Luftkreisläufe/Föhn

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Rheinbrücke Konstanz bei Föhn.jpg

Wenn man Glück hat, kann man im Alpenvorland schon im Winter oder Frühling hohe Temperaturen mit guter Fernsicht bis in die Alpen genießen. Auch wenn empfindsame Gemüter unter der trockenen Luft und dem hohen Luftdruck leiden, ist der Föhn doch ein Lichtblick im Spätwinter.

Sonderfall: Steuerung durch das Relief am Boden

Luftkreisläufe werden durch Gebirge stärker beeinflusst, als man glauben möchte. Eine Untersuchung des DLR hat gezeigt, dass die skandinavischen Gebirge mit einer Höhe von etwa 2000 m westliche Luftmassen bis an die Tropopause hochdrücken. Nur so ist es zu verstehen, dass z.B. die Alpen für Luftmassen ein entscheidendes Hindernis darstellen.

Der Stau vor einem Gebirge erfasst das Vorfeld von etwa 100 km. Hier wird Luft nicht durch Thermik sondern durch nachrückende Luft hochgedrückt.

adiabatische Zustandsänderung

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Ändert sich bei einem Luftpaket der Luftdruck, dann ändert sich damit gleichzeitig die Temperatur, die Dichte und die relative Luftfeuchte.

Findet kein Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft statt, dann handelt es sich um eine adiabatische Zustandänderung.

1. Bei Druckzunahme erhöhen sich Temperatur und Dichte, die relative Luftfeuchte sinkt.

Beim Absinken von Luft im Lee eines Gebirges oder in einem Hochdruckgebiet erhöht sich der Luftdruck. Bei einem Fallwind liegt stets eine trockenadiabatische Zustandsänderung mit einer Temperaturerhöhung um 1°C bei 100 m Höhenunterschied vor.

Durch die Abnahme der relativen Luftfeuchte kommt es regelmäßig zur Wolkenauflösung.

2. Bei Druckabnahme erniedrigen sich Temperatur und Dichte, die relative Luftfeuchte nimmt zu.

Beim Aufsteigen von Luft vor einem Hindernis (Luv) oder in einem Tiefdruckgebiet erniedrigt sich der Luftdruck. Die trockenadiabatische Abkühlung führt dazu, dass sich die Temperatur dem Sättigungspunkt nähert und ihn schließlich erreicht (=100 % relative Luftfeuchtigkeit). Weitere Abkühlung führt zur Kondensation des überschüssigen Wasserdampfes, es bilden sich Wolken. Bei dieser nun feuchtadiabatischen Zustandsänderung wird Kondensationswärme frei, die die normale Abkühlung teilweise ausgleicht. Bei Temperaturen um 10°C beträgt die Temperaturabnahme mit der Höhe deshalb nur etwa 0,5°C auf 100 m Höhendifferenz, bei sehr niedrigen Temperaturen ist der vertikale Temperaturgradient dann wieder bei nahezu 1°C auf 100 m.

Luv-Lage und Leewellen

In dieser Luv-Lage kann es dabei zu Steigungsregen kommen. Dabei kühlt Luft beim Aufstieg zuerst trockenadiabatisch ab (Temperaturgradient 1°C/100 m).

Wenn dann das Kondensationsniveau erreicht ist, d.h. wenn sich erste Wolken bilden, dann wird durch die Kondensation sog. Kondensationswärme frei. Nun verläuft der weitere Aufstieg feuchtadiabatisch (Temperaturgradient 0,6°C/100m). Dies führt zu weiterer Kondensation und zu Niederschlägen.

Beim Überschreiten des Gebirgskammes beginnt die meiste Luft wieder abzusinken. Die Wolken lösen sich hierbei fast augenblicklich auf. Die Luft erwärmt sich trockenadiabatisch (Temperaturgradient 1°C/100m). Der Fallwind ist deshalb warm und sehr trocken (Föhn, Chinook).

Luft in größerer Höhe bildet hinter dem Hindernis meist Wirbel, sog. Leewellen. In solch einer Leewelle erzeugt die aufsteigende Luft die typische Föhnwolke (Altocumulus lenticularis).