Atmosphäre und Gebirge – - DMG

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16 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
promet, Jahrg. 32, Nr. 1/2, 2006 G. Mayr, A. Gohm: Schnelle Strömungen durch Gebirgseinschnitte 17 oben hin begrenzt. Das ist wahrscheinlich eine Frage der korrekten mesoskaligen Anfangsbedingungen. Weiterhin braucht es verbesserte Turbulenzparameterisierungen, die berücksichtigen, dass turbulente Reibung in einem Einschnitt auch auch durch die begrenzenden Hänge verursacht wird. Literatur DRECHSEL, S., G. J. MAYR, 2005: Objective forecasting of foehn for a subgrid-scale Alpine valley. Submitted to Weather and Forecasting. GOHM, A., G. J. MAYR, 2004: Hydraulic aspects of foehn winds in an Alpine valley. Quart. J. R. Meteorol. Soc. 130, 449-480. GOHM, A., G. ZÄNGL, G. J. MAYR, 2004: South foehn in the Wipp valley on 24 October 1999 (MAP IOP 10): Verification of high-resolution numerical simulations with observations. Mon. Wea. Rev. 132, 78-102. MAYR, G. J., L. ARMI, S. ARNOLD, R. M. BANTA, L. S. DAR- BY, D. R. DURRAN, C. FLAMANT, S. GABERSEK, A. GOHM, R. MAYR, S. MOBBS, L. B. NANCE, I. VERGEI- NER, J. VERGEINER, C. D. WHITEMAN, 2004: Gap flow measurements during the Mesoscale Alpine Programme. Meteorol. Atmos. Phys. 86, 99-119. PAN, F., R. B. SMITH, 1999: Gap winds and wakes: SAR Observations and numerical simulations. J. Atmos. Sci. 56, 905- 923. SCHÄR, C., 2002: Mesoscale mountains and the larger-scale atmospheric dynamics: A review. In: R. P. Pearce (Hrsg.), Meteorology at the Millenium, Academic Press, San Diego, 29-42. WMO, 1992: International meteorological vocabulary, 2nd edition, WMO-Pub. 182, Genf, 784 S. ZÄNGL, G., 2002: Stratified flow over a mountain with a gap: Linear theory and numerical simulations. Quart. J. R. Meteorol. Soc. 128, 927-949. ZÄNGL, G., 2003: Deep and shallow south foehn in the region of Innsbruck: Typical features and semi-idelized numerical simulations. Meteorol. Atmos. Phys. 83, 237-262.
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