3.2.2 Rotoren der Leewellenströmung

Während sich die laminare Leewellenströmung durch einen sehr glatten und ruhigen Strömungsverlauf auszeichnet, kann es sehr plötzlich zu einer, zum Teil sehr gefährlicher Turbulenz kommen. Flugzeugkatastrophen beweisen, dass die Leewellenturbulenz, die auch bei klarem Himmel (Clear Air Turbulence) auftreten kann, der Turbulenz in Gewitterzellen gleichkommt.

Bodennahe Turbulenzzonen im Lee des Gebirges sind oft durch cumulusförmige Rotorwolken erkennbar, wobei man in einem Zeitrafferfilm die walzenförmige Rotation gut erkennen kann. Der Rotorcumulus hat keine die für Cumuli charakteristische geradlinige Basis, sondern er zeigt ein zumeist zerfranstes Aussehen.
Abb. 3.8 zeigt den Stromlinienverlauf basierend auf eine Flugmessung von Larsson (Georgii, 1968). Die dicht gedrängten Isentropen, die den Stromlinienverlauf der Strömung wiedergeben, zeigen die schießende Strömung über dem Leehang des Gebirges. Analog wie bei der Überströmung eines Wasserwehrs stürzt die Luft wie in einem "Wolkenwasserfall" den Leehang hinab und nimmt dabei Geschwindigkeit auf und erreicht mit überkritischer Geschwindigkeit den Talgrund, ehe die Luft in einem sog. Hydraulischen Sprung (hydraulic jump) den Rotor bildet. Der Rotor, der ca. eine Wellenlänge vom Gebirge entfernt ist, befindet sich in etwa im Kammniveau des Gebirges, er kann aber weit über den Gipfelbereich hinausreichen. Im konkreten Fall von der in Abb. 3.8 dargestellten Messung überhöht der Rotor das Gebirge um mehr als 1000m. Manchmal verschmilzt die Obergrenze des Rotorcumulus mit einem darüberliegenden Ac len. Bezüglich der in Abb. 3.8 dargestellten Rotorcumuli sei angemerkt, dass diese nicht die Form eines thermisch induzierten Cumulus mit flacher Basis haben, sondern zumeist ein zerfranztes aussehen (Cu fra) haben.

 

 

Der Rotor gliedert sich in einen instabilen, turbulenten Kern und einen äußeren homogenen Stromlinienmantel. Die äußeren Stromlinien verlaufen so steil, dass ihre Vertikalgeschwindigkeit fast die der horizontalen Strömungsgeschwindigkeit gleichgesetzt werden kann. Laut Pilotenberichten werden im Lee des Großglockners Aufwindgeschwindigkeiten von 10 m/s bis 15 m/s erreicht. Die Turbulenz eines Rotors kann besonders unter der ersten Welle sehr gefährlich sein. Schwere Rotorenturbulenz steht im Zusammenhang mit starken Höhenwinden, sowie mit Wellen mit großer Amplitude und großen Wellenlängen (Küttner, 1958).
Beobachtungen zeigen, dass die Rotorenturbulenz umso stärker ist, je weiter der Rotor vom Leehang des Gebirges entfernt ist. Welche Einflußfaktoren die genaue Rotorposition bestimmen ist noch ungeklärt. Wahrscheinlich ist, dass die Rotor-position von der Höhe der luvseitigen Inversion, welche für Wellenbildung besonders günstig ist, im Verhältnis zur Kammhöhe bestimmt wird. (WMO, 1978, siehe Abb. 3.9)