SIRKULASI ATMOSFER 28112020 1 Tujuan Insktruksional Khusus Setelah

SIRKULASI ATMOSFER 28/11/2020 1

Tujuan Insktruksional Khusus Setelah mengikuti materi ini, mahasiswa mampu mengemukakan secara deskriptif tentang konsep dasar “Differential Heating” serta sirkulasi udara skala Global dan Lokal 28/11/2020 2

Sub-Pokok Bahasan Skala Gerak Atmosfer Konsep “Differential Heating” Konsep Sirkulasi Thermal Sistem Angin Lokal Sirkulasi Global 28/11/2020 3

Skala Gerak Atmosfer 28/11/2020 4

Skala Gerak Atmosfer Ukuran Skala 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 28/11/2020 Nama 5

SKALA GERAK ATMOSFER (Sumber: Schnelle dan Dey ( 2000) ; Lutgens dan Tarbuck (1982)) Skala Meteorologi Skala mikro Rincian Mikro- Skala pengukuran Horizontal 200 m – 2 km 20 m – 200 m Skala meso (antar stasiun cuaca) 1 km -100 km Beberapa jam (kota kecil, – beberapa kota besar, hari pengendalian polusi udara) Skala Sinoptik (cyclonic scale) Beberapa hari – beberapa minggu Negara dan benua (1005000 km*) Skala Makro (Global) Beberapa hari – beberapa tahun 100 km hemisphere 28/11/2020 Fenomena yang terkait Vertikal - Permukaan – 100 m - Permukaan - 1 km - turbulensi kecil laju penurunan suhu permukaan efek gesekan boundary layer efek topografi turbulensi besar, angin darat – angin laut urban heat island angin lembahgunung Permukaan - 15 km - sistem badai pembentukan awan, front siklon-antisiklon Permukaan – 20 km - Gelombang baratan 6

Skala Gerak Atmosfer Gambar 3 skala gerak atmosfer 28/11/2020 7

Skala Gerak Atmosfer Skala waktu [T] untuk berbagai fenomena dapat ditentukan oleh skala horizontal [L] melalui relasi Dengan a = 1 det/m 28/11/2020 8

Soal -1 Tentukan skala waktu untuk a. Turbulen skala mikro berdiameter 1 meter. b. Tornado dengan radius angin sekitar 100 meter c. Gelombang Kevin dengan panjang gelombang zonal 10. 000 km 28/11/2020 9

Differential Heating 28/11/2020 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 28/11/2020 11

Distribusi Temperatur Meridional Dalam rata-rata setahun, SST di daerah ekuator lebih hangat dari pada daerah kutub 30 25 20 Suhu (C) 15 10 5 0 -5 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 -90 -15 28/11/2020 Lintang 12

Distribusi Temperatur Meridional Gradien temperatur secara meridional di permukaan (biru) dan di ketinggian 15 km (biru muda) 0. 015 z = 0 km 0. 01 0. 005 0 z = 15 km 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 -90 -0. 005 -0. 01 lintang -0. 015 28/11/2020 13

Radiative Forcings Kurva variasi meridional fluks radiasi yang datang (Fin) dan fluks radiasi yang keluar (F-out) surplus 14 12 F 10 F-in 8 F- out 6 4 2 0 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 defisit 28/11/2020 0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 -40 -45 -50 -55 -60 -65 -70 -75 -80 -85 -90 defisit 14

Radiative Forcings Netto radiasi Fnet = Fin – Fout dalam (GW/m) 2. 5 2 1. 5 SURPLUS 1 0. 5 0 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 -0. 5 DEFISIT 0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 -40 -45 -50 -55 -60 -65 -70 -75 -80 -85 -90 DEFISIT -1 -1. 5 28/11/2020 15

Radiative Forcing Perbedaan 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 28/11/2020 16

Radiative Forcing Total transport panas (dalam Watt) yang dibutuhkan untuk mengkompensasi radiasi oleh sirkulasi atmosferik dan oseanik 6 4 2 0 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 -40 -45 -50 -55 -60 -65 -70 -75 -80 -85 -90 -2 -4 -6 Lintang -8 28/11/2020 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. 28/11/2020 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 28/11/2020 19

Konsep Sirkulasi Termal 28/11/2020 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 28/11/2020 21

Sirkulasi Termal 986 mb Udara cenderung mengendap 988 mb Udara cenderung mengembang 1000 mb 28/11/2020 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). 28/11/2020 23

Sistem Angin Lokal 28/11/2020 24

Sistem Angin Lokal Merupakan sistem angin yang terjadi dalam skala meso-. Sistem angin lokal yang terkenal, yang akan dibahas 1. Angin Darat dan Angin Laut 2. Angin Gunung dan Angin Lembah 3. Angin Foehn (Angin Chinok) 28/11/2020 25

Angin Laut dan Angin Darat 28/11/2020 26

Angin Laut dan Angin Darat v 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 28/11/2020 27

Angin Laut dan Angin Darat v radiasi matahari maksimum: perbedaan suhu paling besar antara daratan dan lautan, daratan lebih hangat dibanding lautan. v radiasi minimum : permukaan lautan lebih hangat dibanding daratan, tetapi perbedaan suhu di antara keduanya tidak sebesar pada musim panas. 28/11/2020 28

28/11/2020 29

ANGIN GUNUNG-LEMBAH 28/11/2020 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 28/11/2020 31

28/11/2020 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 28/11/2020 33

Angin Chinok (Foehn) v Angin Kumbang v Angin Gending v Angin Bohorok v Angin Brubu Chinook : rocky mountain; Foehn : peg Alpen Rainshadow effect : 28/11/2020 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 28/11/2020 35

Mekanisme Angin Chinok barat. 28/11/2020 timur 36

Mekanisme terbentuknya Angin Foehn Misalkan 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 28/11/2020 37

Mekanisme terbentuknya angin Foehn Ketika 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) 28/11/2020 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. 28/11/2020 39

Mekanisme angin Foehn Hal 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. 28/11/2020 40

Angin Chinok (Foehn) A chinook wall cloud forming over the Colorado Rockies (viewed from the plains) 28/11/2020 41

Sistem angin global 28/11/2020 42

Pokok Bahasan Sirkulasi Umum Atmosfer 1. Model Sel Tunggal (Single–Cell Model) 2. Model Tiga Sel (Three-Cell Model) Angin Pasat dan Jet Stream Sirkulasi Walker dan El-Nino serta La Nina ENSO Sirkulasi Monsoon Siklon Tropis 28/11/2020 43

Sirkulasi Umum 28/11/2020 44

Sirkulasi Umum Atmosfer Sirkulasi 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 28/11/2020 45

Sirkulasi umum Di 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 28/11/2020 46

1. Model Sel Tunggal 28/11/2020 47

Model Sel Tunggal 28/11/2020 48

Model Sel Tunggal Asumsi 1. permukaan bumi serba sama 2. matahari selalu di ekuator 3. bumi tidak berotasi Model sirkulasi yang sederhana ini disebut sebagai sel Hadley. Walaupun sederhana, model ini tidak ada dalam realitasnya 28/11/2020 49

2. Model Tiga Sel 28/11/2020 50

Model Tiga Sel Ferrel cell 28/11/2020 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 28/11/2020 52

Model Tiga Sel Dari 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 Cb secara besar-besaran ini memberikan energi yang cukup untuk mengendalikan sel Hadley 28/11/2020 53

Model Tiga Sel Udara 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 28/11/2020 54

Penjelasan Udara 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 28/11/2020 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) 28/11/2020 56

Penjelasan Di 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) 28/11/2020 57

Model tiga sel 28/11/2020 58

28/11/2020 59

Model Tiga Sel Di 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 28/11/2020 60

Model Tiga Sel Konvergensi 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 28/11/2020 61

Sirkulasi Umum (model tiga sel) 28/11/2020 62

Pengaruh permukaan bumi terhadap model tiga sel Model 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] 28/11/2020 63

Pengaruh permukaan bumi terhadap model 3 sel (Gb. b) 28/11/2020 64

28/11/2020 65

Pada bulan Januari di BBU Adanya kontras antara daratan dan lautan Terdapat 4 sistem tekanan semipermanen 1. Bermuda high (Azores high) 2. Pacific high [keduanya merupakan zona antisiklon subtropis] 3. Icelandic low 4. Aleutian low [keduanya merupakan zona siklonik di subpolar] 28/11/2020 66

Pada Bulan Januari di BBU Selain itu terdapat 1 sistem tekanan yang tidak semipermanen yang terbentuk akibat pendinginan yang intensif di daratan 1. Siberian high (di Cina) 28/11/2020 67

Pada bulan januari di BBS Jumlah 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 60 LS 28/11/2020 68

Pada bulan Juli 28/11/2020 69

Pada bulan juli Di BBU Secara 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 BBS Terdapat barisan pola-pola tekanan tinggi di subtropis dan mirip seperti model 3 sel 28/11/2020 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 28/11/2020 71

Perubahan posisi ITCZ 28/11/2020 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. 28/11/2020 73

Zona Angin Monsun 28/11/2020 74

28/11/2020 75

28/11/2020 76

Winter Monsoon di Asia Selama 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. 28/11/2020 77

Winter Monsoon di Asia karena massa udara terbentuknya adalah massa udara yang dingin dan kering, maka winter monsoon ini memberikan musim kering dari timur hingga ke selatan Asia. 28/11/2020 78

Summer Monsoon di Asia Pada 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 28/11/2020 79

Terimakasih 28/11/2020 80