für das Oberinntal und ein Vergleich mit dem Wipptal am Institut für Meteorologie und Geophysik, Universität Innsbruck

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1 Eine Südföhn-Statistik für das Oberinntal und ein Vergleich mit dem Wipptal Diplomarbeit am Institut für Meteorologie und Geophysik, Universität Innsbruck zur Erlangung des MAGISTER FÜR NATURWISSENSCHAFTEN eingereicht von ANTON STROBL eingereicht bei Ao. Univ.-Prof. Dr. GEORG MAYR März 9

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3 für Anna und Maria-Anna i

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5 Nur die Geister der Luft wissen, was mir begegnet, hinter den Bergen... (Quelle unbekannt) iii

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7 Zusammenfassung In dieser Diplomarbeit wird das Auftreten von Südföhn auf der Leeseite zweier Alpenpässe mit ähnlichen stromaufwärtigen Luftmassenbedingungen miteinander verglichen. Die zwei Untersuchungsgebiete sind der Reschenpass mit dem Tiroler Oberinntal und der Brennerpass mit dem Wipptal. Im Oberinntal wird für den Zeitraum von bis.7.6 an der Talstation Pfunds/Lafairs und zusätzlich an der Station Nauders Südföhn klassifiziert. Um einen direkten Vergleich anstellen zu können, wird die Südföhnklassifikation im Wipptal für denselben Zeitraum an der Talstation Ellbögen durchgeführt. Zur Föhnklassifikation wird eine in früheren Arbeiten erfolgreich getestete Methode herangezogen. Aufbauend auf die objektive Föhnklassifikation wird erstmals in dieser Arbeit eine probabilistische Föhnklassifikation angewendet und getestet. Die entscheidenden Faktoren, welche sich maßgeblich auf das unterschiedliche Auftreten der Föhnwinde auswirken, sind die Topographie und die Geometrie der Passeinschnitte. Die relative Föhnhäufigkeit an der Talstation Pfunds/Lafairs liegt, wenn mit 1 %iger Wahrscheinlichkeit Föhn diagnostiziert wird, bei 9 %. Im Vergleich dazu beträgt diese in Ellbögen knapp das Doppelte, nämlich 17 %. Noch deutlicher werden die Unterschiede beim Auftreten von upper- und lowergapflow-föhnereignissen. Im Oberinntal überwiegen mit einem Anteil von 63 % die lower-gapflow-föhnereignisse. Im Wipptal dagegen ist die Situation genau umgekehrt, dort überwiegen in noch höherem Ausmaß die upper-gapflow-föhnereignisse mit %. Der Grund dafür ist die Vergrößerung des Passquerschnittes am mittleren Einschnitt des Brennerpasses. Eine solche Aufweitung gibt es am Reschenpass nicht. Dadurch kann im Oberinntal der upper gapflow nicht so dominant, bezüglich Windgeschwindigkeit und Föhndauer, auftreten wie im Wipptal. In Summe wirkt sich dies auf die Anzahl der Föhnstunden, auf die Föhnbeginn- und Föhnabhebezeiten sowie auf die Intensität bezüglich der Windgeschwindigkeit bei Föhn aus. Die probabilistische Föhnklassifikation wird nur auf lower gapflow, also nur auf die unterste seichte Föhnströmung angewendet. Durch das unterschiedliche Auftreten von lower and upper gapflow in den Untersuchungsgebieten, wirkt sich auch die probabilistische Föhnklassifikation verschieden aus. Im Wipptal nimmt die Anzahl der Föhnstunden von lower gapflow bei einer Steigerung der Föhnwarscheinlichkeit v

8 vi von auf 1 % um 7 % ab, im Oberinntal um 1 %.

9 Abstract South foehn at the lee side of two Alpine passes with a similar upstream air reservoir is compared. The two traget areas are the Upper Inn Valley (Reschen Pass) and the Wipp Valley (Brenner Pass), which are both situated in Tyrol, Austria. A one-year period from 6 July 5 through July 6 is studied at the valley station Pfunds/Lafairs and Nauders (upper Inn Valley) and Ellbögen (Wipp Valley), respectively Föhn is diagnosed with a well-established objective method previously applied to the Wipp Valley. In addition, a probabilistic diagnostic method was implemented for the first time in this paper, to handle situations which cannot clearly be decided. The topography and geometry of the Alpine gaps are relevant for the different types of foehn. If one uses threshold of 1 % is required for the diagnosis, the relative frequency of foehn at the Upper Inn Valley station Pfunds/Lafairs is 9 %. In Ellbögen, it is almost twice as much (17 %). In the Upper Inn Valley, foehn from the lower part of the gap dominates with 63 %. In the Wipp Valley, on the other hand, foehn from the upper part of the gap dominates with %. The reason is a widening of the cross-section area in the upper half of the gap at Brenner Pass, whereas the cross-section all area of the Reschen Pass remains small throughout its depth. Consequently, foehn in the Upper Inn Valley starts later, ends earlier, and has lower wind speeds than foehn in the Wipp Valley. The probabilistic foehn classification scheme is only applied to lower gap flow. The decrease of foehn hours of lower gap flow from a threshold of % to 1 % probabilistic foehn classification is about 7 % in the Wipp Valley and 1 % in the Inn Valley. vii

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11 Inhaltsverzeichnis Zusammenfassung Abstract Inhaltsverzeichnis v vii ix 1 Einleitung Motivation und Zielsetzung Gliederung der Arbeit Föhntheorie und Mechanismus 5.1 Föhndefinition Föhntheorie damals und heute Föhntypen Charakteristik des Föhns Föhnklassifikation Untersuchungsgebiet und Stationsdaten Topographie und Lage der Wetterstationen Tiroler Oberinntal und Reschenpass Wipptal und Brennerregion Stationsdaten Qualitätskontrolle Datenverfügbarkeit Föhnklassifikation im Oberinntal und im Wipptal 7.1 Objektive Föhnklassifikation (OFK) Erhaltungsgrößen bei Föhn Kriterien der objektiven Föhnklassifikation Vor- und Nachteile der OFK Anwenden der objektiven Föhnklassifikation ix

12 x INHALTSVERZEICHNIS..1 Bestimmung des Windkriteriums Bestimmung des Θ-Kriteriums Der Einfluss des Engadin bezüglich Föhn im Oberinntal Welche Rolle spielt das Engadin bei der Föhnklassifikation an der Talstation Pfunds? Vorföhniger Westwind im Oberinntal in Zusammenhang mit dem Engadin Probabilistische Föhnklassifikation (PFK) Einleitung Bestimmung der probabilistischen Föhnklassifikation (PFK) Bestimmung der Talwindregime in Pfunds und Ellbögen Häufigkeitsverteilungen und probabilistische Föhnklassifikation Zusammenfassung der PFK Anwenden und Überprüfen der probabilistischen Föhnklassifikation in Zusammenhang mit der objektiven Föhnklassifikation Beispiele Oberinntal Beispiele Wipptal Föhn im Wipptal und gleichzeitig im Oberinntal Ergebnisse und Diskussion Einleitung Relative Föhnhäufigkeit Einfluss der probabilistischen Föhnklassifikation auf lower gapflow Hochreichender Föhn und upper gapflow Föhnstunden Föhnbeginn- und Föhnendzeiten Windgeschwindigkeiten bei Föhn Mittelwind Windböen Wie wirkt sich die Topograhie auf die Ergebnisse aus? Schlussfolgerung und Ausblick 95 Literatur 99 Danksagung 13 Lebenslauf 15

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15 Kapitel 1 Einleitung 1.1 Motivation und Zielsetzung Föhnwinde beschäftigen Menschen und Wissenschaft in den Alpen seit langem. Nicht nur in den Alpen, auch in anderen Teilen der Erde treten solche Windphänomene unter verschiedenen Bezeichnungen auf. Die Wissenschaft hat bereits sehr viele Aspekte der Föhwinde erforscht und dabei wichtige Fragen, was dieses besondere Windphänomen betrifft, beantwortet. Großangelegte Forschungsprojekte wie z.b. ALPEX (ALPine EXperiment) 19 oder das MAP (Mesoscale Alpine Programme) 1999, wo Gebiete wie das Wipp- oder Rheintal föhnmäßig sehr intensiv untersucht wurden, haben wesentlichen Anteil daran. In der vorliegenden Arbeit soll Südföhn im Gebiet Reschenpass und Tiroler Oberinntal untersucht und mit Ergebnissen aus dem Wipptal verglichen werden. Das Gebiet Reschenpass und Oberinntal ist im Vergleich zum Wipptal föhnmäßig nur sehr wenig erforscht. Ein Grund dafür ist die geringe Dichte an Wetterstationen im Oberinntal. Vor allem im Bereich der Talsohle gibt es dort nur sehr wenige meteorologische Messpunkte. Weiters musste man sich natürlich während der großen Messkampagnen ALPEX oder MAP bewusst auf typische föhnrelevante Täler konzentrieren. Im Zuge einer Projektplanung der Tiroler Wasserkraft AG wurden im Oberinntal, im Gemeindegebiet von Pfunds, ein Jahr lang meteorologische Parameter aufgezeichnet. Meine persönliche Motivation für diese Arbeit liegt darin, in einem ohnehin datenarmen Gebiet meteorologische Messungen zu erhalten und diese für die Untersuchung des Südföhns in dieser Region zu nutzen. Die Projektstation Pfunds/Lafairs (s. Abschnitt 3.1) wurde im Auftrag der Tiroler Wasserkraft AG fast genau ein Jahr lang, nämlich vom bis.7.6 von der ZAMG betrieben (s. Bauer 6). Der Standort der Projektstation Pfunds/Lafairs macht es möglich, im Oberinntal 1

16 Einleitung Südföhn über den Ast Reschenpass zu klassifizieren. Auf Anfrage bei der Tiroler Wasserkraft AG waren die Projektbetreiber sofort bereit, mir die Daten für die Bearbeitung in meiner Diplomarbeit zur Verfügung zu stellen. Ziel dieser Arbeit ist es, Methoden und Erkenntnisse, wie sie bereits aus Untersuchungen im Wipptal bekannt sind, auf die Region Oberinntal anzuwenden und dabei die Ergebnisse mit dem Wipptal zu vergleichen. Der Reschenpass liegt Luftlinie ca. km südöstlich des Brennerpasses. Die Föhnluft stammt in beiden Untersuchungsgebieten aus demselben Reservoir. Die unterschiedlichen topographischen Verhältnisse, welche diese beiden Alpenpässe aufweisen, wirken sich maßgebend auf das gesamte Auftreten der Föhnwinde aus. Darüber hinaus gibt es in den Alpen viele solcher Beispiele, wo unerforschte, kleinräumige Föhnereignisse auftreten. Die Arbeit soll ein erster Beitrag sein, kleinräumige Föhnereignisse, wie es eben in der Region Reschenpass und Tiroler Oberinntal der Fall ist, näher zu untersuchen. Im Speziellen sollen folgende Aufgaben und Fragestellungen in dieser Diplomarbeit bearbeitet werden: (1) Topographie: Welche Rolle spielt die Topographie für das gesamte Auftreten der Föhnwinde im Oberinntal sowie im Wipptal? () Objektive Föhnklassifikation: Welche Bergstationen in der Region Reschenpass und Oberinntal eignen sich für die Föhnklassifikation an der Station Pfunds/Lafairs? Wie müssen die Föhnkriterien der potentiellen Temperatur, Windrichtung und Windgeschwindigkeit im Oberinntal wie auch im Wipptal festgelegt werden, um Föhn an den Talstationen zu klassifizieren? Welche Rolle spielt das Engadin in Bezug auf Föhn an der Station Pfunds/Lafairs? (3) Probabilistische Föhnklassifikation: Ausarbeiten einer probabilistischen Föhnklassifikation, um schwache, seichte oder grenzwertige Föhnereignisse zu klassifizieren. Wie können schwache Föhnereignisse von verstärktem thermischen Ausfließen während der Nachtstunden sinnvoll unterschieden bzw. klassifiziert werden? () Vergleich der Regionen Oberinntal und Wipptal: Wie häufig tritt Föhn an den Talstationen auf? Wie viele Föhnstunden gibt es?

17 1. Gliederung der Arbeit 3 Wie sind die Föhnbeginn- und Föhnendzeiten an den Talstationen verteilt? Wo liegen die Unterschiede? Welche Auswirkungen hat die probabilistische Föhnklassifikation auf das Auftreten der Föhnwinde? Welche jahres- und tageszeitliche Föhnmaxima bzw. -minima gibt es in den Untersuchungsgebieten? Welche Unterschiede gibt es in der Föhnintensität in Bezug auf Windgeschwindigkeit und Dauer der einzelnen Föhnereignisse? Welche Auswirkungen haben die verschiedenen topographischen Verhältnisse der beiden Untersuchungsgebiete auf die Föhnwinde? 1. Gliederung der Arbeit Aufgebaut ist diese Arbeit in 7 Hauptkapitel, den Kern bilden dabei die Kapitel und 5. Nach dem Einleitungskapitel wird zuerst in Kapitel allgemein auf die Föhnthematik eingegangen. Dabei werden die Föhndefinition und die Entwicklung der Föhntherorie behandelt. Weiters werden die Föhntypen und die Charakteristik der Föhnwinde beschrieben. Zudem wird in diesem Kapitel darauf eingegangen, wie Föhn festgestellt und klassifiziert wird. In Kapitel 3 wird speziell auf die Untersuchungsgebiete und die verwendeten Stationsdaten eingegangen. Dabei werden die topographischen Besonderheiten und Unterschiede zwischen der Region Oberinntal/Reschenpass und dem Wipptal behandelt. Weiters werden die Lage und die Standorte der verwendeten Stationen beschrieben. Darüber hinaus wird in diesem Kapitel 3 auf die Stationsdaten, die Qualitätskontrolle und letztendlich auf die Datenverfügbarkeit eingegangen. Im nächsten Kapitel wird die objektive Föhnklassifikation (OFK) zuerst beschrieben und in weiterer Folge auf beide Untersuchungsgebiete angewendet. Dabei wird geprüft, welche Stationskombinationen sinnvoll sind, um die verschiedenen Föhntypen zu klassifizieren. Anhand der OFK werden Kriterien, die die Windrichtung und die Windgeschwindigkeit betreffen, festgelegt. Neben dem Windkriterium wird auch das Kriterium der potentiellen Temperatur für die OFK bestimmt. Zusätzlich wird in Abschnitt. auch der Einfluss des Engadins auf die OFK im Oberinntal überprüft und es wird der Frage nachgegangen, ob es im Oberinntal ein ähnliches Phänomen wie es in Innsbruck der vorföhnige Westwind ist, gibt. Nach der Bestimmung der Föhnkriterien für die objektive Föhnklassifikation wird diese in Kapitel 5 durch die Entwicklung und Ausarbeitung einer neuen probabilistischen Föhnklassifikation (PFK) um einen bedeutenden Punkt erweitert. Dabei

18 Einleitung wird Schritt für Schritt darauf eingegangen, wie diese probabilistische Föhnklassifikation aufgebaut, ermittelt und zusammen mit der OFK angewendet wird. Im vorletzten Kapitel 6 werden die Ergebnisse aus den vorangegangenen Kapiteln anhand der beiden Untersuchungsgebiete dargestellt und diskutiert. Dabei wird auf das unterschiedliche Auftreten der Föhnwinde in beiden Regionen sowie auf den Einflussbereich der PFK eingegangen. Im letzten Kapitel 7 werden im Zuge der Schlussfolgerung die wesentlichen Punkte dieser Arbeit nochmals zusammengefasst. Ein kleiner Blick in die Zukunft bildet den Abschluss dieser Diplomarbeit.

19 Kapitel Föhntheorie und Mechanismus.1 Föhndefinition Der Begriff Föhn stammt ursprünglich vom Lateinischen favonius ab, was soviel wie warmer oder lauer Gebirgswind bedeutet. Bei einer Föhnströmung handelt es sich um eine asymmetrische Strömung über einen Gebirgskamm sowie durch Pässe und Einschnitte eines Gebirges. Einerseits besteht diese asymmetrische Strömung aus einer dicken, langsamfließenden Schicht stromaufwärts des Gebirges, andererseits aus einer dünnen, schnellfließenden (schießenden) Strömung stromabwärts des Gebirges (Armi and Mayr 7). Um sich das Strömungsmuster des Föhns bildlich vorstellen zu können, hilft ein tiefer, langsamfließender Fluss, der durch ein Wehr aufgestaut wird und sich nach dem Wehr in einen dünnen, schnellfließenden Wasserfall verwandelt. Ähnlich ist es auch beim Föhn. Das Gebirge stellt sozusagen das Wehr dar und statt des Wassers wird stromaufwärts ein Dom an Kaltluft aufgestaut, der sich stromabwärts des Gebirges in eine dünne, schießende Strömung verwandelt. Angetrieben wird dieses System durch einen Druckgradienten quer zum Gebirge. Der Druckgradient kann, hydrostatisch bedingt, durch zwei potentiell verschieden temperierte Luftmassen auf beiden Seiten des Gebirges aufgebaut werden. Ein Druckgradient kann auch dynamisch durch eine senkrechte Strömungskomponente quer zum Gebirge entstehen. Wenn die synoptische Strömung parallel zum Gebirgskamm weht, entsteht ebenfalls ein Druckgradient. Der tiefere Druck befindet sich dabei in Strömungsrichtung gesehen auf der linken Seite. Oft ist der Druckgradient Ursache durch die Kombination aus beiden, Hydrostatik und Dynamik. Eine genaue Definition für das Windphänomen Föhn wurde 199 von der World Meteorological Organisation (WMO) verfasst und lautet folgendermaßen: Föhn ist ein Wind, welcher auf der Leeseite von Gebirgen auftritt und durch Absinken dabei wärmer und relativ trockener wird. 5

20 6 Föhntheorie und Mechanismus Durch das Absinken von potentiell warmer Luft auf der Leeseite erscheint die Föhnluft wärmer und relativ trockener als die vorhandene Luftmasse (adiabatische Erwärmung). Neben dem klassischen Erscheinungsbild, welches den Föhn im subjektiven Empfinden als warmen und trockenen Wind darstellt, gibt es auch Föhnwinde, die als kalte Föhnwinde bezeichnet und empfunden werden. Ist das ursprüngliche Reservoir der Föhnluft auf der Luvseite potentiell sehr kalt und gleichzeitig keine starke und hochreichende Anströmung vorhanden, wird das Gebirge meist seicht überströmt. Auf der Leeseite des Gebirges findet typischerweise das adiabatische Absinken mit der daraus resultierenden Erwärmung statt. Dadurch, dass die Ursprungsluft sehr kalt ist, kann es vorkommen, dass die ankommende Föhnluft im Lee nur gering oder gar nicht wärmer ist als jene Luftmasse, welche durch die Föhnluft ersetzt wird. Die Bora (Gohm and Mayr 5) im Dinarischen Gebirge oder etwa auch der Nordföhn südlich des Alpenhauptkammes treten oftmals als solche kalten Föhnwinde auf.. Föhntheorie damals und heute Zu Beginn der Föhnfroschung Mitte des 19. Jahrhunderts beschäftigte man sich vorwiegend mit der Frage, was die Ursache für die Erwärmung bei Föhn ist. Vor allem im Winter und während der Übergangszeiten können bei Südföhnereignissen nördlich des Alpenhauptkammes verhältnismäßig hohe Temperaturen auftreten. Wissenschafter dieser Zeit, wie der Schweizer Meteorologe Wild, waren der Meinung, das Ursprungsgebiet der Föhnluft liege in der Sahara und verursache daher diese warmen und relativ trockenen Verhältnisse. Es gibt durchaus Fälle, in denen die Föhnluft aus dem Gebiet der Sahara stammt, was durch Saharastaubablagerungen auf Schnee und Gletscherflächen beobachtet werden kann (Barkan et al. 5). Wieder andere, wie z.b. der deutsche Meteorologe Dove, glaubten, die Niederschläge bei Föhn im Staubereich seien darauf zurückzuführen, dass das Ursprungsgebiet der Föhnluft im Westindischen Ozean liege (s. Steinacker 6). Der Mechanismus des Föhns und die resultierende Erwärmung dabei kann dadurch aber nicht beschrieben werden. Die dynamisch-thermodynamische Theorie des österreichischen Meteorologen Julius Hann war im Grunde die erste richtige Beschreibung des Föhnmechanismus. Hann erkannte bereits 6, dass die Föhnluft aus Kammniveau und darüber stammt und nicht aus tiefen Niveaus auf der Luvseite erst die Berghänge hinaufströmt, um dann im Lee wieder in die Täler herabzustürzen. Entscheidend für die adiabatische Erwärmung der Föhnluft ist, aus welchem Niveau die Luft absteigt. Niederschlag- und Kondensationsereignisse im Luv des Gebir-

21 . Föhntheorie damals und heute 7 ges sind keine absolute Bedingung für das Auftreten von Föhn, sie spielen bei der Erwärmung nur eine geringe Rolle (Hann 6). Lange Zeit wurde dieser Beschreibung des Föhnmechanismus von Hann wenig Bedeutung zugeschrieben. In den Lehrbüchern tauchte fälschlicherweise immer wieder die Beschreibung der thermodynamischen Theorie auf, worin die Temperaturunterschiede und die Erwärmung bei Föhn rein auf die latente Wärme zurückgeführt werden (s. Seibert 199). Auch die Frage, warum der Föhn eigentlich in die Täler herabsteigt (Ficker 1931), beschäftigte die Wissenschafter schon seit jeher. Durch die Feldmesskampagnen MAP und ALPEX, wie eingangs in Abschnitt 1.1 erwähnt, wurden weitere Impulse in der Föhnforschung gesetzt. Erste numerische Föhnsimulationsmodelle (Vergeiner 1975) haben sich durch die stetig steigende Computer- und Rechenleistung enorm weiterentwickelt. Moderne numerische Simulations- und Vorhersagemodelle (Zängl 3, Zängl et al., Gohm et al. 3 oder Drechsel ) bringen weitere, detaillierte Einblicke in den Mechanismus der Föhnwinde. Die Physik, die dahinter steckt, ist jedoch heute wie damals immer dieselbe. Die Grundlage der heutigen modernen Föhntheorie bildet nach wie vor die dynamischthermodynamische Theorie von Julius Hann. Eine ausführliche und schöne Beschreibung zur Geschichte der Föhnforschung ist in der Arbeit von Föst (6) nachzulesen. Moderne Föhntheorie Entscheidend für den Antrieb des Föhns sind zwei unterschiedliche Luftmassen auf beiden Seiten des Gebirges, die einen hydrostatischen Druckgradient erzeugen. Durch eine dynamische Anströmungskomponente kann dieser noch verstärkt werden (s. Abschnitt.1). Aufgrund der Kaltluft auf der Luvseite entsteht dort eine stabile Schicht, es bildet sich ein sogenannter Kaltluftdom. Je nachdem, wie hochreichend dieser pool an Kaltluft ist, strömt die Luft entweder über den Gebirgskamm oder durch Einschnitte und Pässe auf die Leeseite des Gebirges (s. Abschnitt.3). In den unteren Niveaus wird die Luft durch das Gebirge blockiert. Die neutrale Schichtung im Lee wird durch das Absinken von potentiell wärmerer Luft aus der Höhe erzeugt. Einerseits ist die Erwärmung auf das adiabatische Absinken der Föhnluft im Lee zurückzführen. Andererseits tragen auch Prozesse, wie die turbulente Vermischung an der Föhninversion oder hydraulische Sprünge auf der Leeseite maßgeblich zur Erwärmung bei. Der Grad der Erwärmung ist davon abhängig, aus welchem Höhenniveau die Luft absteigt. Freiwerdende Kondensationswärme auf der Luvseite spielt nur eine äußerst geringe Rolle bei der Erwärmung. Das Absinken der Föhnluft auf der Leeseite des Gebirges rührt zum einen daher,

22 Föhntheorie und Mechanismus dass die Isentropen (Linien gleicher potentieller Temperatur) zum Lee hin geneigt sind und dort tiefer liegen. Die Föhnluft folgt den Linien gleicher potentieller Temperatur und steigt entlang der Isentropen im Lee ab. Durch diese Erkenntnis wird auch die thermodynamische Theorie widerlegt. Die potentiellen Temperaturen auf der Leeseite sind in den gleichen Niveaus auf der Luvseite nicht vorzufinden. Zum anderen ist das Absinken im Lee generiert durch Turbulenz an der Föhninversion. Die Föhninversion trennt die schnelle schießende Föhnströmung von einer langsameren schwach durchmischten Schicht darüber. Durch die Turbulenz wird potentiell wärmere Luft nach unten und potentiell kältere Luft nach oben transportiert. Je stärker die Föhninversion ausgeprägt ist, desto potentiell wärmere Luft kann nach unten gemischt werden. Mit der Entstehung von hydraulischen Sprüngen, deren Ursache die speziellen Strömungssituationen auf der Leeseite ist, wird weitere Turbulenz erzeugt. Diese turbulenten Prozesse auf der Leeseite tragen zur Entstehung einer neutral durchmischten Schicht unterhalb der Föhninversion bei (Mayr et al. 7, Armi and Mayr 7, Mayr and Armi ). Nicht immer schafft es der Föhn, bis ganz in die Talsohle druchzubrechen. Durch das nächtliche Auskühlen entsteht vor allem im Winter in den Tälern oft eine starke Bodeninversion (Richner et al. 6, Drobinski et al. 7). Dieser Kaltluftsee muss ausgeräumt werden, damit der Föhn bis zur Talsohle durchbrechen kann. Es gibt mehrere Mechanismen, diese stabile Schicht in eine nahezu durchmischte Schicht umzuwandeln. Erstens kann der Kaltluftsee durch kurzwellige Einstrahlung über den fühlbaren Wärmestrom aufgelöst werden, zweitens kann sich dieser Pool an Kaltluft auflösen, indem in der Höhe kältere Luft heran advehiert wird. Die Schichtung kann sich dadurch derart ändern, dass eine nahezu neutrale Schicht entsteht. Eine weitere dritte Möglichkeit ist das Abfließen der Kaltluft aus einem Tal. Ein vierter Mechanismus ist die turbulente Erosion. Die warme, schießende Föhnströmung wird von dem darunterliegenden stabil geschichteten Kaltluftsee durch eine scharfe Inversion getrennt. Durch die Entstehung von kleinen Turbulenzballen werden zuerst kleine Luftpakte mit potentiell wärmerer Luft nach unten und potentiell kälterer Luft nach oben gebracht. Durch diesen Vorgang wird am Beginn die Inversionsgrenze sogar noch verschärft. Entscheidend für das Ausräumen des Kaltluftsees und den endgültigen Föhndurchbruch bis zur Talsohle ist die Größe der Turbulenzballen. Ist die stabil geschichtete Kaltluft zu mächtig und sind im Vergleich dazu die Turbulenzballen zu klein, kann der Föhn nicht bis zur Talsohle durchbrechen. Nur wenn das Verhältnis zwischen der Größe der Turbulenzballen und der Mächtigkeit des Kaltluftsees zusammen passt, kann sich der Föhn sozusagen mit Gewalt bis zur Talsohle durcharbeiten (Rakovec et al. ). Geprägt werden solche Ereignisse mit enormen Temperatursprüngen innerhalb kürzester Zeit. Ist keiner dieser vier Mechanismen stark genug, um die Inversion auszuräumen, bläst der Föhn oderhalb

23 .3 Föhntypen 9 dieser Inversionsgrenze und bricht nicht bis zum Talgrund durch..3 Föhntypen Im Wesentlichen wird zwischen zwei Föhntypen unterschieden. Kanitscheider (193) hat als Erster eine Unterscheidung zwischen zwei Föhntypen vorgenommen. Kanitscheider unterschied erstmals zwischen hochreichendem und seichtem Föhn. Die Unterscheidung hängt davon ab, aus welchem Niveau (bezogen auf das Gebirge) die Föhnluft auf der Leeseite in die Täler herabströmt (s. Abb..1). Abbildung.1: Schematische Darstellung der Föhntypen. Hochreichender Föhn aus Kammniveau sowie seichter Föhn durch den Gebirgseinschnitt aufgeteilt in die Kategorien lower und upper gapflow. Seichter Föhn Bei seichtem Föhn reicht das Volumen des Kaltluftsees auf der Luvseite nicht bis zum Gebirgskamm. Die Luft kann nur durch Pässe und Gebirgseinschnitte strömen. Föhn tritt hier als Ausgleichsströmung durch Gebirgslücken und Pässe, unterhalb des Kammniveaus, auf. Diese seichte Föhnströmung führt in weiterer Folge zu dem Begriff gapflow. gapflow ist eine weitere Bezeichnung zu seichtem Föhn. gapflows erfüllen alle nötigen Föhnkriterien und ermöglichen eine weitere Unterteilung für seichten Föhn unterhalb eines Gebirgskammes (Vergeiner ). Diese feinere Unterteilung ist sehr nützlich bei Pässen mit zwei oder mehreren Abstufungen, wie es z.b. beim Brennerpass der Fall ist (s. Abschnitt 3.1. und Abb. 3.). Seichter Föhn, der nur durch den untersten Passeinschnitt auf die Leeseite strömt, wird in dieser Arbeit als lower gapflow bezeichnet. Ist die Ursprungshöhe der Föhnluft ein höher gelegener Passeinschnitt, wird ebenfalls noch von seichtem Föhn gesprochen.

24 1 Föhntheorie und Mechanismus Diese Art von seichtem Föhn wird in dieser Arbeit als upper gapflow bezeichnet (s. Abb..1). Seichter Föhn oder gapflow kann sich zu hochreichendem Föhn entwickeln, wenn sich das Kaltluftreservoir auf der Luvseite entsprechend auffüllt (Mayr et al. 7). Hochreichender Föhn Bei hochreichendem Föhn reicht das Volumen des Kaltluftsees auf der Luvseite bis zum Gebirgskamm und höher. Die Föhnluft stürzt aus Kammniveau in die Täler auf der Leeseite herab. Jener Anteil, der durch tiefe, kleine Gebrigslücken strömt, ist in diesem Fall vergleichsweise gering zu jenem Anteil, der über den Gebirgskamm strömt. In vielen Fällen wird der Mechanismus von hochreichendem Föhn noch durch eine dynamische Strömungskomponente senkrecht auf das Gebirge verstärkt. In den unteren Niveaus wird die Strömung durch das Gebirge blockiert. Das adiabatische Absinken von Luft aus höheren Niveaus auf der Leeseite führt zur Entstehung eines Leetiefs, gleichzeitig steigt der Druck auf der Luvseite aufgrund der Anströmung. Beide Effekte bewirken eine Verstärkung des Druckgradienten (Zängl 3). Bei hochreichendem Föhn strömt die Luft aus viel höheren und daher potentiell wärmeren Niveaus entlang der Isentropen herab. Die adiabatische Erwärmung ist bei hochreichendem Föhn und upper gapflow viel größer als bei lower gapflow, wo die Luft aus tieferen und daher potentiell relativ kälteren Niveaus stammt. Neben diesen beiden Hauptarten treten auch ganz spezielle Föhnereignisse auf, die im Laufe der Zeit einen eigenen Namen erhalten haben. Tritt auf der Leeseite des Gebirges Föhn in Zusammenhang mit Niederschlag auf, so spricht man von Dimmerföhn, ein Begriff, der ursprünglich aus der Schweiz stammt (Kuhn 199). Ein weiteres Beispiel ist die von A. Lanzinger geschaffene Bezeichnung Sandwichföhn, eine Föhnsituation, die bei speziellen synoptischen Bedingungen auftreten kann. Die Föhnströmung wird dabei am Oberrand sowie am Unterrand regelrecht eingepackt in zwei Schichten mit dem Föhn entgegengesetzter Windrichtung (Vergeiner ). Darüber hinaus gibt es alleine in den Alpen viele Beispiele, wo typische föhnartige Winde eine besondere, meist lokale Bezeichung erhalten haben. Aber nicht nur in den Alpen, sondern an vielen anderen Orten der Erde auch, gibt es föhnartige Winde mit verschiedenen lokalen Bezeichnungen. Beispiele dafür sind der Puelche in den Anden, der Zonda in Argentinien, der Chanduy in Mexiko oder der Chinook in den Rocky Mountains.. Charakteristik des Föhns Der Föhn hat verschiedene Auswirkungen auf das lokale Wettergeschehen. Der Gebirgskamm tritt hier in vielen Fällen als markante Wetterscheide auf. Im Speziellen

25 . Charakteristik des Föhns 11 wirkt sich Föhn vor allem auf die Windverhältnisse, die Temperatur- und Feuchteverhältnisse sowie auf Bewölkung und Niederschlag aus. Je nachdem, in welcher Region der Föhn auftritt, können diese Auswirkungen und Charakteristika völlig unterschiedlich ausfallen. Wind Stromaufwärts des Gerbirges ist der Wind meist schwach und nicht sehr böig. Auf der Leeseite erreichen die Windgeschwindigkeiten bei Föhn in Kammniveau in der Regel sehr hohe Windgeschwindigkeiten. In den Tälern macht sich der Föhn als stark böiger Wind bemerkbar. Bei kräftigen Föhnereignissen können auch im Talbereich sehr hohe Windspitzen auftreten. In solchen Fällen können beachtliche Schäden entstehen. Für den Flugverkehr sind Turbulenzen und Rotoren, die bei Föhn in der Luft entstehen, von entscheidender Bedeutung. Besonders in Innsbruck kann es vorkommen, dass bei starken Föhnereignissen der Flughafen gar nicht oder nur unter schwierigen Bedingungen angeflogen werden kann. Temperatur Die Temperatur ist ein weiterer Parameter, der durch den Föhn entscheidend beeinflusst wird. Durch das adiabatische Absinken auf der Leeseite wird die Luft komprimiert und dadurch erwärmt. Entscheidend für den Grad der Erwärmung ist, aus welchem Niveau die Föhnluft herabkommt. Besondes markant sind diese Temperaturunterschiede im Spätherbst und im Winter. Temperaturanstiege von 1 C und mehr innerhalb kürzester Zeit sind bei Südföhn in Innsbruck keine Seltenheit. Föhn kann aber auch genau das Gegenteil bewirken und eine Abkühlung herbeiführen. Im Sommer, wenn die Grundschicht durch starke kurzwellige Einstrahlung über den fühlbaren Wärmestrom derart aufgeheizt wird und sich dadurch überadiabatische Verhältnisse einstellen, kann der Föhn diese vorhandene Luftmasse durch eine kühlere ersetzen. Auch der Nordföhn südlich des Aplenhauptkammes (Verant 6) oder etwa die Bora können eine Abkühlung herbeiführen. Die potentielle Temperatur (Gleichung.1) bleibt bei Föhn im Bereich einer Stromlinie in erster Näherung konstant und kann als Erhaltungsgröße angesehen werden (s. Abschnitt..). Feuchte Durch das Absinken der Föhnluft im Lee und der daraus resultierenden Erwärmung nimmt auch die relative Feuchte der Luft ab. Dadurch, dass normalerweise die absolute Feuchte mit der Höhe abnimmt, wird durch den Föhn trockenere Luft herunter gebracht. Das Mischungsverhältnis Masse Wasserdampf pro Masse trockener Luft

26 Föhntheorie und Mechanismus Abbildung.: Lenticularis-Bewölkung im Oberinntal während eines Südföhnereignisses am 11. März 5 (1:3 MEZ), Blickrichtung Südwest. (Fotos: A. Strobl)

27 .5 Föhnklassifikation 13 bleibt bei Föhn entlang der Isentropen nahezu konstant und kann ebenfalls wie die potentielle Temperatur als Erhaltungsgröße betrachtet werden. Wolken und Niederschlag Wolken und Niederschlagsbildung im Luv sind keine absolute Bedingung für Föhn (s. Abschnitt.). Nur wenn genügend Feuchte vorhanden ist, entsteht im Luv durch die vertikale Auslenkung der Strömung am Alpenhauptkamm eine sogenannte Föhnmauer. Im Lee wird durch das Absinken die Bewölkung wieder aufgelöst. Durch Schwerewellen, die aufgrund der Topographie induziert werden, entstehen die typischen linsenartigen Föhnwolken. Abbildung. zeigt zwei Beipsiele von Lenticularisbewölkung, die in Zusammenhang mit einem starken Südföhnereignis am 11. März 5 durch die Ausbreitung von Schwerewellen entstanden sind. Die Bilder wurden während eines Skitages im Oberinntal in der Region Serfaus-Fiss-Ladis aufgenommen. Wenn von Süden feuchte und warme Luftmassen aus dem Mittelmeerraum auf den Kaltluftdom in der Poebene aufgleiten, kann dort kräftiger und mitunter auch lang anhaltender Niederschlag entstehen. Verstärkt werden diese Niederschläge im Luv durch die orographisch bedingte Hebung am Alpenhauptkamm (Rotunno and Houze 7). Wird Niederschlag aus der Föhnmauer heraus ins Lee geweht, kann auch auf der Leeseite Niedeschlag auftreten (s. Abschnitt.). Je größer die Entfernung ist, desto seltener ist es, dass der Niederschlag auch den Boden erreicht, in vielen Fällen verdunstet der Niederschlag vorher im Zuge des Absinkvorganges im Lee..5 Föhnklassifikation In diesem Unterkapitel soll kurz darauf eingegangen werden, wie Föhn eigentlich festgestellt wird. In Kapitel wird die objektive Föhnklassifikation im Detail beschrieben. Föhn kann zum einen subjektiv, zum anderen objektiv festgestellt werden. Bei der subjektiven Methode stützt man sich mehr oder weniger auf phänologische Eigenschaften, wie sie im vorherigen Abschnitt. beschrieben sind. Diese Methode ist im Allgemeinen sehr ungenau anzuwenden und hängt stark vom Beobachter und der Region ab. Darüber hinaus ist es schwierig, mit dieser subjektiven Methode verschiedene Gebiete miteinader zu vergleichen. Die objektive Föhnklassifikation wurde erstmals von J. Vergeiner im Wipptal und im Innsbrucker Raum angewendet. Diese Methode stützt sich auf die physikalischen Eigenschaften des Föhns. Vergeiner setzt zwei Kriterien fest. Erstens das Windkriterium und zweitens das Kriterium der potentiellen Temperatur. Mit dieser Methode ist es möglich, an einer Talstation

28 1 Föhntheorie und Mechanismus zusammen mit einer entsprechenden Referenzstation (Bergstation) Föhn zu klassifizieren. Beim Auftreten von Föhn müssen beide Kriterien zwischen der Berg- und der Talstation erfüllt sein (s. Abbschnitt.). Diese Methode kann weltweit angewendet werden und macht es möglich, verschiedene Gebiete miteinander zu vergleichen. Man benötigt dazu eine Bergstation, von der die Föhnluft in die Täler absteigt und eine Talstation, an der Föhn objektiv klassifiziert werden kann. In den Arbeiten von Föst (6) und Verant (6) wurde diese Methode noch verfeinert, indem objektive Toleranzbereiche für die Föhnkriterien festgelegt wurden. Darüber hinaus soll in dieser Arbeit (Kapitel 5) eine probabilistische Föhnklassifikation für Grenzfälle bestimmt werden. Grenzfälle bzw. schwache Föhnereignisse lassen sich oft nur schwer von nächtlichem Ausfließen unterscheiden. Mit dieser Methode der probabilistischen Föhnklassifikation soll es möglich sein, eine Aussage zu treffen, mit welcher Wahrscheinlichkeit es sich um Föhn handelt oder mit welcher Wahrscheinlichkeit das Ereignis thermischer Talauswind ist.

29 Kapitel 3 Untersuchungsgebiet und Stationsdaten 3.1 Topographie und Lage der Wetterstationen In diesem Unterkapitel 3.1 sollen die Topographie der Untersuchungsgebiete und die Lage der für die Föhnklassifikation relevanten Wetterstationen beschrieben werden. Abbildung 3.1a zeigt den Alpenbogen und gibt einen Überblick über die Lage der beiden Untersuchungsgebiete. In Abbildung 3.1b sind ebenfalls die Topographie und die Lage der Untersuchungsgebiete in Nord- und Südtirol bzw. der Ostschweiz dargestellt. Zum einen beschreibt die blaue Markierung jeweils das relevante Gebiet für die Region Tiroler Oberinntal und Reschenpass, zum anderen wird durch die rote Markierung das Untersuchungsgebiet für das Wipptal und die Brennerregion gekennzeichnet. Beide Bereiche sind nochmals in Abbildung 3.3 für das Oberinntal und für das Wipptal dargestellt. In Abbildung 3. ist ein Vertikalschnitt durch beide Passeinschnitte entlang des Alpenhauptkammes dargestellt. Anhand dieser Abbildung ist zu erkennen, dass beide Passeinschnitte ähnlich tief sind, jedoch sticht der markante Unterschied der übrigen topographischen Verhältnisse sofort ins Auge. Es ist deutlich zu erkennen, dass der Einschnitt am Reschenpass über das gesamte Vertikalniveau v-förmig ist und sich nach oben nur langsam verbreitert. Beim Brennerpass hingegen zeigt sich ein ganz anderes Bild. Dort sind im Gegensatz zum Reschenpass Abstufungen zu erkennen, welche sich maßgeblich auf das Auftreten der Föhnwinde auswirken. Die Frage, welche Auswirkungen die unterschiedliche Geometrie der Passeinschitte auf die Föhnwinde hat, wird in Kapitel 6 behandelt. Die weitere Beschreibung der Topographie für beide Untersuchungsgebiete ist in Abschnitt und 3.1. enthalten. 15

30 Untersuchungsgebiet und Stationsdaten Abbildung 3.1: Der Alpenbogen mit den gekennzeichneten Untersuchungsgebieten (a), blau Tiroler Oberinntal/Reschenpass und rot Wipptal. (b) Bereich der Zentralalpen für Nord- und Südtirol bzw. der Ostschweiz, ebenfalls gekennzeichnet mit den beiden Untersuchungsgebieten, blau Oberinntal/Reschenpass und rot für das Wipptal. Die Farbkodierung in Teil (b) entspricht der Höhe in km und beginnt bei.5 km. Die schwarze, strichpunktierte Linie stellt die internationalen Ländergrenzen dar. Abbildung 3.: Vertikalschnitt entlang der höchsten Erhebungen des Alpenhauptkammes mit beiden Passeinschnitten, dem Reschenpass im Westen und dem Brennerpass im Osten Tiroler Oberinntal und Reschenpass Das Untersuchungsgebiet Oberinntal/Reschenpass liegt im äußersten Westen Tirols und reicht in das Grenzgebiet Österreich-Schweiz sowie Österreich-Italien. In

31 3.1 Topographie und Lage der Wetterstationen 17 Abbildung 3.3: Untersuchungsgebiet Oberinntal/Reschenpass (a). Die blauen runden Punkte mit den ausgeschriebenen Stationsnamen Pfunds/Lafairs, Nauders, Elferspitze und Jaufenkamm markieren jeweils die Lage der Wetterstationen, die tatsächlich für die Föhnklassifikation herangezogen werden. Die kleinen blauen Rechtecke markieren jene Stationen, deren Daten zu sonstigen Berechnungen verwendet werden. Dabei beschreiben die Abkürzungen folgende Stationen: LAN = Landeck, SCH = Schuls, PIG = Pitztaler Gletscher und LWD steht für die Stationen des Lawinenwarndienstes Tirol. Die weiteren Abkürzungen beschreiben folgende Gebiete: RP = Reschenpass, OI = oberes Inntal und EN = Engadin.(b) Brennerregion und das Wipptal. Die roten runden Punkte markieren jeweils die Lage der relevanten Stationen Ellbögen, Sattelberg und Brenner, die für die Föhnklassifikation im Wipptal verwendet werden. Die Farbkodierungen in (a) und (b) entsprechen der Höhe in km und beginnen jeweils bei.5 km. Die schwarze, strichpunktierte Linie stellt die internationalen Ländergrenzen dar. Abbildung 3.3a ist das gesamte Untersuchungsgebiet Oberinntal und Reschenpass dargestellt. Die blauen runden Punkte markieren die Stationen Pfunds/Lafairs, Nauders, Elferspitze und Jaufenkamm (vgl. Tabelle 3.1). Das sind jene Stationen, die für die Föhnklassifikation im Oberinntal verwendet werden. Darüber hinaus sind noch weitere Stationen durch kleine, blaue Rechteckte markiert. Die Daten dieser Stationen werden im Zuge der Föhnklassifikation für verschiedene Berechnungen benötigt. Die Stationen Landeck (LAN) und Pitztaler Gletscher (PIG) werden zur Druckreduktion für die Stationen Pfunds/Lafairs, Nauders und Elferspitze herangezogen (s. Abbschnitt 3.). Die Daten des Lawinenwarndienstes Tirol, in Abbildung 3.3a mit LWD gekennzeichnet, sollten ebenfalls für die Föhnklassifikation verwendet werden. Die Standorte der Stationen des Lawinenwarndienstes wurden unter Berücksichtigung anderer Kriterien ausgewählt, nämlich, um die bestmögliche Information bezüglich der Schnee- und Lawinensituation zu erhalten. Sie eignen sich dadurch

32 1 Untersuchungsgebiet und Stationsdaten nicht für die Föhnklassifikation an der Station Pfunds/Lafairs. Zum einen stehen die Temperaturstationen oftmals in windgeschützten Mulden, zum anderen ist die große vertikale Distanz im Vergleich zum geringen Horizontalabstand ungünstig. Des Weiteren wurden in diesem Fall die Stationen im Mai abgestellt. Die Station Schuls (SCH) liegt ca. 5 km südwestlich der Station Pfunds im schweizerischen Engadin. Sie soll Antwort auf die Frage geben, welche Rolle das Engadin im Hinblick auf Föhn an der Station Pfunds/Lafairs spielt. Eine genaue Auflistung aller Stationen beider Untersuchungsgebiete ist in Tabelle 3.1 enthalten. Das Obervinschgau (Abb. 3.3) verläuft im Bereich des Reschenpasses nahezu in Nord-Süd-Richtung. 1 km nördlich des Reschenpasses erfährt der Talverlauf eine starke Ablenkung nach Nordost und mündet gemeinsam mit dem Engadin in das Oberinntal ein. In Abbildung 3.5 mit Blickrichtung Süden sieht man das Gebiet um Nauders und den Reschenpass (RP). Der Reschenpass liegt auf 15 m Seehöhe, ca. 5 km Kilometer nördlich liegt die Station Nauders, 136 m ü.nn. Westlich wird der Talverlauf umgeben von Ausläufern der Ortlergruppe, östlich von den Gipfeln der Ötztaler Alpen mit Seehöhen zwischen 9 und 35 m. Im Süden wird das Vinschgau vom Bergmassiv der Ortlergruppe abgeschlossen (s. Abb. 3.3a). Der Einschnitt am Reschenpass ist im Gegensatz zum Brennerpass mehr oder weniger v-förmig (s. Abb. 3.). Markante Abstufungen, verbunden mit einer deutlichen Vergrößerung des Passquerschnittes, fehlen hier gänzlich. Verglichen mit dem Einschnitt am Brenner ist die Querschnittsfläche am Reschenpass wesentlich kleiner als jene des Brennerpasses. Die Station Pfunds/Lafairs liegt am Talgrund des von Südwest nach Nordost verlaufenden Oberinntals, ca. 1 km nordöstlich des Reschenpasses. Das Oberinntal kann hier ebenfalls als klassisches V-Tal bezeichnet werden. Die Talsohle ist in diesem Bereich nur wenige 1 m breit. Nordwestlich bzw. südöstlich ist die auf 93 m Seehöhe gelegene Talstation Pfunds/Lafairs, umgeben von Bergkämmen mit Seehöhen im Bereich von und 33 m. Abbildung 3. zeigt den Verlauf des Oberinntals, wobei der Standort der Station Pfunds/Lafairs mit dem Pfeil PF gekennzeichnet ist. Die weiteren Talverläufe Richtung Reschenpass und Engadin sind durch die Pfeile RP und EN gekennzeichnet. Im Untersuchungsgebiet Oberinntal/Reschenpass wird Südföhn an den Stationen Pfunds/Lafairs und Nauders zusammen mit den Bergstationen Elferspitze und Jaufenkamm klassifiziert. Die nördlich, d.h. leeseitig des Reschenpasses, gelegene Station Nauders wird darüber hinaus auch als Passstation verwendet, um seichte d.h. lower-gapflow-föhnereignisse an der Station Pfunds/Lafairs klassifizieren zu können. Die Bergstation Elferspitze befindet sich ca. 7 km südwestlich des Reschenpasses auf 96 m Seehöhe. Der Höhenunterschied zur Talstation Pfunds/Lafairs

33 3.1 Topographie und Lage der Wetterstationen 19 beträgt fast m. Mit der Bergstation Elferspitze kann hochreichender Föhn an der Talstation Pfunds klassifziert werden. Im Laufe der Berechnungen stellte sich allerdings heraus, dass eine tiefer gelegene Bergstation nützlich wäre. Durch eine tiefer gelegene Bergstation können Föhnfälle, die nicht so hochreichend sind, an der Station Pfunds/Lafairs klassifiziert werden. Hochreichende Föhnereignisse, in denen die Föhnluft aus dem Niveau der Elferspitze die große vertikale Distanz von ca. m bis zur Station Pfunds/Lafairs zurücklegt, kommen in Anbetracht der relativ geringen horizontalen Entfernung von ca. 3 km nicht so häufig vor. Mit dieser Bergstation allein würde man zu viele Föhnfälle übersehen, die nicht so hochreichend sind. An der Station Nauders ist es aufgrund der geringen horizontalen Entfernung und der doch großen vertikalen Distanz nicht möglich, Föhn zusammen mit der Bergstation Elferspitze zu klassifizieren. Wie eingangs erwähnt, ist die Stationsdichte in diesem Gebiet sehr gering. Um diesem Problem mit der tiefer gelegenen Bergstation Rechnung zu tragen, musste die Station Jaufenkamm (15 m.ü.nn) dazugenommen werden. Die Station Jaufenkamm liegt zwar nicht in unmittelbarer Nähe des Reschenpasses, aber sie repräsentiert die Luftmasse südlich des Alpenhauptkammes in einem etwas tieferen Niveau, welches vergleichbar mit dem Niveau der mittleren Abstufung des Brennerpasses ist. Die Höhendifferenz beträgt dadurch nicht knapp m sondern ist um ca. 5 m geringer. Mit Hilfe dieser Referenzstation können in Pfunds/Lafairs sowie in Nauders auch upper-gapflow-föhnereignisse klassifiziert werden Wipptal und Brennerregion Das Wipptal mit dem Brennerpass auf ca. 1 m Meereshöhe stellt einen der tiefsten und auch markantesten Einschnitte in Nord-Südrichtung im Alpenhauptkamm dar. In Abbildung 3.3b ist die Topographie des Wipptals und der Brennerregion dargestellt. Im Süden beginnt der Verlauf des Wipptals im Sterzinger Becken und mündet im Norden in das Inntal, welches markant von der Nordkette begrenzt wird. Südföhn wird in diesem Untersuchungsgebiet an der km nördlich des Brennerpasses gelegenen Station Ellbögen zusammen mit der Bergstation Sattelberg und der Passstation Brenner klassifiziert. Die Station Ellbögen liegt auf 1 m Seehöhe, die Referenzstationen Brenner 17 m und Sattelberg 17 m ü.nn (s. Tab.3.1). Im Vergleich zum Oberinntal ist die Vertikaldistanz zwischen der Talstation Ellbögen und der Bergstation Sattelberg wesentlich geringer. Der Einschnitt des Brennerpasses im Alpenhauptkamm ist geprägt durch mehrere Stufen (s. Abb. 3.). Der Pass kann in 3 Bereiche unterteilt werden. Erstens in den unteren Passeinschnitt zwischen 1 und 3 m, zweitens in den mittleren Passeinschnitt im Niveau zwischen 3 und m Meereshöhe sowie drittens in den oberen Passeinschnitt von

34 Untersuchungsgebiet und Stationsdaten Abbildung 3.: Tiroler Oberinntal, der Pfeil PF kennzeichnet den Standort der Station Pfunds/Lafairs. Der Pfeil RP kennzeichnet den Verlauf Richtung Reschenpass und der Pfeil EN den Verlauf weiter ins Engadin. (Foto: Strobl A.) Abbildung 3.5: Region Nauders Reschenpass Blickrichtung Süden. Der rote Punkt bei Nauders kennzeichnet den Standort der Wetterstation. Die Markierung LWD kennzeichnet das Gebiet, in dem die Stationen des Lawinenwarndienstes Tirol liegen. (Foto: Strobl A.)

35 3. Stationsdaten 1 m bis hinauf in den Bereich der höchsten Erhebungen des Alpenhauptkammes (hochreichender Föhn). Der untere Brennereinschnitt hat nur einen sehr kleinen Querschnitt. Der Massenstrom (lower gapflow) durch diesen Querschnitt ist sehr gering. Wichtig ist der mittlere Passeinschnitt zwischen 3 und m, wo sich der Querschnitt enorm vergrößert. Der Hauptteil der Föhnluft strömt durch diesen mittleren Einschnitt. Die Bergstation Sattelberg befindet sich knapp unterhalb des mittleren Passeinschnittes und repräsentiert die Föhnluft (upper gapflow), welche aus diesem Niveau auf die Leeseite strömt (s. Abb. 3. u.abb. 3.). Im Zuge verschiedener Fragestellungen bezüglich Föhn im Wipptal, wurde die Topographie des Wipptals und der Brennerregion bereits in zahlreichen Arbeiten genau behandelt (Mayr and Armi, Armi and Mayr 7, Mayr et al. 7 oder Gohm and Mayr ). 3. Stationsdaten Station geo. Breite geo. Länge Meereshöhe Parameter Mess- Eigen- [Grad] [Grad] [m] intervall tümer Elferspitze T,rF,ff,fx,dd 1 min SWD Jaufenkamm T,rF,ff,fx,dd 1 min SWD Nauders T,rF,ff,fx,dd 1 h ZAMG Landeck T,rF,ff,fx,dd,pp 1 min ZAMG Pitztaler Gletscher T,rF,ff,fx,dd,pp 1 min ZAMG Pfunds/Lafairs T,rF,ff,fx,dd,rr 3 min TIWAG Schuls T,rF,ff,fx,dd,pp 1 h MS Gamoarbach T,rF 1 min LWD Schartlkopf ff,fx,dd 1 min LWD Tscheyegg T,rF,ff,fx,dd 1 min LWD Valdafur T,rF 1 min LWD Sattelberg T,rF,ff,fx,dd,pp 1 min IMGI Brenner T,rF,ff,fx,dd,pp 1 min ZAMG Ellbögen T,rF,ff,fx,dd,pp 1 min IMGI Tabelle 3.1: Geographische Lage, Meereshöhe, Gemessene Parameter (T = Luftemperatur, rf = relative Feuchte, ff = mittlere Windgeschwindigkeit, fx = Windböe, dd = Windrichtung, pp = Druck, rr = Strahlungsbilanz), Meereshöhe, Messintervall und Eigentümer der Stationen (SWD = Südtiroler Wetterdienst, ZAMG = Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik, TIWAG = Tiroler Wasserkraft AG, MS = Meteo Schweiz, LWD = Lawinenwarndienst Tirol und IMGI = Institut für Meteorologie und Geophysik Innsbruck) Wie in Abschnitt 3.1 gezeigt, werden für diese Arbeit Daten von verschiedenen

36 Untersuchungsgebiet und Stationsdaten Wetterstationen in Österrreich, Italien sowie der Schweiz verwendet. Die Anforderungen der Eigentümer an die Stationen sind zum Teil ganz verschieden. Tabelle 3.1 zeigt einen Überblick aller verwendeten Stationen bezüglich geographischer Lage, Meereshöhe, gemessener Paramter, Messintervall und Stationseigentümer. Nicht alle Stationen messen dieselben Parameter. Vor allem die Druckmessung ist an vielen Stationen nicht routinemäßig vorhanden. Bei der Methode der objektiven Föhnklassifikation wird der Druck allerdings zur Berechnung der potentiellen Temperatur benötigt. Mit Hilfe von Druckmessungen an nahe gelegenen Stationen und der barometrischen Höhenformel (Gleichung 3.1) kann der Druck für die jeweilige Station berechnet werden. p red = p e ( g (z red Z) R d T ) (3.1) In Gleichung 3.1 beschreibt p red [hpa] den reduzierten Druck der gewünschten Station, p [hpa] den Durck gemessen an einer Station, der zu reduzieren ist, z red [m] die Höhe der zu reduzierenden Station, Z [m] die Höhe der Station, von der aus reduziert wird und T [K] ist die Mitteltemperatur zwischen den Stationen. Weiters werden die Gaskonstante für trockene Luft R d = 7, 5 [J/KgK] und die Schwerebeschleunigung g = 9, 1 [m/s ] verwendet. Die Druckänderung von 1 hpa bewirkt in der potentiellen Temperatur lediglich eine Änderung von.1 K. Verant (6) in Zusammenarbeit mit Föst (6) hat diese Druckreduktion und ihre Auswirkung auf die objektive Föhnklassifikation getestet. Die Höhendifferenz zwischen den Stationen ist ein Faktor, welcher die Druckreduktion am meisten beeinflussen kann. Je geringer der Höhenunterschied ist, desto genauer und unproblematischer ist die Druckreduktion. Bei diesem Testlauf von Verant (6) und Föst (6) wurden die beiden Stationen Patscherkofel und Innsbruck Universität herangezogen. Die Höhendifferenz beträgt ca. m. Die Föhnklassifikation wurde in einem ersten Durchlauf mit dem tatsächlich gemessenen Druck am Patscherkofel und in einem zweiten Durchlauf mit dem berechneten Druck (reduziert von der Station Universität Innsbruck) durchgeführt. Die Abweichung im Ergebnis der objektiven Föhnklassifikation zwischen tatsächlich gemessenem sowie berechnetem Druck liegt bei 1,3 %. Diese geringe Abweichung zeigt, dass die berechneten Druckwerte für die Anwendung in der objektiven Föhnklassifikation ausreichend genau sind und keinen wesentlichen Einfluss auf das Ergebnis nehmen. Darüber hinaus liegt die maximale Höhendifferenz bei der Druckreduktion für die verwendeten Stationen in dieser Arbeit bei ca. 55 m. Im Speziellen wurden die fehlenden Druckwerte an den Stationen Nauders und Pfunds/Lafairs mit Hilfe der vorhandenen Druckwerte der Station Landeck berechnet. Der Druck an der Station Elferspitze sowie an den Stationen des Lawinenwarndienstes wurde von der Station am Pitztaler Gletscher reduziert. Am Jaufenkamm wurden die Werte der Station Sattelberg für die Druckreduzierung herangezogen.