(Abschnitt 2.4.3)
In einer stabilen Umgebung werden starke Winde, die senkrecht zu einem Hindernis (wie z.B. einem Berg) wehen, gezwungen, auf der Luvseite aufzusteigen und entlang der windabgewandten Seiten abzusinken. Der gestörte Luftstrom beginnt auf seinem Weg stromabwärts in einer Reihe von Wellen zu oszillieren und erzeugt so Bergwellen.
Wenn die Wellen im Wesentlichen stationär bleiben, während sich die Luft durch sie hindurch bewegt, werden sie als nicht-turbulente stationäre oder stehende Wellen (und auch als eingeschlossene Leewellen) bezeichnet. Wenn die Luft ausreichend feucht ist, können in der aufsteigenden Luft an den Wellenkämmen orographische Wolken entstehen (Abbildung 5). Sie bilden sich meist über oder im Windschatten von Gebirgszügen und bleiben in der Regel einige Stunden lang stationär (selten länger als einen Tag).
Für einen Beobachter am Boden bewegen sich diese Wolken, wenn überhaupt, nur sehr langsam, obwohl der Wind in Höhe der Wolken stark sein kann. In manchen Fällen lässt sich die Geschwindigkeit des Windes durch Markierungen in der Wolke erkennen, zum Beispiel durch einzelne Elemente, die sich von einem Ende der Wolke zum anderen bewegen. Diese linsenförmigen Wolken, die durch Gebirgswellen entstehen, sind ein Hinweis auf starke Winde in stabilen mittleren Schichten der Atmosphäre. Sie erzeugen keinen Niederschlag.
Abbildung 5. Gebirgswellen
Gelegentlich breiten sich diese Wellen in „Leewellenzügen“ über weite Strecken aus, so dass die Auswirkungen auch in großer Entfernung zu spüren sein können. Sie sind in langen Bändern parallel zum Gebirge in regelmäßigen Abständen von mehreren Kilometern zu sehen (Abbildung 6).
Auf Satellitenbildern bilden sie ein Stromlinienmuster.
Abbildung 6. Satellitenbild von Leewellenzügen (A = Ausrichtung des Bereichs; B= Windrichtung)
Wellenwolken können auch auf verschiedenen Ebenen gleichzeitig auftreten. Oft erscheint eine oder ein Haufen von mehreren orographisch geformten Lenticularis-Wolken über dem Hügel oder Berg, manchmal leicht windwärts oder windwärts. Der orografische Einfluss auf die Luftströmung kann in einer Höhe erheblich sein, die um ein Vielfaches über der Höhe der Gipfel oder Kämme liegt und sogar die Stratosphäre erreicht (Abbildung 7).
Abbildung 7. Gefangene Leewellen
In breiten Gebirgskämmen können bei hoher atmosphärischer Stabilität durch eine tiefe Atmosphäre und ausgeprägter Windscherung über dem Gebirgsgipfel vertikal fortschreitende Wellen auftreten, bei denen sich die Energie nach oben ausbreitet. Diese Wellen werden als „untrapped lee waves“ bezeichnet, und die zirkuläre Wolke, die sich aufgrund des orographischen Einflusses bildet (Abbildung 8), ist ein Hinweis auf Turbulenzen in der Nähe des oberen Teils der Troposphäre. Manchmal können sich die Wellenberge über die hohe Ebene hinaus bis in die Stratosphäre erstrecken.
Abbildung 8. Sich vertikal ausbreitende Welle
Wenn es eine klare Lücke (Föhnlücke) zwischen dem Hügel und der Wolke gibt, sind die Turbulenzen wahrscheinlich stark. Wo es keine klare Lücke zwischen dem Hügel und der Wolke gibt, ist die Turbulenz wahrscheinlich nur schwach.
Obwohl die Anzeichen von Wolken zu einer Signatur von Luftbewegungen und Turbulenzen werden, treten diese manchmal ohne visuelle Anzeichen auf. Zu bestimmten Zeiten kann die Amplitude von Gebirgswellen hohe Werte erreichen, und die Wellenenergie breitet sich unmittelbar vor dem Gebirgskamm nach unten aus, was zu bedeutenden Wetterereignissen wie brechenden Wellen, starken bis extremen Turbulenzen, Rotoren und schädlichen Abwärtsstürmen auf der Leeseite einer Gebirgsbarriere führt.
Unter der Leewellenwolke kann sich in den unteren Schichten ein großer Wirbel mit horizontalen Achsen bilden (Abbildung 9). Wenn sich die aufsteigende Luft dieses großen stationären Wirbels genügend abkühlt, kann im oberen Teil ein Wolkenbalken, eine so genannte „Rotorwolke“ (Rollwolke), entstehen. Rotor- oder Rollwolken sind ein Anzeichen für ein Gebiet mit starken Turbulenzen an oder nahe der Erdoberfläche, mit Oberflächenwinden von sehr unterschiedlicher Richtung und/oder Geschwindigkeit, die eine Gefahr für die Luftfahrt darstellen.
Abbildung 9. Rotorwolke