Efekt foehna lub efekt Föhna to zjawisko meteorologiczne powstałe w wyniku spotkania cyrkulacji atmosferycznej i reliefu, gdy dominujący wiatr styka się z pasmem górskim . Nazwa pochodzi od foehn , nazwy nadanej silnemu , suchemu i gorącemu wiatrowi w Alpach .
Powietrze znajdujące się na zboczu wznoszącym jest poddawane suchemu chłodzeniu adiabatycznemu , co zwiększa jego wilgotność względną , ostatecznie aż do nasycenia. Jeśli dojdzie do kondensacji, po tej stronie wystąpią chmury i opady , wraz z uwolnieniem ciepła kondensacji do atmosfery. Wówczas zmiana temperatury staje się wolniejsza z mokrego gradientu adiabatycznego . Za przeszkodą powietrze, które ponownie wyschło, opada i nagrzewa się zgodnie z suchą adiabatyką, która oczyszcza niebo po tej stronie. W zależności od ilości utraconej pary wodnej oraz różnicy wysokości przed i za przeszkodą na zjazdowym zboczu będzie powstawał gorący, suchy wiatr.
Kiedy wiatr napotyka górę mniej więcej prostopadle , podąża za reliefem i wznosi się. Ciśnienia atmosferycznego zmniejsza się wysokości , temperatura powietrza zmniejsza się przez adiabatycznego rozprężania , pierwsze według suchym adiabatycznego gradientu .
Jeśli wilgotność jest wystarczająco wysoka, aby rozpocząć, para wodna w powietrzu skrapla się od poziomu, w którym osiąga nasycenie , które ogrzewa powietrze. Rzeczywiście, promieniowanie słoneczne , który dostarcza się ciepło i pozostawiono do s' odparować z wodą na poziomie gruntu, zawraca się do powietrza przez ciepło utajone . Tempo spadku temperatury powietrza w paczce będzie zatem od tego momentu odpowiadać wolniejszemu wilgotnemu gradientowi adiabatycznemu , o ile para będzie się skraplać.
Jeśli powietrze nad pasmem górskim jest stabilne, wzniesiona działka nie może kontynuować wznoszenia po przejściu szczytu i opadnięciu na drugą stronę. Jest wtedy poniżej punktu nasycenia, ponieważ woda spadła w postaci deszczu. Kiedy opada, powietrze jest sprężane (ponieważ ciśnienie rośnie w dół), a zatem jego temperatura wzrasta przez kompresję adiabatyczną zgodnie z suchą szybkością adiabatyczną.
Efekt fohn nie wymaga opadów atmosferycznych ( deszcz / śnieg ) ani gęstych chmur po wznoszącej się stronie . Jak wyjaśniono wcześniej, kiedy chłodzenie masy uniesionej w górę rzeki pozwala tylko na tworzenie mniej lub bardziej cienkich chmur, bez posuwania się tak daleko, aby powodować opady, te ostatnie muszą zostać odparowane w dół rzeki podczas opadania. Różnica temperatur powierzchni między stroną nawietrzną (niebieska strzałka) i zawietrzną (czerwona strzałka) będzie wtedy zależeć tylko od różnicy wysokości między tymi dwoma stronami.
Na zdjęciu przedstawiającym efekt fohn pas błękitnego nieba zwany fohn hole jest wyraźnie widoczny z tyłu. W dół od otworu fohna znajdują się altocumulus lenticularis (dmuchane chmury), które są znacznikami fal grawitacyjnych i cumulus fractus (małe postrzępione chmury), które oznaczają obecność wirnika .
Za przeszkodą powietrze nagrzewa się adiabatycznie i wysycha w dół i staje się mniej gęste. Tytułem ilustracji, przeciwne brzmienie atmosferyczne przedstawia stan warstwy atmosferycznej przy silnym zachodnim wietrze w Reno , mieście położonym na wschód od Sierra Nevada . Wyraźnie widać, że gradient temperatury jest równy gradientowi suchej masy adiabatycznej (9,75 K / km ) do poziomu 630 hPa , czyli do wysokości 3700 m . Ponadto powietrze jest znacznie bardziej suche na ziemi niż na wysokości, co powoduje sondowanie przez większą różnicę między temperaturą powietrza a punktem rosy na poziomie gruntu. Badanie to, przeprowadzone w środku zimy, pokazuje zatem adiabatyczny wzrost temperatury powietrza i jego wysychanie, gdy powietrze opada w dół łańcucha górskiego. Powietrze staje się zatem cieplejsze niż otaczająca masa powietrza i dlatego odbija się na wysokości z powodu ciągu Archimedesa .
Odmiana tego procesu polega na tym, że powietrze pochodzi z regionu źródłowego znajdującego się na większej wysokości niż region dolny. Tak jest w przypadku wiatru Santa Ana, który niesie suche powietrze z wnętrza gór i opada w kierunku Oceanu Spokojnego . Jest to wiatr przejściowy, który zawiera składniki wiatru fenowego i katabatycznego . W takim przypadku uniesione powietrze nie musi osiągać nasycenia i uzyskiwać utajonego ciepła. Podniesiona masa powietrza będzie podążać za suchą adiabatyczną zarówno podczas wchodzenia, jak i schodzenia z góry. Poziom końcowy będzie niższy niż początkowy, temperatura końcowa będzie wyższa. Naturalnie może wystąpić kombinacja efektów, to znaczy różnica poziomów między odlotem a przybyciem, jak również uwolnienie utajonego ciepła poprzez kondensację pary wodnej.
Podobna sytuacja może wystąpić w Bas Languedoc, kiedy suche i letnie powietrze opada z wysokich płaskowyżów Masywu Centralnego wczesnym latem, a powietrze to jest zasysane przez depresję termiczną w Basse Provence, napędzaną zjawiskiem bryzy. Następnie dmucha dzienną mistral, która jest gorąca i bardzo sucha, co sprzyja pożarom lasów. Ten wiatr jest czasami nazywany mistralet . Do takiego zjawiska doszło najprawdopodobniej podczas bardzo silnego szczytu upałów w Nîmes 28 czerwca 2019 roku, kiedy to w regionie było 45,9 ° C. Tak więc tego dnia wiał dość silny wiatr z północy (13 węzłów w porywach do 23 węzłów).
Inną odmianą tego procesu jest nagrzewanie się . Działki powietrze ustępujące pod virgi z burzowych wyschnięciu dół. Następnie nagrzewa się zgodnie z suchą adiabatyczną . Jeśli jest dostatecznie mocny, przez bezwładność stanie się gorętszy niż otaczające go powietrze.
Efekt foehna to pierwsza część tego, co dzieje się po przejściu powietrza na drugą stronę przeszkody. W dole, opadające powietrze ogrzewa się adiabatycznie. Kiedy jego temperatura przewyższa temperaturę otoczenia, jeśli wystąpi zanim uderzy w ziemię, ciąg Archimedesa powoduje jego odbicie w górę, ponieważ powietrze otoczenia jest wtedy gęstsze niż cieplejsza cząstka powietrza . Ruch w górę trwa do momentu, gdy chłodzenie adiabatyczne sprawia, że jest chłodniejszy niż otoczenie, co powoduje jego ponowne opadanie. Może to powodować naprzemienne ruchy w górę iw dół na duże odległości w dół rzeki. Dzieje się tak, gdy cząsteczka powietrza wychodząca z fenu zostanie złapana w unoszącą się w górze warstwę inwersyjną .
Pod tymi falami orograficznymi, często stacjonarnymi, pojawiają się wirniki . Ruchy te mogą zatem być związane z chmurami ( cumulus fractus ) w części wznoszącej się i silnymi turbulencjami. Prawidłowe modelowanie zjawiska obejmuje równania mechaniki płynów z wykorzystaniem gradientu ciśnienia , stabilności powietrza, tarcia , siły Coriolisa i grawitacji .
Efekty działania fali grawitacyjnej generowanej przez fen doceniają piloci szybowcowi , którzy potrafią wznosić się na bardzo duże wysokości. Również ruchy tych fal w górę iw dół mogą być bardzo intensywne. Możliwe jest uzyskanie prędkości pionowej 10 m / s. Dzięki tym podjazdom szybowiec może pokonywać bardzo duże odległości.
Przepływ masy powietrza można porównać do przepływu cieczy. Używamy liczby Froude'a F, która jest równoważna liczbie Macha . Wyraża zależność między energią kinetyczną (kwadratem prędkości) a energią potencjalną (stabilność i wysokość pasma górskiego). Krytyczna wartość liczby Froude'a wynosi 1. W tym przypadku prawdopodobieństwo wystąpienia fal górskich jest wysokie. Tak , przepływ jest zablokowany, ponieważ powietrze jest zbyt stabilne w górę, a działka wznosząca się po zboczu nie może sięgać szczytu. Jeśli , to powietrze przepływa bez większych oscylacji, ponieważ nie jest dostatecznie stabilne, a wytworzona fala rozprasza się na wysokości.
Przypadek pasuje do tego, czego naucza FAA, kiedy mówi, że fale grawitacyjne mogą powstawać tylko wtedy, gdy powietrze jest stabilne w górę rzeki i na szczycie góry. Poniżej, ze względu na zjawisko mieszania indukowane przez wirniki , powietrze w warstwie podfalowej jest neutralnie stabilne i wirniki te mogą przemieszczać się migracyjnie wraz z wiatrem.
W ten sposób zjawiska stają się znacznie bardziej złożone. Może się więc zdarzyć, że warunek wzbudzenia fal grawitacyjnych poniżej gór będzie spełniony, ale chmury cumulonimbus utworzą się w rejonie powyżej.
Efekt fenu często występuje w górach na obszarach przybrzeżnych i na wyspach górskich. Stok od strony morza jest wilgotny, podczas gdy strona lądowa jest bardziej sucha; jest więc jednym ze sposobów tworzenia cienia pluwiometrycznego . W Ameryce wschodnie stoki Gór Skalistych lub Andów są bardzo suche i znają wiatry dzięki zjawiskom takim jak Chinook i Zonda . Skrajnym przypadkiem, w którym foehn pomaga stworzyć taki cień, jest Dolina Śmierci . Odcięta od oceanicznych wpływów przez Sierra Nevada jest niemal absolutną pustynią . W Azji możemy sobie wyobrazić przypływ monsunowy w górę Himalajów i zalewający subkontynent indyjski, ale nadający suchy klimat płaskowyżu tybetańskiemu po drugiej stronie gór. W Australii efekt fenowego wiatrów wschodnich nad australijską Kordylierą ( Great Dividing Range ) zwiększa opady na wschodnim wybrzeżu kraju i tworzy wewnętrzną pustynię.
Wiatry typu Foehn często pojawiają się nagle na ziemi, nawet jeśli cyrkulacja wiatrów sprzyjała ich obecności przez jakiś czas. Wynika to z faktu, że na ziemi u podnóża gór, po zawietrznej stronie może znajdować się warstwa bardzo zimnego powietrza, co stanowi inwersję temperatury. Fena schodząca ze zbocza nie będzie w stanie przebić tej bardzo stabilnej masy powietrza i pozostanie w górze aż do wycofania się inwersji. To odwrót zwykle ma miejsce, gdy wiatry na ziemi stają się słabe i równoległe do gór po zawietrznej stronie. Kiedy uderza w ziemię, nagle ogrzewa pomieszczenie, często bardzo dramatycznie.
Ponieważ powietrze jest stale odnawiane i sprężane, reżim fenowy może powodować znacznie cieplejsze noce niż zwykle, ponieważ ocieplenie powietrza jest związane ze zjawiskiem mechanicznym. W ten sposób Grenoble i jego aglomeracja narażone są przez wiatry południowe na bardzo wysokie temperatury podczas letnich nocy i, bardziej ogólnie, na nadmiernie wysokie temperatury w sezonie.
W kontynentalnej części Francji , na Sewenny są przedmiotem halny celu przez ruch zachodnim. Na zachód od łańcucha wysokie płaskowyże są bardzo wilgotne, podczas gdy dolne doliny Ardèche i Gard , a także dolna dolina Rodanu są znacznie bardziej suche i mają klimat śródziemnomorski . Podobne zjawisko obserwuje się również na północy Masywu Centralnego : Chaîne des Puys wywołuje również efekt foehna, który skutkuje znacznym zmniejszeniem opadów na równinie Limagne (która ma półkontynentalny klimat schronienia). Tak więc średnie roczne opady wynoszą tylko 57 cm w Clermont-Ferrand, co sprawia, że jest to jedno z miast o najniższych opadach deszczu we Francji. To samo dotyczy Monts du Forez, które sprawiają, że równina Forez jest obszarem o niewielkich opadach deszczu.
Podobne zjawisko występuje w dolinach wewnątrzalpejskich, w szczególności w okolicach Grenoble oraz w Sabaudii i Górnej Prowansji . Region Sierre w środkowej części Wallis jest znany jako szczególnie suchy, niektórzy autorzy twierdzą nawet, że w Sierre panuje klimat śródziemnomorski .
Dotyczy to również francuskich i hiszpańskich stoków Pirenejów . Przy wiatrach południowych nad Akwitanią panuje silny suchy upał, podczas gdy przy wiatrach północnych w Aragonii panuje reżim podobny do mistral . Podobnie efekt foehna oznacza, że Colmar w Alzacji jest również dość suchym francuskim miastem z 61 cm opadów rocznie, a alzacka strona masywu Wogezów jest częściowo zadłużona winnicami efektowi fœhna.
W Alpach Południowych obecność mistralu jest często kojarzona z falami górskimi . Obecność fal orograficznych używanych przez pilotów szybowcowych jest udowodniona w Saint-Auban , Vinon-sur-Verdon, a nawet w Fayence, położonym w pobliżu wschodniej granicy wpływów mistral. W tym samym czasie chmury cumulonimbus rozwijają się nad Mercantour i powodują gwałtowne burze. To właśnie wydarzyło się 10 sierpnia 2016 r. Wraz z gwałtownym mistralem w Marsylii, który spowodował pożary lasów i duże burze w Mercantour.
Wreszcie efekt foehna jest głównym elementem klimatu Korsyki , odpowiedzialnym za częstą asymetrię warunków pogodowych na wyspie po obu stronach pasm górskich, które przecinają wyspę na dwie części. Na przykład zimą libeccio (południowo-zachodni wiatr) często przynosi opady i burze na zachodnich stokach wyspy, jednocześnie podnosząc temperatury i obniżając wilgotność na wschodnim wybrzeżu.
Halny efekt jest na ogół związane z górskich fal . Mogą one wznosić się bardzo wysoko (ponad 15 km) i dlatego umożliwiają osiąganie bardzo dużych wysokości i pokonywanie bardzo dużych odległości szybowcem .
W zależności od regionu wiatry te znane są pod różnymi nazwami, w tym: