Relative Exponiertheit

Die Variable Relative Exponiertheit (kurz: EXP), im Rahmen dieser Arbeit auch schlicht mit Exponiertheit bezeichnet, wurde von SCHULZ (in Vorb.) entwickelt, um zu beschreiben, ob ein Ort durch das ihn umgebende Gelände vor Umwelteinwirkungen geschützt oder ihnen relativ ungeschützt ausgesetzt ist (z. B.

Wind). Die Relative Exponiertheit beschreibt auch die potentielle nächtliche Ausstrahlung und somit Abkühlung. BLENNOW & PERSSON (1998) verwendeten zu diesem Zweck einen sogenannten ,,sky view factor", für den von DOZIER & FREW

(1990) ein Weg zur Berechnung vorgeschlagen wird. Da auf vorhandene Algorithmen eines weit verbreiteten GIS zurückgegriffen werden sollte, fand dieser Ansatz keine Verwendung.

Die Relative Exponiertheit beschreibt die Lage eines Ortes über die Zahl von Richtungen mit 10° Azimut-Abstand (36 Richtungen), aus denen ein mit 8° Neigung einfallender Strahl den Ort erreichen kann, ohne durch das umliegende Gelände aufgehalten zu werden. Dieser Ansatz ist nicht direkt vergleichbar mit einem Faktor, der den Anteil des offenen Himmels beschreibt, da es für den Wert der Relativen Exponiertheit keinen Unterschied macht, ob ein hochaufragendes Gebirge einen Strahl abhält oder ein kleiner Hügel, der den Strahl mit 8° Neigung nur knapp

Luvsumme(C 0) (maxHöhe_i Höhe(C 0))

i 1 4

¦

Kap. 3 Räumliche Variablen zur Beschreibung der Meßsituation abdeckt, einen Strahl mit 9° jedoch passieren ließe. Allerdings wird ein benachbartes Gebirge die Strahlen aus vielen Richtungen aufhalten, eine kleine Geländeerhebung in gleicher Entfernung nur Strahlen aus wenigen Richtungen, weshalb die Ähnlichkeit beider Ansätze größer sein dürfte als die unterschiedliche Definition es zunächst erwarten läßt. Die Relative Exponiertheit ist durch die ARC/Info-Funktion

<hillshade> schnell und einfach zu berechnen. Eine aufwendige Programmierung ist nicht erforderlich.

Der Versuch mit unterschiedlichen Neigungswinkeln der Strahlen ergab die gleichmäßigste Differenzierung der Exponiertheit im Gebiet des Forstamtes Seesen/Harz bei einem Winkel von 8°. In der Norddeutschen Tiefebene war jedoch die Streuung dieser Variable auch bei nur 8° sehr gering. Für fast alle Zellen wurde der Wert 36 ermittelt, da keine Beschattung/Beschirmung stattfand. Daher wurde ein zusätzlicher Faktor, die relative Höhe, integriert und damit eine neue Variable, die Exponiertheit zum Umgebungsminimum (kurz: expmin), definiert.

Die relative Höhe wurde für eine Umgebung ermittelt, die als Kreis mit dem Radius 500 m definiert wurde. Die Differenz zwischen der Geländehöhe des Zielrasterpunktes (Höhe(C0)) und dem Minimum der Umgebung (minHöhe) wurde zum Wertebereich der Höhe in dieser Umgebung (rangeHöhe) ins Verhältnis gesetzt.

Die komplette Formel für die Berechnung von expmin weist zudem im Nenner noch die Addition von 0,01 auf um Nenner des Wertes 0 zu vermeiden, die in absolut ebenem Gelände vorkommen:

( 17 ) Die so definierte Variable expmin zeigt auch in ebenem Gelände ausreichende Variabilität, um zur Varianzaufklärung von Zielvariablen beitragen zu können.

Für die Temperaturmeßstationen ist der einfache Korrelationskoeffizient zwischen expmin und der in ihr enthaltenen relativen Höhe nahezu gleich 1 (Niedersachsen:

0.99535; Bergland: 0.98556; Tiefland: 0.99998). Expmin wurde in dieser Arbeit favorisiert, da von dieser Variable auf das Gesamtgebiet und besonders auf das Bergland bezogen ein höheres Erklärungspotential erwartet wurde.

expmin(C 0) exp Höhe(C 0) minHöhe rangeHöhe 0.01

x

Kap. 3 Räumliche Variablen zur Beschreibung der Meßsituation

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3.3.6 Kaltluftabfluß

Diese von SCHULZ (in Vorb.) eingeführte Variable ähnelt der von LAUGHLIN &

KALMA (1990) zur Regionalisierung von Frostgefährdung verwendeten räumlichen Variablen Flowaccumulation. Ein Unterschied ist dabei nicht in der Konzeption bzw.

Definition sondern vielmehr in der Ausdehnung der einbezogenen Fläche zu sehen.

SCHULZ (in Vorb.) definierte die Variable als die Anzahl derjenigen Zellen, die in die beobachtete Zelle C0 entwässern, was sich mit einem geeigneten digitalen Höhenmodell und dem GIS ARC/Info relativ problemlos ermitteln läßt. Bei der Berechnung werden grundsätzlich keine Grenzen nach oben für den resultierenden Wert angegeben. Da jedoch eine Fläche über 500 ha für die Beschreibung des Risikos von Kaltluftabfluß nicht sinnvoll erscheint, wurden die Werte bei dem entsprechenden Wert von 2000 Zellen gekappt.

Da vor allem in Tälern ein relativ abrupter Übergang zwischen sehr hohen und weniger hohen Werten Folge der einfachen Berechnung mit der Funktion

<flowaccumulation> ist, wurde von SCHULZ (in Vorb.) zweimal der Mittelwert aller benachbarten Zellen und der Zielzelle C0 für letztere ermittelt (Funktion

<focalmean>), was eine gewünschte Glättung der Werte im digitalen Raster zur Folge hatte (Variablenname: Kaltluftabfluß).

Da weiterhin sehr große Werte vielen kleinen Werten gegenüberstanden (extrem rechtsschiefe Verteilung der Werte) wurde die Variable transformiert. Durch die Berechnung der Quadratwurzel von Kaltluftabfluß wurde die Dimension von einer flächigen in eine eindimensionale Größe transformiert, deren Verteilung geeigneter erschien, das Risiko von Kaltluftabfluß zu beschreiben (Variablenname:

QWKaltluftabfluß).

Während die Variable Kaltluftabfluß wegen ihrer besseren räumlichen Interpretierbarkeit zur Beschreibung der Datenkollektive verwendet wurde (Kap. 4), wurde die Variable QWKaltluftabfluß bei der Regionalisierung der Lufttemperatur als potentieller Regressor eingesetzt.

Kap. 3 Räumliche Variablen zur Beschreibung der Meßsituation

3.3.7 Insolation

Um die potentielle Einstrahlung auf jeden Rasterpunkt eines digitalen Höhenmodells (DHM) quantifizieren zu können, wurde von SCHULZ (in Vorb.) für jeden Monat der Sonnenstand zu jeder vollen Stunde ermittelt und mit der Hillshade-Funktion des GIS ARC/Info simuliert (Kap. 3.2.4). So entstanden die Variablen jandow bis dezdow (Anzahl der eingehenden Strahlen in der Mitte des Monats von Januar bis Dezember). Zusätzlich zum puren Erreichen der Rasterpunkte durch die Strahlen wurden weitere Variablen hergeleitet, die einerseits die Abschwächung der Einstrahlung durch unterschiedlich lange Bahnen der Strahlen durch die Erdatmosphäre (gekennzeichnet durch -att am Ende des Variablenkürzels) und andererseits den Winkel, in dem die Strahlen auf die Erdoberfläche treffen, modellieren (-all statt -dow im Variablenkürzel). Alle diese Variablen konnten in den anschließenden Regressionsanalysen nicht signifikant zur Aufklärung der Varianzen der Zielvariablen beitragen. Die im Rahmen dieser Arbeit ausschließlich zur Repräsentanzanalyse verwendete Variable Insolation im Januar (Variablenkürzel:

janallatt) ist ein dimensionsloser Index. Die Einheit dieser Variable wird daher mit

„[ ]“ angegeben.