Tag - Meteorologi

Av Martin Hedberg

Betraktar vi vädret på en stor skala, något som i detta sammanhang innebär hundratals till tusentals kilometer, så finner vi ofta stora områden med likartade egenskaper. Det kan vara torr och kall luft över den ryska tundran eller fuktig och varm luft över Atlanten. Luften får dessa egenskaper då den stannat en längre tid över ett och samma område. Man har då fått vad vi kallar för en specifik ”luftmassa”.

Dessa luftmassor behåller sina egenskaper en längre eller kortare tid även då de transporteras till andra områden. Skandinavien ligger i gränsområdet mellan flera födelseplatser för luftmassor. Det är en av förklaringarna till det synnerligen omväxlande vädret i Sverige.

Man namnger luftmassorna efter de områden där de bildats. Exempel på så kallade källområden med enhetligt underlag är öknar, havsområden med likartad temperatur eller stora snö- och istäckta ytor.

Kring våra breddgrader skiljer man mellan tre slags luftmassor: Arktikluft, Polarluft och Tropikluft. Namnen har hängt med sedan 1920-talet och kanske lite ologiskt finner vi att Arktikluften bildas över nordpolen, medan Polarluften bildas längre söderut. (Nationalencyklopedin skriver: Polarluft, luftmassa i atmosfären som bildas mellan 40 och 70° latitud ur avkyld tropikluft eller vintertid ur uppvärmd arktikluft. Vädret i polarluften är oftast svalt med växlande molnighet, god sikt och regnskurar.)

Egenskaperna hos luftmassor som bildats över landområden skiljer sig markant från de som bildats över hav. Därför har man även infört begreppen Kontinental respektive Maritim luft. Till exempel kallas Tropikluft som bildats över hav för maritim Tropikluft (mT) medan Polarluft som bildats över en kontinent kallas kontinental Polarluft (kP).

Mer om luftmassor i kommande blogg.

/Martin

Av Martin Hedberg

Ni har sett dem på väderkartorna, fronter. Kallfront, varmfront och kanske har ni även hört talas om ocklusionsfronten (som är en kallfront som hunnit ikapp en varmfront). Alla dessa tre fronter rör sig. Men fronten kan även stå still och man talar då om en stationär front.

Cirrusmoln framför en varmfront

Många kopplar en front till ett omslag av någon form. Det är helt rätt. En front är gränsytan mellan två luftmassor med olika egenskaper, vanligtvis skillnader i densitet. (Densitet beskriver hur mycket en viss volym av ett föremål, vätska eller gas, väger per volymenhet. Densitet mäts i tex kg/m3)

Skillnader i densitet orsakas vanligtvis av skillnader i temperatur. Det finns därför en tydlig koppling till omslag i temperaturer när en front passerar. Men det finns även andra saker som tex luftfuktighet. Med detta kommer även andra egenskaper som tex stabilitet vilket i sin tur påverkar tex vindar.

Konvektiva moln i samband med kallfront

Fronter finns inte bara vid markytan, de finns i allra högsta grad i luften. Fronten är som sagt var gränsytan eller övergångszonen mellan luftmassor med olika egenskaper. Gaser (luften) med hög densitet sjunker under en gas med lägre densitet som stiger. Det betyder i praktiken att luft som är tung (per volymenhet) kilas in under den lite lättare (per volymenhet) luften. Dvs kall luft sjunker, varm luft stiger.

Man kan se luften som en vätska. I fallet med en kallfront så kommer den kall luften att vinna terräng genom att ”rinna in” under den varmare luften. I fallet med en varmfront så glider varmluften snett upp över kalluften och pressar den framför sig. Dessa två helt olika sätt gör att karaktärerna på kall- respektive varmfront blir helt olika.

Kallfronten lutar bakåt och själva utan är relativt brant, medan varmfronten lutar framåt och har en flackare lutning. Det gör att kallfronten dyker upp snabbare för en betraktare på marken än vad varmfronten gör. I fallet med varmfront så kan man ofta se de första molnen, cirrusmoln, många timmar, upp till ett dygn, i förväg. De föregår markfronten med hundratals kilometer. I fallet med kallfronten så ser man molnen samtidigt som fronten är i absoluta närheten.

I själva frontzonen, gränsytan, så sker en hävning av luften. Det bildas därför moln och nederbörd. Nederbörden från kallfronter är intensiv, men relativt kortvarig. Det är inte ovanligt att det förekommer åska, hagel och kraftiga vindkast. Nederbörden från varmfronter är mer lättsam. Det börjar lite stilla, blir visserligen intensivare, men aldrig så kraftigt som från kallfronten. Å andra sidan kan det hålla på en hel dag. Luften är ofta fuktig och vindarna vanligen inte så kraftiga.

Följande kriterier används för att identifiera fronter:
1. En skarp övergång i temperatur över ett kort avstånd
2. Förändring i luftens vatteninnehåll, daggpunktstemperatur*
3. Skifte i vindriktning
4. Förändring av lufttryck
5. Förändring av moln och nederbördsmönster

Man har valt att illustrera kallfronter som blå linjer med trianglar på, medan varmfronter illustreras med röda linjer med halvcirklar på. Stationära fronter är streckade blått-rött. En ocklusionsfront är lila (Jag ville introducera begreppet ocklusionsfront på SVT:s väderkartor när jag jobbade där, men fick till svar att publiken, dvs ni tittare, inte skulle acceptera det).

/Martin

*Daggpunktstemperaturen, Td, är ett mått på luftens fuktighet. (I bland säger man bara Daggpunkt.) Det är till den temperaturen man måste sänka luftens temperatur, T, innan dagg/frost kondenseras.

Luftens Td är alltid lägre än luften T. Vanligtvis skiljer det 2-10 grader.
En låg Td betyder att luften innehåller lite vattenånga. En stor skillnad mellan T och Td betyder att luften är torr. Om T och Td är lika så är luften mättad, 100% luftfuktighet.

Av Martin Hedberg

Många Stockholmare har idag uppmärksammat det optiska fenomenet Halo. Det bildas en ljus ring kring solen och två intensivare ljuspunkter på var sida om solen.

Halo över Källtorpssjön i Nacka

Halon bildas genom att solens ljus bryts i små iskristaller i luften. Att det bildas två intensivare områden på var sida om solen beror på att iskristallerna till största delen är orienterade ”liggandes”. Det är som små tunna nålar som sakta faller genom luften. Aerodynamiken kring dem gör att de orienterar sig horisontellt.

Att det finns iskristaller i luften beror på att solen startat en smålskalig konvektion i lätta stratusmoln (låga tunna dismoln) eller att de bildatas direkt ur övermättad luft. Iskristallerna faller ut som mycket lätt snöfall. Att de är så tunna  gör att de rör sig mot marken mycket sakta och ”hänger kvar” i luften.

Det är givetvis rimligt att anta att det idag bildats halo även på andra platser i landet. Liksom det förekommit tidigare under vintern och kommer att hända många gånger igen i vinter. Det är lika vacker var det än förekommer. Kanske allra vackrast när det är hemma och man känner igen sig.

/Martin

Av Martin Hedberg

Inom Försvarsmakten så mätte man tidigare regelbundet tjäldjupet på ett flertal platser. Tjäldjupsmätningar samt mätning av isars tjocklek sammanställdes och betraktades som strategisk information. Den var viktig för att beräkna markens bärighet i händelse av invasion av främmande makt. Dels för att göra bedömningar över vilka områden som fienden kunde genomföra tunga transporter på, dels för att veta var vi själva genomföra transporter utan att fastna. Helt nya landskap för markbunden transport öppnar sig om man vet att man även kan köra tunga fordon på frusen mark. Det gäller inte bara stridsvagnar utan även tex transport till fots, med bandvagn eller start och landning av flygplan på sjöar och myrar.

Tjäldjupsmätnignarna skedde tidigare genom att man hade ett rör med färgat vatten som var nedsänkt i ett annat rör i marken. Detta för att man skulle kunna lyfta upp röret och studera vilka lager som frusit. Vattnet var färgat med metylenblått. När vattnet frös till is så ändrade vätskan färg, från blått till vitt. Detta genom att iskristallerna separerade ut det metylenblåa när vattnet frös.

Man kunde då tydligt se vilka skikt som frusit, det var de som var vita. Man mätte då avståndet från marken och ner till respektive skikt. Det fanns givetvis en del problem, tex så är det ju vanligast att marken både fryser och töar uppifrån. Men vid frysning så har ju det metylenblåa pressats nedåt i röret. När det då töar uppifrån så finns det inget metylenblått som kan indikera det. Man fick då försöka hitta gränsytan i alla fall, tex genom att rotera röret och se om man kunde finna några luftbubblor som rörde sig. Man kunde även vända röret och stoppa tillbaka det i marken (då kom ju det metylenblå överst) för att läsa av det ett par timmar senare när omgivande mark hade påverkat frysningen i mätröret. Det är inte heller ovanligt att marken fryser och töar i omgångar så att det blir olika skikt som vandrar. Med det finns fler felkällor, tex hur mycket värme som transporterades av själva mätröret eller om vattnets vattnets frysning verkligen var representativ för frysningen av marken.

På varje mätstation fanns det två mätplatser, en skottad (barmark) och en med det naturliga snötäcket. Det var uppenbart att snö isolerar värmetransporter: Frysningen (tjälen) skedde långsammare när det fanns snö på marken och detsamma gällde för töandet.

Tjäle är en intressant och ofta förbisedd aspekt av vintern. Det är/var dock alldeles uppenbart mängder av felkällor som påverkade det sättet som tjäldjup mättes på tidigare. Förutom de som nämnts ovan kan man fråga sig hur representativ markförhållandena vid den aktuella mätplatsen var för omgivningen. Man slog ner det yttre mätröret (omkring 1,5 meter ner i marken). Men det var svårt att veta markens beskaffenhet under ytan utan att gräva upp marken! Temperaturen fortplantas olika fort beroende på vad marken består av (jord, lera, stenar, sand…), hur fuktig och hur porös den är. När man monterade röret (som slogs ner med stödpistong och slägga) så tog det ibland stop för att man slog i en stor sten. Då fick man måtta en ny plats vid sidan om och göra ett nytt försök.

Vill man mäta tjäle så behöver man många mätplatser och man skall givetvis mäta temperatur, inte bara om det är kallare eller varmare än noll grader. Om man vet hur kallt det är på olika nivåer samt vad marken består av på olika nivåer så kan man beräkna såväl flöden av energi/värme som fysisk bärighet. Om man därtill har koll på snötäcke samt väder så kan man därtill uppskatta tjäldjup och bärighet på andra platser än där man har mätstationer.

Även idag är tjäldjupet viktigt, tex vid bygge av vägar samt för skogsindustrin för att ha koll på bärighet när man transporterar timmer. Alla som har byggt hus har funderat på hur djupt man måste gräva ner vattenledningar och avlopp för att slippa frysning av dessa. Markens temperatur är också mycket viktig för att beräkna behovet av halkbekämpning till följd av frysning av våta vägbanor. Fortfarande är informationen av strategisk betydelse i händelse av att lede Fi skulle anfalla. Det som ser ut som några oskyldiga cm-avläsningar i en tabell kan vara hemligstämplad strategisk information viktig för rikets säkerhet såväl som praktisk information för byggmästaren eller skogsägaren.

/Martin

Av Martin Hedberg

Det har förekommit en del frågor kring ”NAO”, North Atlantic Oscillation idag. Vi skrev om det förra vintern (7 januari, 2010). Här nedan är en kopia av den texten:

En del frågar sig varför det är så kallt just nu (och många tycks nöja sig med att konstatera att det är kallt eftersom det är vinter).

Att vi har så kallt över oss just nu hänger, på en regional skala, ihop med att vi har ett långvarigt högtryck över oss. I högtryck sjunker luften sakta vilket gör att den torkar ut och luften blir fri från moln. Vintertid skapar klart väder kyla pga att energi strålar ut i rymden utan att kompenseras av inkommande solenergi.

På en större skala kan kylan beskrivas med att vi nu har en kraftigt negativ fas av ”North Atlantic Oscillation”, NAO (kallas ibland även ”Arctic Oscillation”, AO). 
NAO är ett index som beskriver skillnader i lufttryck mellan polarregionen och mellanbreddgraderna (ungefär 45 grader nord).

När NAO nu är negativ så innebär det att lufttrycket är högre än normalt över polarregionen och lägre än normalt på mellanbreddgraderna. Det här påverkar i sin tur vindar, nederbörd och temperaturfördelningen på norra halvklotet.

Det är kallare än normal över Europa/Ryssland och stora delar av USA. 
Samtidigt så är det varmare än normalt över nordligaste Amerika, Grönland, Nordpolen och östra Sibirien.

En mer utförlig beskrivning finner ni på National Snow and Ice Data Center: http://nsidc.org/arcticseaicenews/2010/010510.html
Scrolla ner till figur 4 för att se grafik/karta på hur mycket varmare/kallare det var på olika platser under december 2009. Grafiken visar skillnaden mellan dec-09 och decembergenomsnittet 1968-1996. Kartan kanske förbryllar: I mitten ligger Nordpolen, Sverige ligger uppe till vänster, ”halvvägs till kl 11″.

/Martin

Av Martin Hedberg

Dimma har vi alla varit med om. Men vad skiljer dimma från moln och vad skiljer dimma från disig luft?

Moln består som bekant av små vattendroppar och så även dimma. Dimma kan sägas vara moln som når ner till marken. Eller rättare sagt: När moln når ner till marken så kallas de för dimma.

Men det råder i vissa fall en diffus gråzon (om uttrycket tillåts) mellan dimma och moln: Om jag står på marken och har molnet/dimman omkring mig så kalla det för ”dimma”. Så också om jag står utanför och ser att molnet/dimman går hela vägen ner till marken.

Men om marken är lite kuperad, typexemplet i alpin miljö, så kallas det för ”moln” även om de nuddar marken (berget). Men fortfarande gäller att den som står i molnet/dimman helt korrekt kallar det för ”dimma”. Samma fenomen har alltså två olika namn beroende på var betraktaren står.

Lite mer strikt definition är att sikten måste vara under 1.000 meter för att det skall kallas dimma. Är sikten under 100 meter så råder tät dimma.

Är sikten mellan 1.000 och 10.000 meter kallar vi det för ”fuktdis” om det är vattendroppar som sätter ner sikten och ”torrdis” när det är fasta partiklar, tex luftföroreningar.

Begreppet ”sikt” definieras som det största avstånd på vilket man kan urskilja ett stort och kontrastrikt föremål, tex en byggnad, mot bakgrunden. Man behöver inte kunna räkna fönstren på huset, men man skall kunna se att det är ett hus eller vad det nu är.

Det finns fler gråzoner i dimman. Dimman är inte alltid (sällan) homogen. Det kan alltså vara både dimma, tät dimma och fuktdis samtidigt, men i olika riktningar eller områden. Och dessa områden kan vara större eller mindre.

På flygplatser gör man observationer av sikt både manuellt och med hjälp av teknisk utrustning. Manuell sikt görs av en meteorolog, väderobservatör eller flygledare där han/hon tittar ut över nejden och bedömer hur långt man kan se. Man har mätt upp avstånd till byggnader, master, berg, vägar och andra föremål som syns från flygledartornet.

(Den meteorologiska sikten kan dock skilja sig från den så kallade ”flygsynvidden” som är sikten som upplevs från ett flygplan. Detta vanligen beroende på att sikten mäts horisontellt, medan flygsynvidden gör en flack vinkel från flygplanet till landningsbanan. Det är inte ett genometriskt problem utan en konsekvens av att dimman är inhomogen i vertikal led.)

Den tekniska utrustningen fungerar vanligen genom att man mäter luftens genomskinlighet med en lampa och en fotocell. Detta mäts dock på ett avstånd av någon decimeter då både lampa och fotocell sitter på samma apparat.

När jag arbetade i Flygvapnet var jag flera gånger med om att mätutrustningen observerade tät dimma när en dimbank drev förbi mätutrustningen. På samma sätt kunde mätutrustningen observera fuktdis när ett litet område med bättre sikt drev förbi. Paradoxen var att apparaten gav information om att man kunde se över tusen meter -i ett område som i sig var kanske tio meter stort. Dvs ett litet område med bra sikt insprängt i tät dimma. Men annars var apparaterna rätt bra.

Nu när hösten står för dörren kommer det att bildas dimma var och varannan dag. Det kan ske på flera olika sätt tex genom strålningsdimma, blandningsdimma, advektionsdimma… Men det kommer i en annan blogg.

/Martin

Av Martin Hedberg

Moln har vi alla sett. Och de flesta vet att moln består av vattendroppar som är så små att de faller mycket långsamt. Ofta faller de långsammare än eventuella uppvindar.

Moln

Men hur små är molndropparna och hur många är de?

Jo, molndroppar är mellan 1 och 50 μm i diameter. En typisk molndroppe är 10 μm i diameter.
(1 μm, mikrometer, är en tusendels millimeter. Så en molndroppe är alltså en hundradels mm i diameter. Det är svårt att se (men lätt när de är många bredvid varandra 🙂 )

Hur många är de då?, Jo ett typiskt antal är 100.000 molndroppar per liter luft. Det kanske låter som rätt så många, men det är, sett till storleken på varje droppe, rätt långt mellan varje droppe.

Ju större droppar, desto färre per liter luft. När de är ca 50 μm i diameter så är det ca 1.000 per varje liter luft. Då börjar även fallhastigheten göra sig gällande med storleksordningen decimeter per sekund.

Molndroppar kan/kommer att slå samman. Till slut är de så stora att de kan kallas regndroppar. Fallhastigheten är då ett par meter per sekund. (Beroende på hur kraftiga uppvindarna är så kan dropparna trots detta vara kvar i molnet. I ”konvektiva” moln, stackmoln eller åskmoln, kan uppvindarna vara tio meter per sekund eller mer.)

För att skapa en regndroppe krävs det omkring en miljon molndroppar.

/Martin

PS. En gång flög jag skärm in i ett moln. Jag tog av mig handsken för att känna efter om det skulle kännas någon skillnad när jag flög in i det och om molnet var så mjukt som det såg ut. Men det var precis lika fluffigt och mjukt som dimma, dvs inte alls. DS.

.

PS nr 2.

Vi fick in en fråga till redaktionen som i förkortad form lät:
”Hej! Hur jag än försöker räkna på regndropparna får jag inte ihop det. 100.000 droppar à 10 mikrom per liter luft blir blötare än vad som är möjligt…”

Hur hänger det ihop? Vi räknar lite nedan:

1. Vi antar först att droppen är klotformad. (I verkligheten är den lite tillplattad undertill pga luftmotståndet då den faller. Mindre droppar är rundare, större är mer tillplattade.) Vi håller oss vidare till SI-enheter när vi räknar.

Volymen av en sfär, ett klot eller en rund droppe lyder V= (4 * pi * r3) / 3.

(Jag har inte klurat ut hur man skriver exponenter i den här bloggediteraren. Jag hoppas att ni förstår att r3 betyder ”r i kubik”, samt att tex ”52*10-15 m3″ betyder 52 gånger tio upphöjt till minus femton kubikmeter”)

Den typiska droppen hade en diameter på 10 μm, dvs radien är 5 μm (0,000005 meter). Volymen av en droppen blir då 52*10-15 m3.

100.000 droppar håller då volymen 52*10-12 m3.

Räknar man om det till liter (1 liter = 0,001 m3) så blir det 52*10-9 liter.

Det är med andra ord rätt lite vatten jämfört med vanlig luft i ett moln, 52 miljarddelar.

2. Man kan även tänka sig att man tar de 100.000 små molndropparna, med diameter 10 μm, och lägger bredvid varandra. De får då längden 100.000 * 10 μm = 1.000.000 μm = 1 meter.

Om man sedan klipper den metern i tio lika långa bitar och lägger i en kartong med sidan 1 dm (dvs med volymen en liter) så blir det ett tunt och smalt band i botten av vårt litermått.

Bandet har måttet 1 dm * 100 μm * 10 μm och dess volym blir 100*10-12 m3.

Volymen av de samlade molndropparna det kommer att vara något mindre än volymen av bandet. De 100.000 molndropparna hade volymen 52*10-12 m3.

(Det stämmer även om man jämför volymen av ett klot som är instängt i en box, om boxen har volymen 1 så har klotet volymen 0,52).

3. Så till frågan om regndroppen. Det gick åt omkring en miljon molndroppar till en regndroppe. Det gör att regndroppen kommer att ha volymen 520*10-12 m3.

Räknar man sedan baklänges, via formeln för klotets volym, för att kolla vilken storlek den droppen har så får man att det blir en radie på 0,5 *10-3 m, dvs 0,5 mm eller 1 mm i diameter.

Nu är ju som bekant inte alla regndroppar 1 mm i diameter. Det vi kallar regn håller sig vanligen mellan 0,1 och 7 mm. Så ta uppgiften om att det går åt en miljon molndroppar för att skapa en regndroppe med en nypa salt. Det kan vara både fler och färre, men det är i alla fall den storleksordningen.

Det är lite fascinerande att det kan komma så mycket regn ur ett moln, trots att vattnet i molnet är så ”utspätt” av luft. Men molnen fylls på med mer vatten kontinuerligt via avdunstning från växter, mark och vattendrag. Och molnen är rätt stora, det kan vara en mil från molnbas till molntopp.

Mycket vatten blir det. För att inte tala om hur många molndroppar det finns i ett moln…

/Martin