit der Höhe z nach dieser Gleichung berechnen zu kön­nen, wurden die zum Zeitpunkt des Satelliten­überfluges an Stationen im REKLIP-Gebiet durch die Wetterdienste gemessenen Temperaturen und Dampfdruckwerte ausgewertet, um vertikale Tem­peratur- und Feuchteprofile zu berechnen.

Die terrestrische Emission E kann aus dem thermalen Kanal des Landsat berechnet werden (siehe Kap. 2.2.2). Aus den digitalen Zahlenwer­ten (DG) kann unter Verwendung einer Eichfor­mel die Strahlungstemperatur T (in Kelvin) der Landoberfläche berechnet werden (SCHOTT & VOLCHOK 1985).

mit:

Da die Atmosphäre im gleichen Wellenlängen­bereich Strahlung emittiert wie die Landober­fläche, muss dieser Einfluss auf die Satellitenmes­sung korrigiert werden. Diese Korrektur erfolgt wiederum höhenabhängig unter Verwendung des Digitalen Geländemodells. Dadurch wird die un­terschiedliche Mächtigkeit der Atmosphäre über dem Oberrheingraben bzw. den umrahmenden Bergländern berücksichtigt.

Nachdem über Satellitenmessungen und ver­schiedene Strahlungsmodellierungen alle Teil­komponenten der Strahlungsbilanz für das REKLIP-Gebiet berechnet sind, können diese Daten­ebenen pixelweise addiert und die Strahlungsbi­lanz berechnet werden. Das Ergebnis ist eine flächendeckende Analyse der Strahlungsbilanz für den Zeitpunkt des Satellitenüberfluges unter Einbeziehung der durch Relief und Landnutzung verursachten Effekte.