Meteorologi för seglare | twist

Måns Håkansson tror fortfarande att han kan få oss att förstå hur vädret funkar.

Idag är det dags för “twist” eller “wind sheer”. Går ni igång på det här så skall ni också läsa Nexus “Wind Shear – Fact or Fiction”.

Om vindskjuvning, fartvind, twist och ”kraft”

Vinden är inte densamma vid vattenytan som uppe i masttoppen. Det kan skilja sig ganska mycket. Längst ned närmast underlaget står luften faktiskt still, eller rör sig med samma hastighet och riktning som underlaget. Men då är vi nere på molekylnivå! Lite mer allmänt kan sägas att friktionen reducerar vindhastigheten nära vattenytan. Friktionseffekten avtar med höjden, varpå vinden ökar och närmar sig gradientvindens* hastighet och riktning allt mer, ju högre upp vi kommer. Med ökad hastighet tilltar Corioliseffekten, som drar all rörelse åt höger på norra halvklotet. Följden blir därmed att vinden vanligen både ökar och vrider åt höger när vi tar oss upp genom friktionsskiktet**.

Förändringen i vinden med höjden kallas vertikal vindskjuvning, ofta förkortat till skjuvning (på engelska shear). Om vi applicerar ovanstående resonemang på ett segelplan, innebär just högervridningen med höjden att man borde behöva ha mer twist i seglen när man seglar för styrbords halsar jämfört med babords halsar. Atmosfärens skiktning spelar här en betydande roll. Vid stabil skiktning, som är typisk för varmluftsmassor, och särskilt under vår och försommar när vattnet ännu är kallt, känns friktionen av extra mycket i de lägre skikten av atmosfären. Under sådana förhållanden kan man behöva segla med asymmetriskt trim, med mer twist för styrbords halsar. Man kan då tycka att man borde behöva någon form av ”inverterad” twist för babords halsar, men så är sällan fallet. Fartvinden adderas till den sanna vinden vilket resulterar i den skenbara vinden (se Figur 1 och 2).

Fartvinden är alltid motriktad båtens rörelseriktning och är oberoende av höjden över däck. Detta gör att den har förhållandevis stort inflytande på den skenbara vinden längre ned i segelplanet där den sanna vinden är svag, medan dess relativa inverkan är mindre högre upp. Eftersom vi seglar med en vinkel mot den sanna vinden, med proportionellt sett större inflytande från fartvinden längst ned, kommer den skenbara vinden mer förifrån i de lägre delarna av segelplanet. Härigenom uppstår behovet av att twista seglen även för babords halsar. Effekten kan dock under stabila förhållanden till betydande del reduceras av den sanna vindens högervrid med höjden. Denna vridning ökar alltså behovet av twist vid segling för styrbords halsar samtidigt som det minskar för babords halsar.

Figur 1. Den sanna vinden (blå pil) adderas till fartvinden (svart pil), vilket resulterar i den skenbara vinden för styrbords halsar (grön pil). Vindvektorerna är utritade dels för masttoppsnivå (övre cirkeln), dels i däcksnivå (undre cirkeln). För att åskådliggöra behovet av twist, har den skenbara vinden i däcksnivå även lagts in bland vindarna i masttoppen (streckad grön pil).

Figur 2. Se figurtext till Figur 1. Här handlar det dock om babords halsar och de skenbara vindarna är därför röda. Mindre twist behövs.

Spegelblankt…

Du har kanske någon gång upplevt den ljuvliga känslan av att med fyllda segel forsa fram över en fullkomligt spegelblank vattenyta. Fartkänslan är överväldigande! Fenomenet uppstår när vattnets temperatur är betydligt lägre än luftens vilket är vanligt på våren och försommaren. Det kan också ske över områden där kallt vatten från djupet väller upp mot ytan. Luften kyls då lite extra i ett tunt skikt närmast vattenytan, varpå vinden strax ovanför i stort sett frikopplas från friktionen mot vattenytan och glider ovanpå det tyngre, kalla stillastående skiktet längst ned. Här brukar man behöva trimma asymmetriskt, med kraftig twist för styrbord men knappast någon alls för babord.

”Kraft”?

Man hör ibland talas om hur det liksom var mer ”kraft” i vinden en dag än en annan, även om vindmätaren visade samma värde vid de bägge tillfällena. Många gånger nämns låg lufttemperatur eller hög luftfuktighet som orsak till skillnaderna. Dessa effekter är ofta små i sammanhanget och hög luftfuktighet reducerar snarast ”kraften” i vinden då vattenångan är en av de lättaste gaserna i luften. Skillnaderna kommer sig vanligen av att man helt enkelt seglat i olika typer av luftmassor med olika vindskjuvning. Om vindmätaren sitter i masttoppen känns vinden, givet en viss uppmätt vindhastighet, extra kraftig om luften är omblandad såsom i en labilt skiktad kalluftsmassa. Skjuvningen är då liten och vinden når ned genom hela segelplanet utan att vara särskilt försvagad längst ned (se Figur 3). Att vinden dessutom vanligen är byig i under dessa förhållanden kanske förstärker intrycket av ”kraft”. Vid stabil skiktning, i en varmluftsmassa, upplevs ”kraften” som svagare trots samma i masttoppen uppmätta vindhastighet. Här är skjuvningen stor då vinden längre ned i segelplanet bromsas av friktionen mot underlaget i större omfattning. Om vi istället använder oss av en handburen vindmätare i däcksnivå skulle vi uppleva motsatta förhållanden för ”kraft” i de respektive luftmassorna. –Eller hur?

Figur 3. Vindprofiler för en kallusftsmassa (blå) och en varmluftsmassa (röd). Om vindmätaren sitter i masttoppen ger kalluftsmassan mer vind i segelplanet för samma uppmätta vindhastighet.

*) Gradientvinden finner vi ovanför friktionsskiktet som kan nå alltifrån något hundratal till omkring tusen meters höjd. Ovanför detta skikt glider luften fram, i stort sett frikopplad från friktionen från underlaget. Gradientvinden styrs av hög- och lågtrycken.

**) Friktionsskiktet kallas ofta för Ekmanskiktet efter den svenske oceanografen Vagn Walfrid Ekman som 1902 var den förste att beskriva hur friktionen påverkar strömning i havens och atmosfärens gränsskikt.

Text: Måns Håkansson
Grafik: Markus Håkansson