Nordföhn und Niederschlag in Innsbruck

Transkript

1 Nordföhn und Niederschlag in Innsbruck Institut für Meteorologie und Geophysik, Universität Innsbruck DIPLOMARBEIT von Georg Haas INNSBRUCK, Oktober

2

3 Der Weise äußert sich vorsichtig, der Narr mit Bestimmtheit über das kommende Wetter. Wilhelm Busch ( - )

4

5 Überblick Die Hypothese, dass Nordföhn westlich von Innsbruck wesentlich häufiger auftritt als in der Stadt selbst und eine deutliche Niederschlagsabschwächung verursacht, wird in dieser Diplomarbeit anhand von Föhn- und Niederschlagsklimatologien bei Nordlagen überprüft. Die Klimatologien wurden automatisiert mittels Wetterstationsdaten erstellt. An der Wipptalmündung, durch die die Nordföhnluft abfließt, ist oft ein deutlicher Ost-West-Gradient der Föhnhäufigkeit längs des Inntals ausgeprägt, welcher aus der Konfluenz von Nordföhnluft im Oberinntal und aus vom Unterinntal seicht einfließender Kaltluft resultiert. Die relative Nordföhnhäufigkeit beträgt an der knapp westlich von Innsbruck gelegenen Station Kematen zirka. %. In Innsbruck weht am Flughafen in rund. % und an der Universität in. % aller Fälle Nordföhn. Die jahreszeitlichen Nordföhnmaxima treten in den Monaten Februar, März und Juni auf. Das tageszeitliche Föhnmaximum fällt auf den Nachmittag. Die Spitzenwerte der Föhnhäufigkeiten betragen in den Nachmittagsstunden der Monate Februar und März in Kematen etwa %, am Flughafen % und an der Universität %. Wenn in Innsbruck Nordföhn weht, wird am Flughafen in zirka % und in Kufstein, das sich aufgrund seiner Lage knapp südlich vom Inntaleingang oft im Nordstau befindet, in rund % der Fälle messbarer Niederschlag registriert. In Kufstein liegt die Niederschlagshäufigkeit bei Nordlagen in den Monaten Februar und März knapp über % und weist keinen Tagesgang auf, während die Niederschlagshäufigkeit in Innsbruck stets weniger als % beträgt mit einem stark ausgeprägten Minimum von - % in den Nachmittagsstunden. Damit tritt das Niederschlagsminimum exakt zur gleichen Zeit wie das Nordföhnmaximum auf. Förderlich für Nordföhn im Raum Innsbruck ist neben der Nord- auch eine Westkomponente in der Anströmungsrichtung und eine durchmischte Schichtung der Luft unter Kammniveau. Niederschlag fällt in Innsbruck vorwiegend bei stabileren Verhältnissen als in Kufstein. Da die Talatmosphäre in der Nacht stabiler geschichtet ist als am Tag, befindet sich die Grenze zwischen Föhnluft im Oberinntal und Kaltluft im Unterinntal nachts oft weiter westlich als tagsüber. Wenn Nordföhn mit hochreichender Kaltluftadvektion in Verbindung steht, setzt sich die Föhnluft in vielen Fällen bis zur Universität durch.

6

7 Abstract In this thesis the following hypothesis is explored: north foehn across the mountain range north of the Inn Valley causes a precipitation gradient along the west-east oriented Inn Valley near Innsbruck and an afternoon precipitation minimum. This analysis was performed using north foehn and precipitation climatologies based on weather station data. Upstream air from the Alpine foreland enters the area through two avenues: from the east up the Inn Valley with gentle lifting, and across the northern mountain range, mostly west (upvalley) of Innsbruck, as north foehn. The north foehn descends from higher altitudes and consequently has warmer potential temperatures and fewer hydrometeors. Both air streams drain through the Wipp Valley, which runs southward from Innsbruck through the main Alpine Crest. The relative frequency of north foehn at the weather station at Kematen, a few kilometers west of Innsbruck, is. %; at Innsbruck Airport it is. %, and a few kilometers further downvalley at the university it is. %. Seasonally, the highest frequency occurs in February, March and June; the diurnal peak occurs in the afternoon, with % at Kematen, % at the airport and % at the University during February and March. % of the north foehn occurrences in the western part of Innsbruck are accompanied by precipitation at Innsbruck Airport compared to % in Kufstein, approximately km east of Innsbruck at the northern exit of Inn Valley. Precipitation there occurs for more than % of northerly flow duration during the north foehn peak months of February and March, and is equally distributed over the day. Precipitation at Innsbruck, on the other hand, occurs always for fewer than %, with a distinct minimum of - % in the afternoons, i.e. during the north foehn maximum. Due to the nocturnal stabilization of low-level air, the air stream flowing up the Inn Valley frequently pushes the foehn air descending from higher levels further upvalley (i.e. west of Innsbruck) during the night. On the other hand, foehn air pushes further downvalley during episodes with a deep cold air mass to the north and cold air advection reaching clearly above crest level.

8

9 Inhaltsverzeichnis Überblick Abstract Inhaltsverzeichnis Einleitung. Motivation und Zielsetzung Aufbau der Arbeit Föhn und orographische Niederschläge. Föhn Föhndefinition Föhntypen Föhnklassifikation Föhn in Tirol Orographische Niederschläge Wetterdaten. Auswahl und geografische Lage der Wetterstationen Messdaten und Datenqualität Nordföhn im Raum Innsbruck. Nordföhnklassifikation Auswahl der Referenzstationen Auswahl der Klassifikationskriterien Grenzen der Nordföhnklassifikation Nordföhnklimatologie Nordföhn in Innsbruck und Kematen Jahres- und Tagesgang von Nordföhn in Innsbruck Windrichtungen diverser Stationen bei Nordföhn Windrichtungen diverser Stationen bei Nordföhn in Kematen.

10 INHALTSVERZEICHNIS.. Windrichtungen diverser Stationen bei Nordföhn am Innsbrucker Flughafen Windrichtungen diverser Stationen bei Nordföhn an der Universität Innsbruck Niederschlag bei Nordlagen. Niederschlagsklimatologie Schichtung bei Niederschlagsereignissen Zusammenhang zwischen Nordföhn und Niederschlag. Konfluenz im Inntal Nordföhn und Niederschlag im Raum Innsbruck Nordföhn im Raum Innsbruck und Niederschlag in Kufstein..... Fallstudie. Synoptische und mesoskalige Übersicht Beobachtungen Schlussfolgerungen und Ausblick Literaturverzeichnis Danksagung Lebenslauf

11 Kapitel Einleitung. Motivation und Zielsetzung Im Winter schneit es in Innsbruck am Tag viel seltener und weniger als in der Nacht. Dieser subjektive Eindruck war Stein des Anstoßes für diese Arbeit. Selbst wenn die Globalmodelle über Tage hinweg kontinuierlich Regen oder Schneefall für Nordtirol rechnen, ist im Raum Innsbruck oft ein deutlicher Tagesgang der Niederschläge zu beobachten (Kap..). In Innsbruck weist der Niederschlag neben der zeitlichen oft auch eine starke räumliche Abhängigkeit auf. Quer zum Inntal sind in der Regel sehr markante Gradienten in der Niederschlagsverteilung ausgeprägt. Hierbei fallen die Niederschlagssummen auf Höhe der Talsohle im Mittel weit geringer aus als auf den Bergen, die das Inntal eingrenzen (Abb..). Aber auch längs des Inntals sind im Winter zum Teil beachtliche Gradienten in der Verteilung der Schneehöhen zu beobachten. Im Unterinntal (östlich von Innsbruck) fällt in vielen Fällen mehr Schnee als wenige Kilometer westlich der Stadt. Die zwei nahezu zeitgleich aufgenommenen Fotos in Abbildung. zeigen ein klassisches Beispiel für die ungleiche Schneeverteilung. Von der südwestlich von Innsbruck gelegenen Birgitzer Alm aus ist rund um das Rollfeld des Innsbrucker Flughafens (Abb.., oben) eine geschlossene Schneedecke zu erkennen, während das Inntal weiter westlich (Abb.., unten) fast gänzlich schneefrei ist. Nun stellt sich die Frage, wieso es westlich von Innsbruck weniger schneit als zum Beispiel im Unterinntal. Woher rührt der Tagesgang der Niederschläge in einer Jahreszeit, in der die Konvektion nur eine untergeordnete Rolle spielt? Föhn ist für die Trockenheit in den inneralpinen Tälern mitverantwortlich. Eine Hypothese ist, dass Nordföhn sowohl die zeitliche als auch die räumliche Niederschlagsverteilung im Inntal in besonderem Maße prägt. Wolkenbeobachtungen stützen dabei die Annahme, dass bei Nord- oder Nordwestlagen relativ trockene

12 Einleitung Abbildung.: Blick von der Birgitzer Alm (mit markierter Punkt in Abb..) Richtung NNO auf den Innsbrucker Flughafen (oben) bzw. Richtung NW auf Zirl (unten). Am Innsbrucker Flughafen liegt eine geschlossene Schneedecke, während das Inntal wenige Kilometer weiter westlich fast komplett schneefrei ist.

13 . Motivation und Zielsetzung Abbildung.: Blick von Kranebitten (mit markierter Punkt in Abb..) Richtung SSO über den Innsbrucker Flughafen (oben) bzw. Richtung SSW auf die wolkenverhüllte Nockspitze (unten). Am östlichen Teil des Flugplatzes befindet sich die Wolkenbasis nur wenige Dekameter über der Talsohle, während die Wolkenuntergrenze weiter westlich deutlich höher liegt.

14 Einleitung Nordföhnluft im Oberinntal (westlich von Innsbruck) zu einer mesoskaligen Niederschlagsabschwächung führt. Hierbei lässt sich westlich von Innsbruck häufig eine viel höhere Wolkenbasis als im Unterinntal beobachten. Ein Beispiel dafür geben die von Kranebitten aus fast zeitgleich aufgenommenen Fotos in Abbildung.. Beim Blick nach Südsüdosten Richtung Wipptal (Abb.., oben) sticht die tiefe Wolkenbasis links im Bild sofort ins Auge. Weiter westlich befindet sich die Wolkenuntergrenze hingegen in einem viel höheren Niveau (Abb.., unten). Motivation und Ziel dieser Arbeit ist zu zeigen, dass dem Nordföhn tatsächlich eine bedeutende Rolle in Bezug auf die zeitliche und räumliche Niederschlagsverteilung im Inntal zukommt. Die Hypothese, dass es eine enge Verbindung zwischen Nordföhn und Niederschlag gibt, wird überprüft, indem Nordföhn- und Niederschlagsklimatologien erstellt und miteinander verglichen werden.. Aufbau der Arbeit In Kapitel werden Niederschlag, Föhn und die objektive Föhnklassifikation in Anlehnung an bestehende Arbeiten erläutert. Das Kapitel gibt einen Überblick über die von diversen Wetterstationen in Tirol, Vorarlberg und Bayern aufgezeichneten Daten, die die Grundlage der gesamten Arbeit darstellen. Nordföhn im Raum Innsbruck wird in Kapitel ausführlich diskutiert. Zunächst wird die automatische Nordföhnklassifikation am Beispiel der Station Kematen erläutert. Weiters sind Nordföhnklimatologien für die Stationen Kematen, Innsbruck-Flughafen, und Innsbruck-Universität angeführt. In Kapitel werden unter anderem Niederschlagsklimatologien von Innsbruck und Kufstein einander gegenübergestellt, um die Auswirkungen des Nordföhns auf den Niederschlag aufzuzeigen. Die Zusammenhänge zwischen Nordföhn und Niederschlag werden in Kapitel vertieft. Die Fallstudie in Kapitel behandelt das Nordföhnereigniss vom. bis. Dezember, bei dem in Innsbruck Wind in Orkanstärke aufgetreten ist. Schlussfolgerungen und ein Ausblick in Kapitel runden die Arbeit ab.

15 Kapitel Föhn und orographische Niederschläge Dieses Kapitel gibt dem Leser einen Überblick über die Entstehungsweise von Föhn. Darüber hinaus werden alpine Niederschläge, deren räumliche Verteilung einer starken orographischen Prägung unterliegt, diskutiert.. Föhn Zunächst wird eine Föhndefinition angeführt, ehe auf Föhntypen und die objektive Föhnklassifikation eingegangen wird. Darüber hinaus werden diverse Arbeiten über Föhn in Tirol zitiert... Föhndefinition Eine möglichst klare und exakte Definition von Föhn stellt die Grundlage für eine wissenschaftliche Arbeit dar, in der Föhn ein zentrales Thema ist. Die Föhndefinition nach der World Meteorological Organization (WMO, ) lautet wie folgt: Föhn ist ein Wind, welcher auf der Leeseite von Gebirgen auftritt und durch Absinken wärmer und relativ trockener wird. Von entscheidender Bedeutung für das Auftreten von Föhn ist die Druckdifferenz zwischen Luv- und Leeseite eines Gebirges. Diese kann dynamisch oder hydrostatisch bedingt sein. Ein durch die Dynamik verursachter Druckgradient ist auf die Anströmungskomponente quer zum Gebirgskamm zurückzuführen. Ein hydrostatischer Druckgradient kommt hingegen durch unterschiedlich temperierte Luftmassen zustande. In vielen Fällen ist der Druckunterschied zwischen Luv- und Leeseite eines Ge-

16 Föhn und orographische Niederschläge birges sowohl dynamisch als auch hydrostatisch bedingt. Der Grund dafür ist, dass bei Anströmung quer zum Gebirgskamm luvseitig unter Kammniveau oft relativ stabil geschichtete Kaltluft angestaut wird. Die darüberliegende Föhnluft steigt leeseitig trockenadiabatisch ab und weist somit eine höhere potentielle Temperatur (θ) auf als die Luft, die sich luvseitig im selben Niveau befindet. Aus dem resultierenden Temperaturunterschied ergibt sich ein hydrostatischer Druckgradient, der zur dynamisch bedingten Druckdifferenz hinzukommt (Zängl, )... Föhntypen Aufgrund ihrer verschiedenen Entstehungsweisen unterscheidet man zwischen hochreichendem und seichtem Föhn (Vergeiner, ). Hochreichender Föhn ist im wesentlichen dynamisch bedingt, seichter Föhn hingegen hydrostatisch. Bei hochreichendem Föhn besteht in und unmittelbar über Kammniveau eine Anströmungskomponente quer zum Gebirgskamm. Die Föhnluft steigt hochreichend, und somit großteils aus Niveaus oberhalb des Gebirgskamms, in die Täler ab. Ein vergleichsweise geringer Anteil der Föhnluft durchströmt die tiefer gelegenen Gebirgseinschnitte (Abb..). Zum Absinken der potentiell warmen Föhnluft kommt es durch das Leetief, dessen Entstehung auf die Dynamik der Anströmung zurückgeht. Von entscheidender Bedeutung ist hierbei die Windscherung an der Föhninversion, die zu Turbulenz führt. Leeseitig vom Gebirge wird im Zuge der vertikalen Durchmischung potentiell warme Luft nach unten und potentiell kalte Luft nach oben befördert. Die turbulent nach oben gemischte Kaltluft wird mit der Strömung in der Höhe abtransportiert. Daher kommt es im Gebirgslee zu einem hydrostatischen Druckabfall, der dem Föhn die Tür öffnet, um entlang der Isentropen in die Täler abzusteigen (Armi, ; Mayr, ). Bei seichtem Föhn (Kanitscheider, ) ist die Anströmungskomponente quer zum Gebirgszug vernachlässigbar gering. In Kammniveau entkoppelt eine Föhninversion oder eine Winddrehung mit der Höhe die freie Atmosphäre von der darunterliegenden Föhnschicht (kritisches Niveau). Unter dem kritischen Niveau befindet sich luvseitig potentiell kältere Luft als im Lee. Der daraus resultierende hydrostatische Druckgradient ist der Motor für den seichten Föhn, der unter dem kritischen Niveau durch die Gebirgseinschnitte strömt. In weiterer Folge sinkt die Föhnluft, die im Niveau der Gebirgseinschnitte potentiell kälter ist als die Luftmasse im Lee, auf der Leeseite trockenadiabatisch in die Täler ab (Abb..). Seichter Föhn strömt bevorzugt durch tiefe Gebirgseinschnitte, da der hydrostatisch bedingte Druckgradient in der Regel mit der Höhe abnimmt. Das Durchströmen von Gebirgslücken wird allgemein als gap flow bezeichnet (Vergeiner, ).

17 . Föhn Abbildung.: Schematische Darstellung von hochreichendem Föhn (Steinacker, ). Voraussetzung für hochreichenden Föhn ist eine Anströmung quer zum Gebirgskamm. Über Kammniveau befindet sich potentiell warme Luft, die leeseitig trockenadiabatisch absteigt. Die Gebirgsüberströmung zieht die Entstehung von Leewellen und einem hydraulischen Sprung nach sich. In diesem Beispiel befindet sich im Lee ein Kaltluftsee. Die thermische Entkoppelung verhindert, dass der Föhn bis in tiefe Schichten herabweht. Unter Kammniveau wird luvseitig Kaltluft angestaut, welche die Einschnitte im Gebirgszug nur zu einem kleinen Anteil durchströmt. Hochreichender Föhn hat seinen Ursprung in größeren Höhen und somit in potentiell wärmerer Umgebung als seichter Föhn. Dementsprechend ist die Luft, die durch Gebirgseinschnitte strömt, vergleichsweise kühl. Im Gebirgslee können Föhn und Niederschlag zur gleichen Zeit auftreten. Wenn dies der Fall ist, spricht man von Dimmerföhn (Kuhn ). Dimmerföhn tritt zum Beispiel auf, wenn sich das mesoskalige Absinken des Föhns nur auf tiefe Niveaus beschränkt und Niederschlag aus den Wolken über der Föhninversion die Föhnstation, trotz der relativ trockenen Föhnschicht, erreicht. Weiters kommt Dimmerföhn auch dadurch zustande, dass Niederschlag aus der Föhnmauer herausgeweht wird. Für das Auftreten von Föhn sind Niederschlagsereignisse auf der Luvseite keine absolute Bedingung (Hann, ). In den zentralen Ostalpen tritt ein relativ hoher Prozentsatz der Südföhnfälle ohne luvseitigem Niederschlag auf (Fliri, ). Dies ist darauf zurückzuführen, dass die stabil geschichtete Kaltluft im Luv aus statischen Gründen den Gebirgskamm in der Regel nicht überströmen kann. Folglich bleiben mangels ausreichend starker mesoskaliger Hebung in vielen Fällen Stauniederschläge aus. Die freigesetzte latente Energie durch Niederschlag im Luv hat für die Erwär-

18 Föhn und orographische Niederschläge Abbildung.: Schematische Darstellung von seichtem Föhn (Steinacker, ). Voraussetzung für seichten Föhn ist ein hydrostatisch bedingter Druckgradient mit der kälteren Luftmasse im Luv. Da der Druckgradient mit der Höhe abnimmt und die Luft in Kammniveau von der Grundschicht durch die Föhninversion thermisch entkoppelt ist, weht die Föhnluft durch die Einschnitte im Gebirgskamm. Zum leeseitigen Absteigen des Föhns kommt es dadurch, dass die Föhnluft im Niveau der Gebirgseinschnitte potentiell kälter ist als die Luftmasse im Lee. In Analogie zu Abbildung. sind auch hier Leewellen, ein hydraulischer Sprung und ein Kaltluftsee auf der Leeseite dargestellt. mung, die die Föhnluft in leeseitigen Tälern bewirkt, keine große Bedeutung (Kuhn, ; Seibert, ). Die Erwärmung in den Föhntälern ist primär auf den trockenadiabatischen Abstieg der Luft aus potentiell warmen Schichten zurückzuführen (Abb..). Die in den leeseitigen Tälern lagernden Kaltluftseen verhindern oft den Durchbruch des Föhns bis zur Talsohle. Ein Abbau der Inversion ist notwendig, damit der Föhn durchgreifen kann. Dies ist durch Sonneneinstrahlung oder Kaltluftadvektion im Niveau der Föhnströmung möglich. Darüber hinaus kann die kinetische Energie der Föhnströmung durch turbulente Erosion an der Inversion für den Abbau des Kaltluftsees sorgen (Petkovsek, ; Rakovec et al., )... Föhnklassifikation Föhn lässt sich sowohl subjektiv als auch objektiv bestimmen. Die subjektive Klassifikation von Föhn stützt sich im wesentlichen auf phänologische Beobachtungen. Für die objektive Föhnklassifikation (Vergeiner, ) sind Schichtungs- und Windkriterien entscheidend. Föhn wird dabei für die Zeitpunkte objektiv klassifiziert, für die alle Föhnkriterien erfüllt sind. Dies ist der Fall, wenn zwischen der Wetterstation

19 . Föhn Abbildung.: Schema der aktuellen Föhntheorie (Steinacker, ). Luvseitig wird unter Kammniveau potentiell kalte Luft angestaut. Da die Kaltluft im Luv stabil geschichtet ist, kann diese kaum aufsteigen. Folglich fehlt die mesoskalige Hebung für die Ausprägung von Stauniederschlägen. Über der stagnierenden Kaltluft, die auch als Totluft bezeichnet wird, befindet sich die potentiell wärmere Föhnluft, die im Lee trockenadiabatisch absteigt. Die Bezeichnung Austrian type foehn rührt daher, dass in den zentralen Ostalpen während vieler Südföhnfälle kein Niederschlag auf der Luvseite beobachtet wird. im Lee und der Referenzstation auf dem Kamm thermische Durchmischung herrscht und beide Stationen zum selben Zeitpunkt Wind aus der Föhnrichtung mit einer bestimmten Mindestwindgeschwindigkeit registrieren. Die Föhnkriterien müssen für jeden Standort individuell festgelegt werden. Dies ist objektiv möglich, indem man mittels einer kubischen Spline-Interpolation die geglätteten Krümmungsmaxima der relativen Häufigkeitsverteilungen von θ- Differenz, Windrichtung und Windgeschwindigkeit ermittelt (Ayres, ). Diese Krümmungsmaxima können als Grenzwerte dienen mit dem Ziel, möglichst viele Föhnfälle zu erfassen und zugleich möglichst alle anderen Fälle auszuschließen (Verant, ; Föst, ). Im Gegensatz zur subjektiven Föhnklassifikation lässt sich die objektive Methode computergestützt auf beliebig lange und zeitlich hoch aufgelöste Datensätze anwenden... Föhn in Tirol Alpiner Föhn ist seit vielen Jahrzehnten Gegenstand der Forschung, wobei vor allem Südföhn im Fokus vieler wissenschaftlicher Arbeiten steht. Seit Ende des.

20 Jahrhunderts wurden zahlreiche Innsbrucker Südföhnklimatologien erstellt (Pernter, ; Ekhart, ; Conrad, ; Ekhart, ; Fliri,, ; Seibert, ; Vergeiner, ; Föst, ). Günstig für das Auftreten von Südföhn ist eine starke Südwest- oder Südanströmung gegen die Alpen und hydrostatisch hoher Druck in Südtirol durch Kaltluft südlich des Alpenhauptkamms. Entscheidend für den Föhndurchbruch in Innsbruck ist neben den synoptischen Voraussetzungen die Schichtung der Luft im Inntal. Das tageszeitliche Föhnmaximum fällt klimatologisch auf den Nachmittag, da die Sonneneinstrahlung die thermische Entkoppelung durch die Inntalinversion löst. Infolge der Kanalisierung des Föhns in Wipp- und Inntal (Abb.. und.) ist die Hauptföhnwindrichtung an der Station Universität-Innsbruck Süd, am Flughafen-Innsbruck Südost. Westföhnereignisse sind im Raum Innsbruck seltener, als Südföhn. Ideal für Westföhn im Inntal ist eine starke westliche Anströmung in Kammniveau, und eine thermisch durchmischte Talatmosphäre. Westföhn macht sich an den Innsbrucker Wetterstationen aufgrund der Talausrichtung auch als Westwind bemerkbar. Bei Westanströmung liegt das synoptische Tief nördlich der Alpen, und die warme Föhnluft verursacht im Inntal hydrostatisch tiefen Druck. Daher weht bei Westföhn in Innsbruck häufig zugleich Südföhn im Wipptal. Nordföhn ist in Tirol sowohl südlich als auch nördlich des Alpenhauptkamms anzutreffen. Da Nordföhn nie so im Blickpunkt der Föhnforschung stand wie Südföhn, sind Nordföhnklimatologien rar gesäht. Zu Nordföhn südlich des Alpenhauptkamms ist im Jahr eine Arbeit erschienen (Verant, ). Innsbrucker Nordföhnereignisse wurden von diversen Autoren im Rahmen von Fallstudien beschrieben (Hann, ; Trabert, ; Hoinkes, ). Nord- und Westföhn in Tirol wurde darüber hinaus mittels mesoskaliger Modelle simuliert (Zängl, ). Wankmüller () beschreibt in seiner Diplomarbeit Fälle, bei denen der Nordföhn direkt von der Innsbrucker Nordkette ins Tal herunterweht. Derartige Föhnfälle treten allerdings nur selten auf, da die Talatmosphäre oft zu stabil geschichtet ist. Viel öfter bricht Nordföhn von den Einschnitten westlich vom Karwendelgebirge nach Innsbruck durch. Gute Voraussetzungen für Nordföhn in Innsbruck sind, neben einer starken nördlichen oder nordwestlichen Anströmung, hydrostatisch hoher Druck im Alpenvorland, eine isentrope Talatmosphäre und hochreichende Kaltluftadvektion aus Norden oder Nordwesten. Die Kanalisierung der Strömung längs des Inntals hat zur Folge, dass an den Innsbrucker Wetterstationen bei Nordföhn in der Regel Wind aus westlichen Richtungen registriert wird. Im Gegensatz zu Westföhn fließt aber die Föhnluft bei Nordföhn durch das Wipptal nach Süden ab (Abb..), da sich südlich vom Alpenhauptkamm dynamisch und/oder hydrostatisch bedingt ein Leetief befindet.

21 . Orographische Niederschläge. Orographische Niederschläge Die Niederschlagsverteilung entlang des Alpenbogens charakterisiert sich durch deutlich ausgeprägte Maxima an den Alpenrändern (Abb..). Abbildung.: Dargestellt ist die räumliche Verteilung vom mittleren Jahresniederschlag in Tirol, basierend auf Messdaten der Jahre -. In den Nordstauregionen werden im Mittel bedeutend größere Niederschlagsmengen registriert als in inneralpinen Tälern. Längs des Inntals ist ein Gradient in der Niederschlagsverteilung zu erkennen, wobei im Unterinntal durchschnittlich mehr Niederschlag fällt als im Oberinntal. Quelle: Tirol Atlas () Diese Maxima sind im wesentlichen darin begründet, dass die Luft bei der Überströmung der Alpen an den ersten höheren Gebirgszügen eine erste starke mesoskalige Hebung erfährt. In den Stauregionen regnet oder schneit sich die Luft im Prinzip aus, während die Trockenheit in inneralpinen Tälern unter anderem auf Leeeffekte infolge der Überströmung von umliegenden Gebirgsketten zurückzuführen ist (Fliri, ). Längs des Inntals lässt sich klimatologisch ebenfalls ein Gradient in der Niederschlagsverteilung feststellen (Abb..). Im Unterinntal fällt im Mittel mehr Niederschlag, als westlich von Innsbruck (Fliri, ).

22

23 Kapitel Wetterdaten Basis für die im Rahmen dieser Diplomarbeit erzielten Ergebnisse sind Messdaten, welche von zahlreichen Wetterstationen in Tirol, Vorarlberg und Bayern in den Jahren bis aufgezeichnet wurden. Dieses Kapitel soll einen Überblick über Auswahl und Lage der Wetterstationen, sowie über die Verfügbarkeit und Qualität der Wetterdaten geben.. Auswahl und geografische Lage der Wetterstationen Im Hinblick auf Nordföhn und die Niederschlagsverteilung im Raum Innsbruck kommt der lokalen Topographie eine besondere Bedeutung zu. Innsbruck liegt im Inntal, das von West nach Ost stetig leicht abfällt und nördlich von Kufstein hinunter ins Alpenvorland führt (Abb.., Abb..). Das Inntal ist von einer Vielzahl von Gebirgsketten umgeben, wobei das Karwendelgebirge nördlich von Innsbruck besonders markant ist. Westlich und östlich des Karwendels verbinden Täler und Gebirgseinschnitte das Inntal mit dem Alpenvorland. Südlich von Innsbruck mündet das Wipptal, das hinauf Richtung Brennerpass verläuft, ins Inntal. Die Auswahl der für diese Arbeit relevanten Wetterstationen ist sowohl an die lokale Topographie als auch an die Stationsdichte und die Qualität der aufgezeichneten Daten gekoppelt. Mit Wetterstationen in Nordtirol, in Südbayern und einer im Osten Vorarlbergs wurden die Daten von Standorten (Abb.., Abb.., Tab..) im Hinblick auf Nordföhn oder Niederschlag bei Nordlagen ausgewertet. Im Inntal kommt den Stationen Kematen, Innsbruck-Flughafen und Innsbruck- Universität eine zentrale Bedeutung zu, da für diese Standorte Nordföhnklimatologien erstellt wurden (Kap..). Diese drei Stationen liegen annähernd auf einer West-Ost-Achse, wodurch sich beim Vergleich der Nordföhnhäufigkeiten zeigen lässt, dass Nordföhn knapp westlich von Innsbruck wesentlich öfter auftritt als an der

24 Abbildung.: Topographieausschnitt der Zentralalpen. Weiße Flächen stehen für Regionen unter Meter Meereshöhe. Berge über Meter sind hellgrau eingefärbt. Der Isohypsenabstand dazwischen beträgt Meter. Eingezeichnet sind diverse Wetterstationen in Tirol und Bayern. Die Abkürzungen der Stationsnamen sind in Tabelle. festgelegt. Wipptalmündung. Als Referenzstationen für die Föhnklassifikation dienen die Wetterstationen in Ellbögen, auf dem Sattelberg und in Garmisch. Die Station Ellbögen befindet sich im unteren Teil des Wipptals. Der Wind ist in Ellbögen lokal sehr stark kanalisiert, sodass praktisch nur Nordwest- und Südostwind registiert wird. Die Wetterstation auf dem westlich vom Brenner gelegenen Sattelberg ist ein guter Indikator für die Nord- oder Südkomponente des Windes bei seichter und hochreichender Überströmung des Alpenhauptkamms. Garmisch liegt am Alpennordrand und ist für das in Kapitel. diskutierte Luftdruckkriterium von Interesse. Der an den Stationen Kufstein, Reutte und Seefeld aufgezeichnete Niederschlag dient als Referenz, um die Niederschlagsabschwächung durch Nordföhn am Innsbrucker Flughafen zu illustrieren. Die Wetterstation in München liefert Radiosondendaten, die Aufschluss über die Rolle der Schichtung im Zusammenhang mit Niederschlag in Tirol geben. Des Weiteren vermitteln die Winddaten diverser Berg- und

25 . Auswahl und geografische Lage der Wetterstationen Abbildung.: Topographieausschnitt vom Inntal. Weiße Flächen stehen für Regionen unter Meter Meereshöhe. Berge über Meter sind hellgrau eingefärbt. Der Isohypsenabstand dazwischen beträgt Meter. Eingezeichnet sind diverse Wetterstationen in Tirol, Vorarlberg und Bayern. Die Abkürzungen der Stationsnamen sind in Tabelle. festgelegt. Weiters sind die Standorte Birgitzer Alm () und Kranebitten (), von denen aus die in Kapitel und gezeigten Fotos aufgenommen wurden, eingetragen. Talstationen ein Bild von der Um- oder Überströmung der zentralen Ostalpen bei Nordlagen.

26 Wetterdaten Wetterstation Abkürzung Seehöhe geografische Breite geografische Länge [m] [Grad] [Grad] Zugspitze ZUG.. Patscherkofel PAT.. Sattelberg SAT.. Galzig GAL.. Rosskogel ROS.. Brenner BRE.. Seefeld SEE.. Ellbögen ELL.. Hohenpeissenberg HPB.. Achenkirchen ACH.. Reutte REU.. Landeck LAN.. Garmisch GAR.. Innsbruck-Universität UNI.. Kematen KEM.. Innsbruck-Flughafen FLH.. Jenbach JEN.. Kufstein KUF.. München MUE.. Tabelle.: geografische Lage aller für diese Arbeit relevanten Wetterstationen in Tirol, Vorarlberg und Bayern.. Messdaten und Datenqualität Um auf Grundlage von Wetterstationsdaten sinnvolle und aussagekräftige Resultate erzielen zu können, sind homogene qualitätskontrollierte Datensätze erforderlich. Im Zuge einer computergestützen Qualitätskontrolle der Rohdaten sind die verwendeten Messreihen frei von systematischen Fehlern und unphysikalischen Werten (Vergeiner, ). Des Weiteren war eine visuelle Kontrolle der Daten erforderlich, um eine hohe Datenqualität zu gewährleisten. Dabei galt es die Datensätze von unsinnigen Werten, die zum Beispiel durch Vereisung der Windsensoren hervorgerufen wurden, zu bereinigen. Die verwendeten Messgrößen, die zeitliche Auflösung der Daten und der relative Datenausfall sind in Tabelle. angeführt. Die Datenreihen beziehen sich fast zur Gänze auf die Jahre bis.

27 . Messdaten und Datenqualität Wetterstation Messgrößen Auflösung Ausfall [min] [%] Zugspitze dd, ff. Patscherkofel dd, ff. Sattelberg dd, ff. Galzig dd, ff. Rosskogel dd, ff. Brenner dd, ff. Seefeld dd, ff, RR. Ellbögen dd, ff. Hohenpeissenberg dd, ff. Achenkirchen dd, ff. Reutte RR. Landeck dd, ff. Garmisch P. Innsbruck-Universität dd, ff, P, T, rf. Kematen dd, ff. Innsbruck-Flughafen dd, ff, P, T, Td, RR. Jenbach dd, ff, P, T, Td. Kufstein dd, ff, RR. München dd, ff, P, T, Td, RR. Tabelle.: Angeführt sind die in dieser Arbeit verwendeten Messgrößen von den relevanten Wetterstationen in Tirol, Vorarlberg und Bayern. Die in München betrachteten Daten stammen abgesehen vom Niederschlag ausschließlich von Radiosonden. dd = Windrichtung, ff = Windgeschwindigkeit, P = Luftdruck, T = Temperatur, Td = Taupunkt, rf = relative Feuchte, RR = -minütige Niederschlagsmenge. Weiters aufgelistet sind zeitliche Auflösung [min] und Datenausfall [%].

28

29 Kapitel Nordföhn im Raum Innsbruck Die Berge nördlich von Innsbruck (Innsbrucker Nordkette, Karwendelgebirge) stellen bei Nordanströmung ein massives Hindernis dar. Inwieweit es zu einer Gebirgsüberströmung, oder Gebirgsumströmung kommt, hängt maßgeblich von der Stärke der Anströmung und der Stabilität der Luft unter Kammniveau ab. Die Umströmung des Karwendelgebirges vollzieht sich häufig durch das Einfließen von relativ kalter Luft ins Unterinntal bis nach Innsbruck. Föhn stellt hingegen eine Gebirgsüberströmung dar, wobei Nordföhn, der von der Innsbrucker Nordkette direkt nach Innsbruck herabweht, aufgrund der oft zu stabil geschichteten Talatmosphäre nur sehr selten vorkommt. Wesentlich häufiger überströmt Nordföhnluft die Einschnitte westlich des Karwendelgebirges, um in weiterer Folge nach Innsbruck abzusteigen (Zängl, ). Hierbei handelt es sich ebenfalls um eine Umströmung des Karwendels, wobei Nordföhn aufgrund des trockenadiabatischen Abstiegs in der Regel potentiell wärmer ist als die Luft, die ins Unterinntal einfließt. Die exakte Herkunft der Föhnluft ist noch Gegenstand der Forschung. Da der Brennerpass einen tiefen Einschnitt im Alpenhauptkamm darstellt, fließt die Luft in Innsbruck bei Nordlagen vorzugsweise durch das Wipptal nach Süden ab (Abb..). In diesem Kapitel sind Tages- und Jahresgang von Nordföhn im Raum Innsbruck zentrale Themen. Zunächst wird aber auf die Nordföhnklassifikation eingegangen, ehe die Nordföhnklimatologien der Stationen Kematen, Innsbruck-Flughafen und Innsbruck-Universität im Detail diskutiert werden. Des Weiteren steht die Gebirgsüberströmung bei Nordlagen im Blickpunkt. Hierbei werden die Verteilungen der Windrichtungen von diversen Wetterstationen unter der Bedingung, dass in Kematen Nordföhn weht, betrachtet. Damit zeigt sich, dass für Nordföhn im Raum Innsbruck neben der Nord- auch eine leichte Westkomponente in der Anströmung gegen die Alpen förderlich ist.

30 Nordföhn im Raum Innsbruck Abbildung.: Nordföhn (rote Pfeile). Einfließen der Luft ins Unterinntal (blaue Pfeile) und ins Wipptal (gelbe Pfeile).. Nordföhnklassifikation Ziel einer Föhnklassifikation ist es, möglichst viele Föhnfälle und zugleich möglichst wenig Nicht-Föhnfälle zu klassifizieren. Um dies zu erreichen, müssen Referenzstationen und Föhnkriterien so gewählt sein, dass Nordföhnfälle von allen anderen Ereignissen (z.b. konvektives Ausfließen oder Talwind) möglichst eindeutig unterschieden werden können. In Kapitel.. ist die objektive Föhnklassifikation (Vergeiner, ) als eine mögliche Methode beschrieben, welche für die Klassifikation von Nordföhn in Südtirol (Verant, ) und Südföhn in Innsbruck (Föst, ) erfolgreich angewandt wurde. Die Erstellung der Nordföhnklimatologien der Stationen Kematen, Flughafen und Universität unterscheidet sich aufgrund der Lage der Stationen und der Komplexität von Nordföhn von der objektiven Methode und wird in diesem Kapitel am Beispiel der Station Kematen illustriert.

31 . Nordföhnklassifikation.. Auswahl der Referenzstationen An den Innsbrucker Wetterstationen wird bei Talauswind, konvektivem Ausfließen, vorföhnigem Westwind und Nordföhn (Abb..) in den meisten Fällen Wind aus westlichen Richtungen registriert. Dies ist auf die Kanalisierung der Strömung im Inntal zurückzuführen. Die in Innsbruck aufgezeichneten Winddaten allein geben noch keinen Aufschluss darüber, ob in Innsbruck Nordföhn weht. Ebenso verhält es sich für die registrierten Temperatur- und Luftfeuchtigkeitswerte. Zur Klassifikation von Nordföhn ist daher mindestens eine Referenzstation erforderlich. Ideal für die Nordföhnklassifikation wäre eine Referenzstation auf einem Berg oder Sattel, von dem die Föhnluft direkt nach Innsbruck absteigt. Würden Innsbruck und die Referenzstation auf einer Stromlinie liegen, ließe sich eine Nordföhnklimatologie mittels Wind- und Schichtungskriterien erstellen. Die exakte Herkunft der Nordföhnluft ist jedoch noch nicht vollständig geklärt. Des Weiteren ist die Lage diverser Wetterstationen westlich oder nördlich von Innsbruck nicht ideal: Die Zugspitze liegt vor allem im Hinblick auf seichte Nordföhnfälle zu hoch und die Wetterstation Seefeld befindet sich in einem windgeschützen Seitental. Für die Klassifikation von Nordföhn in Innsbruck ist der Hohenpeissenberg zu weit entfernt und die Station Galzig liegt zu weit im Westen. Einzig die Station Garmisch bietet sich für das in Kapitel.. diskutierte Luftdruckkriterium an. Bei Nordföhn in Innsbruck fließt die Luft durch das Wipptal nach Süden ab (Abb..). Da sich die Station Brenner in einem relativ engen und windgeschützten Einschnitt befindet und die Station Patscherkofel zu hoch liegt, kommen diese als Referenzstationen nicht in Frage. Mit den Stationen Sattelberg und Ellbögen befinden sich zwei Wetterstationen südlich von Innsbruck, die bei Nordföhn im Innsbrucker Raum bis auf wenige Ausnahmen (z.b. zeitliche Phasenverschiebung) Nordwind registrieren. Daher dienen Sattelberg und Ellbögen neben Garmisch als Referenzstationen für die Klassifikation von Nordföhn in Innsbruck... Auswahl der Klassifikationskriterien Für die Klassifikation von Nordföhn an den Stationen Kematen, Innsbruck- Flughafen und Innsbruck-Universität lässt sich die potentielle Temperatur (θ) nicht verwenden, da zwischen den Stationen im Raum Innsbruck und den Referenzstationen (Sattelberg, Ellbögen, Garmisch) bei Nordföhn oft keine isentropen Verhältnisse herrschen. Die Wolkenbasis befindet sich bei Nordlagen häufig unterhalb der stromabwärts gelegenen Referenzstationen, wodurch der Aufstieg der Luft beim Einfließen ins Wipptal ab dem Kondensationsniveau nicht mehr trocken- sondern feuchtadiabatisch ist. Die relativ niedrige Wolkenuntergrenze im Wipptal wird dabei in vielen Fällen durch die feuchtkalte Luft, die aus dem Unterinntal ins Wipptal einfließt (Abb.

32 Nordföhn im Raum Innsbruck.), hervorgerufen. Die Referenzstation Garmisch ist für ein θ-kriterium ebenfalls nicht geeignet, da sich dieser Standort bei Nordlagen durch Nordstau häufig in potentiell kalter Luft befindet. Die äquivalentpotentielle Temperatur (θ e ) kommt für die Föhnklassifikation aufgrund der Datenlage nicht in Frage, denn in Kematen wird keine Feuchte gemessen und darüber hinaus sind die Feuchtemessungen diverser Stationen mit zu großen Messungenauigkeiten behaftet. Stunde [UTC] Monat % Abbildung.: Relative Häufigkeit [%] von Nordwind an der Station Sattelberg gemäß Tabelle., basierend auf -Minutendaten im Zeitraum. Jänner bis. Dezember. Kriterien ff [m/s] dd [ ] Sattelberg. Tabelle.: Kriterien für Abbildung.. ff = Windgeschwindigkeit [m/s], dd = Windrichtung [ ]. Die Klassifikation von Nordföhn stützt sich im wesentlichen auf Windrichtungsund Windgeschwindigkeitskriterien. Dies ist möglich, da Nordföhn aufgrund der Kanalisierung des Windes in Inn- und Wipptal ein charakteristisches Strömungsmuster aufweist (Abb..). Wenn in Innsbruck Nordföhn registriert wird, dann weht, von

33 . Nordföhnklassifikation wenigen Ausnahmefällen abgesehen, in Innsbruck Wind aus westlichen, in Ellbögen aus nordwestlichen und am Sattelberg aus nördlichen Richtungen. Die für Nordföhn typischen Windrichtungen treten an den einzelnen Wetterstationen allerdings nicht nur bei Nordföhn auf. Um Nordföhn mittels Windkriterien zu klassifizieren, gilt es, vor allem Talwinde und konvektives Ausfließen von Nordföhn zu unterscheiden. Stunde [UTC] Monat % Abbildung.: Relative Häufigkeit [%] von Nordwestwind an der Station Ellbögen gemäß Tabelle., basierend auf -Minutendaten im Zeitraum. Jänner bis. Dezember. Kriterien ff [m/s] dd [ ] Ellbögen. Tabelle.: Kriterien für Abbildung.. ff = Windgeschwindigkeit [m/s], dd = Windrichtung [ ]. Für die Erstellung der Nordföhnklimatologie von Kematen ist zunächst von Interesse, wie häufig der Wind an den Stationen Kematen, Ellbögen und Sattelberg aus der Nordföhnwindrichtung weht. Die relative Häufigkeitsverteilung von Nordwind auf dem Sattelberg (Abb..) ergibt sich aus dem Verhältnis der Fälle, in denen die Kriterien gemäß Tabelle. erfüllt sind, zum gesamten Datensatz ohne

34 Nordföhn im Raum Innsbruck Fehlerwerte. Die in Tabelle. angeführten Windrichtungskriterien wurden anhand der Krümmungsmaxima der Häufigkeitsverteilung der Windrichtungen ermittelt. Am Sattelberg ist ein deutlicher Jahresgang der Nordwindhäufigkeit zu erkennen. In den südföhnreichen Monaten April, Mai, Oktober und November (Föst, ) tritt Nordwind wesentlich seltener auf als in den Monaten Februar, März, Juni und Juli, in denen südlich der Alpen besonders häufig Nordföhn registriert wird (Verant, ). Stunde [UTC] Monat % Abbildung.: Relative Häufigkeit [%] von Westwind an der Station Kematen gemäß Tabelle., basierend auf -Minutendaten im Zeitraum. Jänner bis. Dezember. Kriterien ff [m/s] dd [ ] Kematen. & Tabelle.: Kriterien für Abbildung.. ff = Windgeschwindigkeit [m/s], dd = Windrichtung [ ]. Der Wind in Ellbögen und Kematen steht stark unter dem Einfluss der lokalen Talwindsysteme. Während in der Nacht oft das Talauswindregime dominiert, herrscht untertags überwiegend Taleinwind. Im Vergleich zum Winter setzt der Tal-

35 . Nordföhnklassifikation einwind im Sommer durch den früheren Sonnenaufgang am Vormittag deutlich zeitiger ein und hält durch den späteren Sonnenuntergang länger an. Dies ist gut an der Häufigkeitsverteilung von Nordwestwind in Ellbögen zu sehen (Abb..). Die Kriterien für die Häufigkeitsverteilung von Taleinwind in Ellbögen sind in Tabelle. angeführt. Stunde [UTC] Monat % Abbildung.: Relative Häufigkeit [%] von Nordwind an den Stationen Sattelberg und Ellbögen und Westwind an der Station Kematen gemäß den Kriterien in Tabelle., basierend auf -Minutendaten im Zeitraum. Jänner bis. Dezember. Kriterien ff [m/s] dd [ ] Sattelberg. Ellbögen. Kematen. & Tabelle.: Kriterien für Abbildung.. ff = Windgeschwindigkeit [m/s], dd = Windrichtung [ ]. Die relative Häufigkeitsverteilung von Westwind in Kematen (Abb.. mit Tab..) ist stark vom nächtlichen Talauswind im Inntal geprägt. Den Sonnenaufgangs-

36 Nordföhn im Raum Innsbruck und Sonnenuntergangszeiten gemäß sind die Talauswindphasen im Winter deutlich länger als im Sommer. Stunde [UTC] Monat % Abbildung.: Relative Häufigkeit [%] von Nordwind an den Stationen Sattelberg und Ellbögen und Westwind an der Station Kematen mit zusätzlich optimierten Windgeschwindigkeitskriterien gemäß Tabelle., basierend auf -Minutendaten im Zeitraum. Jänner bis. Dezember. Kriterien ff [m/s] dd [ ] Sattelberg. Ellbögen. Kematen. & Tabelle.: Kriterien für Abbildung.. ff = Windgeschwindigkeit [m/s], dd = Windrichtung [ ]. Stellt man die Bedingung auf, dass die Windkriterien an allen Stationen (Kematen, Ellbögen, Sattelberg) zugleich erfüllt sein müssen, dann lassen sich viele Fälle, in denen kein Nordföhn weht, von Nordföhn unterscheiden. Grundlegendes Kriterium für Nordföhn in Kematen ist, dass die Luft an den Stationen Sattelberg und Ellbögen mit einer Nordkomponente abfließt und in Kematen zugleich Wind

37 . Nordföhnklassifikation mit einer Westkomponente gemäß Tabelle. weht. Daraus ergibt sich die relative Häufigkeitsverteilung in Abbildung.. Damit sind aber noch nicht alle Fälle von thermischer Talzirkulation und konvektivem Ausfließen eliminiert. Die relativen Maxima in den Morgenstunden der Monate April bis Oktober sind im Wesentlichen darauf zurückzuführen, dass der Taleinwind im Wipptal im Mittel etwas früher einsetzt als im Inntal (vergl. Abb.. mit Abb..). Das Maximum am Abend der Sommermonate wird vor allem durch die Konvektion verursacht. Konvektives Ausfließen löst im Inntal den Taleinwind vorzeitig ab, während im Wipptal noch Taleinwind weht. Das Maximum in den Monaten Februar und März beinhaltet viele Nordföhnfälle. Einige dieser Fälle gehen allerdings nicht in die Föhnklimatologie mit ein, da zur Unterscheidung von Nordföhn- und anderen Fällen strengere Windkriterien erforderlich sind. Den verschärften Kriterien fällt aber auch ein Teil der Föhnfälle zum Opfer. Windgeschwindigkeitskriterium Um eine Nordföhnklimatologie für die Station Kematen zu erhalten, müssen die Kriterien so gewählt sein, dass Talwind- und Konvektionsfälle diese nicht mehr erfüllen. Wenn im Wipptal Taleinwind einsetzt, während im Inntal gerade noch Talauswind weht, treten sowohl in Ellbögen als auch in Kematen üblicherweise nur geringe Windgeschwindigkeiten auf. Daher lässt sich der Talwind mit einem erhöhten Windgeschwindigkeitskriterium an den Stationen Kematen und Ellbögen zum Großteil herausfiltern (Abb..). Sommerliche Konvektionsniederschläge treten inneralpin sehr häufig bei gradientschwachen Wetterlagen auf. Mit dem erhöhten Windkriterium am Sattelberg lassen sich relativ gut Konvektions- von Nordföhnfällen unterscheiden. Die Windgeschwindigkeitskriterien (Tab..) wurden mittels Krümmungsmaxima der Häufigkeitsverteilungen der Windgeschwindigkeiten bestimmt. Sehr schwache Nordföhnfälle gehen durch die Windgeschwindigkeitskriterien in die Nordföhnklimatologie allerdings nicht mit ein. Windrichtungskriterium Aus den Häufigkeitsverteilungen der Windrichtungen, für die alle Kriterien in Tabelle. erfüllt sind, lassen sich Krümmungsmaxima ermitteln. Die gewonnenen Maxima dienen als Grenzen für die neuen Windrichtungssektoren. Die strengeren Windrichtungskriterien (Tab..) dienen dazu, dass weitere Konvektionsfälle nicht als Nordföhn klassifiziert werden (Abb..).

38 Nordföhn im Raum Innsbruck Stunde [UTC] Monat % Abbildung.: Relative Häufigkeit [%] von Nordwind an den Stationen Sattelberg und Ellbögen und Westwind an der Station Kematen mit optimierten Windgeschwindigkeitsund Windrichtungskriterien gemäß Tabelle., basierend auf -Minutendaten im Zeitraum. Jänner bis. Dezember. Kriterien ff [m/s] dd [ ] Sattelberg. Ellbögen. & Kematen. & Tabelle.: Kriterien für Abbildung.. ff = Windgeschwindigkeit [m/s], dd = Windrichtung [ ]. Luftdruckkriterium Den Feinschliff erfährt die Nordföhnklassifikation durch ein Luftdruckkriterium. Wenn in Innsbruck Nordföhn weht, dann ist in Garmisch vergleichsweise höherer Luftdruck zu erwarten als im Raum Innsbruck. Umgekehrt ist bei einem thermischen Talauswind im Inntal tieferer Druck in Garmisch wahrscheinlich. Mit dem Ziel noch weitere Nicht-Föhnfälle zu eliminieren wird daher neben den Windkriterien zusätzlich vorausgesetzt, dass der Luftdruck im Raum Innsbruck tiefer ist, als in

39 Garmisch. Da an der Station Kematen kein Luftdruck gemessen wird, dient die Druckmessung des nahegelegenen Flughafens als Ersatz. Wenn die in Tabelle. angeführten Druck- und Windkriterien allesamt zu einem Zeitpunkt erfüllt sind, dann wird Nordföhn für Kematen klassifiziert. Aus den relativen Nordföhnhäufigkeiten in Abhängigkeit von Tages- und Jahreszeit ergibt sich die Nordföhnklimatologie von Kematen (Abb..). Analog zur Nordföhnklimatologie von Kematen wurden Nordföhnklimatologien für die Stationen Innsbruck- Flughafen (Abb.. mit Tab..) und Innsbruck-Universität (Abb.. mit Tab..) erstellt. Die Kriterien für die Föhnklimatologien sind jeweils in der Tabelle unter der Abbildung zusammengefasst... Grenzen der Nordföhnklassifikation Der Nordföhnklassifikation sind Grenzen gesetzt, denn um konvektives Ausfließen oder Taleinwindfälle nicht fälschlicherweise als Nordföhn zu klassifizieren, sind die Windgeschwindigkeitskriterien relativ hoch angesetzt und die Windrichtungssektoren ziemlich eingeschränkt. Schwache Nordföhnfälle oder die wenigen Fälle, bei denen der Nordföhn direkt von der Innsbrucker Nordkette ins Tal herabsteigt, gehen infolge der strengen Kriterien in die Nordföhnklimatologie nicht ein. Ebenso nicht erfasst werden die Fälle, bei denen der Nordföhn in Innsbruck gerade eingesetzt hat und die Windkriterien an den Referenzstationen Ellbögen und Sattelberg durch die räumliche Distanz und der daraus resultierenden zeitlichen Phasenverschiebung noch nicht erfüllt sind. Bei Datenausfall einer für die Föhnklassifikation relevanten Station kann ebenfalls kein Nordföhn klassifiziert werden.. Nordföhnklimatologie Die Konfluenz aus Nordföhn und der aus dem Unterinntal einfließenden Luft (Abb..) führt im Raum Innsbruck zu einem markanten Ost-West-Gradient der relativen Föhnhäufigkeit. Um dies zu illustrieren, werden in diesem Kapitel die Nordföhnhäufigkeiten der Stationen Kematen, Innsbruck-Flughafen und Innsbruck-Universität einander gegenübergestellt. In diesem Zusammenhang stehen unter anderem auch die Temperatureffekte des Nordföhns, der als relativ warmer oder auch kalter Wind in Erscheinung treten kann, im Blickpunkt. Darüber hinaus wird auf den Jahresund Tagesgang des Nordföhns eingegangen.

40 .. Nordföhn in Innsbruck und Kematen In Innsbruck wird bei Nordföhn Wind aus westlichen Richtungen registriert, was auf die Kanalisierung der Strömung im Inntal zurückzuführen ist. Wenn in Innsbruck Nordföhn weht, strömt oft zugleich auch relativ kalte Luft durch das Unterinntal Richtung Wipptalmündung (Abb..). Die Konfluenz aus Ostwind im Unterinntal und Nordföhn im Oberinntal kommt vor allem dann zustande, wenn die Luft im Alpenvorland unter Kammniveau stabil geschichtet ist und der Nordföhn somit aus potentiell wärmeren Schichten stammt als die seicht ins Unterinntal einfließende Luft. Förderlich für das Einfließen der Kaltluft ist die Präsenz der relativ warmen Föhnluft im Oberinntal, die ein hydrostatisches Bodentief verursacht. Da die Luft im Inntal zu einem großen Teil ins Wipptal abfließt, befindet sich die Grenze zwischen der feuchtkalten Luft aus dem Unterinntal und der trockenwarmen Nordföhnluft oft genau über Innsbruck. Daher werden westlich von Innsbruck (Kematen) deutlich mehr Nordföhnfälle registriert, als im Stadtzentrum (Universität), das direkt an der Wipptalmündung liegt (Tab..). Nordföhnhäufigkeit [%] Kematen. Flughafen. Universität. Tabelle.: Relative Nordföhnhäufigkeit [%] im Raum Innsbruck, basierend auf - Minutendaten im Zeitraum. Jänner bis. Dezember. In Kematen herrscht in rund. % aller Fälle Nordföhn und am Flughafen beträgt die mittlere Föhnhäufigkeit zirka. %. Damit weht in Kematen annähernd doppelt so häufig Nordföhn wie am Flughafen. An der Universität sind die Nordföhnkriterien in nur rund. % aller Fälle erfüllt. Die Föhnhäufigkeit an der Universität liegt also fast um einem Faktor unter dem Wert von Kematen. Am Flughafen werden beinahe doppelt so viele Nordföhnfälle verzeichnet wie an der Universität, trotz der geringen Distanz zwischen den beiden Standorten. Nordföhn führt allerdings nicht immer zu einer Erwärmung (Kap. ). In Meran (Südtirol) bewirken zum Beispiel rund % aller Föhndurchbrüche eine Temperaturabnahme (Verant, ). Auch im Inntal verursachen Nordföhndurchbrüche vor allem bei Kaltluftadvektion, zum Beispiel in Verbindung mit hochreichenden Kaltfronten, trotz des trockenadiabatischen Abstiegs der Föhnluft oft eine Abkühlung. Wenn Nordföhn im Oberinntal zu einer Temperaturabnahme führt, steigt dort der Bodendruck im Vergleich zum Unterinntal. Dieser hydrostatische Druckgradient hat zur Folge, dass sich die Föhnluft relativ leicht bis zur Station Universität durchsetzt.

41 . Nordföhnklimatologie.. Jahres- und Tagesgang von Nordföhn in Innsbruck Die relative Häufigkeitsverteilung von Nordföhn im Raum Innsbruck weist einen markanten Jahres- und Tagesgang auf. Dies geht aus den Nordföhnklimatologien der Stationen Kematen (Abb.. mit Tab..), Innsbruck-Flughafen (Abb.. mit Tab..) und Innsbruck-Universität (Abb.. mit Tab..) hervor. Stunde [UTC] Monat % Abbildung.: Relative Nordföhnhäufigkeit [%] an der Station Kematen gemäß den Kriterien in Tabelle., basierend auf -Minutendaten im Zeitraum. Jänner bis. Dezember. Nordföhnkriterien ff [m/s] dd [ ] dp [hpa] Sattelberg. Ellbögen. & Kematen. & Flughafen-Garmisch -. Tabelle.: Kriterien für Abbildung.. ff = Windgeschwindigkeit [m/s], dd = Windrichtung [ ], dp = auf m reduzierter Luftdruck von Innsbruck-Flughafen minus Garmisch [hpa].

42 Nordföhn im Raum Innsbruck Die relativen Föhnhäufigkeiten sind in Abhängigkeit von Tageszeit und Monat dargestellt und basieren auf -Minutendaten im Zeitraum vom. Januar bis. Dezember. Die relative Häufigkeitsverteilung von Nordföhn ergibt sich aus dem Verhältnis der Nordföhnfälle zum gesamten Datensatz ohne Fehlerwerte. Die in Kapitel. diskutierten Föhnkriterien sind jeweils in der Tabelle unter der Abbildung angeführt. Stunde [UTC] Monat % Abbildung.: Relative Nordföhnhäufigkeit [%] an der Station Innsbruck-Flughafen gemäß den Kriterien in Tabelle., basierend auf -Minutendaten im Zeitraum. Jänner bis. Dezember. Nordföhnkriterien ff [m/s] dd [ ] dp [hpa] Sattelberg. Ellbögen. & Flughafen. & Flughafen-Garmisch -. Tabelle.: Kriterien für Abbildung.. ff = Windgeschwindigkeit [m/s], dd = Windrichtung [ ], dp = auf m reduzierter Luftdruck von Innsbruck-Flughafen minus Garmisch [hpa].

43 . Nordföhnklimatologie Stunde [UTC] Monat % Abbildung.: Relative Nordföhnhäufigkeit [%] an der Station Innsbruck-Universität gemäß den Kriterien in Tabelle., basierend auf -Minutendaten im Zeitraum. Jänner bis. Dezember. Nordföhnkriterien ff [m/s] dd [ ] dp [hpa] Sattelberg. Ellbögen. & Universität. & Universität-Garmisch -. Tabelle.: Kriterien für Abbildung.. ff = Windgeschwindigkeit [m/s], dd = Windrichtung [ ], dp = auf m reduzierter Luftdruck von Innsbruck-Universität minus Garmisch [hpa]. Jahresgang von Nordföhn in Innsbruck Das Auftreten von Nordföhnereignissen in Innsbruck ist maßgeblich an die Anströmung gegen die Alpen gebunden. Die Anströmungsgeschwindigkeit steht in einem engen Zusammenhang mit der Lage der Frontalzone, die in der Nordhemisphäre im Winter durchschnittlich bedeutend weiter im Süden anzutreffen ist als im Sommer. Somit ist die Dynamik der Anströmung im Alpenraum in der kalten Jahreszeit im

44 Nordföhn im Raum Innsbruck Mittel höher als in den Sommermonaten. Folglich überwiegen im Winterhalbjahr dynamisch forcierte Nordföhnfälle, während Nordföhn im Sommerhalbjahr häufig hydrostatisch bedingt ist (Verant, ). Neben der Anströmungsgeschwindigkeit ist die Anströmungsrichtung von entscheidender Bedeutung. Passend zum häufigen Auftreten von Nordlagen fällt das klimatologische Nordföhnmaximum im Raum Innsbruck auf die Monate Februar und März. An den Nachmittagen dieser Monate weht in Kematen in rund % aller Fälle Nordföhn. Am Flughafen wird zu dieser Zeit in zirka % und an der Universität in etwa % der Fälle Nordföhn registiert. Hydrostatisch bedingte Nordföhnfälle kommen vor allem zu Sommerbeginn vor. In den Nachmittagsstunden des Monats Juni tritt ein sekundäres Föhnmaximum in Erscheinung mit % Nordföhnhäufigkeit in Kematen, % am Flughafen und rund % an der Universität. Tagesgang von Nordföhn in Innsbruck Die Schichtung der Talatmosphäre weist infolge der Strahlungsverhältnisse einen markanten Tagesgang auf. Da das Auftreten von Nordföhn in engem Zusammenhang mit der Stabilität der Luft im Inntal steht, ist auch bei der Nordföhnverteilung ein deutlicher Tagesgang ausgeprägt. Die Ausbildung nächtlicher Inversionen sorgt in vielen Fällen für eine Entkoppelung der Grundschicht von der Föhnluft. Am Nachmittag ist die Talatmosphäre durch die diffuse oder direkte Sonneneinstrahlung hingegen im Mittel am besten durchmischt, wodurch das tageszeitliche Nordföhnmaximum am Nachmittag auftritt. Die nächtliche Auskühlung bewirkt in Innsbruck oft ein Abheben des Föhns. Die Grenze zwischen der Nordföhnluft im Oberinntal und der Kaltluft im Unterinntal liegt daher in der Nacht oft weiter im Westen als am Tag. Der Tagesgang von Nordföhn im Raum Innsbruck ist aber auch an die Anströmungsgeschwindigkeit gegen die Alpen gebunden. Im Winterhalbjahr ist die Anströmung oft so stark, dass der Nordföhn in der Nacht anhält. Im Februar und März liegt die relative Föhnhäufigkeit von Kematen, selbst in den frühen Morgenstunden, stets über %. Am Flughafen und an der Universität ist die Entkoppelung durch nächtliche Inversionen und die aus dem Unterinntal einfließende Kaltluft wirksamer als in Kematen, wodurch vor allem an der Universität nachts kaum Nordföhn auftritt. In den Sommermonaten hebt Nordföhn im Raum Innsbruck praktisch immer schon am Abend ab. Der Sattelberg verzeichnet sowohl bei dynamisch als auch hydrostatisch bedingter Nord-Süd-Überströmung des Alpenhauptkamms in der Regel Nordwind. Die relative Häufigkeitsverteilung von Nordwind am Sattelberg mit Windgeschwindig-

45 Stunde [UTC] Monat % Abbildung.: Relative Häufigkeit [%] von Nordwind. m/s an der Station Sattelberg gemäß Tabelle., basierend auf -Minutendaten im Zeitraum. Jänner bis. Dezember. Kriterien ff [m/s] dd [ ] Sattelberg. Tabelle.: Kriterien für Abbildung.. ff = Windgeschwindigkeit [m/s], dd = Windrichtung [ ]. keiten von mindestens. m/s (Abb.. mit Tab..) zeigt ein ähnliches Muster wie die Nordföhnklimatologie von Kematen (Abb..). Die Nordföhnhäufigkeit von Kematen ist allerdings nur etwa halb so hoch wie die Häufigkeit von Nordwind. m/s am Sattelberg. Dies ist teils auf die Schichtung der Talatmosphäre, teils aber auch auf die Strenge der Nordföhnkriterien zurückzuführen.

46 Nordföhn im Raum Innsbruck. Windrichtungen diverser Stationen bei Nordföhn In diesem Kapitel sind die Häufigkeitsverteilungen der Windrichtungen diverser Wetterstationen unter der Voraussetzung, dass im Raum Innsbruck Nordföhn weht, angeführt. Die Windrichtungsverteilung der Bergstationen geben Aufschluss über die Strömungsverhältnisse, die vorherrschen, wenn die Nordföhnkriterien von Kematen erfüllt sind. Darüber hinaus werden die Windrichtungen zahlreicher Talstationen diskutiert. Es ist zu beachten, dass die Windrichtungsverteilungen sowohl an Talals auch an Bergstationen durch lokale Kanalisierungseffekte geprägt sind... Windrichtungen diverser Stationen bei Nordföhn in Kematen Ob sich bei Nordlagen in Innsbruck Nordföhn oder Kaltluft aus dem Unterinntal durchsetzt, hängt nicht nur von der Schichtung der Talatmosphäre und der Dynamik der Anströmung, sondern auch von der exakten Anströmungsrichtung ab. Förderlich für Nordföhnereignisse ist dabei neben der Nord- auch eine Westkomponente in der Anströmung gegen die Alpen. Wenn zum Beispiel in Kematen Nordföhn weht, dann registrieren die umliegenden Bergstationen Wind aus nördlichen bis westlichen Richtungen. An den Stationen Zugspitze (Abb..), Patscherkofel (Abb..) und Brenner (Abb..) weht fast immer Nordwind, wenn die Nordföhnkriterien für Kematen erfüllt sind. In Galzig (Abb..) und auf dem Hohenpeissenberg (Abb..) wird in diesen Fällen durchwegs Wind aus westlichen Richtungen aufgezeichnet. Nordostwind ist für Nordföhn in Innsbruck hingegen ungünstig, da eine Ostkomponente in der Anströmung das Einfließen von Kaltluft ins Inntal fördert, was wiederum einen Föhndurchbruch erschwert. Da sich die Grenze zwischen der Nordföhnluft im Oberinntal und der Kaltluft aus dem Unterinntal oft an der Wipptalmündung befindet, werden westlich von Innsbruck bedeutend mehr Föhnfälle als im Stadtzentrum registriert. Dementsprechend weht an den Stationen Innsbruck-Flughafen (Abb..) und Innsbruck-Universität (Abb..) in vielen Fällen Ostwind, während in Kematen alle Nordföhnkriterien (Tab..) erfüllt sind. Längs des Inntals sind die untersten Dekameter von den darüberliegenden Luftschichten häufig thermisch entkoppelt. Beim Vergleich der Winddaten von Stationen im Inntal mit dem Zug der tiefen Wolken kann sich durchaus herausstellen, dass der bodennahe Wind mit geringer Geschwindigkeit genau in die entgegengesetzte Richtung weht, wie der Wind wenige Dekameter über der Talsohle. Der Grund dafür ist, dass der Wind in Metern Höhe stark an das lokale Bodendruckfeld gebun-

47 . Windrichtungen diverser Stationen bei Nordföhn Abbildung.: Relative Häufigkeit [%] der sektoriellen Windrichtungen für die Station Zugspitze bei Nordföhn in Kematen. Abbildung.: Relative Häufigkeit [%] der sektoriellen Windrichtungen für die Station Patscherkofel bei Nordföhn in Kematen. Abbildung.: Relative Häufigkeit [%] der sektoriellen Windrichtungen für die Station Brenner bei Nordföhn in Kematen. Abbildung.: Relative Häufigkeit [%] der sektoriellen Windrichtungen für die Station Galzig bei Nordföhn in Kematen.

48 Nordföhn im Raum Innsbruck Abbildung.: Relative Häufigkeit [%] der sektoriellen Windrichtungen für die Station Hohenpeissenberg bei Nordföhn in Kematen. Abbildung.: Relative Häufigkeit [%] der sektoriellen Windrichtungen für die Station Innsbruck-Flughafen bei Nordföhn in Kematen. Abbildung.: Relative Häufigkeit [%] der sektoriellen Windrichtungen für die Station Innsbruck-Universität bei Nordföhn in Kematen. Abbildung.: Relative Häufigkeit [%] der sektoriellen Windrichtungen für die Station Jenbach bei Nordföhn in Kematen.

49 . Windrichtungen diverser Stationen bei Nordföhn Abbildung.: Relative Häufigkeit [%] der sektoriellen Windrichtungen für die Station Kufstein bei Nordföhn in Kematen. Abbildung.: Relative Häufigkeit [%] der sektoriellen Windrichtungen für die Station Landeck bei Nordföhn in Kematen. Abbildung.: Relative Häufigkeit [%] der sektoriellen Windrichtungen für die Station Seefeld bei Nordföhn in Kematen. Abbildung.: Relative Häufigkeit [%] der sektoriellen Windrichtungen für die Station Achenkirchen bei Nordföhn in Kematen.

50 Nordföhn im Raum Innsbruck den ist. Der Bodendruck ist unter anderem durch Leewellen an Gebirgsketten und Temperaturgradienten längs des Inntals geprägt. In den Häufigkeitsverteilungen der Windrichtungen an den Stationen Jenbach (Abb..), Kufstein (Abb..) und Landeck (Abb..) spiegelt sich dies mitunter wider. Das Anemometer der Wetterstation Seefeld (Abb..) registriert selbst dann kaum Wind, wenn in Innsbruck Nordföhn in Orkanstärke weht, da sich die Station in einem abgelegenen Seitental befindet. Die Windrichtung an der Station Achenkirchen (Abb..) weist durch die Kanalisierung des Windes im Achental eine Ostkomponente auf. Wenn in Kematen Nordföhn weht, tritt im Achental, das eine Verbindung zwischen dem Inntal und dem Alpenvorland darstellt, Südwind so gut wie nie auf... Windrichtungen diverser Stationen bei Nordföhn am Innsbrucker Flughafen Wenn alle Nordföhnkriterien der Station Innsbruck-Flughafen (Tab..) erfüllt sind, weht an der Station Innsbruck-Universität (Abb..) in vielen Fällen Ostwind. Von der Kaltluft aus dem Unterland unberührt ist hingegen die Wetterstation Kematen (Abb..), die in diesen Fällen praktisch immer Wind aus westlichen Richtungen, also Nordföhn, registriert. Abbildung.: Relative Häufigkeit [%] der sektoriellen Windrichtungen für die Station Innsbruck-Universität bei Nordföhn am Flughafen Innsbruck. Abbildung.: Relative Häufigkeit [%] der sektoriellen Windrichtungen für die Station Kematen bei Nordföhn am Flughafen Innsbruck.

51 . Windrichtungen diverser Stationen bei Nordföhn.. Windrichtungen diverser Stationen bei Nordföhn an der Universität Innsbruck Aufgrund der Kanalisierung der Föhnströmung im Inntal tritt Nordföhn an der Universität gemäß den Kriterien in Tabelle. nur dann auf, wenn in Kematen und am Flughafen ebenfalls Nordföhn herrscht. Wenn die Nordföhnkriterien der Station Innsbruck-Universität erfüllt sind, weht in Kematen (Abb..) und am Flughafen (Abb..) praktisch immer Westwind. Dies stützt die Auswahl der in Kapitel. diskutierten Nordföhnkriterien. Abbildung.: Relative Häufigkeit [%] der sektoriellen Windrichtungen für die Station Kematen bei Nordföhn an der Universität Innsbruck. Abbildung.: Relative Häufigkeit [%] der sektoriellen Windrichtungen für die Station Innsbruck-Flughafen bei Nordföhn an der Universität Innsbruck.

52

53 Kapitel Niederschlag bei Nordlagen In den Alpen ist die räumliche Niederschlagsverteilung stark durch mesoskalige Hebungs- beziehungsweise Absinkprozesse geprägt. Bei Nordlagen fällt am Alpennordrand im klimatologischen Mittel bedeutend mehr Niederschlag als inneralpin (Fliri, ). Um den Einfluss des Nordföhns auf die inneralpinen Niederschläge zu illustrieren, werden in diesem Kapitel die relativen Niederschlagshäufigkeiten von Innsbruck und Kufstein einander gegenübergestellt. Darüber hinaus wird die Rolle der Schichtung im Zusammenhang mit dem Niederschlag diskutiert, da die Stabilität der mittleren und unteren Troposphäre für mesoskalige Absinkprozesse von entscheidender Bedeutung ist.. Niederschlagsklimatologie In Nordstauregionen fällt im Mittel mehr Niederschlag als inneralpin. Die Station Kufstein verzeichnet in knapp % aller -Minutenintervalle messbaren Niederschlag. Mit gut % ist die Niederschlagshäufigkeit am Innsbrucker Flughafen hingegen deutlich geringer (Tab..). Niederschlagshäufigkeit [%] Innsbruck-Flughafen. Kufstein. Tabelle.: Relative Häufigkeit [%] von messbarem Niederschlag (Niederschlagsmenge.mm), basierend auf -Minutendaten im Zeitraum. Januar bis. Dezember. Wenn man Tages- und Jahresgang des Niederschlags von Innsbruck und Kufstein bei Nordlagen gegenüberstellt und mit der Innsbrucker Nordföhnklimatologie vergleicht, zeigt sich, dass Nordföhn häufig die Ursache dafür ist, dass in Innsbruck weniger Niederschlag fällt als in Kufstein.

54 Niederschlag bei Nordlagen Die relative Häufigkeitsverteilung von Niederschlag in Innsbruck (Abb..) ergibt sich aus dem Verhältnis der Fälle, für die die Kriterien gemäß Tabelle. erfüllt sind, zum gesamten Datensatz ohne Fehlerwerte. Es wird also neben messbarem Niederschlag innerhalb eines -Minutenintervalls vorausgesetzt, dass am Patscherkofel Nordwind herrscht, wobei die Windrichtungskriterien anhand der Krümmungsmaxima der Häufigkeitsverteilung der Windrichtungen festgelegt wurden. Die gleichen Windkriterien gelten auch für die Häufigkeitsverteilung von Niederschlag in Kufstein (Abb.. mit Tab..). Stunde [UTC] Monat % Abbildung.: Relative Häufigkeit [%] von messbarem Niederschlag an der Station Innsbruck-Flughafen bei Nordlagen gemäß Tabelle., basierend auf -Minutendaten im Zeitraum. Januar bis. Dezember. Kriterien ff [m/s] dd [ ] RR [mm] Innsbruck-Flughafen. Patscherkofel. Tabelle.: Kriterien für Abbildung.. ff = Windgeschwindigkeit [m/s], dd = Windrichtung [ ], RR = -minütige Niederschlagsmenge [mm].

55 . Niederschlagsklimatologie Stunde [UTC] Monat % Abbildung.: Relative Häufigkeit [%] von messbarem Niederschlag an der Station Kufstein bei Nordlagen gemäß Tabelle., basierend auf -Minutendaten im Zeitraum. Januar bis. Dezember. Kriterien ff [m/s] dd [ ] RR [mm] Kufstein. Patscherkofel. Tabelle.: Kriterien für Abbildung.. ff = Windgeschwindigkeit [m/s], dd = Windrichtung [ ], RR = -minütige Niederschlagsmenge [mm]. Die Tagesgänge der Niederschläge sind im Sommer sowohl in Innsbruck als auch in Kufstein nur schwach ausgeprägt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Sommerniederschläge hauptsächlich konvektiver Natur sind und vor allem bei gradientschwachen Lagen oder vorderseitig von Trögen auftreten. Durch das Windkriterium, das eine Nordkomponente auf dem Patscherkofel verlangt, wird ein Großteil des konvektiven Sommerniederschlags eliminiert. Auf diese Weise kann der Einfluss des Nordföhns auf den Niederschlag besser illustriert werden. Beim Jahresgang der Niederschläge fallen im direkten Vergleich zwischen Innsbruck und Kufstein gerade im Februar und März gravierende Unterschiede auf. In Kufstein wird in dieser Zeit besonders häufig messbarer Niederschlag bei Nordanströ-

56 mung registriert, wobei kein Tagesgang auszumachen ist. Zum Beispiel fällt im Februar in bis % aller Fälle messbarer Niederschlag innerhalb eines -Minuten- Intervalls. Am Innsbrucker Flughafen liegt die Niederschlagshäufigkeit im Februar und März hingegen im einstelligen Bereich und ist damit bedeutend geringer. Darüber hinaus ist nachmittags ein signifikantes Minimum mit nur bis % Niederschlagshäufigkeit ausgeprägt. Dieses Minimum ist im Winterhalbjahr nicht mit dem Tagesgang der Konvektion erklärbar. Die gute zeitliche Übereinstimmung des Niederschlagsminimums mit dem Nordföhnmaximum (Abb..) lässt den Schluss zu, dass das Niederschlagsminimum zum Großteil auf Nordföhn zurückzuführen ist.. Schichtung bei Niederschlagsereignissen Die Stabilität der mittleren und unteren Troposphäre ist ein maßgeblicher Faktor dafür, ob im Inntal Föhn auftritt. Wenn das Inntal zum Beispiel beim Aufzug einer Warmfront mit Kaltluft gefüllt ist, erfahren Aufgleitniederschläge mangels mesoskaliger Absinkprozesse in der Regel keine Abschwächung. Ist die Grenzschicht hingegen zum Beispiel auf der Rückseite eines Troges oder bei Durchgang einer hochreichenden Kaltfront thermisch gut durchmischt, kann Nordföhn ins Inntal durchgreifen und Niederschlag unterbinden. Der Zusammenhang zwischen Stabilität und messbarem Niederschlag ist in Abbildung. dargestellt. Die Schichtung ist aus den Daten von Radiosondenaufstiegen aus München berechnet. Die schwarze Kurve stellt die Verteilungsdichte der θ-differenz zwischen hpa und hpa dar, wobei nur all jene Fälle eingehen, bei denen eine Nordkomponente in hpa vorliegt. Die hpa-druckfläche befindet sich ungefähr in Kammniveau und ist in Hinblick auf die Hebung der Luft über das Gebirge und für Nordföhn von Interesse. Für die blaue Kurve gelten exakt die gleichen Bedingungen wie für die schwarze, allerdings mit dem Zusatz, dass mindestens. mm Niederschlag in den Stunden nach dem Aufstieg an der Station Innsbruck beziehungsweise Reutte gemessen werden. Wenn in Innsbruck bei Nordlagen messbarer Niederschlag fällt, ist die Schichtung durchschnittlich stabiler (blaue Kurve in Abb..) als im Mittel über alle Fälle (schwarze Kurve). Der Median der blauen Kurve liegt um. C höher als der Median der schwarzen Kurve. In Reutte liegen die Verhältnisse hingegen ganz anders, da sich Reutte am Alpennordrand nördlich der ersten höheren Gebirgszüge befindet. Wenn in Reutte bei Nordlagen Niederschlag auftritt, liegt der Median der θ-differenz zwischen hpa und hpa (blaue Kurve) um. C niedriger als im Mittel über alle Fälle (schwarze Kurve). Vergleicht man also bei Nordlagen die Schichtung im Inntal (Innsbruck) und am Alpennordrand (Reutte), dann zeigt sich, dass es in Innsbruck im Mittel bei stabile-

57 . Schichtung bei Niederschlagsereignissen Verteilungsdichte [%] Θ Differenz hpa hpa [K] Verteilungsdichte [%] Θ Differenz hpa hpa [K] (a) Innsbruck (b) Reutte Abbildung.: Schwarze Kurve: Verteilungsdichte der θ-differenz hpa minus hpa bei Nordkomponente in der hpa-anströmung in München, basierend auf - stündigen Radiosondendaten im Zeitraum. Januar bis. Dezember. Blaue Kurve: Wie schwarze Kurve mit dem Zusatzkriterium, dass die stündige Niederschlagssumme in (a) Innsbruck, (b) Reutte direkt nach dem Radiosondenaufstieg mindestens. mm beträgt. ren Verhältnissen regnet oder schneit als in Reutte. Dies ist darauf zurückzuführen, dass zu labile Verhältnisse inneralpin Nordföhn, der oft zu einer Abtrocknung führt, begünstigen, während am Alpennordrand Niederschlag fällt.

58

59 Kapitel Zusammenhang zwischen Nordföhn und Niederschlag Nordföhnluft ist in vielen Fällen wärmer und trockener als die Luft, die bei Nordlagen ins Unterinntal einfließt. Um dies zu zeigen, werden in diesem Kapitel die potentielle Temperatur (θ), die relative Feuchte und die äquivalentpotentielle Temperatur (θ e ) der Föhnluft mit der Luft im Unterinntal verglichen. Des Weiteren wird der Zusammenhang zwischen Nordföhn und Niederschlag anhand von Kontingenztabellen diskutiert. Dabei werden die Niederschlagshäufigkeiten vom Innsbrucker Flughafen und von Kufstein einander gegenübergestellt, um die Auswirkungen des Nordföhns auf den Niederschlag im Inntal zu illustrieren.. Konfluenz im Inntal Voraussetzung für die Konfluenz von relativ warmer Nordföhnluft aus dem Oberinntal und Kaltluft aus dem Unterinntal (Abb..) ist eine stabile Schichtung der Luft im Alpenvorland unter Kammniveau. Da die Nordföhnluft unter dieser Bedingung ihren Ursprung in potentiell warmen Schichten hat und außer bei Niederschlag trockenadiabatisch absinkt, ist diese relativ trocken und warm. Die Luft, die über Kufstein ins Unterinntal seicht einfließt, bleibt von mesoskaligen Absinkprozessen weitgehend unberührt, wodurch diese vergleichsweise relativ feucht und kalt ist. Da die Luft bei Nordanströmung vom Inntal großteils ins Wipptal abfließt, ist die Konfluenz oft an der Wipptalmündung zu beobachten. Folglich registrieren die Stationen Innsbruck-Universität sowie Jenbach in vielen Fällen kalten Ostwind, während sich die Stationen Innsbruck-Flughafen und Kematen in relativ warmer Nordföhnluft befinden. Um die Föhnluft und die Luft im Unterinntal im Hinblick auf Temperatur und Feuchte zu vergleichen, sind repräsentative Stationsmessungen im Inntal erforderlich.

60 Zusammenhang zwischen Nordföhn und Niederschlag Allerdings führt zum Beispiel der Stadteffekt in Innsbruck dazu, dass die potentielle Temperatur an der Universität im klimatologischen Mittel höher ist als am Flughafen. Darüber hinaus sind die Aufzeichnungen der relativen Luftfeuchtigkeit vieler Wetterstationen aus messtechnischen Gründen mit systematischen Fehlern behaftet. Daher ist es zielführend, eine klimatologische Häufigkeitsverteilung von Temperaturund Feuchtedifferenz zwischen Ober- und Unterinntal als Referenz einzuführen, wobei alle Fälle unabhängig von der Wetterlage in die Referenz eingehen. In den Abbildungen.,. und. sind die Differenzen der potentiellen Temperatur (rote Kurve), der relativen Feuchte (grüne Kurve) und der äquivalentpotentiellen Temperatur (violette Kurve) zwischen dem Innsbrucker Flughafen und der Universität (a), beziehungsweise Jenbach (b), unter der Bedingung, dass Konfluenz aus Nordföhn und Ostwind herrscht, dargestellt. Die klimatologischen Häufigkeitsverteilungen der θ-, Feuchte- und θ e -Differenzen dienen jeweils als Referenz (schwarze Kurven). Verteilungsdichte [%] Θ Differenz FLH UNI [K] Verteilungsdichte [%] Θ Differenz FLH JEN [K] (a) FLH - UNI (b) FLH - JEN Abbildung.: Schwarze Kurve: Verteilungsdichte der θ-differenz Innsbruck-Flughafen minus (a) Innsbruck-Universität, (b) Jenbach. Rote Kurve: Verteilungsdichte der θ- Differenz Innsbruck-Flughafen minus (a) Innsbruck-Universität, (b) Jenbach, bei Nordföhn am Flughafen und Ostwind an der Station (a) Universität, (b) Jenbach. Die Föhnund Ostwindkriterien sind in Tabelle. für die Universität, beziehungsweise in Tabelle. für Jenbach, angeführt. Wenn alle Nordföhnkriterien der Station Innsbruck-Flughafen erfüllt sind und an der Universität Innsbruck Ostwind gemäß Tabelle. weht, ist die Universität im Vergleich zum Flughafen durchschnittlich potentiell kälter (Abb..(a)) als im klimatologischen Mittel. Des Weiteren ist bei Konfluenz zwischen Föhnluft und Kaltluft aus dem Unterland die relative Feuchtigkeit der Universität im Mittel höher als am Flughafen (Abb..(a)). Anhand der θ e -Werte ist die Föhnluft von der

61 . Konfluenz im Inntal Verteilungsdichte [%] RF Differenz FLH UNI [%] Verteilungsdichte [%] RF Differenz FLH JEN [%] (a) FLH - UNI (b) FLH - JEN Abbildung.: Schwarze Kurve: Verteilungsdichte der Differenz der relativen Feuchte Innsbruck-Flughafen minus (a) Innsbruck-Universität, (b) Jenbach. Grüne Kurve: Verteilungsdichte der Differenz der relativen Feuchte Innsbruck-Flughafen minus (a) Innsbruck- Universität, (b) Jenbach, bei Nordföhn am Flughafen und Ostwind an der Station (a) Universität, (b) Jenbach. Die Föhn- und Ostwindkriterien sind in Tabelle. für die Universität, beziehungsweise in Tabelle. für Jenbach, angeführt. Verteilungsdichte [%] Θe Differenz FLH UNI [K] Verteilungsdichte [%] Θe Differenz FLH JEN [K] (a) FLH - UNI (b) FLH - JEN Abbildung.: Schwarze Kurve: Verteilungsdichte der θ e -Differenz Innsbruck-Flughafen minus (a) Innsbruck-Universität, (b) Jenbach. Violette Kurve: Verteilungsdichte der θ e - Differenz Innsbruck-Flughafen minus (a) Innsbruck-Universität, (b) Jenbach, bei Nordföhn am Flughafen und Ostwind an der Station (a) Universität, (b) Jenbach. Die Föhn- und Ostwindkriterien sind in Tabelle. für die Universität, beziehungsweise in Tabelle. für Jenbach, angeführt.

62 Kriterien ff [m/s] dd [ ] dp [hpa] Sattelberg. Ellbögen. & Flughafen. & Flughafen-Garmisch -. Universität. & Tabelle.: Kriterien für die Abbildungen.(a),.(a) und.(a). ff = Windgeschwindigkeit [m/s], dd = Windrichtung [ ], dp = auf m reduzierter Luftdruck von Innsbruck- Flughafen minus Garmisch [hpa]. Kaltluft allerdings kaum unterscheidbar (Abb..(a)), weil die Luft in Ober- und Unterinntal oft Bestandteil der gleichen Luftmasse ist und θ und relative Feuchte, die gleichermaßen in θ e eingehen, an Universität und Flughafen gegenläufig sind. Die äquivalentpotentielle Temperatur ist im Unterinntal bei Nordlagen meist ganz geringfügig niedriger als im Oberinntal, da die Föhnluft aus potentiell wärmeren Schichten stammt und die kältere Luft bei großräumiger Nordanströmung mit dem synoptischen Tief im Osten liegt. Der Vergleich von θ, der relativen Feuchte und θ e zwischen dem Innsbrucker Flughafen und Jenbach liefert die gleichen Ergebnisse, wie der Vergleich zwischen Flughafen und Universität (Abb..(b),.(b),.(b) mit Tab..). Kriterien ff [m/s] dd [ ] dp [hpa] Sattelberg. Ellbögen. & Flughafen. & Flughafen-Garmisch -. Jenbach. & Tabelle.: Kriterien für die Abbildungen.(b),.(b) und.(b). ff = Windgeschwindigkeit [m/s], dd = Windrichtung [ ], dp = auf m reduzierter Luftdruck von Innsbruck- Flughafen minus Garmisch [hpa]. Die Tatsache, dass Nordföhn zu einer Abtrocknung der Luft im Oberinntal führt, lässt den Schluss zu, dass mit Nordföhn in vielen Fällen eine Niederschlagsabschwächung einhergeht.

63 . Nordföhn und Niederschlag im Raum Innsbruck. Nordföhn und Niederschlag im Raum Innsbruck Die in diesem Kapitel angeführten Kontingenztabellen geben den Zusammenhang zwischen messbarem Niederschlag am Innsbrucker Flughafen und Nordföhn an den Stationen Kematen (Tabelle.), Innsbruck-Flughafen (Tab..) bzw. Innsbruck- Universität (Tab..) an. Kematen Nordföhn kein Nordföhn Summe messbarer Niederschlag FLH... kein messbarer Niederschlag FLH... Summe... Tabelle.: Vergleich [%] von Nordföhn an der Wetterstation Kematen und messbarem Niederschlag an der Station Innsbruck-Flughafen, basierend auf -Minutendaten im Zeitraum. Jänner bis. Dezember. Flughafen Nordföhn kein Nordföhn Summe messbarer Niederschlag FLH... kein messbarer Niederschlag FLH... Summe... Tabelle.: Vergleich [%] von Nordföhn und messbarem Niederschlag an der Station Innsbruck-Flughafen, basierend auf -Minutendaten im Zeitraum. Jänner bis. Dezember. Universität Nordföhn kein Nordföhn Summe messbarer Niederschlag FLH... kein messbarer Niederschlag FLH... Summe... Tabelle.: Vergleich [%] von Nordföhn an der Wetterstation Innsbruck-Universität und messbarem Niederschlag an der Station Innsbruck-Flughafen, basierend auf - Minutendaten im Zeitraum. Jänner bis. Dezember. Den relativen Häufigkeiten liegen die Niederschlagsaufzeichnungen vom Innsbrucker Flughafen und die für die Föhnklassifikation relevanten Stationsdaten der Jahre bis zu Grunde. Wenn an einer Station für irgendeinen Zeitraum Datenausfall vorliegt, so geht diese Periode in die Häufigkeitsverteilung nicht mit ein.

64 Die in den Kontingenztabellen angegebenen Niederschlagshäufigkeiten weichen von den Angaben in Tab.. geringfügig ab, da die Werte in Kapitel. unabhängig von Nordföhn, also auf einer anderen Datenbasis, berechnet wurden. Durch unterschiedlichen Datenausfall ist die Anzahl der relevanten Messungen an den Stationen Kematen, Flughafen und Universität nicht gleich. In Innsbruck tritt in rund % aller Nordföhnfälle messbarer Niederschlag auf. Niederschlag und Nordföhn kommen dann zeitgleich vor, wenn sich das Absinken der Föhnluft auf tiefe Niveaus beschränkt und aus den Wolken über der Föhninversion ausreichend Niederschlag fällt. Dies ist zum Beispiel bei Frontdurchgängen zu beobachten.. Nordföhn im Raum Innsbruck und Niederschlag in Kufstein Um die Auswirkungen des Nordföhns auf die Niederschlagsverteilung im Inntal zu illustrieren, sind in Kapitel. messbarer Niederschlag und Nordföhn in Innsbruck und in diesem Kapitel der Vergleich von messbarem Niederschlag in Kufstein und Nordföhn an den Stationen Kematen (Tab..), Innsbruck-Flughafen (Tab..) und Innsbruck-Universität (Tab..) angeführt. Analog zu Kapitel. gibt es Unterschiede zwischen den in Tabelle. und den in den Kontingenztabellen angeführten Niederschlagshäufigkeiten durch die unterschiedliche Datengrundlage. Ebenso verhält es sich für die hier angeführten Nordföhnhäufigkeiten im Vergleich zu Tabelle.. Die Station Kufstein registriert durchschnittlich ein Drittel mehr Niederschlagsereignisse als der Innsbrucker Flughafen (Tab..). Wenn in Innsbruck Nordföhn weht, wird in Kufstein in rund % der Fälle messbarer Niederschlag registriert. Bei Nordföhn in Innsbruck tritt in Kufstein also etwa doppelt so oft Niederschlag auf, wie am Innsbrucker Flughafen (vergleiche mit Kap..). Daraus lässt sich ableiten, dass Nordföhn ein Grund dafür ist, dass in Innsbruck bei Nordlagen deutlich weniger Niederschlag fällt als in Kufstein.

65 . Nordföhn im Raum Innsbruck und Niederschlag in Kufstein Kematen Nordföhn kein Nordföhn Summe messbarer Niederschlag KUF... kein messbarer Niederschlag KUF... Summe... Tabelle.: Vergleich [%] von Nordföhn an der Wetterstation Kematen und messbarem Niederschlag an der Station Kufstein, basierend auf -Minutendaten im Zeitraum. Jänner bis. Dezember. Flughafen Nordföhn kein Nordföhn Summe messbarer Niederschlag KUF... kein messbarer Niederschlag KUF... Summe... Tabelle.: Vergleich [%] von Nordföhn an der Wetterstation Innsbruck-Flughafen und messbarem Niederschlag an der Station Kufstein, basierend auf -Minutendaten im Zeitraum. Jänner bis. Dezember. Universität Nordföhn kein Nordföhn Summe messbarer Niederschlag KUF... kein messbarer Niederschlag KUF... Summe... Tabelle.: Vergleich [%] von Nordföhn an der Wetterstation Innsbruck-Universität und messbarem Niederschlag an der Station Kufstein, basierend auf -Minutendaten im Zeitraum. Jänner bis. Dezember.

66

67 Kapitel Fallstudie In der Nacht vom. auf den. Dezember trat in Innsbruck Nordföhn in Orkanstärke auf. In diesem Kapitel werden die synoptische Lage und die mesoskaligen Aspekte, die diesem Nordföhnfall zu Grunde liegen, diskutiert. Von diesem Nordföhnereignis stehen in weiterer Folge die Stationsdaten von Innsbruck und Kematen sowie die für die Föhnklassifikation relevanten Referenzstationen im Blickpunkt. Des Weiteren ist der Unterschied in Temperatur und relativer Feuchte zwischen Flughafen und Universität von Interesse, da die Grenze zwischen der Nordföhnluft und der Luft aus dem Unterinntal im betrachteten Zeitraum oft genau über Innsbruck liegt. Darüber hinaus wird ein Vergleich zwischen dem Niederschlag in Innsbruck, Kufstein, Seefeld und München angestellt.. Synoptische und mesoskalige Übersicht Mitteleuropa liegt am. und. Dezember durchgehend auf der Rückseite eines Langwellentroges, auf der feuchtlabile Nordseeluft in breitem Strom gegen den Alpennordrand gesteuert wird. Mit Durchgang einer hochreichenden Kaltfront am. Dezember zwischen und UTC (Abb.. und.) dreht die Anströmung gegen die Alpen von Nordwest auf Nordnordwest und legt an Stärke zu. Von besonderem Interesse ist die synoptische Lage vom. Dezember um UTC denn unmittelbar vor diesem Termin fegen die stärksten Nordföhnböen über Innsbruck hinweg. Um Mitternacht erstreckt sich in hpa ein markanter Jetstreak von der Norwegischen See bis zu den Westalpen (Abb..). Tirol liegt hinter der Kaltfront (Abb..) auf der zyklonalen Seite des Jets im linken Auszugsgebiet. Durch die langsame Ostwärtsverlagerung des Troges nähert sich von Nordwesten ein Bereich starker Scherungsvorticity Westösterreich an (Abb..). Somit ist differenzielle zyklonale Vorticityadvektion neben der rückseitigen Kaltluftadvektion für die synoptische Vertikalbewegung über Tirol maßgeblich. Aus den Radiosondenauf-

68 Fallstudie Abbildung.: EZMWF Analyse: Äquivalentpotentielle Temperatur [ C] in hpa.. Dezember, UTC. Abbildung.: EZMWF Analyse: Geopotentielle Höhe [ m], horizontaler Windvektor mit farbcodierter Windgeschwindigkeit [m/s], relative Feuchte schattiert > [%] in hpa.. Dezember, UTC. Abbildung.: EZMWF Analyse: Geopotentielle Höhe [ m], Isotachen schattiert [m/s] in hpa.. Dezember, UTC. Abbildung.: EZMWF Analyse: Äquivalentpotentielle Temperatur [ C] in hpa.. Dezember, UTC. stiegen von München (Abb..) und Innsbruck (Abb..) geht hervor, dass die rückseitige Konvektion bis zur Tropopause, die nur knapp über hpa liegt, hinaufreicht. Nördlich der Alpen sind während der gesamten Nacht Schauer und Gewitter zu beobachten. Mesoskalig ist längs des Alpenbogens eine Föhnnase zu erkennen. Selbst in hpa ist diese um UTC gut ausgeprägt. Durch die starke Nordnordwestanströmung gegen die Alpen (Abb..) befindet sich südlich des Alpenhauptkamms in tiefen Niveaus potentiell warme Nordföhnluft, während im Alpenvorland unter Kammniveau vergleichsweise feucht-kalte Luft an die Alpen gestaut wird (Abb.. und.). Somit ist der Bodendruckgradient sowohl dynamisch (Abb..) als auch

69 Abbildung.: EZMWF Analyse: Geopotentielle Höhe [ m], relative Vorticity schattiert [ /s] in hpa.. Dezember, UTC. Abbildung.: EZMWF Analyse: Geopotentielle Höhe [ m], Temperatur [ C] in hpa.. Dezember, UTC. Abbildung.: EZMWF Analyse: Geopotentielle Höhe [ m], Temperatur [ C] in hpa.. Dezember, UTC. Abbildung.: EZMWF Analyse: Relative Feuchte schattiert [%] in hpa.. Dezember, UTC. hydrostatisch bedingt, wobei sich der Staukeil im Alpenvorland und das Leetief in Norditalien befindet (Abb..). Für das Wetter im Inntal ist die Um- und Überströmung des Karwendelgebirges von entscheidender Bedeutung. Die kräftige nordnordwestliche Anströmung in Verbindung mit der gut durchmischten Troposphäre öffnet dem Nordföhn die Tür, um von den Einschnitten westlich des Karwendelgebirges ins Oberinntal bis zur Wipptalmündung durchzubrechen. Somit weht im Westen von Innsbruck Nordföhn, wobei die Nordföhnluft die meiste Zeit wärmer ist als die Luft, die durch das Unterinntal den Osten von Innsbruck erreicht. In weiterer Folge fließt die Luft von Innsbruck ins Wipptal ab.

70 Fallstudie Abbildung.: EZMWF Analyse: Geopotentielle Höhe [ m], horizontaler Windvektor mit farbcodierter Windgeschwindigkeit [m/s], relative Feuchte schattiert > [%] in hpa.. Dezember, UTC. Abbildung.: EZMWF Analyse: Auf Meeresniveau reduzierter Bodendruck [hpa].. Dezember, UTC. Abbildung.: Radiosondenaufstieg, Skew-T-Diagramm: München,. Dezember, UTC.

71 . Beobachtungen Abbildung.: Radiosondenaufstieg, Skew-T-Diagramm: Innsbruck,. Dezember, UTC.. Beobachtungen Am. und. Dezember wird im Raum Innsbruck starker Nordföhn registriert. An beiden Tagen sind die in Kapitel. angeführten Nordföhnkriterien der Stationen Kematen, Flughafen, Universität und der Referenzstationen Ellbögen, Sattelberg und Garmisch über weite Strecken erfüllt. An den Stationen Sattelberg und Ellbögen weht in diesem Zeitraum permanent Wind aus nördlichen Richtungen, wobei Nordwind in das für die Föhnklassifikation relevante Windrichtungskriterium der Referenzstationen fällt. Vor Durchgang der hochreichenden Kaltfront zwischen und UTC dreht die Anströmung gegen die Alpen vorübergehend auf eine etwas westlichere Richtung, was eine Abschwächung der Nordkomponente impliziert. Somit wird die für die Nordföhnklassifikation erforderliche Mindestwindgeschwindigkeit auf dem Sattelberg, zwischen und UTC vorübergehend nicht erreicht (Abb.., oben). Nach Kaltfrontdurchgang liegt die Windgeschwindigkeit kontinuierlich über dem entscheidenden Schwellwert. Das Windgeschwindigkeitskriterium von Ellbögen wird bis zum Nachmittag des. De-

72 Fallstudie zembers fast ununterbrochen übertroffen (Abb.., Mitte). Des Weiteren ist der Luftdruck in Garmisch an beiden Tagen durchgehend höher als am Innsbrucker Flughafen und erfüllt somit das für die Föhnklassifikation entscheidende Luftdruckkriterium (Abb.., unten). In Kematen wird am. Dezember bereits um UTC Nordföhn registriert (Abb.., oben). Die automatisch klassifizierten Nordföhnperioden sind in der Abbildung mit einem roten Balken markiert. Da die für die Föhnklassifikation relevante Mindestwindgeschwindigkeit am Sattelberg kurz vor der Kaltfront knapp nicht erreicht wird, sind die Nordföhnkriterien in Kematen in dieser Zeit vorübergehend nicht erfüllt. Am Innsbrucker Flughafen setzt der Nordföhn erst gegen UTC ein, kann sich aber nicht sehr lange behaupten (Abb.., Mitte). Am Beginn dieser relativ kurzen Föhnphase ist die Luft am Flughafen deutlich trockener und potentiell wärmer als an der Universität (Abb.., unten), wo ab UTC Windrichtung, Temperaturanstieg und Feuchterückgang darauf schließen lassen, dass Föhnluftpakete mit im Spiel sind (Abb.. und Abb..). Die für Nordföhn relevante Mindestwindgeschwindigkeit wird vorerst aber nicht erreicht. Die Föhnphase vor Durchgang der Kaltfront zeigt bereits die Grenzen der im Rahmen dieser Arbeit angewandten Föhnklassifikation auf. Die Windgeschwindigkeitskriterien sind relativ hoch angesetzt, um Fälle, bei denen es sich nicht um Nordföhn handelt, möglichst nicht als solche zu klassifizieren. Allerdings fallen auch Föhnperioden der Strenge der Kriterien zum Opfer. Dies ist zum Beispiel in Kematen der Fall, wo am. Dezember praktisch ununterbrochen Nordföhn weht, aber nicht lückenlos klassifiziert wird. An Flughafen und Universität werden ebenfalls Föhnphasen, die unter anderem auch an Windrichtung sowie Temperatur- und Feuchtesignal auszumachen sind, nicht als solche klassifiziert, da die mittleren Windgeschwindigkeiten dieser Stationen zeitweise unter dem Föhnkriterium liegen. Mit Durchgang der hochreichenden Kaltfront zwischen und UTC dreht die Anströmung gegen das Karwendelgebirge von einer nordwestlichen auf eine nordnordwestliche Richtung. Der Anstieg des Bodendrucks im Norden, der mit der Kaltluftadvektion einhergeht, die gute thermische Durchmischung der unteren Troposphäre und die zunehmende Stärke der Anströmung sind förderlich für den Nordföhn, der an den Stationen Kematen, Flughafen und Universität mit Eintreffen der Front alle Nordföhnkriterien erfüllt. Günstig für das Vordringen des Nordföhns bis zur Universität ist die Tatsache, dass die Nordföhnluft im Zuge der Kaltluftadvektion kälter ist als die Luft, die im Inntal mit Frontdurchgang ersetzt wird. Nach Abzug der Kaltfront ist die Kaltluftadvektion in Kammniveau erst einmal abgeschlossen. Stromaufwärts ist die Schichtung der Luft oberhalb Kammniveau annähernd feuchtneutral (Abb..). Da die Luft auch unterhalb des Kammniveaus trockenstabil geschichtet ist, wird am Alpennordrand potentiell kalte Luft angestaut.

73 . Beobachtungen ff [m/s] dd [Grad] SAT : : : : : : : : : ff [m/s] dd [Grad] ELL : : : : : : : : : P [hpa] FLH GAR : : : : : : : : :.... Zeit [UTC] Abbildung.: Windgeschwindigkeit [m/s] (schwarze Linie) und Windrichtung [ ] (blaue Linie) an den Stationen Sattelberg (SAT) und Ellbögen (ELL); orange Linie: auf m Meereshöhe reduzierter Luftdruck [hpa] der Stationen Innsbruck-Flughafen minus Garmisch (FLH-GAR),. bis. Dezember.

74 Fallstudie KEM: automatisch klassifizierte Nordfoehnperioden ff [m/s] dd [Grad] : : : : : : : : : FLH: automatisch klassifizierte Nordfoehnperioden ff [m/s] dd [Grad] : : : : : : : : : UNI: automatisch klassifizierte Nordfoehnperioden ff [m/s] dd [Grad] : : : : : : : : :.... Zeit [UTC] Abbildung.: automatisch klassifizierte Nordföhnperioden (rote Linie), Windgeschwindigkeit [m/s] (schwarze Linie) und Windrichtung [ ] (blaue Linie) an den Stationen Kematen (KEM), Innsbruck-Flughafen (FLH) und Innsbruck-Universität (UNI),. bis. Dezember.

75 . Beobachtungen T [K] RF [%] P [hpa] : : : : : : : : :.... Zeit [UTC] Abbildung.: Temperatur [K], relative Feuchte [%] und auf Meeresniveau reduzierter Luftdruck [hpa] von den Stationen Innsbruck-Flughafen (in Farbe) und Innsbruck- Universität (schwarz),. bis. Dezember. Diese fließt durch das Unterinntal Richtung Innsbruck ein und setzt sich bis zur an der Wipptalmündung liegenden Universität durch. Weiter westlich weht zugleich Nordföhn der relativ warm ist, da er seinen Ursprung in größeren Höhen und somit in potentiell wärmeren Schichten hat (Abb..). Mit Annäherung eines Vorticitymaximums, mit dem, analog zu der Kaltfront vom Vormittag, hochreichende Kaltluftadvektion einhergeht, setzt sich ab UTC der Nordföhn auch an der Universität wieder voll durch. Bis kurz vor Mitternacht legt der Föhn in Kematen und am Flughafen an Geschwindigkeit zu und erreicht in Böen Orkanstärke (>. m/s). Die maximalen Windböen und -Minutenmittelwinde vom. und. Dezember von diversen Wetterstationen sind in den Tabellen. und. angeführt. Gegen Mitternacht, also nach Durchgang des Vorticitymaximums, besteht keine Kaltluftadvektion mehr und der Nordföhn verliert an Stärke. An der Universität überwiegt am. Dezember Ostwind, während der Föhn am Flughafen, abgesehen von einer kurzen Taleinwindphase gegen UTC, bis zirka UTC weiter weht. In Kematen hebt der Nordföhn erst kurz vor UTC entgültig ab. Die Nordföhnphase geht im Raum Innsbruck also von Ost nach West fortschreitend zu Ende, wobei der

76 Fallstudie Θ [K] RF [%] Θe [K] FLH UNI : : : : : : : : :.... Zeit [UTC] Abbildung.: Differenz der potentiellen Temperatur (θ), relativen Feuchte (RF) und äquivalentpotentiellen Temperatur (θ e ) von Innsbruck-Flughafen minus Innsbruck- Universität,. bis. Dezember. Maximumböen [m/s] Flughafen (ZAMG). Sattelberg. Flughafen (ACG). Galzig. Ellbögen. Kematen. Brenner. Seefeld. Innsbruck-Klinik. Tabelle.: Maximale Windböen [m/s],. bis. Dezember. Wind mit Abheben des Nordföhns rasch auf Ost dreht, da sich weiter westlich mit der relativ warmen Föhnluft ein hydrostatisches Bodentief befindet. Zwischen und UTC ist die Konfluenz zwischen Flughafen und Universität besonders markant ausgeprägt mit der trockenwarmen Föhnluft und relativ niedrigem Luftdruck am

77 . Beobachtungen Maximales -Minutenmittel [m/s] Sattelberg. Flughafen (ZAMG). Galzig. Kematen. Ellbögen. Universität. Seefeld. Tabelle.: Maximaler -Minutenmittelwind [m/s],. bis. Dezember. Flughafen und der feuchtkalten Luft aus dem Unterinntal in Verbindung mit hohem Bodendruck an der Universität. Die Niederschlagsverteilung ist in Tirol von mesoskaligen Hebungs- und Absinkprozessen geprägt. In Seefeld und Kufstein fällt am. und. Dezember aus der Kaltfront und durch Staueffekte am Alpennordrand deutlich mehr Niederschlag als zum Beispiel in München (Tab..). Trotz Nordföhn wird in Innsbruck aus der Kaltfront Schneefall in messbaren Mengen registriert, was unter anderem auch einen Anstieg der relativen Luftfeuchtigkeit der Föhnluft bewirkt. Postfrontal sind fast ununterbrochen leichte Schneeschauer zu beobachten, allerdings ist der Niederschlag, der zum Teil aus den Schauern über der Nordkette herausgeweht wird, kaum messbar (Abb..). Die Niederschlagsmessungen sind jedoch gerade bei Schneefall in Verbindung mit hohen Windgeschwindigkeiten mit besonders kritischem Auge zu betrachten. Dies untermauern die sehr unterschiedlichen Niederschlagsmengen von der Synop- und der automatischen Tawesstation am Innsbrucker Flughafen (Tab..). Niederschlagssumme [mm] Seefeld. Kufstein. München-Stadt. Innsbruck-Flughafen (Synopstation). Innsbruck-Flughafen (Tawesstation). Tabelle.: Niederschlagsmengen von Seefeld, Kufstein, München und der Innsbrucker Synop- und der Tawesstation am Flughafen,. bis. Dezember. Die Niederschlagssummen sind aufgrund der hohen Windgeschwindigkeiten bei Schneefall besonders in Innsbruck kritisch zu betrachten.

78 RR [mm] RR [mm] RR [mm].. Innsbruck Kufstein.. Seefeld.. : : : : : : : : :.... Zeit [UTC] Abbildung.: Niederschlag [mm] in Innsbruck (oben), Kufstein (Mitte) und Seefeld (unten),. bis. Dezember, auf Basis von -Minutendaten. Interessant ist, dass Nordföhn in Innsbruck zum Teil nicht aus der Talachsenrichtung weht, sondern zeitweise eine deutliche Südkomponente aufweist. Vermutlich ist diese Südkomponente des Windes auf Rotoren zurückzuführen (Abb..).

79 Kapitel Schlussfolgerungen und Ausblick In dieser Arbeit wurden Nordföhn- und Niederschlagsklimatologien für diverse Standorte im Inntal erstellt, um den Zusammenhang zwischen Nordföhn und Niederschlag im Raum Innsbruck zu untersuchen. Die automatische Klassifikation von Nordföhn für die Wetterstationen Kematen, Flughafen und Universität stützt sich auf Wind- und Luftdruckkriterien (Kap. ). Im Gegensatz zu der von Verant () und Föst () angewandten objektiven Methode wurde kein θ-kriterium herangezogen, weil es keine geeignete stromaufwärtige Kammstation gibt. Des Weiteren herrschen zwischen den Stationen im Raum Innsbruck und den stromabwärts gelegenen Referenzstationen oft keine trockenadiabatischen Verhältnisse, da sich die Wolkenbasis bei Nordlagen in vielen Fällen unterhalb der Stationen Ellbögen bzw. Sattelberg befindet. Die Nordföhnklimatologien wurden für die Jahre bis auf Basis von - Minutendaten erstellt. In diesem Zeitraum beträgt die relative Nordföhnhäufigkeit in Kematen zirka. %, am Innsbrucker Flughafen. % und an der Universität. %. Die Südföhnhäufigkeit liegt mit % am Flughafen und % an der Universität (Föst, ) vergleichsweise höher. Auffallend ist der markante Ost-West-Gradient der relativen Nordföhnhäufigkeit längs des Inntals. In Kematen ist die Nordföhnhäufigkeit fast um einen Faktor höher als an der Universität. Die Grenze zwischen relativ trockenwarmer Nordföhnluft im Oberinntal und der durch das Unterinntal seicht einfließenden feuchten Kaltluft liegt in vielen Fällen genau über Innsbruck, da sich die Stadt direkt an der Wipptalmündung, an der die Nordföhnluft ins Wipptal abfließt, befindet. Die Kaltluft aus dem Unterinntal ist an der Grenze zur Föhnluft oft nur wenige Dekameter dünn (Abb..). Im Grenzbereich ist vielfach eine turbulente Einmischung der Kaltluft zu beobachen, ehe die Mischluft nach Süden abgeführt wird. Nordföhn tritt vor allem dann als relativ warmer Wind auf, wenn die Luft im Alpenvorland unter Kammniveau stabil geschichtet ist und der Föhn daher aus potentiell wärmeren Schichten stammt als die Luft im Unterinntal. Warmer Nord-

80 Schlussfolgerungen und Ausblick Abbildung.: Blick von Kranebitten nach SSO über den Innsbrucker Flughafen Richtung Wipptal. Die Grenze zwischen der aus dem Unterinntal seicht einfließenden Kaltluft und der vergleichsweise warmen Föhnluft liegt über dem Flugplatz. An Kondensationsniveau und Dunsttrübung ist zu erkennen, dass die Kaltluft im Gegensatz zur Nordföhnluft annähernd gesättigt ist. Während der Aufnahme war turbulente Erosion der Kaltluftschicht durch den Nordföhn zu beobachten. Die Kaltluft fließt zum Teil auch direkt ins Wipptal ein, was an der tieferen Wolkenbasis durch das erzwungene Aufsteigen der Luft am östlichen Wipptaleingang (linker Bildrand) zu erkennen ist. föhn verursacht im Oberinntal hydrostatisch tiefen Bodendruck, der das Einfließen der weiter östlich liegenden Kaltluft bis an die Wipptalmündung fördert. Bei hochreichender Kaltluftadvektion, zum Beispiel im Zuge von Kaltfrontdurchgängen, tritt Nordföhn auch als relativ kalter Wind in Erscheinung. Kalter Nordföhn bewirkt im Oberinntal hydrostatisch hohen Bodenluftdruck und dringt somit relativ leicht bis zur Universität vor. Wenn im Inntal bei Durchgang einer maskierten Kaltfront eine starke Inversion ausgeräumt wird, kann Nordföhn in bodennahen Schichten selbst bei hochreichender Kaltluftadvektion kurzfristig zu einer deutlichen Erwärmung führen. Neben der Baroklinität längs des Inntals ist die exakte Anströmungsrichtung von entscheidender Bedeutung dafür, ob Nordföhn bis an die Wipptalmündung vordringt. Wenn in Innsbruck Nordföhn weht, ist in der Regel neben der Nord- auch eine Westkomponente in der Anströmung gegen die Alpen gegeben.