PEMODELAN TLCL DAN TcCL UNTUK KOTA BANDUNG DENGAN MENGGUNAKAN METODA SKEW-T PLOTTING Toni Samiaji Pusat Pemanfaatan Sains Atmosfer dan Iklim, LAPAN ABSTRACT Simple model h a s been made to predict temperature of LCL a n d CCL based on surface dew point data. The method which used is skew-T plotting, i.e. plotting t e m p e r a t u r e a n d dew point profile of radiosonde data on aerogram paper. The data which used is radiosonde sounding data of Bandung in 1992, 1995, 1997 a n d 1999. Model formula which obtained h a s linear form, where surface d e w point stright proportional to LCL a n d CCL temperature. CCL a n d LCL temperature modelling based on surface humidity data h a s been made too, where LCL and CCL temperature perhaps could be approximated by natural logarithmic of surface humidity. LCL temperature h a s good correlation to CCL temperature, and generally form linear and stright proportional. ABSTRAK Telah dilakukan pembuatan model sederhana u n t u k memprediksi s u h u Lifting Condensation Level (LCL) d a n Convective Condensation Level (CCL) berdasarkan data titik e m b u n permukaan. Metoda yang dipakai adalah metoda skew-T plotting yaitu dengan cara memplot profil s u h u d a n titik embun dari d a t a radiosonde pada kertas aerogram. Data yang dipakai adalah data p e l u n c u r a n radiosonde di Bandung t a h u n 1992, 1995, 1997, dan 1999. P e r u m u s a n model yang diperoleh adalah berbentuk linear, yang m a n a titik embun p e r m u k a a n berbanding lurus dengan s u h u LCL dan CCL. Telah pula dibuat pemodelan s u h u LCL dan CCL berdasarkan data kelembaban p e r m u k a a n , yang m a n a s u h u LCL d a n CCL mungkin bisa didekati dengan persamaan logaritma n a t u r a l dari pada kelembaban permukaan. Suhu LCL mempunyai korelasi yang cukup baik terhadap suhu CCL, dan pada umumnya berbentuk linear d a n berbanding lurus. Kata
kunci:
suhu jenuhparcel,
suhu
kondensasiparcel,
skew-Tploting,
model
1 PENDAHULUAN Prediksi TLCL [suhu j e n u h parcel) dan TCCL (suhu kondensasi parcel) dilakukan k a r e n a parameter-parameter tersebut (TLCL d a n TCCL) sangat penting dalam mempelajari mekanisme terjadinya konveksi. Yang m a n a konveksi adalah m e r u p a k a n gambaran bagaimana terjadinya awan k h u s u s n y a awan c u m u l u s . Sedangkan awan di Indonesia u m u m n y a merupakan awan c u m u l u s , k a r e n a Indonesia terletak di equator dan merupakan negara yang kelembabannya c u k u p tinggi. 28
Awan erat kaitannya dengan cuaca, u n t u k memprediksi c u a c a k h u s u s n y a hujan u m u m n y a diperlukan d a t a radiosonde di beberapa lokasi. Dari d a t a radiosonde dengan memplot profil s u h u dan titik embun p a d a kertas aerogram a t a u disebut j u g a Skew-T bisa diperoleh titik LCL dan CCL. Metoda Skew-T ini s u d a h sering dipakai di beberapa negara Amerika d a n Eropa, bahkan sekarang s u d a h dibuat menjadi s u a t u software yang n a m a n y a Raob. Sudah banyak negara yang menggunakan software Raob ini, di Indonesia j u g a BPPT s u d a h menggunakannya, akan tetapi LAPAN belum menggunakannya. Untuk itu penulis masih menggunakan metoda konvensional yaitu dengan cara memplot d a t a radiosonde p a d a kertas aerogram. Pada tulisan ini tidak s e m u a parcel a k a n mengalami j e n u h dengan u a p air atau mengalami kondensasi dari setiap analisa data hasil sounding, tergantung dari lapse rate s u h u potensial d a n lapse rate s u h u potensial b a s a h apakah bernilai negatif, nol atau positif [Rogers R.R., 1976]. Artinya sangat ditentukan oleh kestabilan udara,
bila tidak stabil m a k a terjadilah updraft (parcel naik ke atas) karena bouyancy (gaya apung) hingga mungkin bisa melampaui titik CCL d a n LCL. Tetapi bila u d a r a bersifat stabil m a k a yang terjadi adalah downdraft (angin vertikal ke bawah) sehingga parcel tidak mengalami j e n u h d a n kondensasi, karena bercampur dengan u d a r a luar [Samiaji, 2004]. 2 DATA DAN PENGOLAHANNYA Data yang digunakan dalam penelitian ini adalah data radiosonde u n t u k kota Bandung t a h u n 1992, 1995, 1997 d a n 1999, yang meliputi profil s u h u , tekanan, kelembaban, titik e m b u n d a n ketinggian, semuanya a d a 14 profil (14 peluncuran). Contoh d a t a radiosonde ada pada Lampiran. Data profil s u h u d a n titik e m b u n permukaan diplot di atas kertas aerogram, kemudian dari titik s u h u p e r m u k a a n ditarik garis adiabatik kering sampai memotong garis mixing ratio yang ditarik dari titik e m b u n permukaan. Titik potong ini disebut dengan titik LCL (Lifting Condensation Level), yakni titik dengan parcel mulai menjadi j e n u h dengan u a p air apabila parcel naik secara adiabatik kering [Unisys, 2004, 1998, Roger, 1976, dan TNI AU, 1986]. Pada titik ini bisa dibaca s u h u d a n tekanannya (otomatis ketinggiannya bisa dicari dari d a t a profil hasil peluncuran radiosonde). Selanjutnya parcel dari titik LCL selama naik mengalami proses adiabatik basah. Metoda Skew-T plotting ini d a n penentuan titik LCL bisa dilihat pada Gambar 2-1 [Unisys, 2004]. 29
Skew-T Diagram /Tephigram
Menurut Jeff Haby (2004) dan m e n u r u t Petunjuk Teknis Analisa Sounding, titik CCL ditentukan dengan cara memotongkan garis mixing ratio yang ditarik dari titik e m b u n awal (permukaan) sampai memotong profil s u h u vertikal [Http://www.theweatherprediction.com/habvhints/320/ d a n TNI AU, 1986]. Penentuan titik LCL d a n CCL diperlihatkan p a d a Gambar 2-2. Titik CCL m e r u p a k a n titik kondensasi dengan parcel tersebut diharapkan mulai mengalami kondensasi apabila naik secara adiabatik.
30
Contoh hasil ploting data p a d a kertas aerogram a d a pada Gambar 2-3 s.d 2-6. Setelah diperoleh titik CCL d a n LCL, kemudian dicari h u b u n g a n antara parameter-parameter phisis tersebut dengan excel.
Gambar 2-3: Udara tidak stabil, terjadi updraft d a n awan terbentuk
Gambar 2-4: Udara stabil, terjadi downdraft yang lemah dari permukaan hingga ketinggian 8 5 0 mBarr d a n awan tidak terbentuk
G a m b a r 2-5: Udara netral dari permukaan hingga ketinggian 8 4 0 mBarr, kemudian terjadi downdraft sehingga awan tidak terbentuk
Gambar 2-6: Udara tidak stabil, terjadi updraft, awan terbentuk, titik LCL d a n CCL berhimpit 31
3 HASIL DAN PEMBAHASAN Sebagai hasil dari ploting s u h u d a n titik e m b u n p a d a kertas aerogram, m a k a diperoleh TCCL, TLCL seperti pada Tabel 3-1. Tabel 3 - 1 : DATA KONDISI PERMUKAAN, TCCL DAN TLCL
H u b u n g a n a n t a r a s u h u p e r m u k a a n d a n titik embun terhadap s u h u CCL digambarkan pada Gambar 3-1. Nampak bahwa meskipun suhu permukaan naik terus, tetapi suhu CCL berfluktuasi, akan tetapi bila dilihat dari titik embun, m a k a terlihat jika titik e m b u n berfluktuasi, s u h u CCLpun ikut berfluktuasi, jadi n a m p a k n y a titik e m b u n bisa dikorelasikan terhadap s u h u CCL. J i k a titik e m b u n dikorelasikan terhadap s u h u CCL, m a k a terlihat seperti Gambar 3-2 berbentuk linear, koefisien korelasinya cukup besar R = 0,996. Berdasarkan gambar ini terlihat bahwa bila s u h u titik e m b u n naik m a k a s u h u CCL menjadi naik. J a d i besarnya s u h u parcel saat berkondensasi tergantung dari s u h u titik e m b u n awal (permukaan). Berdasarkan gambar ini pula u n t u k memprediksi s u h u CCL bisa ditentukan dari titik e m b u n permukaan dengan pendekatan sebagai berikut.
32
G a m b a r 3-2: Korelasi titik e m b u n terhadap s u h u CCL H u b u n g a n a n t a r a s u h u permukaan d a n titik embun terhadap s u h u LCL ditunjukkan p a d a Gambar 3-3. Dari grafik tersebut jelas terlihat bahwa bila titik e m b u n berfluktuasi m a k a s u h u LCL-pun berfluktuasi. J a d i n a m p a k n y a titik embun bisa dikorelasikan dengan s u h u LCL. Jika titik embun dikorelasikan terhadap s u h u LCL, m a k a n a m p a k p a d a Gambar 3-4 mempunyai koefisien
33
korelasi R = 0,997. Berdasarkan gambar ini terlihat bahwa bila s u h u titik embun naik m a k a s u h u LCL menjadi naik. J a d i besarnya s u h u parcel ketika j e n u h tergantung dari besarnya s u h u titik embun awal. Berdasarkan gambar ini j u g a memprediksi s u h u LCL bisa ditentukan dari titik e m b u n p e r m u k a a n dengan pendekatan sebagai berikut. T w - 1,1796T d - 4,8572 °C
(3-2)
Keterangan: Td " s u h u titik e m b u n p e r m u k a a n dalam [°C], Tici =adalah s u h u LCL dalam [°C]. Ini sesuai dengan pemyataan Rogers (1976) dalam A short course in cloud physics yang mengatakan bahwa LCL hanya tergantung dari sifat u d a r a di permukaan.
G a m b a r 3-3:Hubungan a n t a r a s u h u terhadap s u h u LCL
34
permukaan d a n titik e m b u n
25 20 & 15
!
io 5
0 0
5
10
15
20
25
Td ra Gambar 3-4 Korelasi titik erabun terhadap s u h u LCL Titik e m b u n adalah s u h u u d a r a bila u d a r a dalam keadaan j e n u h dengan u a p air. Keadaan ini bisa terjadi apabila kelembaban u d a r a 100 %. Artinya (lihat dari persamaan 3-3) bila nilai e (besarnya tekanan u a p air) sama dengan nilai e 8 (besarnya tekanan u a p jenuh), m a k a RH = 100 %. Pengukuran dengan radiosonde atau ozonsonde, m a k a titik e m b u n itu bisa diperoleh. Namun apabila pengukuran dengan weather station, titik embun tidak diukur, karena yang diukur adalah tekanan, suhu dan kelembaban udara p e r m u k a a n . J a d i u n t u k memperoleh titik e m b u n permukaan h a r u s dilihat di tabel t e k a n a n u a p j e n u h (misalnya Smithsonian Meteorological Tables) berd a s a r k a n d a t a s u h u u d a r a p e r m u k a a n (karena tekanan u a p j e n u h h a n y a dipengaruhi oleh s u h u u d a r a b u k a n oleh tekanan udara) dan dengan m e m a s u k k a n d a t a kelembaban p a d a p e r s a m a a n RH = 100 e / e 8 (3-3) Keterangan: e = t e k a n a n u a p air [mBarr] 35 eppengaruh kuahntitik aenr huembun. jpe ntitik u heDari [mBarr] 8k aterhadap e na=ng taerdiperoleh tterhadap aadpatitik tekanan m embun, b uGambar nu a [Rogers p jyang e n3-5, u h berpengaruh , R.R., lalu nampak bagaimana 1976]. bahwa adalah S upengaruh suhu h ukelembaban. u udara d a r a s ujelas tidak h u udara ber-
Gambar 3-5: H u b u n g a n s u h u u d a r a dan kelembaban terhadap titik e m b u n Demikian pula dari Gambar 3-6, bahwa tekanan udara tidak berpengaruh terhadap titik embun. J a d i k a r e n a nampaknya yang berpengaruh adalah kelembaban, m a k a
G a m b a r 3-6: Hubungan tekanan u d a r a dengan titik e m b u n 36
kalau dikorelasikan kelembaban terhadap titik embun akan nampak seperti Gambar 3-7 dengan koefisien korelasi R - 0,949. Berdasarkan Gambar 3-7 nampak bahwa jika kelembaban semakin besar rnaka titik embun-pun semakin besar pula, untuk memprediksi titik embun secara kasar berdasarkan kelembaban permukaan di Bandung bisa didekati dengan persamaan logaritma natural dengan RH adalah kelembaban permukaan dalam [%] sedangkan Ta adalah titik embun dalam [°C], dan C adalah konstanta yang besarnya 1°C, sedangkan A adalah konstanta yang besarnya 1 %.
O o
Gambar 3-7: Korelasi kelembaban terhadap titik embun Dari uraian di atas jelas terlihat bahwa besarnya suhu ketika parcel mulai kondensasi (CCL) dan jenuh (LCL) tergantung dari keadaan awal terutama titik embun permukaan. Sedangkan dari Gambar 3-7 titik embun dipengaruhi oleh kelembaban, lalu bagaimana pengaruh kelembaban terhadap suhu LCL dan suhu CCL ? Pada Gambar 3-8 dan 3-9 nampak bahwa dengan semakin tinggi kelembaban
Gambar 3-8: Korelasi kelembaban terhadap s u h u LCL m a k a s u h u LCL d a n s u h u CCL-pun menjadi tinggi pula. Tetapi nampak korelasi kelembaban terhadap s u h u LCL mempunyai koefisien korelasi yang lebih tinggi (R = 0,969) dibanding terhadap suhu CCL (R - 0,947). Sedangkan u n t u k memprediksi s u h u LCL di atas kota Bandung, bisa didekati dengan pers a m a a n logaritma natural Tici = C(19,345 Ln (RH/A) - 64,901)
(3-5)
d a n u n t u k prediksi s u h u CCL dengan persamaan Tcci - C(23,101 Ln (RH/A) - 81,207)
(3-6)
dengan Tici adalah s u h u LCL, Tcci adalah s u h u CCL dalam [°C ] dan RH adalah kelembaban u d a r a p e r m u k a a n dalam [%] d a n C adalah k o n s t a n t a yang besarnya 1°C, sedangkan A adalah konstanta yang besarnya 1 %. Sebagaimana telah disebutkan di atas bahwa s u h u CCL d a n s u h u LCL bisa diprediksi dengan kelembaban permukaan. Lalu bagaimanakah hubungan s u h u CCL d a n LCL ini ? Pada Gambar 3-10 ditunjukkan korelasi s u h u LCL terhadap s u h u CCL, yang m a n a dengan semakin tinggi s u h u LCL m a k a s u h u CCL-pun menjadi tinggi, koefisien korelasinya R - 0,995. Untuk memprediksi s u h u CCL, bilamana s u h u LCL s u d a h diketahui boleh dengan p e r s a m a a n berikut Tcci = l,215Tici - 4,0043°C
38
(3-7)
Gambar 3-10: Korelasi s u h u LCL terhadap s u h u CCL Model p a d a p e r s a m a a n 3-4 mempunyai persentase kesalahan 0,6 sampai 14,3 %. Untuk menguji keakuratan beberapa model yang dituliskan pada
39
p e r s a m a a n 3 - 1 , 3-2, 3-5 dan 3-6 diperlukan s u a t u alat yang dapat m e n g u k u r langsung s u h u LCL dan CCL. 4
KESIMPULAN
Sebagai hasil penelitian ini bisa ditarik kesimpulan bahwa : • Titik e m b u n mempunyai korelasi yang c u k u p baik terhadap s u h u LCL dan CCL, dan p a d a u m u m n y a berbentuk linear dan berbanding lurus. • Semakin tinggi s u h u titik embun permukaan maka s u h u CCL d a n LCL-pun menjadi tinggi pula. • Untuk memprediksi s u h u LCL secara kasar berdasarkan data kelembaban p e r m u k a a n mungkin bisa didekati dengan p e r s a m a a n logaritma natural. • S u h u LCL m e m p u n y a i korelasi yang c u k u p baik t e r h a d a p s u h u CCL, d a n p a d a u m u m n y a berbentuk linear d a n berbanding lurus. • Semakin tinggi s u h u LCL, m a k a s u h u CCL-pun menjadi tinggi pula. D AFT AR RU J U KAN
Haby, J., 2 0 0 4 . Http://www.theweatherprediction.com/habvhints/320/. Rogers R.R., 1976. A Short Course in Cloud Physics, Pergamon Press, p p . 19-34, Oxford, 1976. Samiaji, T., 2 0 0 4 . Trayektori Parsel di atas Kota Bandung, p. 4 3 , J u m a l Meteorologi d a n Geofisika, B a d a n Meteorologi d a n Geofisika, J a k a r t a , 2004. TNI AU, 1986. Petunjuk teknis analisa sounding, p p . 7-8, Angkatan Bersenjata Republik Indonesia Markas Besar Tentara Nasional Indonesia Angkatan Udara, J a k a r t a , 1986. Unisys, 2004. Http://Weather.Unisvs.Com/upper air. Last modified August 13, 1998.
40
Lampiran
