Få ut full effekt av vinden

NAVIGATION OCH METEOROLOGI
för kappseglare med Roger och Lage


Navigation och Meteorologi med Roger Nilson och Lage Larsson är en serie artiklar som behandlar navigation och meteorologi ombord på en havskappseglingsbåt. Här (femte delen) avslöjar Lage hur du skall tänka för att få ut full effekt av vinden. Därefter ger Roger några exempel på verkliga situationer han själv har upplevt under sin långa karriär på havskappseglingsbanan.

Artikeln publicerades i #5 2017.

Få ut full effekt av vinden

Om seglen är segelbåtens motor så får vi väl kalla vinden för bränslet. Nu innebär det inte att all vind på 8 m/s har ett och samma oktantal från ena dagen till den andra. Med perfekt trim känns båten ena dagen ”riktigt go” och du gör toppfart för att nästa dag, under tillsynes samma förutsättningar, kännas trög och långt ifrån normal prestanda. För att göra ytterligare en jämförelse vill jag att du skall tänka dig en strid fors efter ett kraftigt regn. Allt vatten rör sig visserligen i älvens riktning men varje vattenpartikel snurrar samtidigt runt i större och mindre virvlar. Skulle du kunna studera en enda vattenpartikel så skulle du se hur den far hit och dit. Rörelsen är turbulent. Vid ett annat tillfälle flyter floden stilla och lugnt. Nästan alla vattenpartiklar rör sig i en och samma riktning ner genom älven. Enligt strömningsläran skulle man kunna säga att den i det närmaste är laminär.

Figur 1. Ibland kan man segla med god fart i bleke. Inte i vindstilla för då skall det vara 0 m/s på den allmänna 10 meters nivån där vind mäts. Kanske skulle man kunnat ”kräma” ut lite mer fart om man seglat med lite mer twist i storseglet. Över däck har du ju bara fartvinden mitt i näbben.

Nu är det så att luften beter sig i stort sätt likadant. Vi beskriver det i uttryck som luftens skiktning, vindskjuvning, inversion och turbulens. Vindskjuvning lägger vi åt sidan så länge. Den kommer vi att behandla längre fram i samband med vindar kring olika molntyper. I en jämn och fin standardatmosfär (sällan förekommande) avtar temperaturen med 1°/100m för att uppe bland molnen minska till 0,6°/100m. I detta läge beter sig vinden strikt enligt grundregeln. Vind ökar succesivt med höjden och vrider höger (medurs). I verkligheten kan temperaturförändringen även gå åt andra hållet. Det är inte ovanligt att temperaturen stiger från marken och en bit upp i just den nivån vi har våra segelplan eller gör ett kraftigt språng (inversion) något hundratal meter upp i luften. Luftens olika skiktningar har stor betydels för hur vinden strömmar fram; laminärt eller turbulent, ökar eller minskar, vrider höger eller vänster. För enkla tumregler kan ställa till det – det gäller att hitta rätt nivå. För att kunna hålla reda på det jag är på väg mot har man myntat begreppen varm-luft-masse-väder och kall-luft-masse-väder. Enkelt förklarat betyder det att i varmluftmasseväder är luften varmare än underlaget (marken, vattenytan). Det kallare vattnet kyler ner den ovanliggande och något varmare luften. Du får därmed en stabilisering av luften eftersom temperaturen nu kommer att stiga med höjden. Luften kommer likt vattnet i den stilla floden att strömma ”laminärt”. Vinden är jämn med bara knapp oscillation. Friktionen mot marken blir påtaglig och leder till allt större avtagande och vänstervridande av vinden ner över segelplanet. I denna vädertyp är luften ofta disig med begränsad sikt ända ner mot dimvärden. Eventuella moln är gråa och utan direkta konturer. Vinden är påtagligt jämn, eventuella förändringar är mer i form av jämna pendlingar. I kalluftmasseväder är luften kallare än underlaget. Du får en uppvärmning av luften av vattnet. Detta tillför energi underifrån. Luften blir mer eller mindre turbulent likt den strida forsen. Turbulensens virvlar för ner energi uppifrån vilket leder till att du inte får lika stor uppbromsande påverkan (friktion) av underlaget. Vinden vrider inte heller lika mycket vänster med lägre höjd ner över segelplanet. Om du har samma vindhastighet från vindgivaren i masttoppen under de två vädertyperna varmluftmasse- och kalluftmasseväder så ger kalluftmasseväder mer vind (total energi) över hela segelplanet, detta illustreras i Figur 2.

Figur 2. ILLUSTRATION CHRISTINA ELLED

Figur 2. På våra bredgrader är det något vanligare med varmluftmasseväder under våren och en bit in på sommaren. Med låga vattentemperaturer hela sommaren kan det förekomma alla årstider. Vindarna är oftast ost via sydost till syd. Kalluftmasseväder är allt vanligare längre fram under sommaren och hösten. Oftast med vindar från norr över nordväst till sydväst.

DIMMA

Genom att förstå hur luften beter sig i olika stabilitetssituationer hjälper navigatören att välja rätt väg och bygga på sin erfarenhet. Ett karakteristiskt typfall är då dimman lägger sig över ett större område eller i form av dimbankar. Vi har alltså fått en genomfuktning av luften beroende på att luften har kylts ner av kallt bottenvatten som stigit upp till ytan. Avkylningen av luften har även lett till stabilisering av luften som i sin tur ger svagare och vänstervridande vind. Detta leder även till mer tvist i seglen, se Figur 3.

Figur 3. ILLUSTRATION CHRISTINA ELLED

Figur 3. Till sjöss har vi två typer av dimma. Advektionsdimma som bildas över större havsområden då varm och fuktig luft strömmar på bred front upp över kallare vatten. Advektionsdimma kan täcka ett område i flera dagar så länge väderläget inte förändras. Dimbankar är däremot lokalt betingade. De kan bildas lika snabbt som de försvinner där det tillfälligt väller upp kallt bottenvatten till ytan. Båda typerna påverkar ofta vindarna som framgår av figurerna.

NATTEFFEKT (vanligt Gotlandsfenomen)

Man ställs ofta inför vägvalet; skall jag gå nära kusten, kanske inne i skärgården, eller hålla mig väl till sjöss när natten kommer. Om det är dag eller natt hjälper dig en hel del men med kunnande om just luftens skiktning och stabilitet gör att du kommer att hamna rätt betydligt oftare än fel. Låt oss börja med undantaget då det nattetid kan löna sig att gå i klinch med kust och stränder. I en klar kall natt med mycket svaga vindar och höga vattentemperaturer kan man få en landbris. Detta är en omvänd sjöbris, men mycket svagare och synnerligen lokal. Nattens kalla vind strömmar ut över det närliggande varma vattnet och ger lite frånlandsvind från några hundratals meter till någon distansminut ut från land, typiskt sensommar- eller tidigt höstläge. Om den osäkra landbrisen uteblir slår det stopp och du kan få svårt att nå den gamla ledande vinden som troligen står kvar långt där ute. Men om du har en bra frånlandsvind som du seglat för under dagen och ligger lagom långt ut där landmassans friktion inte har bromsat upp vinden påtagligt så är det vanligaste scenariot om vattentemperaturerna (sommar och försommar) är blygsamma följande: Stackmolnen sjunker ihop då marken blir allt kallare. Det byggs upp en inversion och under den faller temperaturen i de lägsta 20-50 metrarna påtagligt. Den kalla luften flyter efterhand ut över det kalla vattnet. Vinden som finns kvar väl över inversionen kan helt eller delvis stoppas i kallufthuden som glider allt längre ut från kusten. Dra dig snarare ytterligare längre ut från kusten.

Den gamla energin från dagens stackmoln kan kanaliseras ovan inversionen och slå ner i kanten av kalluften där den slutar och rent av ger en vindökning under några nattimmar. Den tillfälliga vinden kallas i metrologisk litteratur för low level jet (låg jetström).

VARMA OCH KALLA HAVSSTRÖMMAR (men även området där ett större vattendrag för ut påtagligt kallt eller varmt vatten)

I gränsen mellan vattnet med olika vattentemperaturer stabiliseras luften över det kalla vattnet och blir mer turbulent över det varma. När ni nu förstår vad en uppvärmning eller en avkylning av luften gör med luftströmmen kan vi förenkla det hela i en tumregel. När luft kyls ner av underlaget (kallt vatten) bromsas vinden upp och vrider vänster. När den värms upp av underlaget (varmt vatten) ökar vinden och vrider höger, se Figur 4. Vi kan ta en jämförbar regel till. När luften bromsas upp av ökad friktion mot underlaget avtar vinden och vrider vänster. Då markfriktionen avtar ökar vinden och vrider höger. Samtliga regler gäller för norra halvklotet. På södra halvklotet vrider vinden höger då den minskar och vänster då den ökar.

Figur 4. ILLUSTRATION CHRISTINA ELLED

Figur 4. Dessa effekter är märkbara vid segling kustnära eller vid angöring från havet där större floder med varmt eller kallt vatten strömmar ut i havet. Ett område där både väder och vind förändras märkbart är söder om Newfoundland där kalla Labradorströmmen från norr möter varma Golfströmmen från söder. Inom bara några distansminuter från norr till söder går vädret från +10° och dimma till +20° och solsken och ett markant vindskifte trots att höjdströmmen (gradientvinden) i stort är den samma. I figuren är höjdströmmen samma som gradientvinden vilken är den du får fram genom att följa isobarernas riktning.

VÅGOR

Låt oss börja med ett gammalt begrepp bland erfarna fiskare och skärgårdsbor på våra bredgrader. Sommarkulingen den går an men då vinterkuling sätter in blir vågorna elaka. På sommaren då vattnet normalt är kallare än luften når inte vinden ner till ytan med full kraft. Det kalla vattnet kyler ner luften som stabiliseras och vid stor temperatur skillnad mellan luft och vatten kan det bildas en inversion i däckshöjd som gör att i stort sätt ingen vind når vattenytan. En varm frånlandsvind strömmar en vårkväll ut över det ännu kalla vattnet och gör att du kan segla i bleke. Under vintern är luften normalt kallare än vattnet. Vinden får energi av det varma vattnet och med hjälp av turbulens når vinden ytan med full kraft och piskar upp betydligt större vågor än förväntat. Byigheten i vinden gör även att vågorna blir krabba, rör sig med olika hastigheter och blir kaotisk.

Text Lage Larsson

Illustrationer Christina Elled

Hur påverkas havskappseglaren av dimma och natteffekter nära land?

DIMMA

Dimma är ett intressant fenomen som havskappseglaren behöver förhålla sig till. Under Gotland Runt 2007 (numera ÅF Offshore Race) kryssar vi i dagsljus sydvart längs den gotska ostkusten i sydsydvästlig vind. Babords hals bär nära kursen mot nästa märke. Vi ligger på andra plats i X35-klassen med Jonte Häggbom till rors. Jag halvsover, nere i båten, när jag känner att vi slår. ”Vad händer, varför slår vi?” ropar jag till Jonte och rusar undrande upp på däck. ”Kolla förut, en kompakt dimbank nära land och dessutom har vi fått ett litet motvred!” förklarar Jonte exalterat. Jag håller med då jag vet att det blåser mindre i dimma. Vi inser att här har vi chansen att segla om den ledande båten som försvinner in i dimman någon sjömil framför oss. Efter en stund på styrbords hals, som bär långt ifrån märket, ser vi ostkanten på dimman några sjömil ut från kusten. Där vrider vinden något till vänster och vi slår åter till babords hals. Vi är tillbaka in i den riktiga gradientvinden som är friskare och leder närmare märket än vinden inne i dimman. Efter ett par timmar möter vi den tidigare ledande båten i klassen som förlorat sin ledning till oss genom att segla in i dimman, och det i dubbel bemärkelse, se Figur 5.

Figur 5. ILLUSTRATION CHRISTINA ELLED

Figur 5. Genom att undvika en dimbank nära land under Gotland Runt 2007 tar Jonte Häggbom med besättning chansen och seglar om ledarbåten.

Under Volvo Ocean Race 2008-09, på Telefonica Black, lämnar vi Boston på väg till Irland på kryss i sydostlig vind. Vi ligger väl norr om Golfströmmen och närmar oss för babords hals Grand Banks, den starka uppgrundningen syd om Newfoundland. Där har tävlingsledningen lagt en begränsning i banan som tvingar oss syd om bankarna då man observerat fler isberg än vad som är hälsosamt för våra sköra båtar. När vi tvingas slå sydvart, till babords hals, för att runda GPS-märkena, är vi mitt i fältet och seglar plötslig in i tät dimma som orsakats av varmluft över kallt hav. Labradorströmmen som strömmar sydvart från Grönland möter den varma, norra delen av Golfströmmen som rör sig ostvart och vi har i den sydostliga vinden det perfekta receptet för dimma.

När vi närmar oss punkten där vi klarar att slå åter till styrbords hals, som bär rakt mot Irland, anar vi att dimman är svagare, tunnare längre sydvart. Vi tar ett modigt beslut och fortsätter sydvart, obehagliga 70-80 grader från kursen mot märket, för babords hals. Efter några nervösa sjömil, med mycket is i magen, har den kyliga dimman helt lättat. Där vi nu seglar, syd om dimman, är vinden betydligt starkare och vid nästa positionsrapportering är vi plötsligt i ledning med Ericsson 4 precis bakom oss. Ericsson 4 valde den kortaste vägen istället för segla helt ut ur dimman och tillsammans med de andra båtarna hade de haft betydligt svagare vind inne i dimman och kanske hade vi också haft en aning mer medström. Vår ledning varar dock inte länge då vi plötsligt förlorar flera knop i båtfart. Någon ropar inifrån båten: ”Vi har en stor sköldpadda som hänger mitt på framkanten av kölen!” Svårt att tro men det är sant och vi tvingas helt stanna båten för att lösgöra det omtumlade djuret från sin svåra belägenhet.

Under segling i Engelska kanalen är det på grund av temperaturförhållanden, vatten relativt luft, betydligt vanligare med tät dimma jämfört med i våra skandinaviska vatten. Det kräver en oerhört vaken och alert besättning för att undvika kollision med andra flytetyg. Förr i tiden, innan elektroniska positionshjälpmedel, var det ofta en stor konst att hitta rundningsmärkena i dimma och starka tidvattenströmmar. Det var inte så sällan en segling avgjordes tack vare navigatörens skicklighet.

Ett annat betydligt otäckare område, där dimma kan ställa till problem, är södra Stilla havet. Jämfört med södra Indiska oceanen har området mellan Nya Zeeland och Kap Horn oftare nordvästlig vind. Varm luft träffar kallt hav och inte så sällan uppstår stormlika vindar kombinerat med extremt tät dimma, en mycket obehaglig situation i händelse av ”man över bord” eller vid risk för att segla på stora isstycken, till och med isberg. Volvo Ocean Race lägger numera banan på lägre latituder, norr om frekvent is och dimma, för att öka säkerheten men under exempelvis Jules Verne Trophy med Orange 2 fanns inga sådana begränsningar sydvart. Det hände att vi, trots okända isberg i närheten, seglade med 30-35 knops båtfart och sikt enbart fram till förstaget, dessutom utan radar då den var trasig. Vi kallade den här typen av segling för ”rysk roulette med goda odds”. Rädslan framkallade en del bekymmersamma beteenden ombord som inte var helt lätta att hantera.

Figur 6. ILLUSTRATION CHRISTINA ELLED

Figur 6. Mellan Rio de Janeiro och Cabo Frio förekommer en känd nattlig, frånlandsbris. Detta utnyttjade Telefonica Blue under Volvo Ocean Race 2008-09.

NATTEFFEKTER

Natteffekter nära land är liksom den dagliga sjöbrisen orsakad av temperaturdifferenser mellan hav och land (sjöbrisar kommer vi fördjupa oss i senare). Under Volvo Ocean Race 2008-09 lämnar vi Rio de Janeiro under måttliga sydliga vindar för att segla mot Cabo Frio, sydostspetsen av Brasilien. Vi har noga diskuterat möjligheten att en känd nattlig, frånlandsbris skulle kunna uppstå inom någon sjömil från kusten. Då prognosen talar om hyfsad gradientvind bedömer nästan alla navigatörer, undertecknad inkluderad, att omvägen nära land, in i bukten, skulle vara mer riskabel än att stanna ute på havet och segla direkt mot nästa märke. Prognoserna slår helt fel.

När vi under natten ligger med slaka segel och lirkar oss fram i några knops vind är frustrationen stor. Den blir ännu större då vi noterar att vår andra båt i teamet; Telefonica Blue, som enda båt har smitit in mycket nära land, fångat nattbrisen någon sjömil från kusten och nästa morgon byggt upp en imponerande ledning vid Cabo Frio, se Figur 6.

Engelska kanalen är ett annat ställe där landbris kan uppstå nattetid. Temperaturförhållanden och topografi generar ibland en tydlig frånlandsvind som sträcker sig bara 1-2 sjömil ut från kusten. Det gäller som alltid att veta när denna termiska effekt uppstår för att inte jaga landkontakt i onödan och förlora distans mot märket.

Vad gäller ÅF Offshore Race finns några grundläggande regler som kan vara värda att nämna. Som de flesta noterat uppstår, nattetid och under tidiga morgontimmar, så kallad inversion. Ofta kan det till havs blåsa 10 knops gradientvind medan det i skärgården kan vara helt vindstilla, ett fenomen att beakta om du kommer nära land, både skärgård och stora öar som Gotska Sandön och Gotland sommartid. Landbris, nattbris förekommer nästan aldrig vid denna tid på året runt Gotland. Möjligen kan det hända på sträckan norr om Visby där ibland en nattlig frånlandsvind kan uppstå helt nära land, där kusten är högre än på andra ställen runt ön. Kall luft ”rinner” över kanten från den höga platån ned över havet, så kallad katabatisk vind. Däremot ligger oftast rundningsmärket nära Visby inom inversionsområdet, under dygnets mörka timmar. I svaga vindar kan det ibland löna sig att närma sig denna boj nära nog i 90 graders vinkel från land för att spendera minimal tid i svag vind. Detsamma gäller naturligtvis när du lämnar märket för att åter komma ut i gradient vind, ett stycke ut från land.

Under Gotland Runt 1994 ombord på VO60-båten ”Laptop” lyckas vi med ett litet trix. Vi har bytt ledning flera gånger med Whitbreadtvåan Intrum Justitia i en tät duell runt hela Gotland. Båtarna seglar bara någon sjömil från varandra. När vi kryssande närmar oss Gotska Sandön, i lätta vindar, leder Intrum med någon sjömil. Under inversionsförhållanden, lyckas vi lura in Intrum nära land där hon fastnar medan vi smiter förbi i friskare vind och vinner racet.

Ett snarlikt scenario utspelar sig under mitt sista Volvo Ocean Race 2008-09, någon timme från målgång i St Petersburg efter start från Stockholm. Vi på Telefonica Black, med nyblivne OS-vinnaren Fernando Echavarri som skeppare, ligger tvåa några hundra meter bakom Puma-båten. I gryningen, under lätt kryss, närmar vi oss ryska kusten och vinden minskar allt mer. Ombord Puma förstår man inte att vindminskningen beror på inversion och seglar rätt in i fällan. När de inser sitt misstag är det för sent. När de stagvänder, kanske 1000 meter från land, slår vi i samma ögonblick och har tillräckligt länge lite mer vind för att passera. Vi vinner delsträckan med någon minut. Den här spännande slutspurten satte punkt för mitt internationella tävlande på den här nivån. Vid 60 års ålder var det dags för mig att lämna denna älskade arena. Det blev mitt sista race runt jorden. Under prisutdelningen blev jag uppkallad på scenen och frågan var uppenbar: ”Blir det fler varv runt jorden?” Jag minns väl mitt svar: ”Om någon skulle fråga så hoppas jag att jag har modet att säga nej!” Som tur var fick jag aldrig frågan.

Text Roger Nilson

Illustrationer Christina Elled

Top