Föhnstudien im Rheintal in Österreich während MAP

Im Rahmen des "Mesoscale Alpine Programme" (MAP), einer internationalen kooperativen Forschungsinitiative zahlreicher Institutionen europäischen und außereuropäischer Länder zum Studium intensiver Wettervorgänge im Alpenraum, ist die Erforschung des Föhns als ein Schwerpunkt festgelegt worden. Das Alpenrheintal von seinem Ursprung an den Pässen des Alpenhauptkamms bis zum Bodensee, einschließlich der Seitentäler, wurde von den internationalen MAP Gremien zum Zielgebiet ausgewählt. Diese Region wird in einer gemeinsamen Aktion im kommenden Jahr von einem dichten Beobachtungsnetz überzogen um den Atmosphärenzustand während interessanter meteorologischer Situationen zu erfassen. Der vorliegende Forschungsantrag soll einer der österreichischen Beiträge zu dieser internationalen Initiative werden. Er ist so angelegt, daß er einerseits die Messungen der zahlreichen anderen Forschergruppen durch zusätzliche Messungen ergänzt, anderseits werden eigene Forschungsziele verfolgt. Die entsprechenden Fragestellungen sollen dann anhand des gemeinsamen MAP Datensatzes studiert werden. Das vorliegende Projekt verfolgt zwei Hauptziele, nämlich (1) die Erfassung der kleinskaligen räumlich zeitlichen Variabilität und des Lebenszyklus von Föhnepisoden in Bodennähe, und (2) die Beobachtung der Struktur der Föhnströmung in der unteren und mittleren Troposphäre, wobei vor allem auf die Wechselwirkung zwischen den Strömungsprozessen in Tälern verschiedener Länge, Breite und Richtung eingegangen werden soll. Als weiteres Ziel ist die Qualitäts-Evaluierung der erhobenen Meßdaten zu nennen, die mittels eines ausgeklügelten Verfahrens durchgeführt werden soll, welches in der jüngsten Zeit von den Antragstellern entwickelt wurde. Die qualitätsgeprüften Messungen sollen schließlich dem internationalen MAP Datenzentrum für die weitere Bearbeitung zur Verfügung gestellt werden, von wo die Antragsteller dann als Gegenleistung auch die Beobachtungsdaten der anderen beteiligten Forschergruppen beziehen können. Das Alpenrheingebiet wurde deshalb als Zielgebiet ausgewählt, weil dort klimatologisch eine der höchsten Wahrscheinlichkeiten für Föhn im Alpenraum vorliegt und die Länder Österreich, Schweiz und Deutschland betroffen sind. Außer an wenigen langjährigen Klimastationen ist bisher wenig über die kleinräumige Struktur von Föhn in dem von den Antragstellern ausgewählten Gebiet bekannt, nämlich dem Walgau von Bludenz bis Feldkirch und dem Brandner Tal, südlich von Bludenz. Eine bessere Kenntnis und vor allem eine besser Vorhersage von Föhn in diesem Gebiet ist von großem praktischem Wert, da immer wieder Schäden durch Föhn (z. B. Sturmschäden) auftreten und plötzlich und unerwartet auftretende Windböen und Turbulenz eine beträchtliche Gefahr für die Luftfahrt, insbesondere für motorlose Fluggeräte darstellt. Während der Zeit von 15. August bis 15. November 1999 soll im gesamten Zielgebiet eine Reihe von ortsfesten Spezialmeßgeräten installiert werden, die von zahlreichen Institutionen aus Österreich, der Schweiz, Frankreich und Deutschland betrieben werden. Während föhnträchtiger Wetterlagen sollen zusätzlich mit mobilen Meßplattformen und mit Meßflugzeugen Daten erhoben werden, um die dreidimensionale Struktur der Föhnströmung möglichst engmaschig zu erfassen. Die gemeinsam erhobenen Daten sollen der Beantwortung der wissenschaftlichen Fragestellungen dienen und zum Verständnis und zur verbesserten Prognose der lokalen Föhnstruktur dienen. Sie sollen unter anderem dazu dienen, hochauflösende Prognosemodelle zu testen, um deren Fähigkeiten zu verbessern, genauere räumlich zeitliche Informationen zum Föhn vorherzusagen und sie dann auch in anderen Gebieten der Alpen oder in andere Gebirgsregionen der Erde in der Praxis anzuwenden.

Ziel des Forschungsprojekts "FORMAT" (FOehn study in the Rhine valley during MAP in AusTria), als Teilprojekt des bisher größten internationalen Alpenwetterprojekts MAP (Mesoscale Alpine Programme), war die Gewinnung eines räumlich und zeitlich hochaufgelösten meteorologischen Datensatzes in ausgewählten Föhngebieten. Eine solche Information, die in einem vergleichbaren Detail bisher nicht vorlag, ist notwendig, um den Aufbau, die Fluktuationen und das Ende einer Föhnströmung zu dokumentieren und um hochauflösende numerische Simulationsmodelle zu validieren. Eine sorgfältige Validierung der Modelle stellt eine Voraussetzung dar, um ihren zukünftigen Einsatz für operationelle Föhnprognosen beurteilen zu können. Die Messungen fanden einerseits im Alpenrheintal im Bereich zwischen Bad Ragaz und dem Bodensee statt, anderseits im Vorarlberger Brandnertal. Neben einer Serie von automatischen Bodenwetterstationen auch ein SODAR-Gerät (SOund Detection And Ranging) im föhnreichen Zeitraum September bis November 1999 in Dauerbetrieb gehalten. Während spezieller Föhnmesskampagnen wurden zusätzliche Messungen mit einer Radiosonde, mit Pilotballons und mit mobilen Sensoren (Automessfahrten) durchgeführt. Außerdem wurden während einiger Stunden Messungen mit einem für meteorologische Messungen ausgerüsteten Motorsegler durchgeführt. Mit der Ausnahme des SODAR, das durch einen ungünstigen Aufstellungsort (Autobahnnähe, Anrainerbeschwerden) nur zeitweise brauchbare Ergebnisse lieferte, wobei kein geeigneter Ersatzort infolge der Notwendigkeit einer Stromversorgung gefunden werden konnte, funktionierten alle anderen Messungen sehr zufriedenstellend. Voraussetzung dafür war eine wiederholte Kontrolle der Messstationen vor Ort während ihres Feldeinsatzes. Nach der Datenspeicherung am eigenen Institut und am internationalen MAP Datenzentrum in Zürich und dem Abbau der Geräte existierte Anfang 2000 ein einzigartiger Rohdatensatz, der im folgenden einer sorgfältigen Qualitätskontrolle und Auswertungen unterzogen werden musste. Diese sehr wichtige Aufgabe stellte sich als recht mühsam heraus. Durch den hohen Anspruch auf Genauigkeit der Daten mussten die zahlreichen eigenen Messergebnisse mit denen der anderen am Gesamtprogramm beteiligten Forscherteams mit in Betracht gezogen werden. Es stellte sich heraus, dass die in der internationalen MAP Datenbank in Zürich gespeicherten Daten etliche Inkonsistenzen bezüglich Metainformation oder Zeitinformation (Weltzeit, Mitteleuropäische Zeit, Sommerzeit) aber auch systematische Fehler einzelner Stationen aufwiesen. Die Auswertung der bereinigten Daten ergab sehr interessante Ergebnisse: So konnte etwa nachgewiesen werden, dass die bodennahen Felder der Temperatur und des Luftdruckes im Rheintal stark strukturiert sind, wobei entgegen den bisherigen Vermutungen die Grenze zwischen Föhn und bodennaher Kaltluft keineswegs Frontcharakter aufweist, sondern dass isolierte Kaltluftinseln über längere Zeit bestehen bleiben. Als weitere sensationelle Entdeckung kann gewertet werden, dass der Grund für das eigenartige Verhalten des Föhns im Brandner Tal, nämlich eine extrem ausgeprägte Differenz zwischen der (großen) Föhnhäufigkeit und Intensität im Innerdorf und dem nur wenige Kilometer entfernten Außerdorf durch ein ausgeprägtes, nahezu ortsfestes Druckminimum im Innerdorf infolge einer Leewelle erklärt werden kann. Die Auswertungen der Messdaten, insbesondere zur Modellvalidierung sind zur Zeit im Rahmen von Diplomarbeiten noch im Gange und lassen noch weitere interessante Einblicke in die mesoskalige Struktur des Föhns erwarten und stellen somit einen wertvollen Beitrag zur Verbesserung der lokalen Föhnprognose dar.