Meteorologi för seglare | fronter

Del tre i vår väderskola med Måns Håkansson. Fronter är lite extra spännande och ett bra sätt att vinna (eller förlora) ett race. Ställ gärna frågor till Måns.

-Varmfront hit och kallfront dit… -Vad snackar meteorologerna om egentligen? Vad är en frontzon över huvud taget? Och hur påverkar den mig till sjöss?

Förra avsnittet handlade om kall- och varmluftsmassor, dessas egenskaper, samt hur man strategiskt bör bete sig i respektive luftmassa för att så snabbt som möjligt ta sig till målet.

Den här gången skall vi studera gränszonerna som separerar luftmassorna. Dessa kallas fronter och har specifika egenskaper som gör dem intressanta ur såväl säkerhetsperspektiv som i strategiska aspekter.

Vad är en front och hur uppstår de?

Typiskt för varmluftsmassor (varmmassor) är att luftens temperatur är högre än underlagets. Luften kyls därför underifrån, vilket ger stabil skiktning där vertikala rörelser motverkas. Det omvända gäller i kalluftsmassor (kallmassor). Egenskaperna inom luftmassor är ofta tämligen homogena och övergången mellan dem är vanligen koncentrerade till begränsade frontzoner.

Vid i medeltal ungefär sextio graders latitud finner vi polarfronten som skiljer varm subtropisk luft i söder från polarluft i norr. Polarfronten böljar fram och tillbaka i nord-sydliog riktning i så kallade Rossbyvågor, döpta efter den berömde svenske meteorologen Carl-Gustaf Rossby (1898-1957). Överlagrat på dessa vågor bildas även betydligt mindre vågstörningar. Dessa skall vi nu studera. Figur 1 visar en stiliserad bild av en del av polarfronten i marknivå, sedd ovanifrån med varm luft i söder och kall luft i norr. Luften i varmluftsmassan är generellt sett lättare och mindre ”hopsjunken” än luften i kalluftsmassan. Detta gör att varmluften invid frontzonen kommer att ”luta sig” in över kalluftsmassan. Kalluftsmassans större tyngd gör samtidigt att den kalla luften på motsvarande sätt ”kilar sig in” under varmluftsmassan. Konsekvensen blir att gränsytan mellan luftmassorna, själva frontzonen, kommer att luta mot den kallare luftmassan. Konfigurationen med varm luft som lutar sig in över kallare luft i kombination med kondensationsprocesser gör att det lätt uppstår variationer i lufttrycket längs själva frontzonen. Där lufttrycket exempelvis sjunker något, uppstår vindar som strävar att återställa tryckskillnaden. Corioliseffekten gör sig gällande och länkar rörelsen åt höger (på norra halvklotet, se kapitel 1). Den resulterande cirkulationen runt lågtryckets centrum gör att varmluften vinner terräng på kalluftens bekostnad öster om lågtryckscentrumet, medan det motsatta gäller på dess västra sida. De fronter som brukar finnas utritade på vanliga väderkartor beskriver frontzonens skärning med underlaget, medan själva frontzonen högre upp, på grund av sin lutning, befinner sig en bit in över kalluftsmassan.

Figur 1. En idealiserad bild av utvecklingen kring ett lågtryck, bildat längs polarfronten, här sedd ovanifrån. De vita linjerna är isobarer och sammanbinder punkter med lika tryck. Cirkulationen runt lågtrycket (röda vindpilar i varmluften och blå i kalluften) ger upphov till en varmfront (röd, bullig linje) och en kallfront (blå, taggig linje). Varmluften lyfts i höjden och ”varmsektorn” mellan varm- och kallfront krymper i marknivå. Fronterna ockluderas så småningom (lila, bullig/taggig linje).

Varm- och kallfront

I och med frontzonens lutning uppstår en känslighet för förflyttning. När exempelvis varmluftsmassan vinner terräng på kalluftsmassans bekostnad, glider varmluften upp över kalluften och trycker på så sätt undan den (figur 2). När varmluften tvingas uppåt kyls den i takt med att lufttrycket minskar i dess omgivning. Avkylningen medför att en del av vattenångan i luften kondenseras så att molndroppar bildas. Ytterligare hävning av varmluften gör att molndropparna växer och successivt övergår i regndroppar, vilka så småningom faller ur molnet. En frontzon som rör sig på detta vis kallas varmfront.

Om det istället är kalluften som tvingar undan varmluften sker det genom att kalluften ”gräver sig in” under varmluften. Även här tvingas varmluften uppåt, med avkylning och kondensation som följd. Denna typ av frontzon kallas kallfront. De något olika bakomliggande mekanismerna ger varmfronten och kallfronten sinsemellan skilda egenskaper, frånsett att bägge vanligen ger upphov till molnbildning, nederbörd och, som vi snart skall se, vindvrid.

Figur 2. Vertikalt tvärsnitt visandes varmfront och kallfront med tillhörande molnformationer. För att förtydliga har den vertikala längdskalan ”tänjts ut” jämfört med den horisontella, så att fronterna är betydligt ”brantare” i figuren än i verkligheten. Molnbetäckningar: Ci: Cirrus (Fjädermoln), Cs: Cirrostratus (Slöjmoln), As: Altostratus (Skiktmoln), Ns: Nimbostratus (Regnmoln), St: Stratus (Dimmoln), Cb: Cumulonimbus (Bymoln), Cu: Cumulus (Stackmoln).

Utvecklingen kring en varmfront är vanligen ganska beskedlig jämfört med kallfrontens mer dramatiska framtoning. Kallfronten rör sig snabbare än varmfronten så att den så kallade varmsektorn, området med varm luft mellan kall- och varmfront, krymper i marknivån (figur 1). Vad som egentligen sker är att varmluften successivt lyfts uppåt i vad som utvecklas till en ganska komplicerad tredimensionell struktur, med sluttande ”frontytor” som skiljer de olika luftmassorna åt. När väl kallfronten hunnit ikapp varmfronten i marknivå, börjar frontytorna ”klättra” på varandra och varmluften i varmsektorn förlorar kontakten med underlaget. Processen kallas ocklusion och beroende på var den kallaste luften finns, framför varmfronten eller bakom kallfronten talar man om varmfrontsocklusion (kallfronten klättrar längs varmfronten) respektive kallfrontsocklusion (varmfronten klättrar längs kallfronten). Frontzonernas lutning varierar en del, men typiskt för en varmfront är en lutning någonstans i intervallet 1/100 – 1/400, vilket betyder att varmluften som glider utefter frontytan måste röra sig mellan 100 och 400 meter horisontellt för att stiga en meter. Motsvarande intervall för en kallfront är 1/30-1/100.

Varmfrontspassage

Att en varmfront är i antågande kan man ofta få en indikation på långt i förväg, ibland mer än något dygn innan. Det gäller bara att lära känna och förstå de signaler som avslöjar dess framfart. Eftersom varmfronten ”lutar framåt” med höjden kommer varmluften först att nå in över oss på hög höjd, medan vi fortfarande befinner oss i kalluftsmassan framför fronten nere vid marken eller havsytan. Varmfronten avslöjar sig vanligen långt i förväg i form av tunna, trådiga moln som uppstår då varmluften hävs upp över kalluften på hög höjd. Molnen kallas cirrus eller fjädermoln och de ligger så högt upp att de består av ispartiklar, även på sommaren. De har ofta en karaktäristisk form som påminner om krokar eller skidspetsar som långsamt drar fram över himlen (figur 3a).

Figur 3a. Cirrusmoln ger en tidig föraning om att en varmfront är i antågande från vänster i bilden. Foto: Martin Hedberg, Swedish Weather Center.

Lufttrycket sjunker och allteftersom varmfronten närmar sig övergår molnen i tunna slöjor på hög höjd, så kallade cirrostratus eller just slöjmoln. Dessa moln består också av ispartiklar och gör att solen mattas av något, men fortfarande syns genom det tunna molntäcket. Ibland kan denna typ av moln ge upphov till så kallade halofenomen som uppstår när solstrålarna bryts genom ispartiklarna och som kan visa sig exempelvis som en ljus ring runt solen. Slöjmolnen ersätts successivt av ett tätnande täcke av altostratus, eller skiktmoln bestående av vattendroppar (figur 3b).

Figur 3b. Varmfronten har kommit närmare. Ett diffust och trådigt, men tätnande molntäcke av Cirrus, Cirrostratus samt i fonden Altostratus växer upp över himlen. Foto: Martin Hedberg, Swedish Weather Center.

Ganska snart försvinner solen och så småningom börjar vanligen regn falla ur allt tjockare nimbostratus (regnmoln). Fronten i marknivå är då ganska nära och kan väntas passera inom någon timme. När väl varmfronten passerat och vi befinner oss i varmsektorn, fortsätter nederbörden ofta att falla, men mer i karaktär av ihållande duggregn. Eftersom det handlar om en varmluftsmassa som är stabilt skiktad, är det inte ovanligt att dis eller dimma förekommer (se kapitel 2). Det kan nu alltså ha gått upp till något dygn sedan de första cirrusmolnen dök upp högt ovanför oss.

Vindarna följer ett någorlunda bestämt mönster i samband med att varmfronten nalkas, passerar och drar vidare. Ingen frontpassage är den andra riktigt lik så vi fokuserar på de relativa förändringarna från den tidigare förhärskande vindriktningen, men ger för tydlighets skull även exempel på för våra förhållanden typiska vindriktningar. Varmfrontspassagen medför generellt att vinden vrider medurs från riktningen den hade innan fronten började närma sig, exempelvis från SV till V. Kikar man dock lite mer i detalj, finner man att vinden många gånger (men långt ifrån alltid) faktiskt först vrider moturs (i vårt exempel från SV till S, och kanske alldeles innan frontpassagen med ett tillfälligt kast till SSO) samt tilltar något i styrka någon eller några timmar före frontpassagen. Detta sker innan det vanligen större medursvridet, som brukar fullbordas inom en timme, kommer när fronten väl är i färd med att passera. Väl inne i varmluftsmassan är vinden ofta ganska jämn eller pendlande efter det att den nya vindriktningen etablerat sig (i detta fall omkring V). Medursvridet i samband med frontpassagen känns kanske inte så oväntat, men det föregående motursvridet är måhända mindre självklart. Det kommer sig av dynamiska processer som försiggår i och kring själva frontzonen.

Kallfrontspassage

Vår tid i varmsektorn är begränsad och den avslutas även med en frontpassage. Denna gång handlar det emellertid om den lite mer oberäkneliga och intensiva kallfronten. Oberäknelig därför att kallfrontens ”bakåtlutning” gör den svårare att upptäcka i förväg. Dessutom är sikten i varmluftsmassan ofta begränsad, vilket ytterligare döljer eventuella tecken på dess närmande. Kallfronten rör sig dessutom i regel snabbare än varmfronten, och utvecklingen blir därmed mer dramatisk, vanligen med ett markant omslag till mer ostadiga förhållanden i kalluftsmassan bakom fronten. Längs kallfronten skjuter vanligen molnen i höjden i form av cumulonimbus även kallade bymoln med det typiska städet i toppen där molndropparna frusit till is. Molnen uppstår då kalluften kilar sig in under varmluften och på så sätt tvingar den i höjden, med sedvanlig avkylning, kondensation och många gånger intensiv skurnederbörd som följd (figur 4). Ibland kan även åska förekomma i samband med kallfrontspassagen. Bakom kallfronten spricker molnen upp och luften blir klarare. Enstaka skurar kan förekomma. Vi befinner oss nu i en kalluftsmassa. Skiktningen är här labil (se kapitel 2) vilket gör att det vanligaste molnslaget är cumulus, eller stackmoln på ren bondsvenska.

Figur 4. En annalkande kallfront ger ett mer intensivt, oroligt intryck. Foto: Martin Hedberg, Swedish Weather Center.

Även kallfronten ger upphov till en medurs vridning av vinden i samband med frontpassagen (typiskt från V till NV). Här går det dock lite yvigare till och själva vridet kommer vanligtvis direkt. Det händer inte så mycket med vindriktningen framför kallfronten som ju lutar bakåt och vi upplever därför inte så mycket av själva fronten i marknivå innan den passerar oss. I samband med att det kan förekomma nederbördsbringande cumulonimbus längs frontzonen kan dock plötsliga och kraftiga vindbyar från mer oväntade håll uppstå. Bakom kallfronten kan den medursvridna vinden tillfälligt avta, för att efter någon eller några timmar tillta och ytterligare vrida något medurs (kanske till NNV). Anledningen är att frontdynamiken även i kallfronten kan ge upphov till en liten justering av vindfältet som tillfälligt reducerar inverkan av det storskaliga medursvridet.

Strategi i samband med frontpassager

Hur bör man då lägga upp sina strategiska planer inför en förestående frontpassage? Vindvriden som uppstår då en front passerar kan vara helt avgörande ute på kappseglingsbanan. Eftersom varmfronten ger god förvarning om sitt närmande har man gott om tid på sig att klura ut hur man skall bemöta dess ankomst. Problemet är just bara att veta när själva vriden skall komma. Om man under ett helt race har investerat i en kant som man anser bör vara den gynnade när vridet väl kommer, men själva vridet kommer först när man gått i mål har man ju inte haft någon nytta av sin strategi. Tidsskalorna varierar en del, men generellt sett bör man åtminstone vara beredd på motursvridet och vindökningen någon eller ett par timmar före själva varmfrontpassagen. Vridet börjar vanligtvis strax innan eller i samband med att regnet börjar falla. Här bör man bevaka vänsterkanten på kryssen, så att man hamnar ”på insidan” av vridet när (om) det väl kommer och därmed får en kortare väg upp till märket. Segla alltså huvudsakligen för styrbords halsar under första hälften av kryssen för att möta motursvridet. Klokt är att inte gå hela vägen ut till layline då ett fortsatt motursvrid gör att du lyfts upp mot märket när du slagit över till babords halsar. Det kan bli lite trångt när du kommer upp mot kryssmärket för babords halsar, men om du kommit iväg bra i starten och följt din strategi kanske du kommer dit ensam, före de andra. På länsen gäller det motsatta, högerkanten (fortfarande sett med näsan i vindögat) gynnas av vindvridet och man bör alltså gippa och gå ut en bit för babords halsar efter rundningen för att sedan närma sig länsmärket för styrbords halsar, med innerplats på eventuella konkurrenter. När det tänkbara motursvridet upphör kan man vänta sig ett medursvrid som kan pågå i upp till en timme i samband med att själva markfronten passerar. Här gäller då motsatt strategi jämfört med den vi precis beskrivit; högerkanten på kryssen och vänsterkanten på länsen. Segla alltså huvudsakligen för babords halsar under första hälften av kryssen, men slå över till styrbords halsar en bit innan kryssmärkets högra layline. Inled länsen för styrbords halsar och närma dig sedan märket för babords halsar. Även här kan det bli stökigt, men du har förhoppningsvis fler båtar bakom dig än du hade när du började länsa – eller lika många om du nu var först vid kryssmärket :-).

Kallfrontspassagen bjuder ju även den på ett medursvrid, men det hela sker alltså mer plötsligt och ofta utan tydlig förvarning. Det kan, som alltid, vara bra att ha studerat det rådande väderläget i förväg så att man vet att en kallfront lurar i faggorna. Förväntan om ett medursvrid gör att man även här bör hålla sig till höger om banans mitt, eller rhumbline, på kryssen och till vänster om densamma på länsen. Den ofta tillfälligt lite svagare vinden bakom kallfronten kräver större skärningsvinkel och minskar risken att man skall ha ”förseglat sig” på länsen sedan man gippat över till babords halsar ute i vänstra hörnet av banan. Dock gör de lite mer växlande vindarna i kalluftsmassan (Kap. 2) att man kanske vill ha lite att ”spela med”, samt att det kan vara trevligt att komma in från styrbord sista biten mot länsmärket. Därför bör man kanske inte bör gå hela vägen ut i det vänstra hörnet på länsen.

I förra kapitlet beskrevs hur varmluftsmassan och kalluftsmassan bör bemötas med olika strategiska upplägg. I varmluftsmassan råder som regel jämna och ofta pendlande vindar som tenderar att följa landkonturerna, medan det i kalluftsmassan normalt är mer byigt, med oförutsägbara skift. Eftersom kallfrontspassagen ger en rätt skarp övergång från varmluftsmassa till kalluftsmassa bör man direkt efter passagen lägga om sin strategi från att utnyttja vindvrid orsakade av landkonturerna till att segla på skiften ute på friare vatten.

Sammanfattning

Vi har i beskrivningarna ovan generaliserat grovt och i exemplen bland annat antagit att man skapligt lyckats ”tajma” vriden, samt att de pågår över hela banben. Naturligtvis kan det hända att varken det första eller det andra antagandet gäller. De generaliserade tipsen ovan är dock avsedda att väcka idéer om hur man kan använda sina kunskaper om fronter på kappseglingsbanan, eller kanske för att komma i hamn så snabbt som möjligt. Med grundläggande insikt om hur varm-respektive kallfronter påverkar vindmönstret ökar du därmed möjligheterna att fatta fördelaktiga strategiska beslut. Du kan således anpassa din strategi till de förhållanden som råder för tillfället och kanske även till viss del reducera de eventuella förluster du ådragit dig om du blivit överraskad av ett vindvrid associerat med en frontzon. Om exempelvis motursvridet i regnet framför en varmfront upphör eller uteblir och vinden börjar vrida medurs i stället mitt på ett banben, kan det många gånger, trots att det kan kännas ”motigt”, vara strategiskt rätt att helt enkelt byta kant (från vänster till höger) så att man så att säga ”möter” den nya medursvridna vinden.

Nästa gång

Nästa gång skall det handla om kustmeteorologi, hur vindmönster påverkas och kompliceras av närheten till land, hur olika kusttyper under givna atmosfäriska förhållanden kan ge upphov till förutsägbara förändringar och mönster i vinden.