1. Talwind- und Hangwindsysteme
Wenn sich ein größeres Gebirge wie die Alpen von der großräumig vorherrschenden (= synoptischen) Strömung abkoppeln kann, dann entwickelt sich in den Tälern ein eigenes Windsystem, das seinen eigenen Gesetzen folgt. Fehlen äußere Einflüsse wie eine starke Anströmung des Gebirges oder Luftmassengegensätze, die durch die Gebirgsbarriere getrennt werden, dann dominiert in den Tälern das Talwindsystem - dies betrifft die meisten Hochdrucklagen mit schwachem, antizyklonalem Windregime über den Alpen.
Talwindsysteme basierem auf demselben Funktionsprinzip wie Land-See-Windsysteme und erzeugen eine thermisch direkte Zirkulation von warmer , aufsteigender und kalter, absteigender Luft (es existieren auch synoptisch indirekte Zirkulationen bei Strahlströmen, das aber nur der Vollständigkeit halber). :
Da das Alpenvorland durch seine weite, offene Fläche ein viel größeres Luftvolumen als das enge Inntal besitzt, kann es tagsüber durch die Sonneneinstrahlung weniger stark als das Inntal erwärmt werden. Je weiter man taleinwärts geht, desto geringer wird wegen abnehmender Talbreite das Luftvolumen. Daraus resultiert tagsüber eine relativ gesehen stärkere Erwärmung des Inntals als des Alpenvorlandes. Aufgrund der Kopplung des Luftdrucks mit der Temperatur fällt der Druck im Inntal stärker als im Alpenvorland. Der Wind versucht dieses Druckgradient auszugleichen und daher weht taleinwärts. Der Taleinwind weht.
Nachts kehren sich die Verhältnisse um. Das Tal kühlt wegen des geringeren Luftvolumens viel rascher aus als das Alpenvorland. Relativ gesehen steigt also der Luftdruck im Tal schneller als im Alpenvorland. Die Ausgleichsbewegung erfolgt - logischerweise, da kalte Luft automatisch abwärts fließt, um die wärmere Luft zu verdrängen, zum Alpenvorland hin. Der Talauswind weht.
Im mikroskaligen Bereich (bis 2km) herrscht dasselbe Prinzip auch bei den Hangwindsystemen. Tagsüber treffen die Sonnenstrahlung nahezu lotrecht auf einen Hang, während der Talboden mit einem spitzeren Winkel erfasst wird. Die Erwärmung am Hang ist folglich stärker als im Tal und die Ausgleichsbewegung erfolgt hangaufwärts. Über dunklen Flächen, z.B. Wald, dunkler Fels oder Latschenkieferfeldern ist die Erwärmung noch effektiver. Der Hang(auf)wind weht.
Nachts ist die Ausstrahlung am Hang stärker als im Tal und die kalte Luft strömt hangabwärts. Ist der Hang zudem schneebedeckt, dann verstärkt dies die Auskühlung zusätzlich. Der Hangabwind weht.
Tal- und Hangwindsysteme sind gekoppelt und bestimmten gerade in den Sommermonaten den Tagesgang der Wolkenthermik in den Alpen. Tagsüber kann sich bei starker Erwärmung ein kräftiger Talein- und Hangaufwind entwickeln, der zur Bildung konvektiver Wolken über den Hängen und Berggipfeln führt. In den Nachmittagsstunden, wenn die Erwärmung ihren Höhepunkt erreicht, wird die Konvektion mächtiger und kann zur Ausfällung von Niederschlag führen (Cumulus congestus oder Cumulonimbus). Mit der aufsteigenden Luftbewegung an den Hängen wird jedoch eine abwärts gerichtete Ausgleichsbewegung über dem Talboden erzwungen. Die Schauer oder Gewitter beschränken sich also überwiegend auf die Gebirgsketten jenseits des Tals, steigen aber nicht ins Tal hinab.
05.März 2006 - Staubewölkung an der Nordkette, wolkenlos über Innsbruck
In der ersten Nachthälfte kehrt sich das Windregime um, durch die Ausstrahlung fließt die kalte Luft die Hänge hinab und verdrängt die relativ gesehen noch wärmere Luft im Talbereich. Diese Konstellation wird auch Umkehrthermik genannt. Die warme Luft wird zum Aufsteigen gezwungen und bildet bei vorhandener Labilität (das aufsteigene Luftpaket ist wärmer als die Umgebungsluft) seinerseits konvektive Wolken mit Schauern oder Gewittern, während über den Gebirgsketten Absinken herrscht. Mit fortschreitender Abkühlung in der zweiten Nachthälfte sammelt sich die Kaltluft im Talgrund und stabilisiert die Talatmosphäre (Talgrund bis Kammniveau). Schauer und Gewitter lösen sich in der Regel auf (wir ignorieren für diesen Fall weiterhin äußere Einflüsse wie Föhn oder Tiefdruckeinfluss).
Wenn man Tal- und Hangwindsystem auf eine Größenordnung höher überträgt, dann landet man beim alpinen Pumpen. Relativ zum Alpenvorland erwärmen sich die Alpen tagsüber rascher und bilden ein relatives Druckminimum - das Alpen(hitze)tief aus.
Im Alpenvorland sinkt die Luft dagegen ab und Wolken lösen sich auf oder bleiben harmlos. Nachts das umgekehrte Bild - über den Alpen Absinken durch die Kaltluftproduktion und im Alpenvorland Schauer und Gewitter.
Talwindsystem - Übersicht Inntal bei Innsbruck
1) Bei Hochdrucklagen setzt in den Mittagsstunden Taleinwind mit Einfließen von Kufstein her ein, der besonders im Sommerhalbjahr recht kräftig sein kann (15-20 Kn im Mittel), wenn die Einstrahlung und resultierende Erwärmung groß ist. Herrscht keine starke südliche Windkomponente über den Alpen, dann biegt der Taleinwind des Inntals auch ins Wipptal ein (dort ebenfalls Taleinwind mit nordwestlichen Richtungen). Bei Südanströmung weht im Wipptal hingegen der Föhn aus 120 bis 150°.
Eine Verstärkung des Taleinwinds ist dann gegeben, wenn a) im Innsbrucker Raum relativ oder absolut gesehen eine stärkere Erwärmung als im Unterinntal auftritt oder b) im Alpenvorland durch Kaltluftadvektion und/oder verminderte Einstrahlung der höhere Luftdruck herrscht und die Luftmassen das Inntal hereingeschoben werden. Eine direkte synoptische Beeinflussung ist dann denkbar, wenn ein kräftiges Tiefdruckgebiet über die Alpen hinwegzieht und sich die starke Druckzunahme am Westrand des Tiefs auch im Inntal durchsetzen kann.
2) In den späten Nachmittags- oder Abendstunden kühlt das Inntal westlich von Innsbrucks wegen der Abschattung der Berge und des geringeren Querschnitt des Tals (kleineres Luftvolumens) stark aus und die Thermik kehrt um. Entsprechend kommt der Talauswind mit meist nur schwachen Winden (2-4Kn im Mittel) aus westlichen Richtungen in Gang, stärker weht er im Oberland.
In den Wintermonaten wird wegen der früher einsetzenden Abschattung des Inntals und der intensiven Auskühlung über den Schneeflächen mit katabatischen Winden der Talauswind auch tagsüber recht dominant sein, besonders bei einem starken Alpenhoch.
i) Talauswind (Ausfließen)
Abb. 1 vom 13. auf den 14. Oktober 2005 der Innsbrucker Universität zeigt zwischen 20 UTC und etwa 11.30 UTC des
darauffolgenden Tages eine Südwest- bis Westkomponente bei Windgeschwindigkeiten von 1/ms bis 3m/s. Daraus und aus dem Mittelwind (blau) und der Böigkeit (rot) lässt sich schlussfolgern, dass es sich um relativ gleichmäßiges Ausfließen mit geringen Abweichungen in der Windrichtung und -geschwindigkeit handelt. Nachdem auch bei früheren Hochdrucklagen ebenso laminares Ausfließen auftrat, kann dies als Indiz für einen rein thermisch bedingten Talauswind genommen werden, der nicht von dynamischen Faktoren (z.B. Föhn oder Outflow bei konvektiven Zellen westlich von Innsbruck) beeinflusst wird. Entsprechend der fortgeschrittenen Jahreszeit setzt der Talauswind hier bereits gegen 20 UTC ein, etwa zwei Stunden nach Sonnenuntergang - und schlägt erst am Nachmittag in den Taleinwind um.
ii) Taleinwind (Einfließen)
In der gleichen Graphik festzustellen ist das sehr plötzliche Einsetzen des Taleinwinds kurz nach 12 UTC, welches mit einem deutlichen Windsprung von 270 auf 90 verbunden ist sowie mit einer Amplitude in der Windgeschwindigkeit, die in etwa an den Sonnenstand gekoppelt ist.Nachts fehlt logischerweise die Sonne , sodass auftretende Amplituden beim Talauswind an unterschiedliche Auskühlung oberhalb der Station gebunden sein können und durch Hangabwinde, Talauswinde der Seitentäler (z.B. Sellraintal, Ötztal) unterschiedlich rasch talauswärts transportiert werden. Während aber die Amplitude beim Taleinwind oft ein deutliches Maximum aufweist, können beim Talauswind mehrere Maxima auftreten und sind bei höherem Niveau auch ein Indiz für den vorföhnigen Westwind.
Bei Talauswind herrscht eine Absink-, bei Taleinwind eine Hebungskomponente.
Hält das Einfließen auch über Nacht an, so kann sich aufgrund der damit verbundenen Hebung der Luftmasse und Feuchteflusskonvergenz Nebel und Hochnebel ausbilden.
Ausfließen verhindert hingegen durch trockenadiabatisches Absinken vom Oberland zum Unterland sowie durch die turbulente Durchmischung die Bildung von Nebel oder Hochnebel - es kann sich aber in seltenen Fällen
dennoch Hochnebel ausbilden (wenn das Ausfließen in den unteren Schichten sehr schwach ist).
Spezialfall:
Bei schwachgradienten Lagen mit Tiefdruckeinfluss herrscht tagsüber meist Einfließen und Hangaufwinde vor. Die Luft strömt das Inntal hinauf bzw. fließt hangaufwärts und sorgt über den Bergen für dichte (konvektive) Bewölkung, aus der es immer wieder regnen oder schneien kann. In der Talsohle liegt hingegen kompensatorisches Absinken vor. Nachts mit dem Talauswind und Hangabwinden verlagert sich das Hebungsgebiet in die Talsohle,wo die Luftströmungen konvergieren. Daher ist im Inntal bei Niederschlägen besonders in der ersten Nachthälfte ein Maximum und tagsüber ein Minimum vorhanden. Störungen, die das Inntal in den Abendstunden erreichen, sind daher vom Niederschlag viel effekter als in den Mittagsstunden.
2. Atypische Windrichtungen in Innsbruck
Atypische , also vom Talwindsystem abweichende Windrichtungen ohne Föhnsituation können durch folgende Bedingungen ausgelöst werden:
mikroskalig (< 2km): thermische Umlagerungen,die sich bei sehr schwachem oder gar fehlendem Talwindsystem als einsetzendes Hangwindsystem bemerkbar machen. Dabei kühlen die Hänge entsprechend stark ab und ein Hangabwind kommt in Gang. Dadurch setzt besonders an der Nordkette verstärktes Abfließen ein, welches als Nordwind in Innsbruck auftritt. Im Winter kann der Hangabwind durch die höhere Albedo über Schneeflächen verstärkt sein.
mesoskalig (>2km): konvektive Zellen westlich , östlich und südlich von Innsbruck. Bei Bildung von Schauern oder Gewittern entstehen Abwinde im Niederschlagsbereich , die sich als Ausströmen (engl. Outflow) entlang der Talachse ausbreiten oder von der Nordkette herabkommen. Gewitter im Sellraintal machen sich beispielsweise durch 220-260° Windrichtung am Innsbrucker Flughafen bemerkbar, weshalb plötzlich auffrischender Südwestwind dort als Indiz für ein aufkommendes Gewitter genommen werden kann.
29.Juni 2005 - Regenfuß eines Gewitters am Ausgang des Sellraintals, der einen starken Abwind verursachte - kurze Zeit später gab es am Institut Böen bis 83km/h aus Westen
So kann es bei einer synoptisch vorherrschenden Ostströmung zu West- oder Südwinden bei Zellbildung im Wipptal oder im oberen Inntal kommen, die durch Kanalisierungseffekte durchaus Sturmstärke erreichen können, bei direkter Schauer/Gewitterpassage auch noch höhere Windmaxima (vgl. 21.7.2003, 180km/h Spitzenböen)
synoptikskalig (>2000km) : wenn Tiefdruckgebiete über die Alpen ziehen oder diese in deren Einflussbereich kommt , z.B. bei einer Vb-Lage oder ein Sturmtief, das über das mittlere Deutschland zieht, dann können Talaus- bzw. Taleinwinde dynamisch verstärkt oder geblockt werden. So verstärkt sich bei einer Genualage oder einer Vb-Lage bodennah die Kaltluftadvektion, weshalb ganztätig Einfließen herrscht. Bei gleichzeitiger Südströmung in der Höhe kann es dabei zu ergiebigen Aufgleitniederschlägen kommen.
