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

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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 kleinra¨umig heterogenen Gebietes wurden Ansa¨tze aus der Literatur mit Ergebnissen des Vegetations-Grenzschichtmodells HIRVAC (HIgh Resolution Vegetation Coupler) kombiniert. Die modifizierten Ansa¨tze wurden in eine GIS-Umgebung (ArcView) u¨bertragen, um sowohl topographische Einflu¨sse wie Gela¨ndegeometrie und Horizonteinschra¨nkung (sky view faktor) als auch den Einfluss unterschiedlicher Landnutzung (z.B. Wiese und Wald) auf die Strahlungskomponenten zu beru¨cksichtigen. Die Anwendung im GIS basiert auf dem digitalen Ho¨henmodell des Landesvermessungsamtes von Sachsen mit einer Auflo¨sung von 25 m sowie der Landnutzungsklassifikation des Instituts fu¨r Kartographie der Technischen Universita¨t Dresden. Das Modell wurde fu¨r das Osterzgebirge (Sachsen/BRD) angewendet. Zur Ergebnisdarstellung wurde ein Gebietsausschnitt im Tharandter Wald nahe Dresden ausgewa¨hlt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Einflu¨sse von Topografie und Landnutzung auf die Strahlungsbilanz in einem Gebiet mit komplexen Landoberfla¨chenstrukturen und stark vom Relief gepra¨gten Gela¨nde gleichbedeutend sind. An einem Strahlungstag im Fru¨hjahr ist z.B. die kurzwellige Einstrahlung auf no¨rdlich orientierten Fla¨chen bis zu zehnmal niedriger als auf su¨dlich orientierten Fla¨chen. Die Fichtenareale haben zweimal ho¨here Tagessummen der Strahlungsbilanz als benachbarte Kahlschla¨ge. Die Modellergebnisse zeigen eine gute U¨bereinstimmung mit Messwerten der "Ankerstation Tharandter Wald" fu¨r den Untersuchungszeitraum. Mo¨gliche Anwendungen der Ergebnisse liegen in der Wasserhaushaltsmodellierung, dem Waldbau und dem downscaling von Satellitendaten.

Keywords:

Document Type: Research Article

DOI: http://dx.doi.org/10.1127/0941-2948/2002/0011-0119

Publication date: March 1, 2002

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