mini|Ein Gebirgsaufwind (links) führt auf der Leeseite (rechts) zur Erwärmung der absinkenden Luftmassen (Föhn). Der Föhn oder Föhnwind ist ein warmer trockener Fallwind, der häufig auf der der Windrichtung abgewandten Seite – der Leeseite – von größeren Gebirgen auftritt. Er entsteht meist großräumig bei Wetterlagen mit Druckgradienten quer zum Gebirge. Er kann stetig wehen, aber auch böig sein.
Die Bezeichnung Föhn stammt aus dem deutschsprachigen Alpenraum und hat sich als meteorologischer Begriff für entsprechende Windereignisse durchgesetzt. Sowohl für den Alpenföhn als auch entsprechende Wetterphänomene an anderen Orten der Welt gibt es zahlreiche regional unterschiedliche Namen.
Zu unterscheiden ist der echte Föhn von der ähnlich warm-trockenen „föhnigen“ Höhenströmung und anderen, etwa durch Druckgradienten bei Sturmtiefs induzierten föhnähnlichen Fallwinden.
Einführung mini|Föhnwolken bei Wil bei starkem Föhnwind Der Föhn entsteht aus einer Windströmung (oder einem horizontalen Druckgradienten) über dem Gebirge, die zu relativ warmer Höhenluft führt. Sie ist auf der dem Wind zugewandten Luvseite des Gebirges mit Steigungsregen verbunden. Charakteristisch ist die deutliche Erwärmung und Trocknung der herabströmenden Luft, die zu gesundheitlichen Beschwerden (Föhnkrankheit) führen kann, sowie die ausgeprägte Fernsicht aufgrund der aerosolarmen Luftmassen.
Neben diesem warmen Föhn durch feuchtadiabatisch aufsteigende Luft vor dem Gebirge und trockenadiabatisch absteigende Luft nach dem Gebirge gibt es aber noch andere Ursachen. Weniger warme Föhnwinde treten als physikalisches Wetterphänomen zumeist in den Ostalpen auf. Je nach Schichtung der Luftmassen entstehen sie auch ohne Ausregnen der Luftfeuchtigkeit, weshalb entsprechend weniger Wärme generiert wird.
Definitionen Föhn und Bora sind die typbestimmenden warmen bzw. kalten Fallwinde, die so oder ähnlich auch weltweit beobachtet werden können. Durch divergente bioklimatische Wirkung und gegensätzliche landschaftsprägende Folgen ist eine Separierung von föhn- und boragenen Typen sinnvoll. Phänomenologisch lassen sie sich einfach unterscheiden:
Die Definition der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) lautet:
Etymologie und Regionalnamen
Die Bezeichnung Föhn ging vom lateinischen favonius „lauer Westwind“ wohl über das Rätoromanische (favuogn, dialektal auch fuogn) in das Althochdeutsche (phōnno) ein. Die Wurzel ist verwandt mit dem lateinischen Verb fovere, wärmen.
Daneben sind Bezeichnungen für regionale Föhnlagen entstanden: Der bekanntere Föhnwind der Alpen ist der Südföhn, der hauptsächlich nördlich des Alpenhauptkamms vorkommt. In Kärnten wird der Südföhn über die Karawanken als Jauk bezeichnet, abgeleitet von ‚Süden‘. In der Steiermark ist der Jauk ein Föhnwind aus Südwest bis West über die Koralpe Richtung Deutschlandsberg und Graz. Das Gegenstück an der Alpensüdseite ist der Nordföhn, z. B. im Tessin, im Trentino, in Südtirol, Osttirol und Kärnten. Im Italienischen Sprachraum wird dafür meist das deutsche Fremdwort föhn oder favonio benutzt, die Bezeichnung Tedesco (‚der Deutsche‘)Einführung in die Klimatologie. SII Geowissenschaften. S. 98, Ernst Klett Verlage, Stuttgart 1985, ISBN 3-12-409120-5. sowie allgemein vento di caduta (‚Fallwind‘) oder Tramontana, in Slowenien fen.Franco Slapater: Kleines Wörterbuch für Bergsteiger. Deutsch – Italienisch – Slowenisch. Druck: Tiskarna Tone Tomšič, Ljubljana 1986. Nordföhn tritt weniger häufig, aber doch gelegentlich auch an der Alpennordseite auf, so z. B. in Innsbruck. Manche West-Ost ausgerichtete Täler in den Alpen kennen neben dem Südföhn und Nordföhn auch noch den Westföhn, so z. B. der Vinschgau. Nicht ohne Grund handelt es sich um das trockenste Tal der Alpen. Siehe auch: Föhntal – zur Verbreitung des Alpenföhns
Weitere Beispiele sind: der Halny wiatr in Polen der Aspr im französischen Zentralmassiv der „Norwegen-Föhn“ (fønvind), ein Nordwind, der sich am norwegischen Gebirgsmassiv abregnet und, soweit er über Land (und nicht über die Ostsee oder Nordsee) zieht, zu wolkenarmem Wetter in Schleswig-Holstein und Hamburg führt„Norwegen-Föhn“ sorgt für Schneelücke. In: Hamburger Abendblatt. 24. November 2008, S. 28. der Chanduy in Ecuador der Chinook an der Ostseite der Rocky-Mountains der Santa-Ana-Wind in Südkalifornien der Puelche im Süden Chiles (Wind aus Osten) bzw. Zonda in Argentinien (Wind aus Westen) der Canterbury Northwester in den neuseeländischen Alpen
Dagegen keine warmen Föhnwinde, sondern katabatische Fallwinde sind z. B. die Bora an der kroatischen und montenegrinischen Adriaküste an der Südwestseite des Dinarischen Gebirges der Mistral im unteren Rhonetal
Geschichte der Föhntheorie Die in Lehrbüchern – auch heute noch – am weitesten verbreitete Erklärung des Föhns ist mit der Darstellung von Ficker & De Rudder aus dem Jahr 1943 verbunden, wird gern thermodynamisch genannt und irrtümlich Julius Hann zugeschrieben. Diese Theorie ist nach heutigem Verständnis nur noch von historischer Bedeutung, obwohl sie wichtige Erscheinungen richtig erklärt. Ihre Charakteristika sind ein Niederschlag im Luv, der als alleinige Erklärung der relativ hohen Temperaturen auf der Lee- im Vergleich zur Luvseite herangezogen wird, sowie eine dem Hangprofil folgende Störung auf beiden Seiten. Dies trifft jedoch in vielen Fällen nicht zu.
Thermodynamische Föhntheorie mini|Schematisches, stark überhöhtes Profil vom Mittelmeer über die Alpen nach Süddeutschland: Luv-Lee-Effekt mit Steigungsregen auf der Luv-Seite und Föhnwind auf der Lee-Seite.Wolfgang Latz (Hrsg.): Diercke Geographie Oberstufe. Westermann Verlag, 2007, ISBN 978-3-14-151065-2, S. 40. Welche Temperaturen sich auf der Lee-Seite unten ergeben ist u. a. von der Höhe des Gebirges abhängig. Ein Föhn entsteht nach der thermodynamischen Föhntheorie wie alle Winde durch die Wirkung einer Druckgradientkraft mit tieferem Druck auf der Lee-Seite eines Gebirges. Beim Aufsteigen der relativ feuchten Luft an der Luv-Seite des Gebirges kühlt sich diese zunächst so lange trockenadiabatisch mit 1,0 °C pro 100 m Höhenanstieg ab, bis die relative Luftfeuchte 100 % beträgt. Dies liegt daran, dass die Wasserdampfkapazität der Luft mit der sinkenden Temperatur sinkt, sodass sie beim Erreichen des Taupunktes mit Dampf gesättigt ist und Wassertröpfchen bildet. Steigt die Luft weiter, so kühlt sie sich nur noch feuchtadiabatisch mit etwa 0,6 °C/100 m ab. Dabei bleibt die relative Luftfeuchte mit 100 % konstant: Die Luft kann ihren (unsichtbar) enthaltenen Wasserdampf nicht mehr behalten, und es kommt zu laufender Kondensation und Wolkenbildung dabei wird die spezifische Kondensationsenthalpie von 2257 kJ/kg des Wasserdampfes der Luft zugeführt. Die Kondensation dauert an, bis die Luft am Bergkamm angekommen ist, und führt fast immer zum sogenannten Steigungsregen, der in großen Höhen auch in Schneefall übergehen kann, dabei wird noch zusätzlich die Kristallisationsenthalpie (333,5 kJ/kg) abgegeben. Beide Energieformen sind im Allgemeinen „gespeicherte Sonnenenergie“.
Vom Kamm aus beginnt die abgekühlte Luft auf der anderen Seite des Berges hangabwärts zu sinken. Der Föhn entsteht also – trotz einer stabilen Atmosphärenschichtung – nach der thermodynamischen Föhntheorie zuerst als katabatischer Wind. Die Ursachen für das Absinken liegen sowohl in der niedrigen Temperatur als auch in der Hangneigung des Geländes und werden verstärkt, wenn der Wind auf der Leeseite des Gebirges durch ein Tiefdruckgebiet „angesaugt“ wird. Die absinkende Luft erwärmt sich wieder trockenadiabatisch mit durchgehend 1 °C/100 m – also viel schneller, als sie während des „Aufstiegs“ (in der feuchtadiabatischen Phase) abkühlte: Es fehlt ihr die beim Aufsteigen abgeregnete Wassermenge, behält aber die Kondensationsenthalpie, die das Wasser zuvor an die Luft abgegeben hatte. Die vorher abgeregnete Wassermenge in Verbindung mit dem raschen Wärmerwerden der Luft ist auf der Leeseite die Ursache für die relative Trockenheit und hohe Temperatur des Föhnwindes. Im Tiefland angekommen ist der Föhn deshalb kein katabatischer Wind mehr, sondern ein warmer Fallwind.
Probleme der thermodynamischen Theorie des Föhns Die thermodynamische Theorie als Erklärung des Föhns basiert auf dem unterschiedlichen Temperaturverhalten der Luft bei vertikalen Bewegungen und ist wegen der didaktischen Klarheit insbesondere in Lehrbüchern weit verbreitet: In vielen Lehrbüchern wurde der Kondensationseffekt als „der thermodynamische Föhneffekt“ hervorgekehrt, als ob sonst keine Gründe für die Temperaturerhöhung bei Föhn vorlägen. Dieser Effekt ist lange Zeit zu sehr betont worden, wohl auch wegen seiner didaktischen Vorzüge. Zwei Beobachtungen zeigen, dass er nicht essentiell zum Föhn gehört:Der Föhn Es gibt auch Föhn ohne Bewölkung im Luv oder am Alpenhauptkamm. Die im Luv gestaute Luft ist nicht immer an der Überströmung beteiligt, sie kann stagnieren oder sich sogar in entgegengesetzter Richtung bewegen. Dazu haben Lammerts Messungen schon 1920 Beispiele gebracht.
Dass eine absteigende Warmluft dem archimedischen Prinzip zuwiderläuft, ist aber problematisch, dynamische Kriterien fehlen dieser Theorie und weder die Beobachtungen des hydraulic jump noch die mountain waves oder die Rotoren – auf welche im Folgenden eingegangen wird – können mit der Theorie erklärt werden.Grundlagen zum Föhn – Eine Einführung bei inntranetz.at
Dynamische Föhntheorie Obwohl die Atmosphäre aus Gasen aufgebaut ist, verhält sie sich in vielen Fällen wie eine Flüssigkeit. Daher treten viele atmosphärische Turbulenzen als Wellen auf. Atmosphärische Wellenstörungen resultieren aus der Interaktion verschiedener Kräfte, darunter Druckgradientkraft, Corioliskraft, Gravitation und Reibung. Lange war die obige thermodynamische Annahme bestimmende Theorie eines Föhnprinzips. Heute stehen allgemeine strömungsdynamische Gesetze bei Prinzipien der Entstehung von Fallwinden im Vordergrund, die zum mountain-wave-Konzept führen.
Hydrologisch-hydraulische Analogie der Föhnströmung Am geeignetsten, um Fallwinde in einem dreidimensionalen System zu erklären, sind hydrologische Modelle, da sie auch für Bewegungsmuster in einem stark reliefierten Gelände mit Tälern und Pässen geeignet sind. Heute wird den topografischen Gegebenheiten noch mit der auf Englisch gap flow dynamic genannten Hypothese Rechnung getragen. Hiernach ist die vertikale Einengung (am Pass) und eine laterale Kontraktion (in einer Lücke – gap) der Luftströmung für Fallwinde wie Föhn und Bora unabdingbar.
Hydraulische Begriffe wie fließendes Wasser, schießendes Wasser, mit kritischer Geschwindigkeit strömendes Wasser und die Froude-Zahl (ähnlich der Mach-Zahl) werden heute in der Föhntheorie benutzt. Analog der Einteilung der Gasdynamik in Strömungen mit Unter- und Überschallgeschwindigkeit ist die Hydraulik der Strömungen mit freier Oberfläche in Wasserströmung mit Unter- und solche mit Übergrundwellengeschwindigkeit eingeteilt. Wasser, das mit einer Geschwindigkeit strömt, die kleiner ist als die Grundwellengeschwindigkeit, heißt in der Hydraulik fließendes Wasser, Wasser mit einer Strömungsgeschwindigkeit größer als die Grundwellengeschwindigkeit heißt schießendes Wasser. Strömt Wasser genau mit Grundwellengeschwindigkeit, so nennt man es „mit kritischer Geschwindigkeit strömendes Wasser“. Die Froudsche Zahl drückt letztlich das Verhältnis zwischen kinetischer Energie (abhängig von der Windgeschwindigkeit) und potenzieller Energie (Stabilität, Gebirgshöhe) aus.
entspricht kritisch strömendem Wasser. Wenn die Zahl gleich oder etwas größer als eins ist, dann ist die Wahrscheinlichkeit von mountain waves groß. entspricht fließendem Wasser. Ist die Zahl kleiner als eins, ist die Strömung ungenügend, um über das Hindernis zu kommen, die Zirkulation ist blockiert. entspricht schießendem Wasser. Ist die Zahl viel größer als eins, dann strömt die Luft ohne größere Oszillationen über das Hindernis.