Atmosphäre und Gebirge – - DMG
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3.1 Zeitliche Entwicklung der Einschnittströmung<br />
Wie kommt es eigentlich zu einer schnellen Strömung<br />
durch einen Einschnitt? Einmal, wenn zwei verschiedene<br />
Luftmassen auf beiden Seiten des <strong>Gebirge</strong>s liegen,<br />
so dass hydrostatisch bedingt ein Druckunterschied<br />
entsteht bzw. die Isentropen auf der einen Seite<br />
einen Kaltluftdom bilden <strong>und</strong> auf der anderen eine<br />
Warmluft„schüssel“. Ein Druckgradient ist auch dann<br />
vorhanden, wenn die synoptische (geostrophische)<br />
Strömung parallel zum <strong>Gebirge</strong> weht (im Fall der<br />
Brennersenke also aus Westen kommt). Da das <strong>Gebirge</strong><br />
aber diese geostrophische Strömung modifiziert,<br />
kann je nach Gebirgsform <strong>und</strong> Lage des Einschnitts,<br />
der mesokalige Druckgradient ganz anders ausschauen<br />
(ZÄNGL 2002). Und natürlich kommt es zu einer<br />
Einschnittströmung bei einer Anströmung auf das <strong>Gebirge</strong><br />
in Richtung des Einschnitts.<br />
Die typische synoptische Abfolge für die Strömung<br />
durch die Brennersenke ist, dass zuerst eine Kaltfront<br />
vom Norden der Alpen über <strong>und</strong> um diese herum auf<br />
die Südseite gelangt, so dass auf der Nord- <strong>und</strong> Südseite<br />
Kaltluft liegt. Um den nachfolgenden Keil herum<br />
<strong>und</strong> auf der Vorderseite des nächsten Troges wird (relativ)<br />
warme Luft an der Westseite der Alpen vorbei<br />
nach Nordosten geführt, während auf der Südseite (in<br />
der Poebene) immer noch die Kaltluft liegt. Der<br />
hydrostatisch bedingte Druckunterschied reicht aus,<br />
um eine Strömung durch die Brennersenke in Gang zu<br />
setzen, während oberhalb des Alpenhauptkamms die<br />
Strömung noch nicht auf Süd, sondern ungefähr parallel<br />
zu den Alpen weht. Dieses Stadium wird als „seichter<br />
Föhn“ bezeichnet, wie Abb. 2-1 für das Beispiel des<br />
20. Oktobers 1999 zeigt. Erst wenn sich der Trog weiter<br />
annähert, reicht die Queranströmung über den Kamm<br />
bis in größere Höhen <strong>und</strong> die Luft fließt nicht mehr<br />
nur durch die Alpenpässe, sondern auch über den<br />
Hauptkamm nach Norden: „hochreichender“ Föhn<br />
(vgl. 21. Oktober in Abb. 2-1).<br />
3.2 Objektive Vorhersage<br />
G. Mayr, A. Gohm: Schnelle Strömungen durch Gebirgseinschnitte<br />
Örtliche, mit dem Phänomen vertraute Meteorologen<br />
liefern gute subjektive Vorhersagen. Eine objektive<br />
Vorhersage ist schwieriger, weil für globale Vorhersagemodelle<br />
ein Einschnitt wie die Brennersenke subskalig<br />
ist. Dabei ist zu bedenken, dass selbst in Regionalmodellen<br />
(typische Maschenweite 10 km) die Topographie<br />
nur unzureichend aufgelöst ist. In der Modelltopographie<br />
gibt es oft nicht einmal eine Andeutung<br />
eines solchen Einschnitts. Die direkte Verwendung des<br />
Modellwindes vom nächstgelegenen Gitterpunkt muss<br />
also nicht aussagekräftig sein (<strong>und</strong> ist öfters so gar entgegen<br />
gerichtet). Die objektive Vorhersage könnte<br />
klassisch über Model Output Statistics (MOS) gemacht<br />
werden. Ein reizvoller alternativer Weg ist, sich<br />
die zugr<strong>und</strong>e liegenden Mechanismen zunutze zu machen:<br />
Die Asymmetrie der Strömung (dick <strong>und</strong> lang-<br />
promet, Jahrg. 32, Nr. 1/2, 2006<br />
Abb. 2-6: Bedingte Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von<br />
Föhn am Wipptalboden aus einer 48stündigen Vorhersage<br />
des ECMWF T511 Modells in Abhängigkeit<br />
von der Differenz des reduzierten Drucks zwischen<br />
dem jeweils ersten Gitterpunkt südlich <strong>und</strong> nördlich<br />
des Modellhauptkamms <strong>und</strong> der potentiellen Temperaturänderung<br />
entlang einer etwa 300 m über dem<br />
Modellgebirge gelegenen Modellfläche vom Hauptkamm<br />
bis zum ersten nördlichen Gitterpunkt. Die horizontale<br />
Maschenweite ist etwa 40 km.<br />
sam im Luv, schnell <strong>und</strong> dünner im Lee) bedeutet, dass<br />
die Isentropen in der (Föhn)schicht absteigen <strong>und</strong> dass<br />
hoher Druck im Luv <strong>und</strong> niedrigerer im Lee herrscht.<br />
Durch die Berechnung bedingter Häufigkeitsverteilung<br />
des Druckunterschiedes zwischen den beiden Seiten<br />
des Modellgebirges <strong>und</strong> des Absinkens der Isentropen<br />
vom Modellhauptkamm zum ersten leeseitigen<br />
Gitterpunkt bei Föhn für einen mehrjährigen Datensatz<br />
können nun probabilistische Föhnvorhersagen<br />
(Abb. 2-6) für das Wipptal gemacht werden (DRECH-<br />
SEL <strong>und</strong> MAYR 2005). Bei einem Druckunterschied<br />
von über 3 hPa zum Beispiel ist eine Einschnittströmung<br />
sehr wahrscheinlich. Aber auch bei geringeren<br />
Druckdifferenzen kann eine Einschnittströmung vorhergesagt<br />
werden, wenn die Isentropen im Modell entsprechend<br />
stark absinken. Durch die bedingten Häufigkeiten<br />
ist der Meteorologe imstande nicht nur eine<br />
Ja/Nein-Aussage zu machen, sondern eine Eintrittswahrscheinlichkeit<br />
anzugeben.<br />
Für eine direkte Vorhersage der Einschnittströmungen<br />
muss sich noch die horizontale <strong>und</strong> vertikale Auflösung<br />
der operationellen Vorhersagemodelle verfeinern<br />
<strong>und</strong> Parameterisierungen <strong>und</strong> die Initialisierung muss<br />
verbessert werden. Forschungsmodelle wie z. B. MM5<br />
mit Gittermaschenweiten unter 1 km waren in Kombination<br />
mit den Feldmessdaten essentiell zum Verständnis<br />
von Einschnittströmungen (z. B. ZÄNGL<br />
2003, GOHM et al. 2004). Die Beobachtungen während<br />
MAP waren detailliert genug, um zu zeigen, dass<br />
solch feinskalige Simulationen viele Details korrekt<br />
wiedergeben, aber nicht perfekt sind. Nicht gut erfasst<br />
wurde die Inversion, welche die Föhnströmung nach