13. März 2006 - Skandinavienföhn

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Exilfranke1
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13. März 2006 - Skandinavienföhn

#1 Beitrag von Exilfranke1 » Dienstag 17. Dezember 2013, 22:13

Am 13. März 2006 ereignete sich an der Nordwestküste Norwegens ein markantes Südföhnereignis , das extreme Trockenheit in den mittleren Höhenschichten hervorbrachte. Die synoptische Konstellation und die Wettererscheinungen waren für antizyklonalen Föhn typisch und durchaus mit dem Alpenföhn vergleichbar. Ferner kann anhand der verfügbaren Vertikalschnitte die hydraulische Föhntheorie eindrucksvoll untermauert werden.

1. Die Großwetterlage

GFS 500hPa und 850hPa Montag, 13. März 2006, 0z-Analyse

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Ein vor allem in den unteren und mittleren Schichten ausgeprägtes Hochdruckgebiet über Skandinavien schnürt die Frontalzone auf dem Nordatlantik vom mitteleuropäischen Wettergeschehen ab. Mit einer nördlichen Strömung gelangt überwiegend trockene Polarluft nach Mittel- und Südosteuropa. Ein hochreichendes Tiefdruckgebiet über dem Balkan führt zu einer kräftigen Druckgradientverschärfung an der Adria und zur Bora bis Orkanstärke.

Norwegen liegt an der Westflanke des Blockadehochs in einer antizyklonalen Südströmung, jedoch noch im kalten Bereich der Antizyklone . Warmluftadvektion hingegen vorderseitig eines Tiefdruckkomplexes zwischen Island und Schottland.

GFS 500hPa und 850hPa Montag, 13. März 2006, 12z-Analyse

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Die im Bodendruckfeld ausgeprägte Südströmung über Norwegen reicht bis über 850hPa, die Station Orland mit dem später zu analysierenden Radiosondenaufstieg ist rot eingezeichnet und befindet sich nördlich des norwegischen Gebirges (im Folgenden mit "NM" abgekürzt) an der Küste. Sie liegt im Höhenwindfeld direkt unter der Achse eines Langwellenkeils. Die Temperaturverteilung in 850hPa zeigt wärmere Temperaturen (-5) nördlich des Norwegischen Gebirges entlang der Küstenregionen und eine Kaltluftblase über Südnorwegen.

2. Radiosondenaufstiege

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Die Vertikalsondierung um 0z (links) zeigt eine extrem trockene Schicht von der Grundschicht bis 500hPa, der korrespondierende Temperaturverlauf zeigt mehrere Isothermien u. Inversionen besonders in der Grundschicht und an der Obergrenze der Trockeninversion, im Bereich des niedrigsten Taupunkts erfolgt die Temperaturabnahme stetig und feuchtadiabatisch.Oberhalb 500hPa erfolgt eine deutliche Feuchtezunahme bis zur Tropopause, die Taupunktsdifferenz lässt jedoch maximal durchbrochene Cirrenbedeckung zu. Im Windprofil herrscht bis zur Obergrenze der trockenen Schicht durchweg Südwind, darüber Nordwest- bis Nordnordwestwind.

Bis 12z (rechts) ist die Obergrenze der Inversion leicht abgesunken, entsprechend hat sich die Südwindzone in der Höhe etwas nach unten verlagert, der Nordwind hat sich jedoch deutlich abgeschwächt. Wesentlich markanter ist die der trockensten Schicht überlagerten quasi-trockenadiabatischen Schichtung.

Deutung:

Es handelt sich um eine Absinkinversion unterhalb 500hPa, mit Ausbildung einer Grenzschicht in Bodennähe (gestiegene Inversionsgrenze von 0z zu 12z, bodennah Südostwind) . Während der allgemeine Temperatur- und Feuchteverlauf auf das Absinken in einem kräftigen Hochdruckgebiet mit 1038hPa Bodendruck an der Station zurückzuführen ist, kann die extrem trockene Schicht nicht durch das Absinken alleine erklärt werden. Zur Analyse sind daher weitere Parameter notwendig.

3. Satellitenbilder

Das NOAA-Satellitenbild vom 13. März , 20.00 UTC

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zeigt einen Tiefdruckwirbel nordwestlich von Schottland, welcher in Verbindung mit einem Randtief nördlich von Island Warmluft Richtung Nordmeer advehiert. Skandinavien wird dabei lediglich im äußersten Norden von dichteren , meist hohen Wolkenfeldern gestreift, sonst herrscht wolkenloser Himmel. Über der westlichen Ostsee bilden sich unter der markanten Absinkinversion Meernebel bzw. Hochnebelfelder aus. Orland (blau gekennzeichnet) befindet sich in einer weitgehend wolkenfreien Zone im Lee des NM.

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Das Gebiet herausgezoomt zeigt hohe Wolkenbänder, die parallel zur Warmluftadvektion auf dem offenen Meer angeordnet sind und das Gebirge von Südwest nach Nordost überströmen. Bei der Suche nach der Ursache der extrem trockenen Mittelschicht in der Vertikalsondierung liegt der Gedanke nahe, dass es sich um einen durch die Südanströmung des NM induzierten Leeeffekt handelt, hierbei aufgrund der Nähe zum Keil und der fehlenden Wolkenbildung im Luv an der südnorwegischen Küste um antizyklonalen Föhn.

4. Vertikalschnitte

Folgende Vertikalschnitte liegen zeitlich zwischen den Analyseterminen oben sowie den Radiosondenaufstiegen. Sie zeigen einen horizontalen Schnitt von 70°N (Nordspitze Skandinaviens) bis 35°N (Nordafrika) und geben die Vertikalinformationen auf dem 10° Längengrad Ost:
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In der Karte links sind die Temperaturen (°C, farbig) und der Horizontalwind in Kn dargestellt. Im Bereich des NM (rechts auf der Karte) herrscht bis größere Höhen Südwind, der wärmere Luft advehiert. In 500hPa erfolgt , wie bereits im Sondenaufstieg erkennbar, ein Windsprung auf West bis Nordwest.

In der Karte rechts sind die Vertikalbewegungen (in hPa/h) und die horizontale Divergenz (in 10E-6/s) eingezeichnet. Nördlich des NM (Lee) herrscht bis in große Höhen Absinken, es schwächt sich dort ab, wo der Windsprung in 500hPa stattfindet. Südlich (Luv) steigen die Luftmassen aufwärts, die Hebung ist jedoch nicht so effektiv wie das Absinken leeseitig.

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Der Querschnitt (rot markiert der 10° Längengrad Ost) der realtiven Feuchte in der Höhe zeigt sehr trockene Luftschichten nördlich des Norwegischen Gebirges , etwas feuchtere Luftmassen südlich davon, besonders markant jedoch der Unterschied am Gebirgskamm.

Deutung:

Als Zwischenergebnis der Kartenanalysen lässt sich feststellen, dass im Luv des NM durch die Südanströmung erzwungenes Aufsteigen der Luftmassen mit höherer Luftfeuchtigkeit vorhanden ist. Im Lee hingegen markantes Absinken. Das Phänomen der extremen Trockenheit ist somit auf eine Kombination von starker Absinkinversion unter Hochdruckeinfluss sowie antizyklonalem Südföhn über das NM zurückführbar. Im folgenden , größeren Kartenausschnitt möchte ich diesen nun genauer untersuchen

5. Die hydraulische Föhntheorie


Die hydraulische Föhntheorie basiert auf der Annahme, dass sich die potentiellen Temperaturen entlang der Stromlinien ( = Isentropen) nicht ändern, wenn diese ein orographisches Hindernis überqueren, das bedeutet in der Anwendung auf den Föhn i.A. , dass die Stromlinien aus größerer Höhe absinken und somit ab Beginn des Absinkens sich die Temperatur mit 1K pro 100m erwärmt. Auf diese Weise kann theoretisch von einer Bergstation, die bereits trockenadiabatisch durchmischt ist, auf die Temperatur im Tal bei Föhndurchbruch geschlossen werden.

Die potentiellen Temperaturen ersetzen hiermit als "objektive" Föhnanalyse die "subjektiven" Kriterien wie Temperatur(anstieg),Wind(zunahme) und Luftfeuchte(igkeitsrückgang), die früher zur Föhnstudie angewandt wurden. Bei identischen Werten an einer Tal- und Bergstation herrscht volle Durchmischung von der Höhe der Referenzstation bis zum Boden, also Föhn, bei höheren Werten an der Talstation, stammt die Luft aus noch größeren Höhen, bei niedrigeren Werten entweder aus tieferen oder es wurde aus Seitentälern Kaltluft eingemischt (oder Turbulenzen,usw.).

In der untenstehenden Karte sind die Isentropen als schwarze Linien aufgetragen, die Luftfeuchtigkeit grau (>50%) bzw. blau (< 50%) .

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Im Luv des NM herrscht bis Kammniveau relativ hohe Luftfeuchtigkeit, die Stromlinien sind hier leicht gedrängt (gestrichelt : negative Isentropen), überströmen aber nicht das Gebirge. Die Luftmasse im Luv gelangt also nicht ins Lee, was gemäß der thermodynamischen Föhntheorie der Fall sein sollte (wo jedoch keine Isentropen betrachtet werden, da der Äquivalentzuschlag berücksichtigt werden muss. Entscheidend ist hier daher, dass die für die Gültigkeit der thermodynamischen Föhntheorie notwendige Wolkenbildung (und Niederschlag) im Luv des NM nicht vorhanden ist.

Betrachten wir nun die Situation im Lee :

Hier zeigt sich ein kontinuierliches Absinken der Isentropen bereits 400hPa, verstärkt ab 700hPa. Unmittelbar im Lee des NM sind die Isentropen sehr dicht gedrängt, was bei rascher Zunahme mit der Höhe ein Indikator für eine äußerst stabile Schichtung Dort, wo die Isentropen ihren Abstand vergrößern, wird die Schichtung instabiler. Zudem sind dicht gedrängte Isentropen (accumulation of streamlines) gleich bedeutend mit hoher Windgeschwindigkeit,was auch die kräftigen Windböen leeseitig bei Föhn erklären würde.

Gelb eingekastelt steigen die Isentropen nun überhaupt nicht mehr laminar ab. Im Gegenteil - sie gehen wieder nach oben, mit unterschiedlichem Abstand. Diese Region wird auch wave breaking region genannt, die Leewellen werden also durch die ausgelenkte Strömung am Gebirge gebrochen. Infolge der hier instabilen Schichtung kann durch turbulente Durchmischung die extrem trockene Luft aus größeren Höhen weit herabgeführt werden. In der 6-UTC-Analyse erstreckt sich die vertikal instabilste Schichtung (gelber und weißer Kasten) von etwa 850hPa bis 550hPa, was auch der trockensten Schicht in beiden Radiosondenaufstiegen entspricht.

Das turbulente anstelle von laminaren Absinken würde auch erklären, warum die Temperaturzunahme in dieser Schicht nicht rein trockenadiabatisch erfolgt, sondern etwas steiler.

Ferner fällt auf der Leeseite ein erneutes, gleichmäßiges Ansteigen der Isentropen auf, was möglicherweise mit einem hydraulic jump zusammenhängt. Das Phänomen stellt eine Art Ausgleichsbewegung dar, weil die Luftströmung beim leeseitigen Absteigen stark an Geschwindigkeit zunimmt ("überkritischer Fluss"), und durch den hydraulischen Sprung infolge Energieverlust durch Turbulenz und Reibung wieder in den Normalzustand ("unterkritischer Fluss") zurückbefördert wird.

Zusammenfassung

Zum Zeitpunkt der Sondierungen herrschte kräftiger Hochdruckeinfluss in allen Schichten. Die Station Orland befand sich dabei an der Westflanke des Hochdruckgebiets in einer vor allem in den unteren und mittleren Schichten ausgeprägten Südströmung. Diese überwand das NM und führte auf dessen Leeseite zum Absteigen der Stromlinien bis in größere Höhen. Die laminare Drängung der Stromlinien an der unmittelbaren Leeseite des Gebirgskammes deutet auf eine stabile Föhnschichtung hin, je weiter entfernt vom Kamm, desto instabiler die Schichtung - bis zu einem hydraulischen Sprung. Zudem wurde durch die hochreichenden Leewellen eine ca. 300hPa "dicke" Wellenbruchregion erzeugt, in der die Schichtung wesentlich instabiler wurde. Dadurch konnte infolge turbulenter Durchmischung aus großer Höhe extrem trockene Luft bis in tiefe Niveaux eingeführt werden. Windsprung und Temperatursprung an der Obergrenze der Absinkinversion begrenzten die Wellenbruchregion.

Die Kombination aus Feuchtigkeitsabnahme im mittleren Niveau durch Absinkinversion in der Keilachse und antizyklonalem Föhn mit Herabsteigen der Isentropen führte folglich zu dem tiefreichenden Feuchtigkeitsrückgang bis in die untere freie Troposphäre, an den extrem niedrigen Taupunkten (bis unter -50°C) zwischen 550hPa und 850hPa war die turbulente Durchmischung in der wave breaking region maßgeblich beteiligt.

Theoretisch und praktisch wäre damit bewiesen, dass bei (antizyklonalem) Föhn nicht das laminare Absinken der Isentropen für den Feuchterückgang und Temperaturanstieg in der Troposphäre, sondern das turbulente Herabmischen aus den (potentiell) instabilen Höhenschichten.

geschrieben am 14. März 2006

Wetterhexe

Re: 13. März 2006 - Skandinavienföhn

#2 Beitrag von Wetterhexe » Mittwoch 18. Dezember 2013, 08:10

Eine schöne, klar gegliederte Darstellung unseres Meteorologen! :)

Von meinem eigenen, bescheidenen Wissensstand ausgehend, müsste ich mir erst mal die Bedeutung vieler Fachausdrücke raussuchen, und selbst dann bezweifle ich, ob ich den Ausführungen folgen könnte, da ich mich noch nie mit Wetterkarten beschäftigt habe.

So sieht die Situation aus, wenn jemand, der geschätzte zehn Interessensgebiete hat, die ihm gleich viel bedeuten und denen er allen viel Zeit widmet, einem Verein der Fachrichtung Meteorologie beitritt. ;)

Ich werde noch Zeit brauchen.
Hoffe, die Lektüre des Häckel wird eine gute Basis schaffen. :)

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