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8. Lexikon zu Fachbegriffen rund um Föhn

Stand, 24. Oktober 2009

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A

Adiabatischer Prozess -- Ein Prozess, bei dem ein System nicht in Wechselwirkung mit seiner Umgebung tritt. Jede Änderung seiner inneren Energie ist einzig Folge von Arbeit. Für ein ideales Gas und für die Mehrheit der atmosphärischen Systeme führt Kompression zur Erwärmung und Expansion zur Abkühlung. Trockenadiabatische Erwärmung/Abkühlung von 1K/100m tritt nur bei einer relativen Feuchte von unter 100 Prozent (keine Wolken/Niederschläge) auf, feuchtadiabatische Erwärmung/Abkühlung bewirkt je nach Niederschlagsbildung eine Temperaturänderung von 0,5 bis 0,8K/100m.

Austrian Föhn -- Föhn im Ostalpenraum tritt zu 50% ohne Niederschlag auf der Luvseite auf, auch antizyklonaler Föhn genannt.

B

Bernoulli-Effekt -- Die Bernoulli-Gleichung formuliert die Erhaltung der Energie in einer reibungsfreien Flüssigkeit, die sich in beständiger Bewegung befindet. Die rechte Seite der Gleichung ist somit konstant, die linke Seite setzt sich aus der spezifischen, kinetischen Energie 1/2 v², der potentiellen Energie g*z und der Arbeit, die durch die Druckkräfte geleistet wird (das Integral von 1/ρ * dp) zusammen. Angewandt auf horizontale Verengungen im Gelände ("gaps") treten die höchsten Geschwindigkeit dort auf, wo sich die Verengung verbreitert, d.h. wo potentielle Energie in kinetische Energie umgewandelt wird.

Bora -- Bora entsteht, wenn wesentlich kältere Luft durch horizontale Druckdifferenzen in eine wärmere Region strömt. Flache Gebirge fördern durch Überströmung die Intensität der Bora, bevorzugt tritt dieses Phänomen an Küsten auf, wo das verhältnismäßig warme Meerwasser große Druckunterschiede zum kälteren Festland erzeugt. Da Bora im Gegensatz zu Föhn vertikal gesehen immer kälter als die verdrängte Luft ist, werden durch die Schwerkraft angetrieben beständig sehr hohe Windgeschwindigkeiten erreicht, im Extremfall bis über 200 km/h. Neuere Studien zeigen jedoch, dass Bora auch als Wellenphänomen auftritt. Ursprünglich hat man Bora auf die Adriaküste beschränkt, wo es ihre Namensherkunft hat.

Brunt-Väisäla-Frequenz -- Die Brunt-Väisälä-Frequenz ist ein Maß für die Stabilität einer Luftströmung. Sie setzt sich aus der Schwerebeschleunigung g geteilt durch die potentielle Temperatur Θ und die Differenz der potentiellen Temperatur pro Höhendifferenz zusammen. Bei Zunahme der potentiellen Temperatur mit der Höhe liegt statische Stabilität vor.

C

Chinook -- Föhn in den Rocky Mountains. Föhn tritt prinzipiell an jedem Gebirge auf, selbst an Mittelgebirgen (z.B. Odenwaldföhn, Harzföhn, Erzgebirgsföhn, etc...) und trägt mitunter verschiedene Bezeichnungen.

D

Dimmerföhn -- Föhn, der mit messbaren Niederschlag im Lee verbunden ist und daher oft an starke Anströmung und eine neutrale bis labil geschichtete Atmosphäre im Luv geknüpft ist, etymologisch auf das alte Dialektwort des Glarner Hinterlandes für "Dämmerschein" zurückgehend, wo diese Föhnart besonders ausgeprägt in Erscheinung tritt. Kuhn (1989) definiert Dimmerföhn folgendermaßen: "Situation, in der bei starkem Föhn die Mauer einige Kilometer im Lee liegt, im hinteren Talboden geringe Windstärken herrschen und die Luft dort durch Niederschlag, Treibschnee oder Nebelfetzen getrübt ist."

Durchmischung -- Häufiger Prozess in der Grenzschicht, der durch Sonneneinstrahlung oder vertikale Windscherung (= mechanische Durchmischung) verursacht wird und zu einer adiabatischer Schichtung führt. Die potentielle Temperatur ist in einer durchmischten Schicht mit der Höhe konstant, ebenso das Mischungsverhältnis von feuchter zu trockener Luft. Eine gut durchmischte Talatmosphäre begünstigt in der Regel den Föhndurchbruch, außer es kommt an Geländekanten zur Strömungsablösung

E

F

Fallwind -- Katabatische Strömungen, die der Schwerkraft folgen. Sie entstehen durch folgende Prozesse: Verdunstungskälte (Fallwindböen in Schauern/Gewittern, Warmfrontniederschlag, der in trockene Absinkluft fällt, vgl. 26-27.1.2008), langwellige Ausstrahlung (Hangabwinde) und Luftströmung über kaltem Untergrund (Gletscherwinde).

(Adiabatische) Feuchttemperatur -- Die Temperatur, die ein Luftpaket haben würde, wenn es adiabatisch bis zur Sättigung gekühlt würde und dann feuchtadiabatisch bis zum ursprünglichen Druck komprimiert würde. Sie liegt immer zwischen Taupunkt und Lufttemperatur. Sie spielt eine wichtige Rolle bei der Vorhersage von festem Niederschlag (Hagel, Schnee, Graupel). Man unterscheidet drei Fälle:

  • Feuchttemperatur und Taupunkt liegen beide unter 0°C: Der feste Niederschlag verdunstet (sublimiert)
  • Der Taupunkt liegt unter 0°C, die Feuchttemperatur darüber: Der feste Niederschlag schmilzt.
  • Taupunkt und Feuchttemperatur liegen über 0°C: Der feste Niederschlag taut.

Flachwassergleichungen -- Die Flachwassergleichungen können nur bei einem Ein-Schichten-Modell angewandt werden, bei dem wie bei einem Staudamm nur die oberste Schicht (Deckschicht) wasserfallartig herabströmt, wie bei seichtem Föhn. (Mayr und Gohm 2006), während die Schichten darunter von der Gebirgskette (analog zur Staumauer) blockiert werden.

Föhn -- Föhn ist ein Wind, der durch Absinken wärmer und relativ trockener wird, im Allgemeinen auf der Leeseite von Gebirgen. (WMO, 1992). Antriebsmechanismus für den Föhn sind horizontale Druckdifferenzen bzw. potentiell kältere Luftmassen stromaufwärts. Im Unterschied zur Bora reicht die trockenadiabatische Erwärmung im Lee aus, um einen Temperaturüberschuss (= warmer Wind) zu erzeugen. Im Sommer tritt Föhn mitunter boraartig in Erscheinung, wenn die sonneneinstrahlungsbedingte Erwärmung durch die potentiell kühlere Föhnluft ersetzt wird.

Froude-Zahl -- kurz Fr, beschreibt das Verhältnis der natürlichen Wellenlänge der Luft zur Wellenlänge des Gebirges, sie setzt sich aus der Windgeschwindigkeit im Zähler (= Dynamik) und der Brunt-Väisälä-Frequenz mal effektive Berghöhe im Nenner (= Stabilität) zusammen. Bei Fr = 1 befinden sich beide Wellenlängen in Resonanz und die Leewellenbildung ist am Effektivsten. Bei Fr > 1 (starke Anströmung und/oder geringe Stabilität) werden vermehrt Rotoren oder Rückströmungen im Lee erzeugt, bei Fr < 1 (hohe Stabilität und/oder geringe Anströmung) wird die Luftströmung in niedrigen Schichten teilweise blockiert oder zur Umströmung des Gebirges gezwungen.

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G

Gap flow -- Strömung durch Pass- oder Gebirgseinschnitte, aber auch Verengungen von Meeresstraßen (z.B. Shelikof Strait). Die Windverteilung darin kann durch die Bernoulli-Gleichungbeschrieben werden, d.h. die Windgeschwindigkeiten nehmen im Ausgangsbereich der Verengungen zu. Der bekannteste gap-flow-Föhn ist der Innsbrucker Föhn durch das Wipptal, aber auch die kroatische Bora erreicht durch Passeinschnitte in den Dinariden Berühmtheit, indem besonders hohe Windgeschwindigkeiten erzeugt werden.

Gradient -- von lat. gradiere = hinabsteigen. Er hat die Richtung der Normalen auf einer Niveaufläche mit Φ = const. Der Gradient von Φ zeigt in Richtung wachsender Werte von Φ.

Grenzschicht -- Die planetare Grenzschicht ist die Bodenschicht der Troposphäre, die von Reibung beeinflusst wird. Sie ist oftmals turbulent und durch eine Temperaturinversion von der freien Atmosphäre abgekoppelt. Eine durchmischte Grenzschicht wird entweder von mechanischer Windscherung oder Sonneneinstrahlung erzeugt. Bei Föhn im Tal ist die Grenzschicht durchmischt.

H

Hochreichender Föhn -- Föhnströmung, die sowohl durch die Passeinschnitte am Alpenhauptkamm als auch darüber strömt. Sie bringt die stärkste Erwärmung, da die Luft aus großer Höhe absinken kann.

Hydraulischer Sprung -- Der plötzliche Übergang einer überkritischen (Fr > 1) Strömung in eine kritische Strömung (Fr = 1), dabei wird kinetische Energie in potentielle Energie umgewandelt, ein Teil der Energie geht durch Turbulenz verloren. Hydraulische Sprünge treten bei Föhnströmungen bevorzugt bei abrupten Verbreiterungen des Geländes auf und stellen eine Gefahr für die Luftfahrt dar.

Hydrostatik -- In der Föhnmeteorologie häufig verwendeter Begriff, wenn es um Gebirgszüge geht, die verschieden temperierte Luftmassen trennen. Zwar sind die Luftmassen durch Advektion (Warmluft- und Kaltluftadvektion) selten statisch, jedoch kann quasi-hydrostatisch mit der hydrostatischen Grundgleichung von einem Druckfall in Warmluft und Druckanstieg in Kaltluft ausgegangen werden. Horizontale Druckunterschiede und damit Föhnströmungen können somit auch dann erzeugt werden, wenn keine synoptisch-skalige Strömung vorliegt.

I

Inversion -- Umkehr einer Variable mit der Höhe, meist bezogen auf die Temperatur, z.B. an Strahlungsinversionen (nächtliche Auskühlung am Boden), Absinkinversionen (in Hochdruckgebieten), Warmfrontinversionen (Warmluftadvektion) oder Föhninversionen (warme Föhnluft über Kaltluft).

Isentropen -- Linien gleicher potentieller Temperatur, bei Abwesenheit von Kondensationsprozessen ist die potentielle Temperatur entlang einer Stromlinie konstant, sodass man Isentropen und Stromlinien gleichsetzen kann.

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J

Jauk -- von slowenisch jug = Süden, Südföhn in Unterkärnten und in der Südsteiermark über die slowenisch-österreichischen Grenzgebirge kommend. Föhn wird oftmals nur auf nördlich und südlich des Alpenhauptkamms bezogen. In der Tat tritt Nordföhn auch in den Nordalpen und Südföhn in den Südalpen auf.

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K

Kaltluftsee -- auch Kaltluftreservoir, Kaltluftdom, Kaltluftpolster (engl. cold pool), Bezeichnung für die Ansammlung durch langwellige Ausstrahlung und/oder advektiv entstandene Kaltluft, die sich in Mulden- und Beckenlagen als quasi-stationärer See hält. In Tallagen herrscht advektionsbedingt (Talauswind) strenggenommen kein Kaltluftsee vor, sondern eher ein Kaltluftstrom. Eine Föhnströmung kann nur in den Talboden vordringen, wenn der Kaltluftsee ausgeräumt wird. Siehe auch Turbulenzballen.

L

Langwellige Ausstrahlung -- Die Strahlung, deren Wellenlängen 0,4 Mikrometer übersteigen, was der Strahlung entspricht, die von der Erde und der Atmosphäre emittiert wird. Die nächtliche Auskühlung kann ohne advektive Prozesse oder Verdunstungskühlung nur durch langwellige Ausstrahlung funktionieren. Wolken behindern diese, indem an der Wolkenunterseite die vom Boden ausgesandte Strahlung zum Boden zurückgeschickt wird (Gegenstrahlung).

Latente Wärme -- Die spezifische Enthalpiedifferenz zwischen zwei Phasen einer Substanz der gleichen Temperatur, meist bezieht sich die "Freisetzung latenter Wärme" auf den Übergang von Wasserdampf zu Flüssigwasser (Kondensation). Sie beträgt dann etwa 2,501 x 106 J/kg. Bei der Hebung von feuchter Luft bis zur Kondensation, z.B. an Gebirgen, wird latente Wärme frei, die die Abkühlung beim Aufstieg verringert, als typischer Wert wird 0,65 K/100m angenommen.

M

O

Objektive Föhnklassifikation -- kurz OFK, Während die subjektive Föhnklassifikation eine Zunahme des Windes, ggf. mit Windsprung verbunden, eine Temperaturzunahme sowie eine Abnahme der relativen Feuchte verlangt, bezieht sich die objektive Föhnklassifikationen auf Kenngrößen wie die potentielle Temperatur. Unter der Annahme, dass die Föhnluft trockenadiabatisch absteigt, ist die potentielle Temperatur konstant. Bei gleicher potentieller Temperatur an der Referenzstation (= Bergstation) und Talstation kann die Herkunftshöhe der Föhnluft genau bestimmt werden. Grenzen der OFK ist die Einmischung kühlerer Umgebungsluft aus Seitentälern, turbulente Durchmischung (hydraulischer Sprung), begleitender Niederschlag und/oder Verdunstungsprozesse (z.B. in der Föhnmauer), u.v.m.

P

Potentielle Temperatur -- Diejenige Temperatur, die ein Luftpaket aufweisen würde, wenn es trockenadiabatisch (ohne Wolken/Niederschlag) auf eine Referenzhöhe, meist 1000 hPa, herab- oder heraufgeführt würde.

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R

Rotoren -- Zirkulation der Strömung um eine horizontale Achse, die meist auf der Leeseite eines Berges auftritt und manchmal zu einer Rotorwolke führen kann. Föhnströmungen beinhalten oft Rotoren, die durch Ablösung der Föhnströmung an Geländekanten entstehen oder wenn Föhn an einer Gebirgskette (z.B. Nordkette) umgelenkt wird (Hauptrotor, Nebenrotoren...).

S

Schwerewellen -- entstehen bei stabiler Atmosphärenschichtung, wenn eine vertikale Auslenkung induziert wird (z.B. durch Konvektion bei der Überströmung eines Gebirges). Auf der Leeseite pendeln die Luftpakete um einen Gleichgewichtszustand. Man unterscheidet...
  • externe Schwerewellen: Sie treten an der Grenzfläche zweier Medien unterschiedlicher Dichte auf, wobei das dünnere Medium auf dem dichten Medium liegt, z.B. bei Kelvin-Helmholtz-Wellen.
  • interne Schwerewellen: Sie treten innerhalb eines durchgehend stabil geschichteten Mediums aus und breiten sich beliebig im Raum aus.

Scorer-Parameter -- definiert als l² (z), er beschreibt die Strömung über eine Gebirgsbarriere und wird durch die Gleichung l² (z) = N²/U² - (∂²U/∂z²)/U ausgedrückt. Dabei ist N die Brunt-Väisälä-Frequenz und U das Vertikalprofil des horizontalen Winds. Beide Parameter werden aus einem Radiosondenaufstieg stromaufwärts der Gebirgsbarriere bestimmt. Bei abnehmenden Scorer-Parameter mit der Höhe können "gefangene" Leewellen entstehen, bevorzugt, wenn in der unteren Schichten ein großer Scorer-Parameter (hohe Stabilität) und darüber ein niedriger (niedrige Stabilität) auftritt.

Seichter Föhn -- Föhnströmung, welche unterhalb des Alpenhauptkamms durch Passeinschnitte ("gaps") hindurchströmt, in der Regel für Südföhn gebräuchlicher Ausdruck.

Stromlinien -- Kurven im Geschwindigkeitsfeld einer Strömung. An jedem Punkt wird die Stromlinie durch einen Geschwindigkeitsvektor tangiert. Bei stationären Strömungen (dt = 0) sind Stromlinien Teilchenbahnen. Je dichter die Stromlinien, desto stärker der Wind.

Strömungsablösung -- Eine Föhnströmung reißt bei neutral geschichteter Talatmosphäre an Geländekanten ab, beispielsweise bei gut entwickeltem Talwindsystem in den Sommermonaten.

Swiss Foehn -- Föhn nördlich des Schweizer Alpenhauptkamms ist häufig mit Niederschlag im Luv verbunden, weshalb die thermodynamische Föhntheorie dort weiterhin vertreten wird.

T

Totluft -- Bei Südföhn im Wipptal bleibt die Kaltluft im Luv des Alpenhauptkamms liegen und strömt nicht durch den Brennerpass nach Norden. Sie wird daher Totluft genannt (Föst 2006). Beobachtungen zeigen, dass in Mailand häufig Windstille oder Ostwinde registriert werden, wenn Südföhn im Wipptal bzw. generell auf der Alpennordseite auftritt.

Turbulenz(ballen) -- Turbulenz ist die räumlich und zeitlich ungeordnete Strömung eines Gases oder einer Flüssigkeit. Sie tritt vor allem bei starken Scherwinden und in bzw. in der Umgebung konvektiver Bewölkung auf. Hinsichtlich Föhnströmung und Kaltluftsee existiert die relativ neue Vorstellung, dass eine Föhnströmung als relativ wärmere Schicht einen Kaltluftstrom im Tal nicht auflösen kann bzw. sogar noch Temperaturinversion verstärkt. Erst, wenn die in der Föhnströmung enthaltenen Turbulenzkörper gleich groß oder größer als die Dicke des Kaltluftstroms sind, können sie diesen durch turbulente Durchmischung auflösen.

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U

V

Venturi-Effekt -- Das Produkt aus Strömungsquerschnitt und Geschwindigkeit ist konstant, woraus folgt, dass bei einer Geländeverengung eine Strömungsbeschleunigung auftritt. Die stärksten Windgeschwindigkeiten werden jedoch im Mündungsbereich beobachtet (vgl. Bernoulli-Effekt).

Verdunstungskälte -- Niederschlag, der in eine trockene Luftschicht fällt, verdunstet. Die dafür notwendige Wärme wird der Umgebungsluft entzogen, was zu einer Abkühlung der Luftschicht führt. Niederschlag im Lee einer Föhnströmung kühlt die Umgebungsluft, sodass sich die Talluft weniger stark erwärmen muss, um an die Föhnströmung ankoppeln zu können.

Vorföhniger Westwind -- Lokalphänomen in Innsbruck, das zu einem verstärkten Talauswind zwischen Kematen und Innsbruck führt, wenn die absteigende Föhnströmung im Lee des Patscherkofels ein hydrostatisches (d.h. durch warme Luft in der Höhe, nicht zwingend am Boden, ein Druckminimum) Leetief erzeugt. Das Druckgefälle vom Oberinntal bis Innsbruck nimmt dadurch zu. Vorföhnige Ausgleichsströmungen lassen sich auch bei Nordföhn im Oberinntal finden (Leetief bei Kematen, starker Ostwind in Innsbruck) sowie bei Südföhn im Rheintal (nördlich von Feldkirch vorföhniger Nordwind) oder im Brandnertal. Der vorföhnige, verstärkte Wind bewirkt durch turbulente Durchmischung sukzessive den Abbau des Kaltluftstroms (Abnahme der Kaltluftdicke) und erleichtert den Föhndurchbruch.

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W

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Z

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Quellen u.a.:

  • Glossary of Meteorology
  • Foest, F., 2006: Eine objektive Föhnklimatologie für das Wipp- und Inntal, Diplomarbeit, 173pp.
  • Haas, G., 2006: Nordföhn und Niederschlag in Innsbruck, Diplomarbeit
  • Atmosphäre und Gebirge - Anregung von ausgeprägten Empfindlichkeiten, Promet - Jahrgang 32, Heft 1/2, meteorologische Fortbildung, DWD
  • Kuhn M., 1989: Föhnstudien, Wissenschaftliche Buchgesellschaft, Darmstadt
  • Mayr, G.J., und Armi,L., 2008: Föhn as a response to changing upstream and downstream air masses. Q.J.R. Meteorol. Soc., 134: 1357-1369
  • Mayr, G.J. und Gohm A., 2006: Schnelle Strömungen durch Gebirgseinschnitte. Promet,32, 11-17
  • Alpers et al., 2008: Observations of Bora Events over the Adriatic Sea and Black Sea by Spaceborne Synthetic Aperture Radar, Mon. Wea. Rev., 137, 1150-1161
  • Seibert P. ,1990: South Foehn Studies Since the ALPEX Experiment, Meteorol. Atmos. Phys., 43, 91-103.
  • Gohm A. et al., 2008: On the onset of bora and the formation of rotors and jumps near a mountain gap. Quart. J.Roy. Meteor. Soc., 134, 21-46
  • World Meteorological Organization, 1992: International meteorological vocabulary

© Felix Welzenbach