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Meteo-News Sonntagsstory: Wirkung der Alpen aufs Wetter

Die Alpengipfel ragen bis zu 4800 Meter in unsere Wetterschicht hinein. Auf einer Länge von 1200 Kilometer stemmt sich der Gebirgsbogen den horizontalen Luftströmungen entgegen und modifiziert das Wetter beim Um- und Überströmen auf beeindruckende Art und Weise.

Hauptwirkung des Alpenbogens

Stromlinien
Legende: Stromlinien. Die Strömung wird durch den Alpenbogen abgelenkt und im Süden beschleunigt. meteoblue

Eine stabil geschichtete Atmosphäre, mit kalter Luft unten und wärmerer darüber, lässt sich selbst bei stürmischer Anströmung nur mit Widerstand von den Berghängen nach oben auslenken. Die Luftmasse in den tieferen Schichten nimmt meist den Umweg, sie umfliesst das Hindernis. Wo dies nicht möglich ist, zwängt sie sich durch Einschnitte hindurch und fliesst über Alpenpässe hinweg. Hinter der Gebirgsbarriere stürzt der Luftstrom als starker Fallwind (Föhn) nach unten. Die höheren Luftschichten werden in wellende Schwingung versetzt.

Die tieferen Luftschichten sind meist auch feucht. Bei einer Auslenkung nach oben kühlt die Luft ab und ihr Wasserdampfanteil kondensiert zu Tröpfchen. Strömt kontinuierlich Luft gegen das Gebirge entstehen im Stau dichte Wolken. Dauerniederschläge, wie zuletzt an der Alpensüdseite, sind die Folge.

Viele Effekte erforscht...

In internationalen Forschungsprojekten («Alpex», «Map, Link öffnet in einem neuen Fenster») wurden die Auswirkungen der Alpen auf die Atmosphäre bis ins kleinste Detail untersucht.

Föhn - neu definiert

Historische Theorien vermuteten den Ursprung der Föhnluft in der Sahara oder sogar im fernen Indien. Im Jahr 1866 verfasste «Hann, Link öffnet in einem neuen Fenster» eine Thermodynamische Föhntheorie. Sie besagt, dass sich feuchte Luft im Staubereich vor dem Hindernis nur 0.65 Grad je 100 Meter auf ihrem Wege nach oben abkühlt. Sie sinkt im Lee trocken ab und erwärmt sie dabei um 1.0 Grad je 100 Meter.

Föhnschema: Ein Berg wird schematisch dagestellt. Linien sympolisieren den Weg  der Luft vom Luv ins Lee.
Legende: Hochreichender Föhn. Die Luft bewegt sich entlang der roten Linien (Geopotentiallinien) Department for Meteorologie, Vienna

1940 wurde die Leewellentheorie entwickelt. Sie erklärte das leeseitige Absinken als Folge der erzwungen Auslenkung nach oben - analog dem Prinzip « actio gleich reactio» oder dem Zurückschwingen eines Pendels nach dessen Auslenkung.

Nach neustem Stand ist der Föhn jedoch eine Art Bora, also ein «kühler» Fallwind. Er steigt aus dem Niveau ab wo er kühler (schwerer) als die Umgebungsluft ist. Beim Abstieg erwärmt er sich um 1 Grad je 100 Meter und kommt so gefühlt relativ «mild» in den Tälern an.

Föhn - nicht gleich Föhn

Der Föhn muss stark genug sein um den Kaltluftsee am Boden zu vertreiben. Viele Täler sind verwinkelt, es gibt Abzweigungen oder Einmündungen von Seitentäler, all dies beeinflusst die Art und Stärke des Föhns.

Wellen und Rotoren

Ein Wolkenschleier legt sich im Form einer Welle über einen Alpengipfel.
Legende: Föhnwelle bei Grindelwald. Karl Gisler

Wellenbewegungen der Luft sind häufig durch lenticularis Wolken gekennzeichnet. Diese wellenden Luftströme in der Troposphäre können auch brechen und starke Turbulenzen auslösen. Je nach Bodenbeschaffenheit und Windscherung rotiert die Luft an Ort und Stelle. Wie die Trommel einer Waschmaschine drehen sich diese Rotoren, Link öffnet in einem neuen Fenster um eine horizontale Achse. Fliegt man durch diesen Wirbel, drohen gefährliche Fluglagen. Pilot und Fluggerät können ihre Belastbarkeitsgrenzen erreichen.

Alpines Pumpen

Im Mittel ist die Luft am Morgen in den Alpentälern kühler als im Flachland, am Abend ist dies umgekehrt. Grund dafür sind die unterschiedlichen Bestrahlungsverhältnisse im Flachland und im Gebirge. Einerseits «heizen» die Talflanken die Luft auch von den Seiten her auf, andererseits wird im Vergleich zum Flachland ein kleineres Volumen erwärmt (Talvolumen). Dieser Temperaturunterschied zwischen Gebirgs- und Flachlandluft treibt ein überregionales Zirkulationssystem an.

Bei diesem «alpine pumping, Link öffnet in einem neuen Fenster» entsteht in den Alpen ein Hitzetief. Die wärmere Luft in Bodennähe steigt nach oben und wird von nachströmender Luft aus dem Alpenvorland ersetzt. Dieser Vorgang wird von der Art der Luftmasse, dem Sonnenstand (Jahreszeit), der grossräumigen Druckverteilung, der Bodenbeschaffenheit, von Fronten und dem Bewölkungsgrad beeinflusst.

Niederschlagsverteilung...

Dem Nord- und Südrand entlang fällt am meisten Niederschlag. Langjährige Messungen zeigen, dass bereits auf rund 1000 Metern über Meer die grössten Saisonsummen zusammenkommen. Im Inneren der Alpen steigen die Niederschlagssummen - trotz der höheren Berge - kaum noch an.

... räumlich extrem verschieden

In der Jungfrauregion summiert sich der Jahresniederschlag auf rund 4000 Millimeter. Nur 30 Kilometer davon entfernt beträgt die Jahressumme in Brig nur 750 Millimeter.

Das Wasserschloss im Herzen Europas

Die Alpen speisen unter anderem auch vier grosser Flüsse. Das Wasser des Rheins stammt fast zur Hälfte aus den Alpen. Das Rheinwasser in Rotterdam wird zu 44 Prozent auf den Niederschlag in den Alpen zurückgeführt. Dies obwohl die Alpen nur 15 Prozent dies Rheineinzugsgebiets darstellen.

Schnee

Ein Berg im Baselbiet ist schneebedeckt, etwas tiefer sind die Wiesen noch grün - die Schneegrenze ist deutlich zu erkennen.eutlich
Legende: Schneefallgrenze Franz Schweizer

Fällt intensiver Niederschlag, kühlt unterhalb der Schmelzzone die Luft durch Entzug der Schmelzwärme ab und die Schneefallgrenze sinkt.
Im geringeren Luftvolumen in den Alpentälern ist dieser Effekt noch grösser.

In Tälern schneit es daher meist tiefer herab als über der Ebene. Bei andauernden intensiven Niederschlägen kann dabei die Schneefallgrenze mehr als 1000 m absinken.

Frontenverlagerung

Schematische Momentaufnahme einer Kaltfront, die zeitlichen Positonen sind in einem Bild eingetragen.  Es handelt sich um Linie mit kleinen Dreiecken, die Spitzen weisen in die Bewegungsrichtung.
Legende: Kaltfronten werden an den Alpen deformiert, teils zurückgehalten und teils beschleunigt. Univie. Institut für Meteorologie

In der Höhe können Fronten die Berge mehr oder weniger ungestört überqueren, unter Kammniveau gelingt dies nicht. Zieht eine Kaltfront heran, wird sie abgelenkt und am Alpenrand sogar noch beschleunigt. Je nach Wirkungshöhe der Front dringt sie verzögert über Talpforten in die Alpentäler ein. Die herangeführte Kaltluft wird kanalisiert, dabei entstehen heftige Windböen.

Es gibt also eine grosse Vielfalt von Wechselwirkungen - weitere Sonntagsstorys werden darüber informieren.

Quellen:

ETH Zürich, UNIVIE Deparment of Meteorologie, DWD Atmosphäre und Gebirge promet J. 32 2006.