Tujuan Insktruksional KhususSetelah mengikuti materi ini, mahasiswa
mampu mengemukakan secara deskriptif tentang konsep dasar “Differential Heating” serta sirkulasi udara skala Global dan Lokal
08/05/23 2
Sub-Pokok Bahasan
Skala Gerak AtmosferKonsep “Differential Heating”Konsep Sirkulasi ThermalSistem Angin LokalSirkulasi Global
08/05/23 3
Skala Gerak AtmosferUkuran Skala Nama
Lebih dari 20.000 km Makro- Skala Planeter
2.000 – 20.000 km Makro- Skala Sinoptik
200 – 2.000 km Meso- Skala Meso
20 – 200 km Meso- Skala Meso
2 – 20 km Meso- Skala Meso
200 m – 2 km Mikro- Turbulensi di lapisan-batas atmosfer
20 – 200 m Mikro- Turbulensi di sub-lapisan
2 – 20 m Mikro- Turbulensi inersial
08/05/23 5
Skala Meteorologi Skala pengukuranFenomena yang terkait
Skala Rincian Horizontal Vertikal
Skala mikro Mikro-Mikro-
200 m – 2 km20 m – 200 m Permukaan – 100 m
- turbulensi kecil- laju penurunan suhu
permukaan- efek gesekan - boundary layer- efek topografi
Skala meso (antar stasiun cuaca)
Beberapa jam – beberapa hari
1 km -100 km(kota kecil, kota besar, pengendalian polusi udara)
Permukaan - 1 km
- turbulensi besar, - angin darat – angin
laut- urban heat island- angin lembah-
gunung
Skala Sinoptik(cyclonic scale)
Beberapa hari – beberapa minggu
Negara dan benua (100-5000 km*)
Permukaan - 15 km
- sistem badai- pembentukan awan,- front- siklon-antisiklon
Skala Makro(Global)
Beberapa hari – beberapa tahun
100 km - hemisphere Permukaan – 20 km - Gelombang baratan
SKALA GERAK ATMOSFER(Sumber: Schnelle dan Dey ( 2000) ; Lutgens dan Tarbuck (1982))
08/05/23 6
Skala Gerak AtmosferSkala waktu [T] untuk berbagai fenomena
dapat ditentukan oleh skala horizontal [L] melalui relasi
Dengan a = 1 det/m
LaT
08/05/23 8
Soal -1
Tentukan skala waktu untuk a. Turbulen skala mikro berdiameter 1 meter.b. Tornado dengan radius angin sekitar 100 meterc. Gelombang Kevin dengan panjang gelombang zonal 10.000 km
08/05/23 9
Differential Heating Sirkulasi global (sirkulasi umum) dikendalikan oleh keseimbangan antara incoming radiation dan outgoing radiation. Differential Heating : perbedaan pemanasan antara dua tempat dalam ruang
08/05/23 11
Distribusi Temperatur MeridionalDalam rata-rata setahun, SST di daerah
ekuator lebih hangat dari pada daerah kutub
08/05/23 12
Distribusi Temperatur MeridionalGradien temperatur secara meridional di
permukaan (biru) dan di ketinggian 15 km (biru muda)
z = 0 km
z = 15 km
lintang
08/05/23 13
Radiative ForcingsKurva variasi meridional fluks radiasi yang
datang (F-in) dan fluks radiasi yang keluar (F-out) surplus
F F-in
F- out
defisit defisit08/05/23 14
Radiative ForcingPerbedaan antara F-in dan F-out tidak lain
adalah “Differential Heating Radiative” Tampak bahwa perbedaan radiasi yang datang
dan radiasi yang keluar (F-netto) bernilai positif di kawasan tropis dan bernilai negatif di luar tropis
Ketidak seimbangan radiatif yang digambarkan pada grafik tersebut harus dikompensasikan oleh sirkulasi atmosferik dan oseanik
08/05/23 16
Radiative ForcingTotal transport panas (dalam Watt) yang
dibutuhkan untuk mengkompensasi radiasi oleh sirkulasi atmosferik dan oseanik
Lintang
08/05/23 17
Radiative Forcing
Dari gambar tampak bahwa akibat sirkulasi atmosferik maupun oseanik, energi banyak dialirkan masuk ke lintang menengah dari pada yang keluar, sehingga terdapat netto pemanasan yang mengkompensasikan pendinginan radiatif di lintang tersebut.
08/05/23 18
Radiative Forcing
Secara umum......Jika terdapat perbedaan “differential heating” secara horizontal, maka akan terjadi kompensasi panas oleh gerakan fluida, dimana panas itu akan mengalir dari daerah surplus ke daerah defisit, sehingga di daerah defisit terjadi pemanasan
08/05/23 19
Karakteristik Termal Karakteristik termal air : panas yang diserap
tidak langsung digunakan untuk meningkatkan suhu, tetapi didistribusikan melalui mekanisme konveksi, materi ikut bergerak
Karakteristik termal daratan : panas yang diserap digunakan untuk meningkatkan suhu, mekanisme distribusi panas melalui konduksi, materi tidak ikut bergerak
Pengaruh kemiringan permukaan (topografi): Lereng lebih dulu dipanaskan dibanding lembah
08/05/23 21
Sirkulasi Termal
Udara cenderung mengembang
Udara cenderung mengendap
1000 mb
988 mb
986 mb
08/05/23 22
Sirkulasi termal
Dari gambar tampak bahwa udara mengalami sirkulasi
Pada kolom lapisan yang hangat, udara naik (rises), sedangkan pada lapisan yang dingin, udara turun (sinks).
08/05/23 23
Sistem Angin LokalMerupakan sistem angin yang terjadi dalam
skala meso-.Sistem angin lokal yang terkenal, yang akan
dibahas 1. Angin Darat dan Angin Laut2. Angin Gunung dan Angin Lembah3. Angin Foehn (Angin Chinok)
08/05/23 25
Angin Laut dan Angin Darat Sejumlah radiasi matahari yang diserap
lautan akan didistribusikan lebih luas baik horizontal maupun vertikal daripada daratan dengan jumlah radiasi sama, karena adanya pencampuran dalam kolom air.Lautan : konveksi Daratan : konduksi
08/05/23 27
Angin Laut dan Angin Darat radiasi matahari maksimum:
perbedaan suhu paling besar antara daratan dan lautan, daratan lebih hangat dibanding lautan.
radiasi minimum :permukaan lautan lebih hangat dibanding daratan, tetapi perbedaan suhu di antara keduanya tidak sebesar pada musim panas.
08/05/23 28
Angin Lembah
Selama siang hari, sinar matahari menghangatkan lembah, sehingga udara di lembah akan menghangat
Udara yang hangat ini menjadi ringan dari pada udara di atas lembah, sehingga udara bergerak dari lembah menuju ke puncak gunung, yang dikenal sebagai angin lembah
08/05/23 31
Angin Gunung
Sedangkan pada malam hari, lembah lebih cepat mendingin, dari pada di tempat yang lainnya, sehingga udara di lembah lebih dingin. Akhirnya udara bergerak dari puncak gunung ke kaki gunung, disebut sebagai angin gunung
08/05/23 33
Angin Chinok (Foehn) Angin
Kumbang Angin
Gending Angin
Bohorok Angin
Brubu
Chinook : rocky mountain; Foehn : peg Alpen
Rainshadow effect : 08/05/23 34
Angin Chinok (Foehn)
Angin Foehn merupakan angin kering dan hangat yang turun di sisi leeward dari sebuah gunung atau bukit.
Angin ini terjadi ketika angin horizontal yang kuat mengalir melalui gunung.
Sebagai contoh lihat gambar
08/05/23 35
Mekanisme terbentuknya Angin FoehnMisalkan angin baratan yang kuat mengalir
melalui barisan pegunungan dari utara ke selatan
Kondisi seperti ini akan menghasilkan palung tekanan rendah di sisi timur dari gunung, yang kemudian palung tekanan rendah ini akan memaksa udara untuk turun ke bawah di sisi sebelah timur gunung seperti ditunjukan pada gambar
08/05/23 37
Mekanisme terbentuknya angin FoehnKetika udara tersebut turun disisi sebelah
timur gunung, maka ia mengalami kompresi dan menghangat.
Sehingga sumber penghangatan udara pada angin foehn (chinok) adalah pemanasan kompresi (compresional heating)
08/05/23 38
Mekanisme pembentukan Angin Foehn
Ketika terjadi awan dan presipitasi di sisi windward gunung, maka hal tersebut dapat meningkatkan temperatur chinok, yaitu bahwa panas laten yang dilepaskan dalam awan akan memberikan suplemen bagi compresional heating di sisi leeward gunung.
08/05/23 39
Mekanisme angin FoehnHal ini menyebabkan udara yang turun di
kaki gunung lebih hangat dari pada udara yang naik di sisi sebelah barat gunugn
Selain itupun, udara yang turun lebih kering, karena uap air sudah mengkondensasi ketika udara naik di sisi windward gunung.
08/05/23 40
Pokok Bahasan Sirkulasi Umum Atmosfer
1. Model Sel Tunggal (Single–Cell Model)2. Model Tiga Sel (Three-Cell Model)
Angin Pasat dan Jet StreamSirkulasi Walker dan El-Nino serta La NinaENSOSirkulasi MonsoonSiklon Tropis
08/05/23 43
Sirkulasi Umum AtmosferSirkulasi umum menyatakan gerakan aliran
udara secara rata-rata (umum) di dunia. Sedangkan angin aktual bisa bervariasi pada satu tempat dan pada saat yang diberikan.
Penyebab utama yang mengendalikan sirkulasi umum adalah adanya pemanasan yang tidak sama di permukaan bumi
08/05/23 45
Sirkulasi umumDi tropis mendapat kelimpahan energi
radiatif, sedangkan di kutub mengalami kerkurangan energi radiatif
Sehingga untuk menyeimbangkannya , maka atmosfer mentrasportasikan udara yang hangat di tropis ke kutub, dan mentransportasikan udara yang dingin di kutub ke tropis
08/05/23 46
Model Sel TunggalAsumsi
1. permukaan bumi serba sama 2. matahari selalu di ekuator3. bumi tidak berotasi
Model sirkulasi yang sederhana ini disebut sebagai sel Hadley.
Walaupun sederhana, model ini tidak ada dalam realitasnya
08/05/23 49
Model Tiga Sel Karena bumi berotasi, maka sistem konveksi
sederhana akan pecah menjadi barisan sel-sel.
Meskipun lebih kompleks dari pada model sel tunggal, akan tetapi masih ada beberapa kemiripan, yaitu : surplus energi di derah tropis, dan defisit energi di kutub
08/05/23 52
Model Tiga SelDari ekuator ke lintang 30, dan dari lintang 60 ke
kutub, sirkulasi bersesuaian dengan model sel Hadley
Sepanjang sabuk ekuatorial, udara menghangat, dan gradien tekanan horizontal lemah sehingga anginpun lemah (daerah yang demikian disebut DOLDRUMS)
Udara yang hangat di sabuk ekuator ini kemudian naik, mengkondensasi membentuk awan-awan Cumulus yang besar (Cb).
panas laten yang dilepaskan akibat formasi awan-awan Cb secara besar-besaran ini memberikan energi yang cukup untuk mengendalikan sel Hadley
08/05/23 53
Model Tiga SelUdara yang naik ini akan mencapai
tropopause yang berperan seperti barrier, sehingga udara bergerak secara lateral ke kutub.
Gaya Coriolis akan membelokkan gerak udara tersebut, sehingga menjadi angin baratan (Jet Stream) di lintang 30 BBU dan 30 BBS pada tropopause
08/05/23 54
PenjelasanUdara yang bergerak ke kutub dari ekuator
ini mengalami pendinginan secara radiatif. Akibat pendinginan ini, udara akan menjadi lebih berat, sehingga ketika mendekati lintang menengah, udara ini mulai konvergen.
Konvergensi ini akan menaikan massa udara di permukaan, sehingga di tekanan permukaan bertambah di sabuk lintang 30
08/05/23 55
Penjelasan Kemudian karena ada beda tekanan
permukaan, maka udara di permukaan bergerak dari lintang menengah ke ekuator, dan mengalami penghangatan.
Gaya coriolis membelokan gerak udara tersebut, sehingga udara bergerak dari timur laut di BBU dan tenggara di BBS (angin pasat/Trade Winds)
08/05/23 56
PenjelasanDi dekat ekuator, terdapat pertemuan dua
angin pasat, yaitu angin pasat timur laut dan angin pasat tenggara, yang membentuk pita daerah konvergensi. Pita daerah konvegensi ini di sebut sebagai Intertropical Convergence Zone (ITCZ)
08/05/23 57
Model Tiga SelDi lintang 30, tidak semua udara di
permukaan bergerak ke ekuator, tapi sebagian bergerak ke kutub dan mengalami defleksi akibat gaya coriolis, menghasilkan aliran baratan di kedua belahan bumi pada lintang 60.
Di lintang 60, gerakan massa udara dari lintang 30 bertemu dengan gerak massa udara dari kutub yang disebut Polar Front
08/05/23 60
Model Tiga SelKonvergensi dari 2 massa udara ini
membentuk pita tekanan rendah sub-polar (Subpolar low), dimana udara naik dan awan –awan badai terbentuk.
Ketika udara mencapai tropopause, maka sebagian kembali ke lintang 30 dan sebagian lagi kembali ke kutub. Kemudian di masing-masing lintang tersebut udara turun ke permukaan. Demikian seterusnya
08/05/23 61
Pengaruh permukaan bumi terhadap model tiga selModel tiga sel diatas masih mengasumsikan
bahwa permukaan bumi itu homogen.Faktanya : permukaan bumi tidak homogen.
[permukaan bumi itu terdiri atas daratan dan lautan, maka permukaan bumi ini berinteraksi antara model tiga sel]
08/05/23 63
Pada bulan Januari di BBUAdanya kontras antara daratan dan lautanTerdapat 4 sistem tekanan semipermanen
1. Bermuda high (Azores high)2. Pacific high[keduanya merupakan zona antisiklon subtropis]3. Icelandic low4. Aleutian low[keduanya merupakan zona siklonik di subpolar]
08/05/23 66
Pada Bulan Januari di BBUSelain itu terdapat 1 sistem tekanan yang
tidak semipermanen yang terbentuk akibat pendinginan yang intensif di daratan 1. Siberian high (di Cina)
08/05/23 67
Pada bulan januari di BBSJumlah daratan sangat sedikit dibandingkan
dengan lautan-nya, akibatnya tidak ada kontras antara daratan dan lautan. Sehingga subtropical high sesuai dengan yang didefinisikan oleh model sirkulasi 3 sel.
Di subpolar: pola tekanan rendah terbentang sepanjang pita keliling bumi di 60LS
08/05/23 68
Pada bulan juliDi BBUSecara umum, terdapat pusat-pusat tekanan
rendah di benua, seperti menggantikan pola pusat-pusat tekanan tinggi pada saat januari.
Diatas samudera, pola tekanan tinggi cenderung tetap seperti di bulan januari
Di BBSTerdapat barisan pola-pola tekanan tinggi di
subtropis dan mirip seperti model 3 sel
08/05/23 70
Perbandingan pola januari dan pola juli
Pola tekanan rendah di sub-polar terbentuk sangat kuat pada saat januari di BBU
Pola tekanan tinggi sub-tropis dominan di kedua belahan bumi
Posisi ITCZ bergeser mengikuti posisi matahari, yaitu ITCZ di BBS pada saat Januari, dan di BBU pada saat Juli
08/05/23 71
Sistem Angin Monsun Merupakan sistem angin skala sinoptik yang
berubah arahnya secara musiman: arah angin berbeda pada saat winter dan summer
Mekanisme angin monsun mirip dengan pembentukan angin darat – laut, hanya ketika udara bergerak, maka gaya coriolis akan bekerja pada gerak udara tersebut.
08/05/23 73
Winter Monsoon di AsiaSelama winter, maka udara diatas benua
Siberia lebih dingin dari pada udara di atas samudera Hindia dan laut cina selatan, dan membentuk tekanan tinggi dalam daerah yang cukup luas di atas benua Siberia
Akibatnya udara bergerak dari siberia ke samudera Hindia. Selama pergerakan ini, udara dibelokkan ke kanan akibat gaya coriolis.
08/05/23 77
Winter Monsoon di Asiakarena massa udara terbentuknya adalah
massa udara yang dingin dan kering, maka winter monsoon ini memberikan musim kering dari timur hingga ke selatan Asia.
08/05/23 78
Summer Monsoon di AsiaPada saat summer, maka terjadi sebaliknya,
sehingga udara bergerak dari samudera hindia dan laut cina selatan ke benua siberia
Udara ini hangat dan kaya akan uap air (karena berasal dari samudera), sehingga di Asia timur hingga selatan mengalami musim basah
08/05/23 79