Meteorologi för seglare | vinden

Den här våren är vi extra pedagogiska.

Det är seminarier i hur man vinner Bohusracet eller Gotland Runt, kurser i Expedition, regelkurser och träffar kring hur man skall segla shorthanded. Och med tanke på hur många som är med, så känns det som det finns ett behov. Jättekul.

För att göra bilden komplett, så skall vi köra en artikelserie om väder. Eller meteorologi för seglare. Till vår hjälp har vi Måns Håkansson som inte bara är hängiven seglare utan också doktor i meteorologi. Dagligdags jobbar han på Vattenfall Vindkraft med att analysera vindar och designa layouter för vindkraftsparker.

Så häng med oss ett antal fredagar framöver. Och tveka inte att kommentera eller ställa frågor. Måns sitter redo!


-Vindby om tjugo sekunder. Den kommer ge motvrid! …(Nitton sekunders paus)… Klart för slag, … roder i lä! … (Skrammel, gnissel, knak & brak) …

-Oj, vi lyfter ända in i mål! Bra koll på byn där, (plats för ditt smeknamn här), vi hängde av de rackarna tack vare det!

Vad kan vara ett mer lämpligt tidsfördriv så här års än att inför seglingssäsongen i sällskap med ett glas rykande latte eller kanske en dito favoritsnugga fördjupa sig i en serie artiklar avsedda att försöka förklara några av de meteorologiska fenomen vi exponerar oss för på sjön, hur man kan bemöta dem, samt utnyttja dem strategiskt på en kappseglingsbana?

-Gammal skåpmat för vissa, nya erfarenheter för andra. För de redan invigda kan kanske materialet fungera som en dusch 5-56 mot vinterns ofelbart återkommande ringrostighet. Avsikten är att försöka beskriva de meteorologiska skeendena från grundläggande fysikaliska perspektiv, men att även ge exempel på hur man handgripligen kan tillämpa dessa kunskaper när man väl befinner sig där, så att säga, ute på djupt vatten. Det kan kännas naturligt att det första kapitlet i en serie om meteorologi för seglare handlar om vinden, dess ursprung och egenskaper samt hur variationer i den kan utnyttjas.

Variationer i lufttrycket

Det lufttryck vi uppmäter med en barometer är ett mått på tyngden av den luft som finns i en tänkt vertikal pelare ovanför oss, och som sträcker sig ända till vår atmosfärs yttersta gräns. I områden med högt lufttryck väger denna pelare helt enkelt mer än över en plats där man mäter upp ett lägre lufttryck. Det är framförallt denna typ av tryckvariationer som ger upphov till att det blåser.

Krafter i balans

Vi antar att vi skulle kunna välja ut en mycket liten del av atmosfären, ett ”luftpaket”, och studera hur det beter sig när det befinner sig i en omgivning med horisontellt varierande lufttryck (Figur 1). Vi antar vidare att luftpaketet från början befinner sig i vila och alltså inte rör sig åt något håll. De horisontella variationerna i lufttrycket ger upphov till en kraft, tryckgradientkraften, som drar luftpaketet i riktning mot det lägre trycket, vinkelrätt mot isobarerna. Luftpaketet börjar accelerera i kraftens riktning. Men nu inträffar något intressant. Så fort paketet börjar röra på sig kommer det känna av att jorden roterar. Det hela visar sig i form av en så kallad ”skenkraft”, som i egentlig mening inte är en kraft, utan en konsekvens av att vi använder vår roterande planet som referenssystem. Skenkraften är döpt efter en fransk vetenskapsman vid namn Gaspard-Gustave de Coriolis och benämns vanligen Corioliskraften, eller mer korrekt Corioliseffekten.

Utan att gå in för djupt i detalj om hur den uppstår konstaterar vi att Corioliseffekten påverkar all rörelse på jorden genom att dra den vinkelrätt mot röreseriktningen. Effekten är proportionell mot rörelsehastigheten och verkar till höger om all rörelse på norra halvklotet och till vänster på det södra. Vid ekvatorn är effekten lika med noll. Corioliseffekten tilltar alltså i samband med att luftpaketet fortsätter att accelereras av tryckgradientkraften och gör att paketets rörelse successivt länkas av allt mer åt höger (norra halvklotet). Så småningom har rörelsen vridits så mycket åt höger att tryckgradientkraften och Corioliseffekten är motriktade varandra. Luftpaketets hastighet gör att de dessutom är lika stora och därför balanserar varandra. När detta inträffar rör sig vårt luftpaket parallellt med isobarerna och kommer följaktligen att snurra moturs kring lågtyckets centrum. Detta är synonymt med att det på norra halvklotet blåser i moturs varv runt lågtryck. På motsvarande sätt blåser det i högervarv runt högtryck. På södra halvklotet är det alltså tvärtom. Vinden vi beskrivit kallas gradientvind och den kan ofta observeras genom att molnen en bit upp i atmosfären rör sig med den.

Meteorologi-1-1.jpg
De svarta heldragna linjerna är isobarer, linjer för lika tryck. (1) Luften accelererar mot det lägre trycket på grund av tryckgradientkraften. (2) Corioliseffekten länkar rörelsen åt höger på norra halvklotet. (3) Tryckgradientkraften balanseras av Corioliseffekten och strömningen sker parallellt med isobarerna.

Underlagets inverkan

I de undre luftlagren bromsas vinden av friktionen mot underlaget. Eftersom Corioliseffekten ju är proportionell mot vindhastigheten minskar även den. Förutom att vinden är svagare blir den i de lägre skikten därmed även mindre högervriden jämfört med vinden på högre höjd, där underlagets inverkan inte är lika kännbar (Figur 2). Nivån från vilken man brukar kunna bortse från friktionen mot underlaget styrs huvudsakligen av luftens vertikala temperaturfördelning och varierar kraftigt, men ligger vanligen någonstans mellan hundra meter och någon kilometer.

Meteorologi-1-2.jpg
Friktionen gör att vinden oftast är vänstervriden och svag närmast underlaget.

Man kan därför säga att vinden ”vrider höger med höjden”.

Nere i det så kallade friktionsskiktet kommer det alltså på grund av den lite mindre högervridna vinden att blåsa i en vänstervriden spiral snett in mot lågtryckscentrum och på motsvarande sätt i en högervriden spiral snett ut från högtryckscentrum (Figur 3). I ett lågtryckscentrum kommer det därför att ansamlas luft i de lägre skikten. Denna luft måste ta vägen någonstans och enklaste lösningen för den är att stiga. När luften stiger sjunker dess temperatur på grund av att trycket sjunker då det blir mindre luft i pelaren ovanför.

Vanligen sjunker temperaturen så pass mycket att en del av den vattenånga som naturligt finns i luften börjar kondensera till molndroppar, vilka så småningom eventuellt växer till regndroppar. Det är på grund av detta som lågtyck vanligen förknippas med ”dåligt” väder. På likartat sätt strömmar luften ut från högtryckscentrum och måste då ersättas av annan luft som då tillförs uppifrån, med en sjunkande luftrörelse som följd. Temperaturen i den sjunkande luften ökar i samband med att lufttrycket ökar och eventuella moln upplöses därför. Högtryckssituationer bjuder därför som regel på ”vackert” väder.

Meteorologi-1-3.jpg
Den vertikala cirkulationen kring lågtryck ger upphov till molnbildning och eventuellt nederbörd. Eventuella moln upplöses i samband med högtryck.

Vindbyar

Ovanstående resonemang beskriver alltså hur vinden generellt bör öka och vrida åt höger med höjden. De vindbyar vi utsätts för när vi är ute och seglar orsakas oftast av att luft från högre nivåer förs ned mot lägre nivåer. Luften bevarar en betydande del av sin hastighet och riktning och ger därför en vindökning relativt den rådande vindhastigheten närmare underlaget. När vindbyn träffar underlaget sprids den i ett solfjäderformat mönster och i en segelbåt upplever man att det ”lyfter” eller ”motar” beroende på hur man träffas av byn (se Figur 4).

I mitten av solfjädern bör vinden alltså enligt teorin komma från ett något högre gradtal. Som säkert bekant kan man ofta se hur vindbyarna sprider sig som ett mer eller mindre regelbundet mönster av mörkare fläckar på vattnet. Extra tydligt kan det bli om man befinner sig en bit upp, till exempel på en bro eller kanske i masttoppen och därifrån blickar ut över vattnet. Då din båt rör sig framåt kommer du troligen att missas av byar som kommer från lovart relativt den sanna vindriktningen vilket är den vindriktning du upplever om du står still eller studerar vindens riktning via vågorna på vattnet. Istället kommer du att segla rakt in i byar som befinner sig i lovart i förhållande till den skenbara vindriktningen som ges av en kombination av den sanna vinden och fartvinden. Det fina är att det nästan är lättare att ha koll på dessa byar eftersom din Windex eller vindvimpel faktiskt pekar rakt på dem! Och som extra bonus: Metoden kan användas oavsett segelsätt; kryss, läns och allt däremellan!

Om man kryssar och får huvuddelen av en vindby framför sig är det på grund av byns solfjäderform sannolikt att man upplever att det vrider emot i byn. På motsvarande sätt borde det lyfta om man får byn akter om midskepps. Om nu dessutom teorin om att höjdvinden behåller en del av sin riktning när den förs ned mot underlaget stämmer, borde hela byn alltså vara vriden lite åt höger så att den lyfter även om den träffar strax för om midskepps när du seglar för styrbords halsar och motar även om den träffar strax akter om midskepps då du seglar för babords halsar. Detta borde gälla särskilt vid segling i varm luft på våren då vattnet fortfarande är kallt. Det går alltså många gånger att avgöra, inte bara att en by är i antågande, utan även om man kommer få ett lyft eller ett motvrid beroende på hur den träffar!

Meteorologi-1-4.jpg
När vindbyn träffar vattenytan sprids den utåt sidorna i ett solfjäderformat mönster. Beroende på hur man träffas av byn kan man uppleva att det ”lyfter” eller ”motar”. Notera att hela mönstret är något högervridet då det är den högervridna höjdvinden som orsakar byn.

Sammanfattning

Det kan kännas ganska stimulerande att, förutom att rapportera till resten av sin besättning att en by närmar sig, också kunna leverera uppgiften om huruvida den kommer ge lyft eller motvrid. Ibland går det knappast att avgöra, men andra gånger stämmer det desto bättre. Om man rapporterar vindbyarna på detta sätt och man dessutom lyckas skapligt med att bestämma hur byn skall påverka båten, kan man i vissa fall nästan ge intryck av att man har koll och är lite av en guru. En väderguru! (Alt. byfåne.)

Nästa gång

Nästa gång skall det handla om hur luftens vertikala temperaturstruktur kan ge upphov till luftmassor med vitt skilda egenskaper, som i ett strategiskt perspektiv bör bemötas med olika knep.