Original paper

Why is Alpine south foehn not associated with the formation of lee vortices?

Zängl, Günther

Meteorologische Zeitschrift Vol. 14 No. 1 (2005), p. 57 - 63

published: Mar 2, 2005

DOI: 10.1127/0941-2948/2005/0014-0057

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ArtNo. ESP025011401005, Price: 29.00 €

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Abstract

While idealized simulations of airflow past an Alpine-scale mountain ridge predict the formation of pronounced lee vortices, observed lee vortex formation is largely restricted to cases of northerly flow across the Alps. To investigate the reasons for the lack of lee vortex formation under southerly flow conditions, a series of numerical simulations has been conducted. The results indicate that the most important factor for the discrepancy between idealized simulations, northerly flow and southerly flow is related to the surface friction. Friction, which is usually neglected in idealized studies, tends to dampen orographically induced potential vorticity (PV) banners that may roll up into a closed vortex and thus hampers the formation of lee vortices. This effect is more important for southerly than for northerly flow because in the latter case, the positive (right-hand side) PV banner develops over the Mediterranean Sea where friction is much smaller than over land. Another important factor is the asymmetric shape of the Alps, having much steeper lateral slopes at the western edge than at the eastern edge. As a consequence, the generation of cyclonic vorticity is more pronounced for northerly than for southerly flow. Effects of the surrounding topography are found to further intensify this asymmetry.

Kurzfassung

Während idealisierte Simulationen der Überströmumg eines Bergrückens von der Größenskala der Alpen die Bildung ausgeprägter Leewirbel anzeigen, wird Wirbelbildung im Lee der Alpen nahezu ausschließlich bei nördlicher Anströmung beobachtet. Um die Gründe für das Fehlen der Leewirbelbildung bei südlicher Anströmung zu untersuchen, wurde eine Reihe numerischer Simulationen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass ein großer Teil der Diskrepanz zwischen idealisierten Simulationen, Nordanströmung und Südanströmung auf die Bodenreibung zurückzuführen ist, die in idealisierten Simulationen normalerweise vernachlässigt wird. Bodenreibung dämpft topographisch induzierte Anomalien potentieller Vorticity (PV), die sich ansonsten zu abgeschlossenen Wirbeln aufrollen können. Im Falle der Alpen ist nun dieser Reibungseffekt bei Südanströmung größer als bei Nordanströmung, weil bei letzterer die positive PV-Anomalie über dem Mittelmeer zu liegen kommt, wo die Bodenreibung viel kleiner ist als über Land. Ein anderer wichtiger Einflussfaktor liegt in der asymmetrischen Form der Alpen, deren seitliche Abhänge im Westen viel steiler sind als im Osten. Folglich ist die Erzeugung zyklonaler Vorticity bei Nordanströmung stärker als bei Südanströmung. Außerdem zeigt sich, dass Wechselwirkungen mit der umliegenden Topographie diese Asymmetrie verstäarken.