Atmosphäre und Gebirge – - DMG

promet, Jahrg. 32, Nr. 1/2, 25-33 (März 2006)
© Deutscher Wetterdienst 2006
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1 Einleitung
C. KOTTMEIER, F. FIEDLER
Vertikaler Austausch über Mittelgebirgen
Vertikal exchange above low mountains
Zusammenfassung
Der vertikale Austausch über Mittelgebirgen wird sowohl durch dynamische als auch thermisch induzierte Prozesse
verursacht. Die dynamischen Vorgänge bei der Bergüberströmung werden kurz vorgestellt. Der konvektive
vertikale Austausch wurde bei zwei ausführlichen Messprogrammen (ESCOMPTE in Südfrankreich im Jahr
2001 und VERTIKATOR in Südwestdeutschland im Jahr 2002) untersucht. Von beiden Programmen stehen bodennahe
Messungen der turbulenten Flüsse sowie aerologische wie auch flugzeuggebundene Messungen zur
Verfügung. Der Einfluss des Berglands wirkt sich vor allem durch die intensivere Strahlungserwärmung höherer
und exponierter Flächen mit der Folge aus, dass sich (a) sekundäre Windsysteme ausbilden, die zur Auslösung
von Gewitterkonvektion beitragen, und (b) höhere konvektive Grenzschichten entwickeln. Die Modelldarstellung
der Konvektionsauslösung und des konvektiven Niederschlags erfordert eine Maschenweite, die 3 km nicht
überschreiten sollte.
Abstract
The vertical exchange above low mountains is induced by both dynamical and thermo-dynamical processes. The
dynamical mechanisms acting in flow across mountains are briefly introduced.The convective part of vertical exchange
was studied during two intensive measuring campaigns (ESCOMPTE in southern France in 2001 and
VERTIKATOR in south-western Germany in 2002). Near surface measurements of the turbulent fluxes as well
as aerological and airborne data are available from the campaigns. The influence of the mountainous terrain is
mainly acting through more intense radiative heating of higher and more exposed surfaces. This leads (a) to the
formation of secondary flow systems, which contribute to the generation of thunderstorms, and (b) to an
increase of the boundary layer depth. Realistic simulations of the generation of convection and of convective
precipitation requires horizontal grid sizes below 3 km.
Mittelgebirgsregionen mit Gipfelhöhen bis etwa
1500 m stellen neben den Tief-/Flachländern und
Hochgebirgen eine typische Landschaftsform dar.
Trotz vielfältiger Unterschiede bezüglich Gebirgsformen,
Gipfelhöhen, Landnutzung, Bodeneigenschaften
und makroklimatischer Einflüsse sind auch eine Reihe
von Gemeinsamkeiten für Mittelgebirge gegeben. Diese
machen sie zu interessanten Gebieten für meteorologische
Studien mit dem Ziel einer systematischen Erweiterung
der Kenntnisse über die Wechselwirkung
zwischen Landoberflächen und der Atmosphäre, die
bislang weitgehend aus Untersuchungen über ausgedehnten
ebenen Flächen stammen. So beeinflusst die
Hangneigung und -orientierung in jeweils ähnlicher
Weise die Verfügbarkeit solarer Strahlung für Energieumsetzungen
an der Oberfläche. Die damit verbundene
differentielle Erwärmung führt zur Ausbildung von
lokalen Hangwindsystemen oder Berg-/Talwindzirkulationen.
Die Geländeform bedingt auch typische
Landnutzungsunterschiede mit Siedlungs- und Industrieflächen
sowie landwirtschaftlicher Nutzung in tieferen
und flacheren Regionen und Waldbeständen in
höheren Lagen. Daraus ergeben sich systematisch
unterschiedliche Auswirkungen auf die Verdunstung
und den Strahlungshaushalt innerhalb einer Mittelgebirgslandschaft
gegenüber dem Flachland oder einer
Hochgebirgsregion.
Der vertikale Austausch zwischen Erdoberfläche,
Grenzschicht und der freien Troposphäre ist eine wichtige
Größe für den Wasserkreislauf, für das Regionalklima
sowie für die Umverteilung von Spurenstoffen.
In klimatologischen Niederschlagsverteilungen zeichnen
sich alle Mittelgebirge markant ab. Niederschlagsradar-
und Blitzortungsdaten zeigen, dass hochreichende
Konvektion bevorzugt über Mittelgebirgen ausgelöst
wird. Die damit einhergehenden Ereignisse wie
Sturm, Hagel und Blitze mit entsprechenden Folgen
für Menschen und Sachwerte unterstreichen die Bedeutung
der Konvektion über Mittelgebirgen. An Bergen
induzierte konvektive Niederschläge machen den
größten Teil des Sommerniederschlags aus und können
lokal signifikant zur Auslösung von Hochwasser beitragen.
Hochreichende Konvektionssysteme können
auch einen sehr effektiven vertikalen Austausch von
Spurenstoffen innerhalb der Troposphäre verursachen.
Ein entlastender Einfluss hinsichtlich der bodennahen
Schadstoffkonzentration kommt dem vertikalen Austausch
in der atmosphärischen Grenzschicht zu.
Die Prozesse, die in Mittelgebirgsregionen einen vertikalen
Austausch bewirken, lassen sich grob in zwei Kategorien
unterteilen. Der dynamische Austausch steht
in enger Beziehung zur Strömungsmodifikation durch
die Orografie, bei der Auftriebseffekte nur modifizierend
einwirken. Demgegenüber wird konvektiver Austausch
meist über aufgeheizten Oberflächen durch in-
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