Luv-Lee-Effekt

Um Luv- und Leeeffekte an Gebirgen zu beobachten, muss das Gebirge so hoch und breit sein, dass es als Strömungshindernis die Luft nicht vollständig umströmen lässt, sondern ein Überströmen einsetzen muss. Dazu muss die Luft auf der angeströmten Gebirgsseite (Luvseite) aufsteigen, um dann auf der strömungsabgewandten Seite (Leeseite) wieder abzusinken. Diese "erzwungene Hebung" auf der Luvseite ist mit einer Abkühlung verbunden. Ob sich dabei allerdings Wolken bilden, hängt von dem Feuchtegehalt der aufsteigenden Luft und von der zu überwindenden Hindernishöhe ab.

Luft hat die Eigenschaft, je nach Temperatur unterschiedliche maximale Mengen an Wasserdampf aufnehmen zu können. Bei -20 °C sind es maximal etwa 1,1 Gramm pro Kubikmeter Luft. Bei 0 °C sind es bereits 4,8 Gramm pro Kubikmeter und bei +30 °C schon 30,4 Gramm pro Kubikmeter Luft. Werden diese Grenzwerte überschritten, etwa durch Abkühlung der Luft beim Aufsteigen an der Luvseite, so setzt Kondensation ein. Der Wasserdampf kondensiert erst zu winzigen Tröpfchen, diese wachsen zu größeren Tropfen zusammen und sind jetzt als dichte Bewölkung auf der Luvseite sichtbar. Die anströmende Luft kühlt sich bei der Hebung mit -1 Kelvin/100 m ab. Diese Abkühlung erfolgt rein trockenadiabatisch, d.h. ohne Freisetzung latenter Wärme (Kondensationswärme), da der Wasserdampf seinen Aggregatzustand noch nicht ändert.

Ist die Luft während der erzwungenen Hebung nun soweit abgekühlt, dass sie mit dem mitgeführten Wasserdampf gesättigt ist (die maximale Aufnahmefähigkeit erreicht ist), muss bei anhaltender Hebung (weitere Abkühlung) Kondensation des jetzt „überschüssigen“ Wasserdampfs einsetzen. Die aufsteigende Wolkenluft kühlt sich jetzt aber mit weniger als -1 Kelvin/100 m ab, da ständig Kondensationswärme freigesetzt wird, die den Abkühlungswert auf etwa -0,65 K/100 m absenkt. Dieser mittlere Abkühlungswert heißt „feuchtadiabatische Abkühlung“. Bei diesem ständigen Übergang von Wasserdampf zu Wasser wird ständig Wärme (Kondensationswärme) frei, genau jene Wärme, mit der zuvor das Wasser in Dampf (Verdunstungswärme) verwandelt wurde.

Die Staubewölkung sieht man auch von der Leeseite aus, als sogenannte Föhnmauer teilweise über dem Gebirgskamm stehen. Sinkt nun die Luft auf der Leeseite wieder ab, so erwärmt sie sich. Solange noch Wolkentröpfchen über den Gipfel hinweg mit absinken, erfolgt die Erwärmung anfangs noch feuchtadiabatisch (+0,65 K/100 m) bis alle Tröpfchen wieder verdunstet sind. Diese Wolkengrenze auf der Leeseite wird auch als „Föhnmauerrand“ bezeichnet. Beim weiteren Absinken muss keine Verdunstungsenergie mehr aufgewendet werden, so dass die Erwärmung jetzt wieder trockenadiabatisch, also mit +1 K/100 m erfolgt. Damit die Luft leeseitig im Tal tatsächlich wärmer und trockener ist als sie luvseitig war, muss während der Überströmung auf der Luvseite Niederschlag aus den Stauwolken ausgefallen sein. Nur dann kann die luvseitig freigewordene Kondensationswärme in der absinkenden Luft verbleiben und zur fühlbaren Temperaturerhöhung auf der Leeseite führen.

Würde bei der beschriebenen Überströmung kein Niederschlag ausfallen, hätte die absinkende Luft im gleichen Niveau auf der Luv- und Leeseite auch die gleiche Temperatur, da Kondensation (luvseitig) und Verdunstung (leeseitig) vom Energieumsatz gleichwertig ablaufen müssen. Das wiederum zeigt den Nachteil dieses Föhnerklärungsversuchs auf, da es durchaus auch Föhnwirkungen (luv-, leeseitige Temperaturunterschiede) ohne Niederschlag geben kann. Die obige Erklärung ist also nur eine Variante, bzw. Teilvariante die Föhnströmung zu begründen. Nach moderneren Forschungserkenntnissen ist der Föhn das Ergebnis sehr komplex verursachter Prozesse, dessen Ursachen und Beeinflussungen sowie Erscheinungsformen sehr vielfältig und zum Teil auch noch unverstanden bzw. unerforscht sind.

Siehe hierzu:

• Adiabatischer Temperaturgradient
• Alpen-Süd-Föhn
• Föhn
• Lee
• Luv