Foehn-cold pool interaction in the Inn valley : a study of meso- and microscale processes observed during the PIANO field campaign

Hangabwärts gerichtete Stürme treffen regelmäßig auf Kaltluftseen (CAPs), die sich in orographischen Depressionen wie beispielsweise Tälern bilden. Diese schweren Stürme, die im Alpenraum als Föhn bezeichnet werden, interagieren mit der stabil geschichteten Kaltluftmasse der Kaltluftseen. Gelingt es dem Föhn den Kaltluftsee abzubauen, kommt es am Talboden zu einem Föhndurchbruch, der zu starker Turbulenz und hohen Windgeschwindigkeiten in Bodennähe führt. Dies hat Auswirkungen auf die Flugsicherheit und das Flugverkehrsmanagement. Außerdem beeinträchtigt der Föhndurchbruch die Luftqualität im Tal. Da die Wechselwirkung zwischen Föhn und Kaltluftsee unstetig und turbulent sind, haben numerische Wettervorhersagemodelle Schwierigkeiten, den Föhndurchbruch korrekt vorherzusagen. Ähnliche Herausforderungen stellen sich bei der Unterbrechung und dem Abklingen des Föhns. Sowohl der Föhndurchbruch als auch die Föhnunterbrechung sind eng mit den Wechselwirkungen zwischen Föhn und Kaltluftsee verbunden. Um die Vorhersage dieser Ereignisse zu verbessern, muss daher die Wechselwirkung zwischen Föhn und Kaltluftsee besser verstanden und die verantwortlichen Prozesse quantifiziert werden. Dies sind die Hauptziele der vorliegenden Arbeit. Um diese zu erreichen, wurde ein umfangreicher Beobachtungsdatensatz gesammelt und analysiert und eine Large-Eddy-Simulation (LES) durchgeführt. Die Daten wurden während der Feldkampagne des Forschungsprojektes Penetration and Interruption of Alpine Foehn (PIANO) im Herbst und Frühwinter 2017 gesammelt. Die Kampagne fand im west-östlich ausgerichteten Inntal, Österreich, in der Nähe der Stadt Innsbruck statt. Die Stadt befindet sich am Ausgang des süd-nord orientierten Wipptals und wird im Norden von einem Gebirgszug begrenzt. Der Kern dieser Arbeit besteht aus vier Teilen. Die ersten drei Teile bestehen jeweils aus einer begutachteten Publikation, während der vierte Teil einen Paperentwurf enthält. Im ersten Teil wird eine detaillierte Analyse e
Downslope windstorms regularly encounter cold-air pools (CAPs) that form in orographic depressions like valleys. These severe windstorms, known as foehn in the Alpine region, interact with the stably stratified cold air mass of the CAP. If the foehn is able to erode the CAP, a foehn breakthrough occurs at the valley floor which results in severe turbulence and high wind speeds near the surface. This has implications for flight safety and air traffic management. Additionally, foehn breakthrough affects the air quality in the valley. Since the interaction between foehn and CAP is intermittent and characterized by turbulence, numerical weather prediction models struggle to correctly predict foehn breakthrough. Similar challenges are faced during the interruption and decay of foehn. Both, foehn breakthrough and interruption are closely connected to the interaction between the foehn and the CAP. Thus, to improve the forecast of these events, the foehn-CAP interaction has to be better understood and the underlying processes have to be quantified. These are the main goals of this thesis. To achieve them, a rich observational dataset was collected and analysed and a large-eddy simulation (LES) was conducted. The data were collected during the Penetration and Interruption of Alpine Foehn (PIANO) field campaign in autumn and early winter 2017. The campaign took place in the west-east orientated Inn Valley, Austria, in the vicinity of the city of Innsbruck. The city is located at the exit of the south-north aligned Wipp Valley and bounded by a mountain range to the north. The core of this thesis consists of four parts. Each of the first three parts consists of one peer-reviewed paper while the fourth part contains a paper draft. In the first part a detailed analysis of one south foehn case observed during the PIANO campaign is presented. A foehn jet emanating from the Wipp Valley encountered a CAP in the Inn Valley and interacted with it over two days before the CAP was eroded
by Maren Haid
Kumulative Dissertation aus vier Artikeln
Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin
Dissertation University of Innsbruck 2022