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3.-8.2.2011: Starker und vielseitiger Westföhn in Wien

February 08, 2011 11:59PM
Hallo!

Die letzten Tage vom 3. Februar bis inklusive gestern (8. Februar) waren in Wien durch eine lang anhaltende Westföhn-Episode ("Wienerwaldföhn") geprägt. Dabei stachen der 5. Februar aufgrund des Sturmes und der Wellenphänomene sowie der 7. Februar aufgrund der Wärme und Trockenheit der Luft besonders hervor. In diesem Beitrag möchte ich die zeitliche Entwicklung und die Besonderheiten dieser Föhnsituation herausarbeiten.

1. Vorgeschichte

Zu Monatsbeginn herrschte im Alpenraum noch Hochdruckeinfluss, wobei die Niederungen überwiegend unter einer Hochnebeldecke bei durchwegs frostigen Temperaturen lagen. An den Folgetagen begann mit dem allmählichen Aufleben der Westdrift eine Reihe von kräftigen Tiefdruckgebieten vom Atlantik Richtung Skandinavien zu ziehen. Der Alpenraum verblieb zwar weit auf der antizyklonalen Seite der Frontalzone, wurde aber am 2. Februar von einem ersten maskierten Kaltfrontausläufer des Tiefs "Johannes" überquert. Die Winddrehung auf West löste den Hochnebel im Wiener Raum auf und brachte einen strahlend sonnigen Tag bei überraschend weiterhin negativen Temperaturen - wie sich herausstellte, war der in den Nächten davor aufgeschüttete Kaltluftsee so mächtig, dass das Absinken vom Wienerwald zwar die kalte Grenzschicht selbst ein wenig "umrühren" konnte, allerdings noch keine Föhneffekte mit hochreichender Durchmischung bewirkte, wie es die Vorhersagemodelle bereits vorgesehen hätten.
Bis zum 3. Februar war der Kaltluftsee schließlich durch turbulente Erosion und synoptisches Absinken so viel schwächer und seichter geworden, dass die mildere Höhenluft "angezapft" werden konnte. In einem früheren Beitrag habe ich anhand eines anderen markanten Westföhn-Falles im vergangenen November die Wirkungsweise des Westföhns im Detail erklärt. Von dort borge ich mir noch einmal meine beiden Handskizzen zur Überströmung des Wienerwaldes bei schwachem (Abb. 1 oben) und bei starkem (Abb. 1 unten) Höhenwind aus Westen aus.





Abb. 1: Skizzierter Querschnitt von Westen nach Osten durch den Wienerwald und Wien mit Windpfeilen bzw. Stromlinien. Blaue Farben stehen für einen bodennahen Kaltluftsee, rote Farben für die (potenziell) wärmere Luft der freien Atmosphäre. Oben: Schwacher Höhenwind ohne Leewellen, unten: Starker Höhenwind mit Leewellen.

Im Prinzip ist natürlich jede Überströmung des Wienerwaldes bei stabiler Luftschichtung mit der Bildung von atmosphärischen Schwerewellen auf der Leeseite verbunden. Die beiden Skizzen aus Abbildung 1 mögen also nur konzeptionell verstanden werden und unterscheiden lediglich danach, ob diese Leewellen auf das Wettergeschehen an der Erdoberfläche selbst eine merkbare Auswirkung haben oder nicht. Die obere Skizze repräsentiert also den Fall ohne merkbare Auswirkung, in welchem der Kaltluftsee bestehen bleibt oder durch die dynamisch induzierte, seichte östliche Gegenströmung sogar weiter "angesaugt" wird, während die untere Skizze den Fall mit signifikanten Leewellen zeigt, die nicht nur früher oder später zu einem Winddurchbruch mit Ausräumen des Kaltluftsees führen, sondern durch die nichtlineare Überströmung (siehe die Drängung der Stromlinien) auch zu extrem hohen Windgeschwindigkeiten am Leehang des Wienerwaldes, insbesondere auf der Hohen Warte, führen.

2. Überblick

Abb. 2 und 3 zeigen den Verlauf von Temperatur und Windrichtung vom 3. bis 8. Februar 2011 an ausgewählten Stationen, die ein Profil von Westen nach Osten aufspannen: Die Jubiläumswarte (450m) liegt auf einem Wienerwaldhügel, Mariabrunn (225m) im Westen Wiens in einem Becken zwischen den letzten Wienerwald-Ausläufern, die Hohe Warte (198m) im Nordwesten der Stadt in einer leichten Hanglage, und Donaufeld (161m), Großenzersdorf (153m) und Schwechat (183m) in den flachen östlichen Bezirken Wiens beziehungsweise knapp außerhalb der Stadtgrenzen.



Abb. 2: Temperaturverlauf vom 3. bis 8. Februar 2011 an ausgewählten Wiener Stationen, die ein Profil von Westen (Jubiläumswarte) nach Osten (Schwechat) durch die Stadt legen. Die Seehöhe der Stationen ist zur besseren Abschätzung der Durchmischung angegeben: Liegt die Temperaturkurve der Jubiläumswarte um 2-3 Kelvin unter den Kurven der anderen Stationen, herrscht vollständige Durchmischung der bodennahen Luftschichten. Andernfalls besteht ein Kaltluftsee. Datenquelle: ZAMG.



Abb. 3: Windrichtung vom 3. bis 8. Februar 2011 an den gleichen Stationen wie aus Abb. 2. Datenquelle: ZAMG.

Bei näherem Hinsehen lässt sich diese Föhnepisode in drei verschiedene Phasen von ungefähr jeweils zwei Kalendertagen aufgliedern:
+) Der 3. und 4. Februar waren durch ein steigendes Temperaturniveau und durch erhebliche Temperaturunterschiede zwischen dem hügeligen Westen Wiens, wo der milde Westwind bereits durchbrach, und dem flachen Osten, wo sich noch zähe Kaltluft hielt, gekennzeichnet.
+) In der folgenden Nacht brach die Warmluft schließlich auch im Osten voll durch, sodass am 5. und 6. Februar in der ganzen Stadt kräftiger bis stürmischer Westwind wehte. Folglich zeigte die Temperatur an allen Stationen nur mehr einen flachen Tagesgang auf hohem Niveau.
+) Am 7. und 8. Februar änderte sich die Charakteristik wiederum deutlich: In den Nächten konnte sich eine seichte Grenzschicht vom Westwind abkoppeln und starke Auskühlung bis zu leichtem Nachtfrost ermöglichen. Das betraf in der Nacht auf den 7. Februar nur die östlichen Stadtteile, in der Nacht auf den 8. Februar bereits die gesamte Stadt mit Ausnahme der windexponierten Wienerwaldhügel. Dem gegenüber standen die höchsten Tagestemperaturen mit bis zu 18°C am 7. Februar und bis zu 15° am 8. Februar, sodass die Tagesgänge der Temperatur sehr hohe Amplituden annahmen.

In den folgenden Abschnitten möchte ich näher auf die zeitliche Entwicklung und die Ursachen dieser Unterschiede eingehen.

3. Einleitung der Föhnphase (3.-4. Februar)

Am 3. und 4. Februar zogen die Tiefdruckgebiete "Klaus II" und "Lukas" im 24-Stunden-Rhythmus über Nordeuropa hinweg. Der Alpenraum verblieb im antizyklonal geprägten Bereich, wobei die westliche Höhenströmung stetig zunahm und insgesamt mit massiver Warmluftadvektion verbunden war, unterbrochen nur durch den Durchzug des Kaltfrontausläufers von "Klaus II" in den Abendstunden des 3. Februar.
Die Warmluftadvektion in der freien Atmosphäre stützte die Inversion und erschwerte das Durchgreifen des Westwindes. Abgesehen von der Jubiläumswarte, die (mit Abstrichen) als repräsentativ für die freie Atmosphäre gesehen werden kann und durchwegs kräftigen Westwind maß, erlebte am 3. Februar zunächst nur Mariabrunn um 10:10 UTC einen Winddurchbruch mit Temperaturanstieg auf 6°C, während die Temperatur im Rest der Stadt bei schwachem, überwiegend östlichem Wind bei 4° (Hohe Warte, nahe der Stirn des Kaltluftsees) bis 1°C (Schwechat, Großenzersdorf) hängenblieb. Erst mit dem Durchzug des erwähnten Kaltfrontausläufers gegen Abend brach der Westwind nach und nach an allen Stationen durch, sodass dann bis tief in die folgende Nacht hinein überall gute Durchmischung herrschte, erkennbar an den nahe beinander liegenden Temperaturkurven aller städtischen Stationen und 2-3 Kelvin tieferer Temperatur oben auf der Jubiläumswarte (Abb. 2). Der Kaltfrontausläufer war mit Schneeschauern und geringem Neuschnee verbunden, gefolgt von einer markanten Eisglätte-Situation, als sich mit dem folgenden Aufklaren in den frühen Morgenstunden die Grenzschicht in den flacheren Teilen Wiens wieder abkoppeln konnte und die Temperatur unter 0°C sank.
Diese Zweiteilung der Temperatur- und Windverhältnisse blieb auch am Folgetag, dem 4. Februar, bestehen, als im Warmsektor des Tiefs "Lukas" neuerlich starke Warmluftadvektion einsetzte und - bei einem rund 5 Kelvin höheren Temperaturniveau - annähernd die synoptischen Bedingungen des Vortages reproduzierte. In Mariabrunn und auf der Hohen Warte wehte von der Früh weg Westwind, in Donaufeld griff er am frühen Nachmittag durch, und an all diesen genannten Stationen stieg die Temperatur auf 9°C. Großenzersdorf und Schwechat verblieben in der seichten östlichen Gegenströmung mit Höchsttemperaturen von nur 6°C.



Abb. 4: Radiosondenaufstieg von der Hohen Warte vom 4. Februar, 12 UTC. Quelle: University of Wyoming.

Abb. 4 zeigt den Radiosondenaufstieg vom 4. Februar, 12 UTC. Wesentliche Merkmale sind die bereits recht kräftige Höhenströmung und vor allem die massive Warmluftadvektion, die sich einerseits in der Winddrehung mit zunehmender Höhe und andererseits in einer recht stabilen Luftschichtung nahe der Erdoberfläche niederschlägt und, wie erwähnt, das Durchgreifen des Höhenwindes bis an die Erdoberfläche erschwerte und verzögerte.
Was das Wolkenbild betraf, waren diese beiden Tage in Wien - abgesehen von der erwähnten Kaltfrontpassage zwischendurch - von Cirrus und Cirrostratus dominiert, unter denen bereits zahlreiche wunderschöne "Föhnfische" (Ac lenticularis) auftraten. Siehe dazu auch den Beitrag von Felix mit sehenswerten Bildern.

4. Höhepunkt des Föhnsturms (5.-6. Februar)

Am 5. und 6. Februar erreichte die Westwetterlage ihren Höhepunkt, wobei das Randtief "Marc" über Nordeuropa hinwegzog. Die Handanalyse der FU Berlin vom 5. Februar zeigt, wie aktiv und "produktiv" die Frontalzone vom Atlantik über Skandinavien bis nach Russland zu dieser Zeit war. Gleichzeitig schob sich das Hoch "Doreen" immer stärker gegen Mitteleuropa vor und verschärfte die Druckgegensätze.
Damit setzte noch am Abend des 4. Februar im bislang ruhigen Kaltluftsee im Lee des Wienerwaldes der "vorföhnige Südwind" ein und saugte die Kaltluft aus dem Wiener Becken allmählich Richtung Tschechien und Slowakei ab, bis schließlich auch in Großenzersdorf und, nach mehrstündigem Kampf, zuletzt in Schwechat der warme Westföhn durchbrach (siehe Abb. 2). Die anderen Stationen verblieben sowieso in dessen Einflussbereich.
Am 5. und 6. Februar war der Druckgradient dann groß genug, dass der Westwind durchgehend und in sehr kräftiger Manier in der ganzen Stadt wehte. Der Höhepunkt wurde am Vormittag und Mittag des 5. Februar erreicht, als an sämtlichen Stationen wiederholte Sturmböen registriert wurden und vielen Menschen den ansonsten strahlend sonnigen Vorfrühlingstag verdarben. Herausragend war wieder einmal die Hohe Warte mit Mittelwinden bis 65 km/h und Spitzen bis 112 km/h.



Abb. 5: Radiosondenaufstieg von der Hohen Warte vom 5. Februar, 12 UTC. Quelle: University of Wyoming.

Ein Blick auf den Radiosondenaufstieg vom 5. Februar, 12 UTC, lüftet das Geheimnis dieses unerwartet heftigen Sturmes (Abb. 5). Offenbar bedingt durch den Einfluss des nahen Hoch "Doreen" hat sich eine massive Absinkinversion in etwa 1000 Metern Höhe gebildet. Diese Sperrschicht hielt die bodennahen Luftschichten gefangen und verhinderte, dass diese beim Überströmen des Wienerwaldes nach oben ausweichen konnten. Die Folge war eine extreme Ausprägung des Düseneffektes, der zu Mittelwinden von 55 Knoten (100 km/h) knapp unter der Absinkinversion führte. Die kleine Differenz zur gemessenen Spitze von 112 km/h auf der Hohen Warte kann dem in Abb. 1 unten skizzierten "Herunterholen" der Stromlinien mit weiterer Beschleunigung im unmittelbaren Lee des Wienerwaldes zugeschrieben werden. Dieses Absinken reichte allerdings nicht aus, um die extrem warme Höhenluft oberhalb der Inversion bis zum Boden herunterzumischen, sodass die Höchsttemperaturen in Wien am 5. Februar bei 11°C und am 6. Februar bei 13°C steckenblieben - das ist zwar sehr warm für die Jahreszeit, aber ziemlich kühl, wenn man das außerordentliche Potenzial der Luftmasse betrachtet (Abb. 5). Weiter südlich, im Lee der höheren Alpengipfel, wurden zwar etwas höhere Temperaturen erreicht, aber ebenfalls nirgendwo eine Durchmischung bis 850 hPa hergestellt.
Ein weiterer Nebeneffekt der scharfen Absinkinversion war, dass an dieser Quasi-Diskontinuitätsfläche massive Leewellen östlich des Wienerwaldes und der Alpen ausgelöst wurden, die sich hinauf bis zur Tropopause fortpflanzten und den ganzen Tag lang atemberaubend schöne, stationäre Bänder von Ac lenticularis erzeugten. Abb. 6 zeigt diese Wellenwolken aus der Satellitenperspektive; man beachte die hohe Leebewölkung über Norditalien und Slowenien, die erwähnten Leewellen im Altocumulus-Niveau über dem Südosten Österreichs (die sich später noch wesentlich stärker ausprägten) sowie weitere Wellenphänomene in den tieferen Stratocumuli nördlich der Alpen. Für besondere Ästhetiker empfehle ich auch die High-Res-Version dieses Bildes auf der Seite der Uni Bern.



Abb. 6: NOAA-Satellitenbilder vom 5. Februar 2011, 08:46 UTC.

Mangels eigener Fotos sei für die "Froschperspektive" dieses Schauspiels auf äußerst sehenswerte Bilder von Skywarn-Usern aus Wien, Wiener Neustadt und Felixdorf im Wiener Becken verwiesen.

Am 6.2. wiederholte sich im wesentlichen der Ablauf des Vortages, aufgrund einer beginnenden Abschwächung der Höhenströmung und weiterer Abtrocknung der Luftmasse allerdings mit weniger Wind und ohne weitere "Föhnfische" unter einem fast wolkenlosen Himmel.

5. Spätphase des Föhns und extrem hohe Temperaturen (7.-8. Februar)

Am 7. und 8. Februar hatte das Hoch "Doreen" seine Vormachtstellung im Alpenraum ausgebaut und sich im breiten Warmsektor des folgenden Tiefs "Nicolas", das ebenfalls im Respektabstand nördlich vorbeizog, etabliert. Die damit verbundene Abnahme der westlichen Höhenströmung führte zu einer völlig anderen Ausprägung des Westföhns.
Wie in Abbildung 2 ersichtlich ist, riss der Westwind bereits in den Abendstunden des 6. Februar nahezu zeitgleich im gesamten Stadtgebiet ab. An den östlichen Stationen (Schwechat, Großenzersdorf und Donaufeld) konnte sich die Grenzschicht in der Folge komplett abkoppeln und die Temperatur bis knapp unter 0°C zurückgehen, während die Hohe Warte und Mariabrunn gelegentlich weiterhin Westwindböen spürten und Tiefsttemperaturen von etwa 5°C erreichten. Zum Vergleich sank die Temperatur auf der windigen Jubiläumswarte nicht unter 8°C und in Gumpoldskirchen, einem südlichen Vorort Wiens, wo ebenfalls die ganze Nacht der Westwind durchblies, nicht unter 11°C.
Ebenso rasch, wie der Föhn am Vorabend abgerissen war, brach er am Morgen des 7. Februar wieder durch. Bei nahezu wolkenlosem Himmel stiegen die Temperaturen rasant und leiteten - nach dem heftigen Sturm und den traumhaften Altocumulus-Wellen zwei Tage zuvor - den zweiten besonders spektakulären Tag dieser Föhnepisode ein. Abb. 7 zeigt den Wiener Radiosondenaufstieg von 12 UTC.



Abb. 7: Radiosondenaufstieg von der Hohen Warte vom 7. Februar, 12 UTC. Quelle: University of Wyoming.

Nach zwei Tagen anhaltenden synoptischen Absinkens war die dadurch gebildete Inversion so tief gesunken, dass die extrem warme und extrem trockene Höhenluft endlich in Reichweite der Alpen- und fast sogar Wienerwaldgipfel geriet und mit den Föhneffekten bis in tiefe Lagen heruntergemischt werden konnte. Die österreichweit höchste Temperatur wurde in Reichenau und Pottschach, etwa 50 Kilometer südlich von Wien, mit jeweils 20.6°C gemessen. Noch beeindruckender sind die 19.1°C im knapp über 1000 Meter hoch gelegenen Fischbach (siehe ZAMG-Aussendung). Diese und die weiteren außerordentlichen Temperaturspitzen waren mit einer relativen Luftfeuchtigkeit oft unter 20% verbunden.
In Wien machte die Temperatur bei vergleichsweise bescheidenen 17.7°C auf der Hohen Warte halt. Dennoch war auch dieser Wert um rund 6 Kelvin höher als der Output der Vorhersagemodelle, und so früh im Jahr gab es in der 140-jährigen Wiener Messreihe nur drei Mal noch höhere Temperaturen, nämlich Ende Jänner 2002 und Anfang Februar 2004 bei jeweils ganz ähnlicher Wetterlage sowie am 18.1.2007 in der legendären "Kyrill"-Nacht. Betrachtet man die Temperaturkurven genauer (Abb. 2), dann fällt der schmale und scharfe Peak an allen Stationen auf: Die Temperaturen stiegen bis zuletzt stark an und zeigten, dass die föhnige Wärme auch in Wien das Ende der Fahnenstange noch nicht erreicht hätte. Die Werte von Reichenau und Pottschach, die auf die Wiener Seehöhe reduziert rund 23°C betragen hätten, wären wohl außer Reichweite gewesen, aber ein Temperaturanstieg bis auf 20°C und damit in die Nähe absoluter Februar-Rekorde wäre durchaus denkbar gewesen, wenn dieses Föhnereignis noch ein paar Stunden mehr Zeit zu werken gehabt hätte.
Da die westliche Höhenströmung nur mehr schwach war, wurde allerdings der lokale Druckgradient zwischen dem Föhntief und dem höheren Luftdruck unter der kühleren und feuchteren Luft in der pannonischen Tiefebene übermächtig, sodass ab einem gewissen Zeitpunkt der Kaltluftsee zurückzuschwappen begann. Das Umklappen auf östlichen Wind mit rasanter Abkühlung erfasste um 11:20 UTC Schwechat, um 12:30 UTC Großenzersdorf, um 13:30 UTC Donaufeld und kurz vor 15 UTC fast zeitgleich auch die Hohe Warte, Mariabrunn und sogar die Jubiläumswarte, wo der Wind ebenfalls kurzzeitig auf Süd drehte (siehe Abb. 2 und 3). Das fast simultane Hereinbrechen an den westlichen Stationen und der überraschende Umstand, dass der Windsprung entgegen dem "synoptischen" Westwind zumindest kurzzeitig sogar bis über den Wienerwaldkamm hinweg schwappte und die Föhneffekte beendete, nähren die Vermutung, dass sich aus dem zunächst lokalen Vordringen der Stirn des Kaltluftsees ein mesoskaliges und nicht mehr unbedingt an Massentransport selbst gebundenes Wellenereignis entwickelt hatte.
Im windstillen Kielwasser dieser "Welle" kühlte es in der folgenden klaren Nacht an allen städtischen Stationen auf 0 bis -4°C ab; lediglich auf der Jubiläumswarte, wo sich schon bald wieder der Westwind durchsetzte, blieb die Temperatur wiederum bei +7°C stehen.

Das letzte Highlight dieser außergewöhnlichen Tage war der neuerliche Durchbruch des Westwindes gestern Morgen (8. Februar), der von West nach Ost fortschreitend die Temperaturen wieder an allen Stationen um mehr als 10 Kelvin in kurzer Zeit in die Höhe schnellen ließ (Abb. 2). Unterstützt wurde der diesmal rasche Winddurchbruch durch beginnende Kaltluftadvektion in der Höhe, als nach tagelangem Verbleib im Warmsektor der nördlich vorbeiziehenden Tiefgirlanden schließlich der (ansonsten unwirksame) Kaltfrontausläufer des Tiefs "Nicolas" Mitteleuropa südostwärts überquerte und die extrem warme Luftmasse Richtung Balkan abdrängte. Damit endete die tagelange Föhnepisode und ging in eine "normale" (also isotrope) Überströmung des Wienerwaldes aus Nordwesten über. Dennoch stiegen die Temperaturen aufgrund der guten Durchmischung nochmals auf 14 bis 15°C an, womit einen zweiten Tag in Serie ein Tagesgang von bis zu 18 Kelvin erreicht wurde, wie er für das Flachland - insbesondere im Winter - sehr selten ist.

(Edit: verfallenen Link des Satellitenbildes durch einen anderen, noch gültigen ersetzt)



Edited 5 time(s). Last edit at 02/15/2011 08:47AM by Georg Pistotnik.
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3.-8.2.2011: Starker und vielseitiger Westföhn in Wien

Georg Pistotnik 3444 February 08, 2011 11:59PM

absolut lesenswerte, geniale Analyse ! *oT*

Felix 533 February 10, 2011 06:02PM

Vielen Dank für die Spitzen-Analyse!Lehrreich³ (tu)-oT-

Pfingstochse 488 February 11, 2011 04:25PM