Föhn am Toten Meer! Gibt es das wirklich?

Der Einfluss von häufig auftretendem Föhn auf Wetter, Klima und die Luftqualität im Tal des Toten Meeres wurde im Virtuellen Institut DESERVE (Dead Sea Research Venue), einem zeitweiligen,  wissenschaftlichen Zusammenschluss von Instituten mehrerer Helmholtzzentren und Universitäten aus Israel, Palästina und Jordanien erforscht.

Durch Dichteunterschiede angetriebene Strömungen, die unter Beschleunigung und Erwärmung in ein Tal hineinströmen (Alpert et al. 1990) werden gemäß Definition der World Meteorological Organization Föhn genannt (WMO, 1992). Die z.B. in den Alpen mit Föhn assoziierten Kondensations- und Verdunstungsprozesse, spielen in dieser Definition keine Rolle. Am Toten Meer tritt Föhn im Sommer  häufig und periodisch auf. Er erreicht den Talboden kurz nach Sonnenuntergang. Durch die hohen Windgeschwindigkeiten und die adiabatische Erwärmung bei der Bergabströmung beeinflussen Föhnwinde die atmosphärischen Bedingungen im Tal erheblich. Im Fall des Toten Meeres wird die Verdunstung des Seewassers durch die Föhnlagen angetrieben, weil sie eine Funktion der Windgeschwindigkeit und des Wasserdampfsättigungsdefizits ist (Metzger et al., 2018). Am Toten Meer wird deshalb das tägliche Verdunstungsmaximum untypischerweise kurz nach Sonnenuntergang erreicht, wenn der Föhn einsetzt.  Durch den damit verbundenen Luftmassenaustausch sorgt der Föhn auch für die Auflösung des im Tal häufigen Dunstes und damit für eine Verbesserung der Luftqualität.

Abb. 1: Mit einem Modell von Plavan et.al. (2014) wurde die relative Häufigkeit des Auftretens von Föhn im mittleren Teil des Tals des Toten Meeres mit 72 % bestimmt. Sonnenaufgang und Sonnenuntergang werden durch die roten Linien angezeigt.

Abb. 2: Beispiel für einen kräftigen Föhn am 16. August 2014 im Tal des Toten Meeres. Dargestellt ist ein Zeit-Höhen-Schnitt der gemittelten Vertikalprofile der horizontalen Radialwindkomponente der Messungen eines Wind-Lidars. Negative Werte (blau) zeigen eine Nordwest-Windkomponente und positive Werte (rot) eine Südost-Windkomponente an. Die schwarzen Sterne beschreiben die Höhenerstreckung des Föhns. Im mittleren Bildteil wird die Turbulenz im Windfeld durch die Varianz des Vertikalwindes dargestellt, während im unteren Bildteil die Windrichtung, gemessen in 40 m Höhe über Grund, angegeben wird.

Erstmalig wurden 2014 vom IMK des KIT Messungen des dreidimensionalen Windfeldes mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung unter Einsatz des KITcube (http://www.imk-tro.kit.edu/7376.php) durchgeführt. Dabei wurde in 72 % der Sommertage Föhn am Westufer des Toten Meeres gefunden (Abb. 1). Darüber hinaus haben wir festgestellt, dass in 10 % der Fälle der Föhn abgehoben vom geneigten Hang auftritt und in höhere Schichten der Talatmosphäre einströmt. Aus den Messdaten des Wind-Lidars lassen sich zwei typische Föhnfälle separieren: Typ I dauert 2-3 Stunden an und erreicht Windgeschwindigkeiten bis 5 m s^-1. Typ I dringt nicht weit bis in die Mitte des Tals ein, wogegen TYP II am gesamten Talboden von West nach Ost messbar ist (ca. 25 km) und dabei Geschwindigkeiten von bis zu 11 m s^-1 bei einer Andauer von 4-5 Stunden erreicht (Abb. 2).

Abb. 3: Konzeptionelles Modell verschiedener Grenzschichtprozesse am Toten Meer am 16. August 2014. Die Windsysteme (Pfeile) und die parallel verlaufenden Prozesse (schraffiert) führen in zeitlicher Folge zu den Verhältnissen am Morgen, Mittag, Nachmittag und Abend.

Die Fallstudie vom 16. August 2014 zeigt, dass der Föhn durch einen horizontalen Temperaturgradienten über das Judäische Gebirge hinweg, welches das Tote Meer westlich berandet, ausglöst wird. Dieser Gradient wird, im Vergleich zur Grenzschicht stromauf über dem Gebirgsrücken, durch die verstärkte Erwärmung und verspätete Abkühlung der Talgrenzschicht am Nachmittag aufgebaut. Der Föhn wird dann durch die Heranführung kühler mediterraner Luftmassen über das westliche Küstentiefland weiter intensiviert, was letztlich beim beschleunigten Einströmen in das Tal des Toten Meeres zu einem Übergang von unterkritischer zu superkritischer Strömung und der Bildung eines hydraulischen Sprungs führt. Dabei kann in der Folge auch eine Rotor in der Talmitte entstehen (Abb.3). Solche Föhnereignisse bestimmen das lokale bis regionale Klima durch Modifikation der Temperatur und Feuchte der Luft, sie beeinflussen maßgeblich die Verdunstung des Seewassers und damit das Absinken des Seespiegels und sie wirken durch die Modifikation der Aerosolverteilung auf die Luftqualität in der Talatmosphäre.

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[Arbeitsgruppe: Konvektive Systeme]