Atmosphäre und Gebirge – - DMG

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