08/05/23 1

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

08/05/23 4

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 AtmosferGambar 3 skala gerak atmosfer

08/05/23 7

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

08/05/23 10

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 Forcings

08/05/23 15

Netto radiasi Fnet = Fin – Fout dalam (GW/m)

SURPLUS

DEFISIT DEFISIT

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

08/05/23 20

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

08/05/23 24

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

08/05/23 26

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

08/05/23 29

ANGIN GUNUNG-LEMBAH

08/05/23 30

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

08/05/23 32

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 Angin Chinok

barat. timur08/05/23 36

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

A chinook wall cloud forming over the Colorado Rockies (viewed from the plains)

08/05/23 41

08/05/23 42

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

08/05/23 44

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

08/05/23 47

Model Sel Tunggal

08/05/23 48

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

08/05/23 50

Model Tiga Sel

Ferrel cell

Ferrel cell

08/05/23 51

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 sel

08/05/23 58

08/05/23 59

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

Sirkulasi Umum (model tiga sel)

08/05/23 62

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

Pengaruh permukaan bumi terhadap model 3 sel (Gb.b)

08/05/23 64

08/05/23 65

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 Juli

08/05/23 69

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

Perubahan posisi ITCZ

08/05/23 72

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

Zona Angin Monsun

08/05/23 74

08/05/23 75

08/05/23 76

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

08/05/23 80