Multiskalige Wechselwirkungen auf alpine Gewitterkonvektion

Eine der sichtbarsten Auswirkungen von Gebirgen auf atmosphärische Strömungen ist die begünstigte Wolkenbildung. Wolken entstehen, wenn in einer sich abkühlenden Luftmasse Wasserdampf kondensiert. Im Gebirge wird dieser Prozess durch Vertikalbewegungen gefördert, da die Temperatur einer Luftmasse während des Aufsteigens hin zu niedrigerem atmosphärischem Druck absinkt. MeteorologInnen unterscheiden zwischen stratiformen Wolken und Cumuluswolken. Stratiforme Wolken breiten sich zumeist horizontal aus und haben eine geschichtete Erscheinung. Im Gegensatz dazu breiten sich cumulusförmige Wolken hauptsächlich vertikal aus. Ausgelöst werden Cumuluswolken durch Konvektion, welche mit starken Vertikalbewegungen verbunden ist. Jene Wolken mit der größten vertikalen Ausdehnung, die Cumulonimbus-Wolken, sind dafür bekannt, Starkniederschlag, Gewitter und andere Extremwetterereignisse hervorrufen zu können. Das Projekt MICIA hat sich zum Ziel gesetzt, das Wissen über jene Prozesse zu verbessern, welche im Sommer zur Entstehung von Cumuluswolken in Gebirgsnähe führen. In der warmen Jahreszeit treten Gewitter und starker Regenfall häufiger in Gebirgsnähe als über dem Flachland auf. Die Vorhersage dieser Phänomene ist oft schwierig, da Gewitter im Gebirge entstehen können selbst wenn die Wetterbedingungen dafür nicht günstig scheinen. Konvektion wird häufig von atmosphärischen Prozessen beeinflusst, die auf unterschiedlichen räumlichen und zeitlichen Skalen ablaufen. Zum Beispiel treten Gewitter auf kurzer Zeitskala und lokal auf, während sich großräumige Wetterbedingungen nur langsam ändern und über einige Tage und einige tausend Kilometer hinweg gewitterbegünstigend bleiben können. Tatsächlich kann die Gewitterbildung aus einer einzelnen Warmluftblase mit einer Größe von wenigen hundert Metern beginnen. Das breite Spektrum an relevanten Skalen birgt große Herausforderungen sowohl für das wissenschaftliche Verständnis dieser Prozesse als auch für deren Vorhersage. Das Projekt MICIA widmet sich gezielt zwei noch wenig untersuchten Aspekten, nämlich, der möglichen Rolle von Gebirgswellen sowie jener von orographisch induzierten Winden, zum Beispiel Talwinden, für die Auslösung von Gewittern und irhrer Entwicklung. Diese Aspekte werden mittels Simulationen mit hochauflösenden numerischen Wettervorhersagemodellen untersucht. Das Forschungsvorhaben schließt auch die Untersuchung einiger Sommergewitter ein, welche im Ostalpenraum beobachtet wurden. In diesem Zusammenhang werden die numerischen Simulationen durch die Auswertung von Beobachtungen ergänzt. Die enge Zusammenarbeit mit MeteorologInnen im Vorhersagedienst ermöglicht eine schnelle und effiziente Anwendung des im Rahmen des Projekts erarbeiteten Wissens in der operationellen Wettervorhersage.

Wir untersuchten die meteorologischen Prozesse, die im Sommer Kumuluswolken und Gewitter über Gebirgen erzeugen. Regionen an der Grenze zwischen hohen Bergen und umliegenden Ebenen sind eine günstige Umgebung für Gewitter. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die von den Bergen verursachten Winde Feuchtigkeit zu den Berggipfeln transportieren und das vertikale Temperaturprofil in ihrer Nähe verändern, was die Entstehung von Kumulonimbuswolken wahrscheinlicher macht. Außerdem zwingen die Berge die Luft auf vielfältige Weise nach oben, unter anderem durch Hangaufwinde und Gebirgswellen. In einer begünstigten Umgebung verstärken sich kleine vom Berg induzierte Aufwinde und führen zur Entwicklung von Gewittern. Angeregt durch die relativ geringe Erfolgsquote bei der Vorhersage von orographischen Gewittern, erforschten wir die zugrunde liegenden Mechanismen mit Hilfe numerischer Wettersimulationen. Mit Hilfe von Hochleistungsrechnern konnten wir Simulationen mit Gitterabständen zwischen 100 m und 1 km durchführen. Wir quantifizierten den bodennahen Feuchtigkeitstransport durch Hangaufwinde. Wir untersuchten die Bedingungen, unter denen Gebirgswellen ein Gewitter auslösen können, und analysierten einige bemerkenswerte Ereignisse der jüngeren Vergangenheit. Schließlich erarbeiteten wir eine kurzfristige Klimatologie der Häufigkeit von Gewittern in den Alpen, gestützt durch jahrzehntelange Messungen von Blitzen und Radarbeobachtungen mit hoher räumlicher (~2 km) und zeitlicher (10 Minuten) Auflösung.