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Föhn im Allgäu und warum er die Luft aufheizt

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Im November 2000 zeigte das Thermometer in Brannenburg im bayerischen Inntal am Abend 22 Grad und am nächsten Morgen minus 3 Grad. Dazwischen lag das Ende einer Föhnlage. So schnell kann sich die Luft am Nordrand der Alpen erwärmen, wenn ein Südwind über den Hauptkamm weht und auf der Nordseite absinkt. Der Kern der Erklärung ist eine Differenz: Absinkende trockene Luft wird pro 100 Höhenmeter um rund ein Grad wärmer, während aufsteigende Luft in der Wolke nur um etwa 0,6 Grad je 100 Meter kühler wird. Aus diesem Unterschied entstehen die milden Tage im Spätherbst und Winter, die im Allgäu mit dem Wort Föhn verbunden sind. Dazu gehören weit entfernte Berge in fast übertriebener Schärfe und ein Himmel, an dem sich Wolkenwände aufbauen und im nächsten Moment auflösen. Das Wort selbst geht auf das lateinische favonius zurück, den Namen eines milden Westwindes, und gelangte über das Rätoromanische ins Althochdeutsche. Ursprünglich bezeichnete es den winterlichen Südwind, der nördlich der Alpen Tauwetter bringt. Heute steht es für ein ganzes Bündel von Erscheinungen, die Meteorologen genau unterscheiden: für den Wind, für die Temperaturen und für die Wolken, die ihn begleiten.

Warum absinkende Luft sich erwärmt

Luft ist ein Gas, und ein Gas erwärmt sich, wenn es zusammengedrückt wird. Sinkt ein Luftpaket aus großer Höhe ins Tal, wächst der Druck um das Paket, es schrumpft, und die Energie der Bewegung wird zu Wärme. Das geschieht ohne Heizquelle, allein durch die Höhendifferenz. In trockener Luft beträgt die Erwärmung rund ein Grad je 100 Meter. Steigt die Luft dagegen auf und kühlt sich ab, bis Wasserdampf zu Tröpfchen kondensiert, wird dabei Wärme freigesetzt, die den Temperaturverlust bremst. Innerhalb der Wolke sinkt die Temperatur deshalb langsamer als in der trockenen Umgebung. Regnet oder schneit es auf der Südseite des Gebirges ab, geht das Wasser verloren, und auf der Nordseite sinkt trockene Luft ab, die sich mit dem vollen Grad je 100 Meter erwärmt. Die Bilanz fällt dadurch auf der Nordseite deutlich wärmer aus als vor dem Aufstieg.

Die Forschung hat dieses Lehrbuchbild inzwischen ergänzt. Ein Teil der Föhnluft stammt gar nicht vom Fuß der Südseite, sondern aus größerer Höhe und strömt durch tief eingeschnittene Pässe nach Norden, während sich die kühle Luft davor als Schicht am Gebirge staut. Die Wärme entsteht dann vor allem durch das Absinken, weniger durch Kondensation. Beide Erklärungen schließen einander nicht aus, sie gelten je nach Wetterlage in unterschiedlichem Maß. Als Auslöser dienen meist langsam ziehende Tiefs über dem Nordatlantik, die an ihrer Vorderseite südwestliche bis südliche Luft nach Norden lenken.

Eine Beispielrechnung für Oberstdorf

Ein Rechenbeispiel macht den Unterschied greifbar. Angenommen, Luft mit 10 Grad strömt auf 1000 Metern Höhe südlich des Alpenhauptkamms nach Norden und steigt an einem 3000 Meter hohen Kamm auf. Die Wolkenbildung beginne bei 1600 Metern. Der Weg des Luftpakets bis Oberstdorf, dessen Ortsmitte auf 843 Metern liegt, lässt sich in vier Schritten nachrechnen. Es handelt sich um ein Modell mit runden Annahmen und nur einem einzigen Luftpaket, echte Föhnlagen verlaufen unregelmäßiger, doch die Größenordnung deckt sich mit den Messungen.

  1. Von 1000 auf 1600 Meter steigt die Luft trocken auf. Die Temperatur fällt um 1 Grad je 100 Meter, insgesamt um 6 Grad, auf 4 Grad.
  2. Von 1600 bis 3000 Meter, das sind 1400 Meter, kühlt sich die feuchte Luft um 0,6 Grad pro 100 Meter ab, in der Summe um 8,4 Grad, und erreicht am Kamm minus 4,4 Grad.
  3. Die Wolke regnet sich aus, die Luft überquert den Kamm und sinkt trocken ab. Bis Oberstdorf liegen 2157 Meter, die Erwärmung beträgt 21,6 Grad.
  4. Minus 4,4 Grad plus 21,6 Grad ergibt 17,2 Grad in Oberstdorf, obwohl die Luft im Süden mit nur 10 Grad startete.

Der Gewinn von 7,2 Grad lässt sich zerlegen. In der Wolke wurde die Luft über 1400 Meter um 0,4 Grad je 100 Meter weniger abgekühlt, als sie beim Abstieg erwärmt wird, das macht 5,6 Grad. Dazu kommen 1,6 Grad, weil das Ziel 157 Meter tiefer liegt als der Start. Die Summe stimmt mit dem Ergebnis überein. Im Gegenzug heißt das auch: Fällt auf der Südseite kein Niederschlag, bleibt die Differenz aus, und die Luft kommt auf gleicher Höhe wieder mit ihrer Ausgangstemperatur an. Ohne Wolkenbildung gibt es keinen Föhn im klassischen Sinn. Die Rechnung lässt sich mit anderen Starthöhen und Kammhöhen wiederholen; jede Variante zeigt, dass ein höherer Kamm mit mehr Wolkenstrecke den Gewinn vergrößert.

Wo die einfache Regel nicht gilt

Die Rechnung beschreibt einen Modellfall, und der Südföhn weicht in der Natur an mehreren Stellen davon ab. Föhn gilt als warmer Wind, kann aber trotzdem Kälte nicht verdrängen, wenn bodennahe Kaltluft im Tal liegen bleibt. Dann erreicht die Strömung den Talgrund nicht, und die milde Luft gleitet über die kalte hinweg. Im Winter kann es bei solchen Inversionslagen im Talgrund frostig bleiben, während weiter oben bereits Tauwetter herrscht. Die Unterschiede zur Umgebung betragen bei echten Föhnlagen deutlich mehr als 10 Grad, und binnen Stunden sind Schwankungen von bis zu 25 Grad möglich, wie das Beispiel aus dem Inntal zeigt. Nicht jeder Wind aus Süden ist deshalb ein Föhn, und nicht jede milde Phase geht auf ihn zurück. Wetterkarten zeigen die Lage am deutlichsten: Liegt ein Tief über den Britischen Inseln und strömt Südwestluft gegen die Alpen, steigt die Wahrscheinlichkeit einer Föhnlage stark an. Ob die Luft tatsächlich bis Oberstdorf durchgreift, entscheidet sich an der Schichtung der Luft im Tal, und genau diese Schichtung lässt sich von außen schwer abschätzen. Messstationen im Tal und auf dem Berg liefern dafür den entscheidenden Vergleich, weil der Temperaturunterschied zwischen beiden anzeigt, ob die Strömung den Talgrund erreicht.

  • Auf der Alpensüdseite heißt der entgegengesetzte Wind Nordföhn, der meist nach einer Kaltfront aus Westen auftritt und im Norden Regen bringt.
  • Föhnluft trägt wenig Schwebteilchen, daher wirken ferne Berge näher, und die wechselnde Dichte der Luftschichten beugt das Licht.
  • Die Schneeschmelze beschleunigt sich im Winter und Frühjahr, weil trockene, warme Luft die Schneedecke rasch abbaut.

Die Wolken verraten den Föhn

Am Himmel lässt sich eine Föhnlage Stunden vor dem ersten warmen Hauch erkennen. Über dem Kamm steht die Föhnmauer, eine Wolkenwand, die nicht davonzieht, weil die Luft dort ständig neu kondensiert und auf der Leeseite wieder verdunstet. Dahinter öffnet sich das Föhnfenster, ein nahezu wolkenfreier Streifen, den die trockene Luft freiräumt. Bei genügend Feuchte bilden sich über den Bergen linsenförmige Wolken, der Altocumulus lenticularis, im Volksmund auch Föhnfische genannt. Diese Wolken stehen scheinbar still, obwohl der Wind mit hoher Geschwindigkeit hindurchbläst, denn sie markieren den Kamm einer Welle in der Luftströmung, einer sogenannten Leewelle. Segelflieger nutzen solche Wellen, um in kurzer Zeit sehr hoch zu steigen, weil die Luft auf der Vorderseite der Welle stetig aufwärts getragen wird. Die Linsenform entsteht, weil sich die Luft am Wellenberg abkühlt und Wasser kondensiert, im Wellental verdunstet es sofort wieder.

Das Zusammenspiel dieser Zeichen erklärt, warum Föhn so auffällt, selbst für Menschen, die sonst wenig auf das Wetter achten: Die Wolkenwand im Süden, die plötzliche Wärme und die Fernsicht gehören zusammen und treten gemeinsam auf. Der Wetterwechsel danach folgt meist rasch, denn die Föhnlage steht in der Regel vor einer Kaltfront, die sie beendet.