Ein Vergleich zwischen dem neuen hochaufgelösten HYRAS-Globalstrahlungsdatensatz (1951-2015) und weiteren Referenzdatensätzen für Deutschland und angrenzende Flusseinzugsgebiete

Die durch den Deutschen Wetterdienst (DWD) entwickelten Hydrometeorologischen Rasterdatensätze (HYRAS), mit den bisher bereits zur Verfügung stehenden Variablen Niederschlag, Temperatur und relative Feuchte, wurden zuletzt im Rahmen des Expertennetzwerks des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) um die Variable Globalstrahlung ergänzt. Zur Erstellung der Rasterdatensätze werden tägliche Stationsmessungen der entsprechenden Variablen auf ein 5km x 5km Gitter interpoliert. Aktuell liegen die HYRAS-Daten für den Zeitraum von 1951-2015 vor und liefern klar definierte Referenzzustände für Deutschland und die angrenzenden Flusseinzugsgebiete.
Für die Arbeiten im Themenfeld 1 des BMVI-Expertennetzwerkes „Verkehr und Infrastruktur an Klimawandel und extreme Wetterereignisse anpassen“ stellt die Globalstrahlung eine wichtige Größe für die Berechnung der Verdunstung im Wasserhaushaltsmodell dar und führt zusammen mit den übrigen Variablen des HYRAS-Datensatzes zu realistischeren Ergebnissen der langzeitlichen Entwicklung des modellierten Abflussgeschehens. Dies verbessert auch die Aussagekraft für relevante Größen im Verkehrssektor wie beispielsweise dem Hoch- und Niedrigwasserabfluss. Neben der Anwendung für die Analyse des gegenwärtigen Klimas werden die HYRAS-Daten auch für die Bias-Adjustierung von Klimamodelldaten verwendet und tragen hierüber auch zur Validität von Klimaprojektionsergebnissen und hieraus abgeleiteten Anpassungsmaßnahmen bei.
Aus den genannten Anwendungen ergeben sich verschiedene Anforderungen an einen Rasterdatensatz der Globalstrahlung, wie die Abdeckung eines möglichst weit in die Vergangenheit zurückreichenden Zeitraums, die Abbildung von Extremwerten, des langfristigen Trends sowie der allgemeinen dekadischen Variabilität. Die Anforderungen sollten dabei nicht nur im Flächenmittel, sondern möglichst auch für einzelne Regionen wie z.B. kleinere Flusseinzugsgebiete erfüllt sein. 
Neben der verwendeten Regionalisierungsmethodik hat vor allem auch die Verfügbarkeit von geeigneten Messdaten einen erheblichen Einfluss darauf, in welchem Umfang die genannten Anforderungen erfüllt werden können. Stationsmessungen der Globalstrahlung liegen im Zeitraum 1951-1980 für Deutschland und die angrenzenden Regionen, insbesondere in den Anfangsjahren, nur sehr vereinzelt vor. Zur Erstellung des HYRAS- Globalstrahlungsdatensatzes wurde aus diesem Grund ebenfalls auf Stationsmessungen der Sonnenscheindauer zurückgegriffen, die ab 1951 bereits zahlreich und flächendeckend vorliegen. Die tägliche Sonnenscheindauer lässt sich über ein einfaches lineares Regressionsverfahren nach Angstrom (1924) und Prescott (1940) in tägliche Summen der Globalstrahlung umrechnen. Um die Qualität des Verfahrens für die Umrechnung von Extremwerten zu verbessern, wurde mit dem Wolkenflüssigwassergehalt aus ERA5-Reanalysedaten ein weiterer Prädiktor implementiert. 
Neben der Vorstellung des Verfahrens soll insbesondere ein Vergleich der Globalstrahlung zwischen dem neuen HYRAS-Datensatz und weiteren Referenzdatensätzen wie z.B. der ERA5-Reanalyse und dem CM SAF SARAH v2.1 Satellitendatensatz sowie Stationsmessungen für den Zeitraum 1951-2015 präsentiert werden. 

Angstrom A (1924): Solar and terrestrial radiation. Report to the international commission for solar research on actinometric investigations of solar and atmospheric radiation. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society 50(210), 121-126.

Prescott JA (1940): Evaporation from a water surface in relation to solar radiation. Transaction of the Royal Society of South Australia 64(1), 114-118.