Meteorologi för seglare | sjöbris

Måns, när kommer du in på det som kallas snö?

Vårvindar friska…

Har du under någon solig försommardag upplevt hur en laber frånlandsvind plötsligt dör ut mitt på dagen för att senare ersättas av en friskare pålandsvind? Då är det troligen sjöbrisen som slagit till. Sjöbrisen uppstår längs våra kuster till följd av temperaturkontraster mellan land- och havsytor. Den är en så kallad termiskt direktdriven cirkulation där varm luft stiger och kall luft sjunker. Det uppkomna vindmönstret strävar efter att utjämna tryckskillnader orsakade av temperaturkontrasterna. Förutsättningarna för att sjöbrisen skall kunna uppstå är alltså en vattenyta som är förhållandevis kall jämfört med en intilliggande uppvärmd landyta. Bästa läget är under vår och försommar då havet ännu inte värmts upp så mycket efter vintern. En landyta reagerar mycket snabbare på solinstrålning och kan under soliga dagar bli rejält uppvärmd. Orsaken till skillnaderna är främst att havet fördelar den inkommande solstrålningen över ett stort djup medan den i marken koncentreras i ett mycket tunt skikt.

Mekanismen

Tänk dig en klar morgon tidigt på sommaren. Inledningsvis är temperaturskillnaden mellan land och hav inte särskilt stor. Har natten varit klar är havsytan kanske till och med varmare än landytan som då förlorat mycket värme genom utstrålning. Vi antar att lufttrycket från början är detsamma över de bägge underlagen. Markytan börjar snart värmas av den tilltagande solinstrålningen allteftersom morgonen fortskrider. Marken värmer i sin tur luften underifrån, vilken därmed expanderar. Så småningom börjar den stiga för att ersättas med kallare luft uppifrån som i sin tur också värms av underlaget, expanderar och börjar stiga. Den stigande rörelsen kallas konvektion och den vertikala omblandningen gör att värmen från underlaget sprider sig 500-1000 meter upp i atmosfären. Luften över land är därför varmare än luften över havet. Lufttrycket avtar med höjden, men gör det långsammare i varm luft än i kall luft som är mer ”hopsjunken” och ”kompakt”. (Läs den meningen en gång till!) Detta innebär att luftrycket en bit upp i den uppvärmda luften över land kommer att vara högre jämfört med luftrycket vid samma höjd i den kallare luften över havet. Den härigenom uppkomna lokala tryckskillnaden gör att den uppvärmda luften mellan några hundra meter och upp till en kilometer över marken börjar strömma från land mot havet. Bortförseln av luft i höjden över land gör att marktrycket sjunker där eftersom luftrycket är ett mått på mängden luft ovanför mätplatsen.

Väl ute över havet kyls luftströmmen successivt, blir tyngre och börjar sjunka mot havsytan. Denna rörelse kallas subsidens. Tillströmningen av luft i höjden över havet gör att lufttrycket närmast ytan ökar. Samtidigt hade ju även trycket sjunkit i marknivån inne över land. I de lägsta nivåerna får vi alltså en tryckgradient motriktad den som etablerats ovanför. Följden blir att det börjar blåsa från havet in mot land i det lägsta hundratalet meter. Et voila -detta är den berömda och av seglare ofta uppskattade sjöbrisen. Vid en någorlunda enkel kustlinje kan sjöbrisen omfatta ett område som sträcker sig 10-20 NM ut från land. I en bred skärgård kan det handla om ännu mer. I subsidenszonen längst ut i sjöbriscirkulationen finns normalt ett kustparallellt band med svag vind eller bleke. När sjöbrisen nått in över land värms den och börjar stiga. Mekanismerna ovan beskriver en sluten vertikal cirkulation där varm luft stiger över land, blåser ut över havet där den avkyls och sjunker ned mot vattenytan, varifrån den sugs/trycks in mot land igen. Den nedre delen av cirkulationen kallas alltså sjöbris, medan återströmningen i höjden oftast benämns anti-sjöbris. En utvecklad sjöbriscirkulation visas schematiskt i Figur 1.

Figur 1. Sjöbris utan gradientvind. Den fullt utvecklade sjöbriscirkulationen visas med de tjocka pilarna vars färg indikerar temperaturen på strömningen. De tunna heldragna linjerna är isobarer, linjer för lika tryck. De visar ett högtryck (H) i höjden ovanför land, ett relativt lågtryck (L) vid motsvarande nivå över havsytan, ett annat lågtryck i marknivå över land samt ett högtryck vid havsytans nivå ute till havs. Det är denna tryckfördelning som driver cirkulationen.

Sjöbrisen vrids successivt medsols så snart den etablerat sig och det är vår gamle vän Coriolis som åter gör sig påmind genom jordens rotation kring sin axel. Sjöbrisen blåser först i stort sett vinkelrätt mot kusträckan för att under eftermiddagen bli allt mer kustparallell. Som minnesregel kan man tänka att vinden följer solens vandring över himlen. Ett gammalt ord för sjöbris är ”solgångsvind”, vilket den fortfarande kallas i Norge.

Sjöbrisens karaktär

Sjöbrisen är kyld underifrån av det kallare havet. Detta ger vinden egenskaper som är typiska för en stabil temperaturskiktning. Sjöbrisens karaktär är därför jämn, pendlande och inte särskilt turbulent. På grund av sjöbrisens ringa vertikala omfattning är pendlingarnas period relativt liten, omkring några minuter. Som nämndes ovan vrider vinden även permanent medsols, vilket kan göra att vissa av högervriden i de överlagrade pendlingarna kan upplevas som lite ”ryckiga” eller plötsliga. När väl sjöbrisen anlänt kan man i ett mindre perspektiv ofta dra nytta av de inneboende pendlingarna och slå på skiften, men samtidigt på grund av vridningen medsols, lite mer storskaligt strategiskt bevaka högerkanten av banan. Den stabila skiktningen gör vidare att sjöbrisen följer landkonturerna i stor utsträckning, vilket också bör tas med i den strategiska planen.

Yttre omständigheter

Det är långt ifrån alltid som sjöbrisen uppstår, även om temperaturkontrasterna en solig försommardag kan tyckas vara tillräckliga. Det gäller här att ha en uppfattning om hur andra parametrar kan vara med och påverka utfallet. Vid kraftiga högtrycksförhållanden med markant stabil skiktning i varmluftsmassan, händer det till exempel många gånger att sjöbrisen uteblir trots i övrigt gynnsamma förhållanden. Den stabila skiktningen motverkar då konvektionen över land som är en nödvändig komponent i sjöbriscirkulationen.

I den schematiska beskrivningen av sjöbriscirkulationen ovan antog vi att det inte fanns någon gradientvind med i bilden. Gradientvinden, som också beskrivits i Meteorologi för seglare, kap 1 styrs av strömningen runt hög- och lågtryck, en bit upp i atmosfären där friktionen mot underlaget inte känns av. Gradientvinden är därmed ett mer storskaligt fenomen än den lokala sjöbrisen. Den har stor inverkan på sjöbrisens egenskaper och huruvida den över huvud taget skall uppstå. En svag till måttlig gradientvind riktad från land mot hav gynnar sjöbrisen. Den övre delen av sjöbriscirkulationen, återströmningen från land mot hav drivs då på av gradientvinden, varpå hela cirkulationen förstärks och vi får en kraftigare sjöbris, med vindar uppemot 10 m/s. Själva sjöbrisen, den undre delen av cirkulationen, är avkyld och brukar inte ha några problem med att trycka sig in under den varmare motriktade strömmen i höjden. Gradientvinden får dock inte vara för stark, gränsen brukar vara någonstans mellan 5 och 8 m/s.

I ljuset av resonemanget ovan känns det kanske inte så konstigt att pålandsvind motverkar uppkomsten av sjöbriscirkulation. Den nödvändiga återströmningen i höjden motverkas då effektivt av gradientvinden, med följden att sjöbrisen vanligen uteblir. Den mindre observante märker kanske inte så stor skillnad, eftersom gradientvinden blåser i samma riktning som sjöbrisen skulle ha gjort. Sjöbrisens snabba pendlingar samt dess typiska medsolsvrid gör den dock igenkännbar för den som är lite mer observant.

Gradientvinden påverkar även sjöbrisens egenskaper och existens på ett mer indirekt sätt. Om gradientvinden har en komponent parallell med kustlinjen kommer antingen konvergens eller divergens uppstå i vindfältet. Dessa fenomen beskrevs i Meteorologi för seglare, kap 4 och uppstår till följd av olikheter i friktion över hav och land, vilket ger upphov till mer vänstervriden vind över land jämfört med vinden över havet. Konvergens uppstår längs en kuststräcka där land ligger till vänster om man tittar mot vinden. För divergens gäller det motsatta.

När vi tidigare talat om dessa fenomen var vi mer intresserade av om de orsakade förstärkning, försvagning eller vridning av vindfältet. Just nu bryr vi oss mer om huruvida luften ”ansamlas” och tvingas uppåt (konvergens) eller ”avlägsnas” och sjunker (divergens) längs kusträckan. I fallet med konvergens motverkas den svagaste länken i sjöbriscirkulationen, subsidensen, vilket ju var den del där den avkylda höjdströmmen sjunker mot havsytan. Följden blir att sjöbrisen får svårare att etablera sig eller helt enkelt uteblir. När det gäller divergens råder motsatta förhållanden. Subsidensen blir då lättare att upprätthålla, vilket ger ett positivt bidrag till sjöbriscirkulationen.

De fyra kvadranterna

Om man delar upp en kusträcka i fyra kvadranter beroende på gradientvindriktning, kan man enkelt göra sig en uppfattning om sjöbrisens egenskaper samt huruvida sjöbris alls är att vänta givet rådande förutsättningar en viss dag. I vad som närmast är att betrakta som standardverk inom seglingsmeteorologi (exempelvis ”Wind Strategy” av David Houghton och ”High Performance Sailing” av Frank Bethwaite) har man valt att placera och numrera kvadranterna såsom visas i Figur 2. Vi följer den nomenklaturen av kompatibilitetsskäl.

Figur 2. Fyra huvudriktningar på gradientvinden. Kvadrant 1 är mest gynnsam för bildandet av sjöbris. Kvadrant 4 är minst gynnsam.

En gradientvind från kvadrant 1 ger gynnsamma förhållanden för sjöbris. Komponenten av frånlandsvind knuffar på höjdströmmen, samtidigt som subsidensen över vattnet är behjälpt av kustdivergensen orsakad av gradientvindens kustparallella komponent. Under soliga dagar, med kallt vatten och en inte alltför kraftig gradientvind från kvadrant 1 kan man räkna med att sjöbrisen skall kunna etablera sig. Morgonens gradientvind dör ut kring lunchtid och ersätts strax av sjöbrisen som under eftermiddagen kan bjuda på vindhastigheter uppemot 10 m/s. I enlighet med den strategiska beskrivningen ovan kan man slå på de snabba pendlingarna som är att vänta, men även komma ihåg det större perspektivets medsolsvrid under dagen samt att i mesta möjliga mån utnyttja landkonturerna.

Om gradientvinden kommer från kvadrant 2 hjälps höjdströmmen visserligen, men subsidensen och därmed sjöbrisens utveckling hämmas något av kustkonvergensen som då råder. Om temperaturkontrasten mellan land- och havsyta är tillräckigt stor kan dock sjöbrisen utvecklas, men vanligen till att börja med där konvergensen är mindre, en bit ut från kusten för att sedan successivt nå längre in mot land. Man kan då ibland tillfälligt uppleva vindar som är kontrariktade, med gradientvinden (frånlandsvind) nära kusten och sjöbrisen (pålandsvind) lite längre ut. Mellan dessa finns ett område med bleke som sakta förskjuts in mot land. På utsidan av sjöbrishjulet finns ett annat band med bleke som rör sig långsamt utåt i takt med att hjulet växer i storlek. Ett klurigt läge där det gäller att försöka undvika banden med bleke.

Gradientvindar från kvadrant 3 ger bekymmer för sjöbrisens höjdström. Visserligen gynnas subsidensen av kustdivergensen, men det är en klen tröst och ofta uteblir sjöbrisen vid dessa gradientvindriktningar. Dock kan en vindökning ibland uppstå tillföljd av konvektionen över land. Om gradientvinden är mer parallell med än vinkelrät mot kustlinjen uppstår vanligen ett motsolsvrid i samband med vindökningen. När sjöbrisen väl tagit överhanden sker vridet långsamt medsols på gängse manér. -Först vänsterkant på banan, sedan högerkant. Är gradientvinden snarare vinkelrät mot kusten vrider vinden sannolikt medsols redan från början. Att sjöbrisen tagit över känner du igen på dess pendlande vind med korta intervall, samt förstås det överlagrade högervridet.

Kvadrant 4 bjuder på de sämsta förutsättningarna för sjöbris. Såväl höjdström som subsidens hindras av gradientvinden och dess kustkonvergens. Det är bara i fall med kraftiga temperaturkontraster och endast mycket svag gradientvind som de termiska effekterna kan slå ut gradientvinden så att sjöbrisen kan etableras. Gradientvinden mattas då långsamt av för att så småningom ersättas sjöbrisen som kanske inte kommer förrän sent under eftermiddagen.

Öar, sjöar och fjärdar…

Stora öar och uddar kan också utveckla sina egna termiska strömningsmönster och sjöbriscirkulationer, vilket kan ge komplicerade vindmönster i en skärgård. Senare under dagen brukar dock den mer storskaliga cirkulationen orsakad av den övergripande kustzonen ta överhanden och helt enkelt köra över de mindre cirkulationscellerna, se Figur 3. Den stabila skiktningen gör dock att vinden tenderar att lokalt följa strandlinjerna.

Figur 3. Under en solig förmiddag uppstår termik över stora öar vilket ger ett komplicerat vindmönster i skärgården. Senare under dagen utvecklas sjöbrisen till att gälla mer allmänt över kustzonen. Strömningen följer dock strandlinjerna till stor del.

Sjöbrisen kan även uppstå över större sjöar och fjärdar omgivna av stora landmassor. Här finns endast en begränsad volym av kall luft att tillgå. När det mesta av luften sugits in mot land upphör cirkulationen. Så småningom har området över sjön eller fjärden ”fyllts på med ny luft” som åter kyls av vattenytan och temperaturkontrasten gör att sjöbrisen startar igen, vilket ger den en pulserande karaktär.

Landbrisen

Sjöbrisen är vanligast under vår och försommar, då temperaturkontrasten mellan den uppvärmda landytan och den kalla vattenytan är stor. Senare på säsongen har vattnet blivit varmare och sjöbrisen därmed mindre frekvent. Då kan man i stället under klara, kalla nätter observera landbrisen, vilken är en svagare cirkulation, motriktad sjöbrisen och driven av temperaturkontrasten mellan det då förhållandevis varma havet och den avkylda landytan.

Landbrisen är en mycket grund och oftast svag cirkulation vars förekomst är svårprognostiserad.

Synliga tecken

Huruvida sjöbris är på väg att uppkomma kan man många gånger bilda sig en uppfattning om i förväg. Om molnen efter en klar morgon eller förmiddag börjar torna upp sig över land är det ett tecken på att marken värmts upp och att konvektionen kommit igång. Om molnen en bit upp dessutom börjar röra sig ut över havet brukar det följas av att sjöbrisen strax gör entré. Om det råder frånlandsvind kan man vänta sig att den så småningom dör ut för att efter kanske någon timme ersättas av den förtjusande sjöbrisen.