Meteorologi GFM211 Dinamika Atmosfer1 Sistem Gaya Atmosfer 28112020

  • Slides: 49
Download presentation
Meteorologi (GFM-211) Dinamika Atmosfer-1 Sistem Gaya Atmosfer 28/11/2020 1

Meteorologi (GFM-211) Dinamika Atmosfer-1 Sistem Gaya Atmosfer 28/11/2020 1

Tujuan Insktruksional Khusus Setelah mengikuti materi ini, mahasiswa diharapkan dapat mengemukakan secara deskriptif dan

Tujuan Insktruksional Khusus Setelah mengikuti materi ini, mahasiswa diharapkan dapat mengemukakan secara deskriptif dan menghitung besar gaya-gaya penggerak atmosfer 28/11/2020 2

Pendahuluan Energi radiasi tidak merata secara horizontal di permukaan bumi: Variasi antar lintang =

Pendahuluan Energi radiasi tidak merata secara horizontal di permukaan bumi: Variasi antar lintang = efek musim Variasi akibat perbedaan penyerapan oleh permukaan bumi 28/11/2020 3

Pendahuluan – Insolation 28/11/2020 4

Pendahuluan – Insolation 28/11/2020 4

RADIASI Pendahuluan. FLUKS Insolation fluks 28/11/2020 5

RADIASI Pendahuluan. FLUKS Insolation fluks 28/11/2020 5

Ketebalan Lapisan Atmosfer (Persamaan Hipsometerik) 28/11/2020 6

Ketebalan Lapisan Atmosfer (Persamaan Hipsometerik) 28/11/2020 6

Ketebalan lapisan udara Akibat pemanasan yang berbeda, maka lapisan udara mempunyai ketebalan yang berbeda

Ketebalan lapisan udara Akibat pemanasan yang berbeda, maka lapisan udara mempunyai ketebalan yang berbeda 28/11/2020 7

Ketebalan lapisan udara Ketebalan kolom udara akibat pemanasan diberikan oleh : z 2 p

Ketebalan lapisan udara Ketebalan kolom udara akibat pemanasan diberikan oleh : z 2 p 2 T dimana : z 1 ketinggian isobar p 1 z 2 ketinggian isobar p 2 T adalah suhu rata-rata kolom udara 28/11/2020 z 1 p 1 8

Ketebalan lapisan udara Dari persamaan tersebut, maka dapat kita simpulkan bahwa ketebalan antara dua

Ketebalan lapisan udara Dari persamaan tersebut, maka dapat kita simpulkan bahwa ketebalan antara dua permukaan isobar lebih tebal pada suhu lapisan yang hangat dari pada suhu lapisan yang dingin 28/11/2020 9

Dinamika Atmosfer 28/11/2020 10

Dinamika Atmosfer 28/11/2020 10

Dinamika Atmosfer Dinamika atmosfer adalah studi tentang gerak angin, yaitu gerakan udara secara horizontal,

Dinamika Atmosfer Dinamika atmosfer adalah studi tentang gerak angin, yaitu gerakan udara secara horizontal, dan gaya-gaya yang mengendalikannya. Gaya-gaya ini dapat menyebabkan sebuah objek seperti parsel udara mengalami percepatan atau perlambatan, sehingga dapat menciptakan angin atau membelokan atau mengubah angin 28/11/2020 11

Dinamika Atmosfer Karena dinamika atmosfer merupakan studi tentang gerak angin horizontal dan gaya yang

Dinamika Atmosfer Karena dinamika atmosfer merupakan studi tentang gerak angin horizontal dan gaya yang bekerja padanya, maka dalam gerak atmosfer memenuhi Hukum Mekanika Newtonian 28/11/2020 12

Hukum Gerak Newton 28/11/2020 13

Hukum Gerak Newton 28/11/2020 13

Hukum 1 Newton “ Setiap objek cenderung untuk diam atau bergerak beraturan dalam lintasan

Hukum 1 Newton “ Setiap objek cenderung untuk diam atau bergerak beraturan dalam lintasan lurus, selama tidak ada gaya yang bekerja pada objek tersebut. ” 28/11/2020 14

Hukum 2 Newton Laju perubahan momentum sebuah objek terhadap waktu sama dengan resultan gaya

Hukum 2 Newton Laju perubahan momentum sebuah objek terhadap waktu sama dengan resultan gaya -gaya yang bekerja pada objek tersebut. 28/11/2020 15

Hukum 2 Newton Jika p adalah momentum objek dan F adalah gaya yang bekerja

Hukum 2 Newton Jika p adalah momentum objek dan F adalah gaya yang bekerja pada objek, maka Karena massanya konstan, maka 28/11/2020 16

Hukum 2 Newton Dalam kasus fluida seperti atmosfer, maka lebih baik digunakan persepektif Eulerian

Hukum 2 Newton Dalam kasus fluida seperti atmosfer, maka lebih baik digunakan persepektif Eulerian dalam menyatakan hukum 2 Newton. Hal ini dilakukan untuk mengetahui nilai kecepatan angin disuatu titik pada waktu mendatang (keperluan peramalan) 28/11/2020 17

Hukum 2 Newton Karenanya, maka jika di suatu titik diketahui laju angin zonal dan

Hukum 2 Newton Karenanya, maka jika di suatu titik diketahui laju angin zonal dan meridional pada saat t adalah u(t) dan v(t), maka laju angin zonal dan meridional pada saat t + t di titik tersebut adalah 28/11/2020 18

Contoh Soal-1 Jika diketahui N/kg bekerja pada udara yang awalnya diam, maka tentukan laju

Contoh Soal-1 Jika diketahui N/kg bekerja pada udara yang awalnya diam, maka tentukan laju angin setelah 10 menit kemudian. 28/11/2020 19

Hukum 3 Newton “ Untuk setiap gaya aksi, maka akan terdapat gaya reaksi yang

Hukum 3 Newton “ Untuk setiap gaya aksi, maka akan terdapat gaya reaksi yang besarnya sama tetapi arahnya berlawanan. ” 28/11/2020 20

Hukum 3 Newton Perhatikan gambar B 28/11/2020 A 21

Hukum 3 Newton Perhatikan gambar B 28/11/2020 A 21

Gaya-gaya yang bekerja pada gerak atmosfer 28/11/2020 22

Gaya-gaya yang bekerja pada gerak atmosfer 28/11/2020 22

Gaya-gaya yang bekerja pada gerak atmosfer 1. Gaya Gradien Tekanan (Fp) 2. Gaya Adveksi

Gaya-gaya yang bekerja pada gerak atmosfer 1. Gaya Gradien Tekanan (Fp) 2. Gaya Adveksi (FAD) 3. Gaya Gesekan Turbulen (Drag-turbulent) 4. Gaya Sentrifugal (Fsf ) 5. Gaya Coriolis (Fc). 28/11/2020 23

1. Gaya Gradien Tekanan Disebabkan karena adanya beda tekanan antara dua titik. Gaya ini

1. Gaya Gradien Tekanan Disebabkan karena adanya beda tekanan antara dua titik. Gaya ini berarah dari tekanan tinggi ke tekanan rendah, dan tegak lurus isobar. 1020 mb Tekanan tinggi 1016 mb 1012 mb Gradien tekanan rendah Gradien tekanan tinggi Tekanan rendah Hanya gaya gradien tekanan-lah yang dapat mengendalikan angin horizontal di atmosfer 28/11/2020 24

Gaya gradien tekanan Dalam komponen horizontal (yaitu zonal dan meridonal), gaya gradien tekanan diberikan

Gaya gradien tekanan Dalam komponen horizontal (yaitu zonal dan meridonal), gaya gradien tekanan diberikan oleh Komponen zonal Komponen meridional 28/11/2020 25

Contoh Soal-2 Diketahui titik A mempunyai tekanan 100, 1 k. Pa dan titik B

Contoh Soal-2 Diketahui titik A mempunyai tekanan 100, 1 k. Pa dan titik B berjarak 100 km di utara dari titik A mempunyai tekanan 100 k. Pa. Tentukan besar dan arah gaya gradien tekanan, jika densitas udara 1, 20 kg/m 3. 28/11/2020 26

Contoh soal-3 Gambarkan vektor gaya gradien tekanan pada gambar di bawah ini 28/11/2020 27

Contoh soal-3 Gambarkan vektor gaya gradien tekanan pada gambar di bawah ini 28/11/2020 27

2. Gaya Adveksi Angin tidak hanya dapat mentrasportasikan perbedaan temperatur, kelembaban, atau massa udara

2. Gaya Adveksi Angin tidak hanya dapat mentrasportasikan perbedaan temperatur, kelembaban, atau massa udara dari satu lokasi ke lokasi yang lain, akan tetapi angin juga dapat mentransportasikan perbedaan momentum dari satu lokasi ke lokasi yang lain. 28/11/2020 28

Gaya Adveksi Karena momentum persatuan massa adalah kecepatan, maka angin dapat meniupkan perbedaan angin

Gaya Adveksi Karena momentum persatuan massa adalah kecepatan, maka angin dapat meniupkan perbedaan angin dari satu lokasi ke lokasi yang lain : inilah yang dimaksud dengan gaya advektif 28/11/2020 29

Gaya Adveksi Komponen horizontal dari gaya advektif diberikan oleh 28/11/2020 30

Gaya Adveksi Komponen horizontal dari gaya advektif diberikan oleh 28/11/2020 30

Contoh Soal-4 Kota A berada pada jarak 250 km di utara kota B. Jika

Contoh Soal-4 Kota A berada pada jarak 250 km di utara kota B. Jika angin di kota A adalah u = 8 m/s, v = 3 m/s dan angin di kota B adalah u = 5 m/s, v = 5 m/s, maka tentukan besar gaya adveksi persatuan massa 28/11/2020 31

3. Gaya Drag Turbulent Di permukaan bumi, gerak udara mengalami hambatan akibat bersentuhan langsung

3. Gaya Drag Turbulent Di permukaan bumi, gerak udara mengalami hambatan akibat bersentuhan langsung dengan termukaan bumi. Hambatan ini disebut sebagai gaya drag turbulent. Gaya ini bertambah dengan bertambahnya laju angin dan arahnya selalu berlawanan dengan arah gerak angin. Gaya ini hanya terjadi di lapisan batas atmosfer 28/11/2020 32

Gaya Drag Turbulen Perhatikan gambar ini z angin Atmosfer-bebas angin Lapisan Batas Atmosfer permukaan

Gaya Drag Turbulen Perhatikan gambar ini z angin Atmosfer-bebas angin Lapisan Batas Atmosfer permukaan bumi 28/11/2020 33

Gaya Drag Turbulen Komponen horizontal dari Gaya drag turbulen pada kedalaman zi di lapisan-batas

Gaya Drag Turbulen Komponen horizontal dari Gaya drag turbulen pada kedalaman zi di lapisan-batas diberikan oleh Dimana w. T adalah laju transport turbulen 28/11/2020 34

Gaya Drag Turbulen Ketentuan untuk w. T Stabil tidak stabil : : adalah laju

Gaya Drag Turbulen Ketentuan untuk w. T Stabil tidak stabil : : adalah laju angin horizontal CD = 2 x 10 -3 (permukaan halus) CD = 2 x 10 -2 (permukaan kasar) b. D = 1, 83 x 10 -3 w adalah skala apung B 28/11/2020 35

Contoh Soal-5 Tentukan besar gaya drag turbulen persatuan massa pada gerak angin zonal dengan

Contoh Soal-5 Tentukan besar gaya drag turbulen persatuan massa pada gerak angin zonal dengan laju 10 m/s di ketinggian 1 km untuk kondisi lapisanbatas yang a. stabil statis b. tidak stabil statis dengan w. B = 45 m/s 28/11/2020 36

4. Gaya Sentrifugal Gaya ini muncul pada saat bentuk lintasan aliran udara berupa lingkaran

4. Gaya Sentrifugal Gaya ini muncul pada saat bentuk lintasan aliran udara berupa lingkaran atau lengkungan O 28/11/2020 R 37

Gaya Sentrifugal Besarnya diberikan oleh Arah gaya ini selalu tegak lurus menjauhi sumbu rotasi

Gaya Sentrifugal Besarnya diberikan oleh Arah gaya ini selalu tegak lurus menjauhi sumbu rotasi bumi 28/11/2020 38

Contoh soal-5 Sebuah elemen udara bergerak dengan laju tetap 10 m/s mengitari pusat tekanan

Contoh soal-5 Sebuah elemen udara bergerak dengan laju tetap 10 m/s mengitari pusat tekanan rendah. Jika jarak elemen udara dari pusat tekanan rendah tersebut adalah 250 km, maka tentukan besar dan arah gaya sentrifugalnya 28/11/2020 39

5. Gaya Coriolis • Gaya ini muncul akibat rotasi bumi • Arah gaya ini

5. Gaya Coriolis • Gaya ini muncul akibat rotasi bumi • Arah gaya ini horizontal tegak lurus terhadap arah angin, yaitu a. Belahan Bumi Utara : di kanan aliran b. Belahan Bumi Selatan : di kiri aliran 28/11/2020 40

Gaya Coriolis Perhatikan gambar BBU 28/11/2020 BBS 41

Gaya Coriolis Perhatikan gambar BBU 28/11/2020 BBS 41

Gaya Coriolis Bentuk aliran udara yang dipengaruhi oleh Gaya Coriolis (kasus BBU) Non-rotasi 28/11/2020

Gaya Coriolis Bentuk aliran udara yang dipengaruhi oleh Gaya Coriolis (kasus BBU) Non-rotasi 28/11/2020 rotasi 42

Gaya Coriolis Besar komponen gaya coriolis masing- masing dalam arah zonal dan meridional adalah

Gaya Coriolis Besar komponen gaya coriolis masing- masing dalam arah zonal dan meridional adalah Dengan f = 2 sin adalah Parameter Coriolis = 7, 292 x 10 -5 rad/det 28/11/2020 43

Gaya Coriolis 28/11/2020 44

Gaya Coriolis 28/11/2020 44

Contoh Soal 6 Pada lintang 35, 20 LU, hitunglah gaya Coriolis yang bekerja pada

Contoh Soal 6 Pada lintang 35, 20 LU, hitunglah gaya Coriolis yang bekerja pada angin yang sedang bergerak dengan kecepatan a. 10 m/s ke timur b. 10 m/s ke barat 28/11/2020 45

Persamaan Gerak Atmosfer 28/11/2020 46

Persamaan Gerak Atmosfer 28/11/2020 46

Persamaan Gerak Atmosfer Berdasarkan gaya-gaya yang bekerja pada gerak atmosfer, maka persamaan untuk gerak

Persamaan Gerak Atmosfer Berdasarkan gaya-gaya yang bekerja pada gerak atmosfer, maka persamaan untuk gerak atmosfer adalah 28/11/2020 47

Persamaan Gerak Atmosfer Catatan: 1. Gaya gravitasi tidak berperan dalam gerak atmosfer horizontal, akan

Persamaan Gerak Atmosfer Catatan: 1. Gaya gravitasi tidak berperan dalam gerak atmosfer horizontal, akan tetapi gaya gravitasi sangat penting dalam persoalan gerak vertikal, khususnya berkaitan dengan masalah pembentukan awan-awan konvektif 2. Gaya sentrifugal akan diperhitungkan jika lintasan udaranya berupa lingkaran atau bagian dari lingkaran 28/11/2020 48

Terimakasih 28/11/2020 49

Terimakasih 28/11/2020 49