Wetter für Regattasegler
01.08.2010 von Hans-Dieter Möhlhenrich
Die „Windmaschine“ Segelboot wird von bewegten Luftmolekülen angetrieben. Diese Strömungen treten aber nicht immer in der gleichen Form auf, sondern besitzen, je nach den gerade herrschenden Bedingungen, mehrere Erscheinungsformen mit unterschiedlichen Charakteren. Wenn der Segler diese kennt, kann er daraus erhebliche Vorteile ziehen, weil die vorhandene Energie effektiver in Vortrieb umgesetzt werden kann. Auch die Windablenkung durch das Ufer oder durch andere Boote ist berechenbar und deshalb positiv zu nutzen. Hierzu gehören aber einige meteorologische und strömungsphysikalische Kenntnisse. Das wichtigste Unterscheidungskriterium bei Strömungen, übrigens egal, ob es sich um Luft oder Wasser handelt, ist sicherlich der Unterschied zwischen laminarem und turbulentem Strömungszustand (siehe Kasten unten).
Laminare Strömungen - Was bedeutet laminare Strömung für die Segelpraxis?
1. Die Boote mit dem höheren Mast segeln mit mehr Wind. Dieser Umstand muss vor allem beim Start in einem gemischten Feld berücksichtigt werden. Dem Skipper eines kleinen Bootes nützt es wenig, wenn er kurz nach dem Start an der heiß umkämpften bevorzugten Seite von großen Yachten überlaufen und nach hinten durchgereicht wird. Hier zahlt es sich meist aus, auf die optimale Startposition zu verzichten und dafür mit freiem Wind zu segeln.
2. Der scheinbare Wind kommt unten in einem spitzeren Winkel als weiter oben. Die Segel müssen diesem Umstand angepasst werden. Das Boot wird gekrängt, wodurch sich die Achterlieken der Segel durch die Gewichtskraft öffnen. Ein optimales Profil im oberen Bereich ist immens wichtig, da der größte Teil des Vortriebs dort erzeugt wird. Zumindest eine durchgehende Topplatte erleichtert diesen Trimm erheblich. Alles was die Segel nach unten zieht, schweres Tuch, Schäkel, Schoten oder ein schwerer Großbaum ist nicht zu gebrauchen. Hier zählt wirklich jedes Gramm. Bei ganz geringen Windgeschwindigkeiten bringt eine Fock oft bessere Ergebnisse als eine Genua. Da das Achterliek dieses Segels nahezu senkrecht steht, fällt das Tuch von selbst in sein Profil, während eine Genua wie ein nasser Sack am Rigg hängt und im oberen Bereich eher schließt als öffnet. Dieses Segel wird kaum Vortrieb erzeugen, da nur an einem Bruchteil seiner großen Fläche Strömung anliegen kann, während eine kleinere Fock schon optimal arbeitet.
Turbulente Strömungen
Etwa bei fünf Knoten Windgeschwindigkeit schlägt die Grenzschicht in den turbulenten Zustand um. Das bedeutet für die Praxis, dass die Geschwindigkeitsunterschiede in verschiedenen, für Segler nutzbaren Höhen, nicht mehr gravierend sind. Höhere Masten bringen, auf diese Thematik bezogen, keine Vorteile. Ein kleines, schnelles Boot kann sich jetzt durchaus auch gegen ein größeres durchsetzen. Das Achterliek der Segel wird geschlossen. Twist ist, Ausnahmen bestätigen die Regel, grundsätzlich schädlich. Auch hier haben Segel mit einer oder mehreren durchgehenden Latten und ausgestelltem Achterliek Vorteile. Das Liek kann mit wenig Schotzug geschlossen werden. Allerdings wird hier sehr schnell zu viel des Guten getan. Ein Achterliek, das nach Luv zeigt, wird nur bremsende Verwirbelungen und Krängung produzieren, keinesfalls jedoch den optimalen Vortrieb. Dies kann man gut kontrollieren, wenn man von unten über die Großbaumnock an das Masttopp peilt. Die Enden der Segellatten sollten etwa parallel zum Baum liegen.
Böen
Böen entstehen in den mittleren Höhen der Grenzschicht. Dies sind Wirbel, die sich um eine waagrechte und senkrecht zur Windrichtung liegende Achse drehen. Daher liegt die Bezeichnung „Walze“ nahe. Diese muss nicht groß und bedrohlich sein. Der Begriff beschreibt lediglich auf anschauliche Art die Form. Die Drehrichtung entspricht an ihrer Oberseite der Windrichtung. Daher erfahren diese Wirbel einen Auftrieb, wenn sie auf schnellere Luftbewegungen treffen und einen Abtrieb wenn die Umgebungsluft langsamer ist. Diese Walzen treffen mit der ursprünglichen aus größeren Höhen gewonnenen Windgeschwindigkeit auf die Oberfläche und schieben sich unter den normalen Wind. Diese Erscheinung nimmt der Segler als Böe wahr. Aus verschiedenen Gründen hat der Oberflächenwind eine etwas andere Richtung als der Höhenwind. Somit dreht, bei normaler, ungestörter Luftströmung, der Wind in der Böe nach rechts. Nach dem Durchzug der Böe nimmt er wieder seine ursprüngliche Richtung ein. Als Fazit ergibt sich, dass eine Böe, die auf Backbordbug durchsegelt wird, den Weg nach Luv verkürzt. Ob dieser Effekt groß genug ist, um eine Wende zu rechtfertigen, muss individuell, je nach Bootstyp und aktuellen Tagesbedingungen entschieden werden.
Durchsegeln eines lokalen Tiefs
Ein kleines lokales Tief, beispielsweise eine kleine einzelne Gewitterzelle, zieht selten über das Wasser, da dessen Oberfläche zu kalt ist. Falls doch, bietet diese Wolke dem aufkreuzenden Segler eine hervorragende Gelegenheit, den Weg nach Luv zu verkürzen. Der Einfluss dieses Wirbels ist um so größer, je höher sich diese Wolken vertikal ausdehnen. Oft stehen diese "Mini"-Tiefs jedoch direkt über der Uferlinie, wodurch deren Einfluss genutzt oder gemieden werden kann. Die Physik der Strömungsverhältnisse in einem Tief (IBN 6 / 2001, S. 32 / 33) und der Einfluss des Höhenwindes bewirken, dass die Passage unter dem linken Rand der Wolke den Weg nach Luv erheblich verkürzt.
Die ideale Taktik, eine solche Wolke zu seinen Gunsten zu nutzen, besteht darin, auf Steuerbordbug etwa auf die Mitte der Wolkenvorderseite zu steuern. Kurz davor wird der Wind nach rechts drehen. Jetzt ist der Zeitpunkt der Wende gekommen. Auf Backbordbug unter dem vorderen linken Viertel der Wolke hindurchsegelnd, wird der Wind immer weiter rechts drehen, bis irgendwann, am linken Rand angekommen, dieser plötzlich wieder kippt. Nach einer weiteren Wende auf Steuerbordbug wird der Wind wieder nach links drehen, was sich abermals positiv auswirkt. Bei einem weiteren Rechtsdreher ist die ursprüngliche Windrichtung wieder erreicht und vermutlich einige Plätze gut gemacht. Steht nur die rechte Seite eines solchen Tiefs zur Verfügung, etwa wegen des Ufers, sollte der Wolkenrand auf Steuerbordbug passiert werden. Hier ist der Effekt weniger groß, kann jedoch auch positiv genutzt werden.
Segeln unter Land
Möglichst nah unter Land zu segeln scheint vor allem bei thermischen Winden recht verlockend. Dieser Wind nimmt bekanntlich mit größer werdendem Abstand zum Ufer relativ schnell ab. Daher können sich Crews glücklich schätzen, deren Boot noch einen moderaten Tiefgang hat, um die Vorteile in dieser Zone voll auszukosten. Zu nah am Ufer kann sich dieser Effekt jedoch schnell ins Gegenteil verkehren. Als wichtigste Größe spielt bei allen Überlegungen die Höhe des Ufers, inklusive der Bäume, Häuser etc. die zentrale Rolle. Ein Bereich von acht- bis zehnfacher Uferhöhe ist meist tabu, da hier, bei auflandigem Wind eine Stausituation und bei ablandigem Wind eine Abdeckung besteht. In einem Abstand von etwa der 25fachen Höhe haben sich die Ufereffekte weitgehend erschöpft. In diesem Streifen treten Böen, aber auch Windlöcher auf, die geschickt genutzt werden können. Ein interessanter Aspekt ist, dass bei ablandigem Wind dieser zwar abflaut, aber weiter nach rechts dreht, je näher das Ufer kommt. Ein auflandiger Wind wird unter Land rückdrehen. Solche Dinge sind beispielsweise zu berücksichtigen, wenn die Luvtonne relativ dicht am Ufer liegt, da sich sonst plötzlich eine Überhöhe ergibt und die Leeboote die Tonne als erste passieren.
Verläuft das Ufer im Prinzip parallel zur Windrichtung, kann mit ausgeprägten Richtungsänderungen gerechnet werden, die ebenfalls in die Taktik mit einbezogen werden können. Unter Seewindbedingungen wird der Wind zum Ufer hin abgelenkt, da die Quelle des Soges über dem Land steht. Bei allen anderen Bedingungen bewirkt die Oberflächenrauhigkeit über dem Land, dass der Wind seewärts abgelenkt wird. Besonders interessant ist dies bei Buchten und Landspitzen, da hier durch die gezielte Nutzung der Windablenkung erhebliche Vorteile erzielt werden können. So lohnt es sich bei Thermik meist, eine Bucht auszusegeln. Bei anderen Winden sollte dieser Bereich tunlichst gemieden werden, um stattdessen auf das luvwärtige Ende der Bucht zu steuern. Ebenso sollte bei einer Landzunge auf deren äußeres Ende zugesegelt werden, um genau dort eine Wende zu platzieren. Dadurch kann die Windablenkung sowohl vor, als auch nach der Landspitze positiv genutzt werden
Wellenhöhe
Enorme Geschwindigkeitszuwächse können auch erzielt werden, indem ein Boot bei Starkwind im Bereich von kleineren Wellen gesegelt wird. Dies ist unter dem ablandigen Ufer der Fall. Wie die aktuelle Situation bei der Rund um gezeigt hat, waren die Boote, die die Kaltfront am Schweizer Ufer durchsegelt haben, wesentlich schneller und vor allem bequemer und sicherer an der Tonne in Romanshorn. Es war klar, dass der Sturm von Südwesten kommen würde. Dadurch gab es unter taktischen Gesichtspunkten nur eine Möglichkeit, um erfolgreich zu sein. Dasselbe gilt für Strömungen. Diese sind in der Regel am Ufer geringer als in der Mitte eines fließenden Gewässers. Speziell am Untersee, im Bereich zwischen Öhningen und Wangen, kann man mit deren Hilfe enorme Vorteile erzielen.
Diese Beschreibungen setzen allerdings ideale Verhältnisse voraus, die nicht immer eintreffen. Strömungen, egal in welchem Medium, sind empfindlich und können von vielfältigen Faktoren gestört werden. Daher muss der Segler permanent überprüfen, ob die Therorie unter den jeweils gegebenen Bedingungen auch tatsächlich mit der Praxis übereinstimmt. Ein guter Regattasegler muss, ähnlich wie ein Segelflieger, Strömungen vor seinem „geistigen Auge“ erkennen können. Wenn die theoretischen Zusammenhänge klar sind, kann er in der Praxis nach deren Auswirkungen suchen.
Laminare und turbulente Strömung
Betrachtet man die Windgeschwindigkeiten in verschiedenen Höhen, dann herrscht am Boden eine geringere Geschwindigkeit als in einer Höhe von 1000 Metern. Etwa so hoch reicht die als Grenzschicht bezeichnete Luftschicht, in der der Wind durch die Bodenreibung abgebremst wird. Die Geschwindigkeitskurve steigt hier nicht linear, sondern exponentiell an. Das heißt, dass der Geschwindigkeitszuwachs in den unteren Schichten relativ groß ist und nach oben dramatisch abnimmt. Da es hier jedoch nicht um Wissenschaft, sondern um Segeln geht, interessiert uns nicht, was oberhalb von 10 bis 15 Metern Höhe geschieht. Die Strömung in der Grenzschicht ist bis etwa fünf Knoten Windgeschwindigkeit laminar, darüber turbulent.
In einer laminaren Strömung fließen die Moleküle in stabilen, horizontalen Schichten über eine Oberfläche. Es findet kein Austausch zwischen diesen Schichten und somit auch keine Vertikalbewegung der Moleküle statt. Die Fließgeschwindigkeit direkt an der Oberfläche ist fast null und nimmt, bis etwa zehn Meter Höhe, rasch zu. Oberhalb dieser zehn Meter ist der Geschwindigkeitsanstieg dann nicht mehr so deutlich. Optisch könnte man eine laminare Strömung beispielsweise am Rauch eines Schornsteins erkennen, der eine strichförmige, eng begrenzte, waagrechte Rauchfahne erzeugt. Auch das Modell des Baches, der langsam fließt, ist vorstellbar. Hier ist das fließende Wasser klar. Die Partikel am Grund werden nicht aufgewirbelt. Bei einer turbulenten Strömung wirbeln die Moleküle dreidimensional und ungerichtet über die Fläche. Es gibt keine gravierenden Geschwindigkeitsänderungen in verschiedenen, vom Segler nutzbaren Höhen. Die Rauchfahne eines Schornsteins würde sich hier keilförmig ausbreiten.
