Atmosphäre und Gebirge – - DMG

promet, Jahrg. 32, Nr. 1/2, 2006 G. Mayr, A. Gohm: Schnelle Strömungen durch Gebirgseinschnitte
15
Grenzschichten in Verbindung mit der Seichtheit der
Strömung beeinflussen diese durch die Verringerung
der kinetischen Energie wesentlich. Entlang der seitlichen
Ränder wird Vorticity von entgegengesetztem
Vorzeichen erzeugt: zyklonale am (stromabwärts
schauend) linken und antizyklonale am rechten Rand.
Man erhält Streifen von potentieller Vorticity, deren
Magnitude um ein Vielfaches höher ist als in der Stratosphäre
und durchaus 50 PVU erreichen kann. Nicht
nur die Grenzschicht, sondern auch die Atmosphärensprünge
sind turbulent und Quellgebiete von potentieller
Vorticity.
Reibung spielt auch eine Rolle, wenn die Stromlinien
nicht mehr dem Gelände zu folgen vermögen und sich
von diesem lösen („Strömungsablösung“). Schießt eine
Strömung überkritisch einen (steilen) Hang hinunter,
liegt außerhalb dieser schießenden Schicht auf gleicher
Höhe etwas weiter stromabwärts (potentiell) kältere
Luft mit höherem Druck. Die daraus entstehende
Druckgradientkraft trägt zur Strömungsablösung bei.
Je stärker die Reibung, desto weiter oben am Hang löst
sich die Strömung ab. Ein weiterer Faktor ist die im
Lee in Bodennähe liegende Luftmasse. Ist sie sehr kalt,
z. B. durch nächtliche Auskühlung, so wird sich die
schießende Strömung auch vom Hang lösen und darüber
hinweggleiten.
Durch Strömungsablösung ist es am Talboden oft ruhig,
während etwas oberhalb der Föhn bläst. Abb. 2-5
zeigt ein Beispiel am Ostrand des Wipptals (mit höherer
Topographie als über Talmitte) bei der Einmündung
ins quergelegenen Inntal. Die Daten stammen
von einem flugzeuggetragenen Aerosollidar. Die Einschnittströmung
(rot) hat im Gegensatz zur darüber
liegenden Luft (blau) einen deutlich höheren Aerosolgehalt.
Die zuerst relativ dicke und langsame Strömung
beschleunigt schon etwas vor dem Berggipfel
(PAK) so stark, dass sie nur mehr wenige hundert Meter
dünn den Leehang hinunter schießt und bei etwa
9 km sich mit einem Atmosphärensprung vom Hang
ablöst. Die hohe Turbulenz im Sprung mischt darüber
liegende Luft ein (gelbe und grüne Falschfarben). Die
Luft mit dem hohen Aerosolgehalt im Inntal (IBK) ist
Föhnluft aus dem Wipptal, die an der Nordkette (NK)
abgelenkt wurde.
2.3 Grenzen des Hydraulikkonzepts
Für eine exakte Anwendbarkeit des hydraulischen
Konzepts muss die fließende Schicht homogen sein,
d. h. neutral geschichtet sein und nur einen Dichtebzw.
potentiellen Temperaturwert aufweisen und von
der benachbarten Schicht durch eine Dichte“stufe“ getrennt
sein. Das Fehlen dieser „Stufe“ in der potentiellen
Temperatur ist die häufigste Ursache, wieso das
Hydraulikkonzept nicht angewandt werden kann, weil
dann keine Entkoppelung zur darüber liegenden Atmosphäre
gegeben ist. Dass eine Einschnittströmung
Seehöhe in km
in den seltensten Fällen neutral, sondern kontinuierlich
stabil geschichtet ist, beeinträchtigt die Anwendbarkeit
des Hydraulikkonzepts weniger.
Für Strömungen, die in der Vertikalen nicht weit über
den Gebirgskamm reichen, also hauptsächlich auf die
Einschnitte beschränkt sind, funktioniert die hydraulische
Theorie gut. Ein Beispiel dafür ist der seichte
Föhn. Fließt Luft bis weit oberhalb des Gebirgskamms
über das Hindernis wie beim hochreichenden Föhn, ist
die hydraulische Theorie auch wegen des Fehlens der
stabilen Stufe am Oberrand nur mehr bedingt anwendbar
und als Konzeptmodell eignet sich die linearisierte
Schwerewellentheorie besser.
3 Vorhersage
Relative Rückstreuung
(in dB bei 532 nm)
Entfernung in km
Breite/Länge in Grad
Abb. 2-5: Vertikalschnitt der Rückstreuintensität entlang des
östlichen Wipptalrandes vom 20.10.1999, 13:50 - 13:53
UTC, gemessen von einem flugzeuggestützten Aerosollidar.
Die Strömung läuft dabei von links nach
rechts. Rot: Einschnittströmung mit hohem Aerosolgehalt,
blau: darüber liegenden Atmosphäre. Der weiße
Balken kommt daher, dass dort der Laserstrahl
von einer Wolke blockiert wurde. Weitere Einzelheiten
im Text (aus GOHM und MAYR 2004).
In den Alpen, aber auch in anderen Gebirgszügen sind
Gebirgseinschnitte meist besiedelt. In Verbindung mit
ihrem häufigen Auftreten stellen schnelle Strömungen
durch Einschnitte eine kleinräumige Vorhersageherausforderung
dar. Im Wipptal zum Beispiel gab es
während der 70tägigen Feldmesskampagne von MAP
im Herbst 1999 an manchen Orten bis zu etwa 1/3 der
Zeit Föhn (= schnelle Einschnittströmungen). Für den
Meteorologen ist es wichtig zu erkennen, wann die Bedingungen
für eine Einschnittströmung gegeben sind.
Die konkrete Beschreibung erfolgt zwar für die Brennersenke,
lässt sich aber leicht an den jeweiligen Einschnitt
in den Alpen bzw. anderen Gebirgszügen anpassen.