Original paper

Large-scale-flow interactions with the Alps and their impact on the low-level temperature field in the northern foreland

Zängl, Günther

Meteorologische Zeitschrift Vol. 14 No. 3 (2005), p. 379 - 386

published: Jul 12, 2005

DOI: 10.1127/0941-2948/2005/0008

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ArtNo. ESP025011403007, Price: 29.00 €

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Abstract

Numerical simulations are presented to investigate the impact of large-scale-flow interactions with the Alps on the temperature field in the northern Alpine foreland. The simulations use realistic topography but idealized large-scale conditions that allow for changing the wind direction without creating systematic temperature advection effects. The results show that the dependence of the surface temperatures on the wind direction differs substantially between the morning and the afternoon. In the afternoon, temperatures tend to be higher for southerly flow directions than for northerly ones, as might be expected from the fact that subsidence in the lee of the Alps causes warming while upslope flow is related to cooling. In the morning, however, the lowest temperatures are found for easterly directions while northwesterly flow shows the highest temperatures, followed by westerly flow. Part of this behaviour is related to the fact that in the northern Alpine foreland, westerly wind directions tend to be associated with higher wind speeds than easterly directions, which in turn is caused by the fact that the flow around the Alps is asymmetric. As a consequence, turbulent mixing tends to be stronger for westerly directions. For northwesterly flow, turbulent mixing is particularly strong because a barrier jet forms along the Alps. Another important contribution arises from the friction-induced wind turning in the surface layer, which causes a northerly (southerly) component for easterly (westerly) flow. Thus, the radiatively cooled near-surface air is piled up along the northern rim of the Alps for easterly flow but is advected away from the Alps for westerly flow.

Kurzfassung

In der vorliegenden Arbeit wird mittels numerischer Simulationen der Einfluss der Wechselwirkung großräumiger Strömungen mit den Alpen auf das Temperaturfeld im nördlichen Alpenvorland untersucht. In den Simulationen wird realistische Topographie mit idealisierten Anströmbedingungen kombiniert, die eine Änderung der Windrichtung ohne großräumige Temperaturadvektion erlauben. Es zeigt sich, dass der Einfluss der Windrichtung auf die bodennahen Temperaturen stark von der Tageszeit abhängt. Am Nachmittag sind südliche Windrichtungen generell mit höheren Temperaturen verbunden als nördliche Richtungen, was man aufgrund einfacher dynamischer Überlegungen auch erwartet (Hebung auf der Luvseite verursacht Abkühlung, Absinken auf der Leeseite Erwärmung). Morgens treten die tiefsten Temperaturen jedoch bei östlichen Anströmrichtungen auf, während die höchsten Temperaturen bei Nordwestwind, gefolgt von West-wind, zu finden sind. Dies liegt teilweise daran, dass im nördlichen Alpenvorland Westlagen mit stärkerem Wind verbunden sind als Ostlagen, was seinen Grund in der asymmetrischen Umströmung der Alpen hat. Als Folge davon ist die turbulente vertikale Durchmischung bei Westlagen tendenziell stärker. Dies gilt insbesondere bei Nordwestanströmung, die zur Ausbildung eines markanten Windmaximums entlang der Nordalpen führt. Ein anderer wichtiger Mechanismus geht auf die reibungsbedingte Winddrehung in Bodennähe zurück, die bei Ostlagen (Westlagen) eine nördliche (südliche) Windkomponente verursacht. Als Konsequenz daraus wird bei Ostlagen die bodennahe Kaltluft entlang der Nordalpen aufgestaut, wäahrend sie bei Westlagen von den Alpen wegadvehiert wird.