www.pelatihan-osn.com
SIRKULASI UMUM ATMOSFER
By : Asri Oktaviani
Tekanan Udara
Tekanan Udara (TU): tekanan yg diberikan udara krn beratnya pada tiap 1 cm2 bidang mendatar dari permukaan bumi.
Diukur dlm milibar tekanan baku pd permukaan laut dgn Barometer air raksa atau Barometer aneroid (1 atm = 760 mm Hg = 1.013,25 mb).
TU paling besar di permukaan laut, semakin ke atas makin menurun, udara makin tipis.
TU turun 1/30 x setiap naik 300 m pd atmosfer bawah (= turun 1 mm Hg tiap naik 11 m).
Faktor yang mempengaruhi sebaran tekanan udara sama dengan faktor yang mempengaruhi suhu
Pengaruh lintang bumi : Tek.udara rendah sepanjang lingkaran equator doldrum Tek.udara tinggi sepanjang lintang 25o-35o sub tropical high Tek.udara rendah sepanjang lintang 60o-70o sub polar low Tek.udara tinggi pada lintang kutub dingin cold polar high
+
Cold polar high
-
Sub polar low
+
Subtropical high
- doldrum
Di benua pd musim dingin membentuk pusat tekanan udara tinggi; dan sebaliknya ANGIN : pergerakan udara pada arah horisontal (arah vertikal aliran udara). Bertiup dari tekanan udara tinggi ke tekanan udara rendah Nama angin sesuai dengan arah datangnya angin. BUYS-BALLOT: di BBU arah angin berbelok ke kanan & di BBS arah angin membelok ke kiri. Rotasi bumi membiaskan haluan angin : Gaya CORIOLIS; gaya makin besar ke arah kutub (di equator tidak ada ≈ 0); kec. angin bertambah, gaya makin besar.
Sel Hadley + Angin timur
Angin barat
+ Angin pasat timur laut
Angin pasat tenggara Angin barat
Angin timur
Sel Hadley Sistem angin dunia (sel Hadley) :
Doldrums bertekanan rendah Angin Pasat Timur-laut & Angin Pasat Tenggara Garis lintang kuda bertekanan tinggi Angin Barat Angin Timur kutub
Perbedaan sifat pemanasan di darat & laut
Angin laut (siang T-darat > T-laut; TU darat < TU laut).
Angin darat (malam T-darat < T-laut; TU darat > TU laut)
Perbedaan sifat pemanasan di lereng & lembah • Angin lembah (siang T-lereng > T-lembah; TU lereng < TU lembah) • Angin gunung (malam T-lereng < T-lembah; TU lereng > TU lembah)
Sistem angin yg terjadi antara benua & samudera : Angin Musim (Monsoon); arah berubah setiap musim tergantung letak Matahari.
Matahari di BBU, T-Asia > T-Australia; TU Asia < TU Australia: angin dari Australia ke Asia; & sebaliknya.
Angin lokal: angin panas (Sirocco, Föhn), angin dingin (Norther).
Kecepatan angin dipengaruhi oleh :
Gradien tekanan horisontal : perubahan tekanan per satuan jarak dgn arah horisontal & isobar; gradien >>, kecepatan angin >>.; Letak geografis : pd grad. tekanan yg sama, kec. angin di equator >> kec. angin di lintang besar; Ketinggian tempat : pd grad. tekanan yg sama, makin tinggi tempat kec. angin >>.; Waktu : pd grad. tekanan yg sama, kec. angin di permukaan bumi pd siang hari >> kec. angin pd malam hari. Gradien tekanan : mb/100 km ; Kecepatan angin : km/jam, mil/jam, dsb.
Kecepatan angin Skala Beaufort Skala
Kecepatan angin (km/jam)
Gejala alam
Calm
asap naik tegak lurus
1–5
Light air
arah angin dilihat dari gerakan asap
2
6 – 11
Light breeze
angin sepoi basah, wind vane bergerak
3
12 - 19
Gentle breeze
daun bergerak konstan
4
20 - 28
Moderate breeze
debu, kertas terbang, ranting bergerak
5
29 - 38
Fresh breeze
dahan bergerak, glb kecil di perm. air darat
6
39 - 49
Strong breeze
cabang bergerak, sulit membuka payung
7
50 - 61
Moderate gale
pohon bergerak, orang sulit berjalan
8
62 - 74
Fresh gale
ranting patah
9
75 - 88
Strong gale
genting terbang
10
89 - 102
Whole gale
pohon tumbang, bangunan rusak berat
11
103 - 117
Storm
Transportasi berhenti total
12
> 117
Hurricane
Pohon besar tumbang, gedung roboh
0
1
1
Angin dengan gerakan berbentuk spiral memutar ke dalam Siklon; memutar ke luar Antisiklon.
Siklon: pusat tekanan udara rendah dikelilingi area bertekanan udara makin tinggi (konvergen); di BBU arahnya berlawan jarum jam, di BBS searah jarum jam.
Antisiklon: pusat tekanan udara tinggi dikelilingi area bertekanan udara makin rendah (divergen); di BBU searah jarum jam, di BBS berlawanan jarum jam.
Beberapa jenis angin
Angin Bahorok adalah angin Fohn yang bertiup di daerah dataran rendah Deli Utara, Sumatra Utara. Karena datangnya dari arah kota Bohorok, maka dinamakan Angin Bohorok. Bohorok terletak pada arah barat-barat-laut dari Medan.
Angin Fohn adalah angin yang bertiup di bagian belakang atau di bagian bawah angin gunung atau pegunungan dengan sifat panas, kering, kencang dan ribut. Hal ini disebabkan oleh udara yang dipaksa secara mekanik menaiki dan melewati puncak dan kemudian menuruni lereng bagian belakang gunung. Udara yang turun ini mengalami pemanasan adiabatik.
Angin Gending adalah angin Fohn yang berhembus dari gunung dan pegunungan di sebelah tenggara menuju Probolinggo, Jawa Timur. Dinamakan demikian karena datangnya dari arah kota Gending.
Angin Geostrofik adalah angin teoretis dengan gaya yang bekerja kepadanya hanya gaya gradien tekanan dan gaya coriolis yang sama besar dan berlawanan arahnya. Angin ini bertiup sejajar dengan isobar yang lurus dengan laju konstan. Angin nyata akan mendekati angin geostrofik pada ketinggian jauh dari permukaan bumi, dengan tidak ada gaya gesekan, yaitu kira-kira di atas ketinggian 1000 m dari permukaan bumi.
GERAK ATMOSFER
Interval Isobars 4mb
Gaya Gradien Tekanan Gaya gradien tekanan horizontal adalah gaya utama penggerak angin.
Gaya gradien tekanan = 1- dP dx dimana P adalah tekanan, adalah densitas udara, dan x adalah jarak. Karena itu gaya akan berbanding terbalik dengan jarak antar isobar, tegak lurus terhadap isobar dan mengarah dari tekanan tinggi ke tekanan rendah Gaya tekanan akan mempercepat gerak partikel udara kearah tekanan rendah
1000 mb 1004 mb Gaya tekanan
Gaya Coriolis
Sumber: http://www.physclips.unsw.edu.au/jw/coriolis.html
Gaya Coriolis Gaya coriolis adalah gaya yang diperkenalkan untuk menjelaskan penyimpangan gerak objek pada suatu bingkai referens yang berputar, seperti bumi misalnya
Sumbu rotasi
V
Gaya coriolis bekerja tegak lurus terhadap arah gerak dan sumbu rotasi bingkai referens Gaya Coriolis
Gaya Coriolis pada Piringan datar Fc
V
1
2
3
4
5
6
Bumi berbentuk bola lebih kompleks dari piringan. Di atmosfer, kita hanya konsern terhadap komponen horizontal gaya coriolis yang besarnya (per unit masa): 2 V sin
= kecepatan sudut bumi V = kecepatan angin = lintang
Karena itu maksimum di kutub dan nol di equator dan pembelokan ke kanan di BBU, dan kekiri di BBS
Pengaruh geografis terhadap penyimpangan arah angin akibat gaya coriolis
Kesetimbangan Geostropik Gaya gradien tekanan yg bekerja pada masa udara stasioner dan akan memberikan percepatan kearah wilayah tekanan rendah
1000 mb
Gaya tekanan akan terus memberikan percepatan pada aliran, dan gaya coriolis akan membelokkannya FP
FP
FP
FP
Vg V
1004 mb
V
V Fc
Fc
Gaya coriolis akan membelokkan aliran ke kanan di BBU dan ke kiri di BBS
Fc Fc
Akhirnya aliran akan bergerak sejajar isobar, dan gaya gradien tekanan dan coriolis akan setimbang. Kondisi ini disebut kesetimbangan geostropik, dan Vg kecepatan angin geostropik
Karena gaya coriolis seimbang dengan gaya gradien tekanan : Gaya gradien tekanan = gaya coriolis 1 dP = 2 Vg sin dx Kecepatan angin Geostropik berbanding lurus dengan gradien tekanan dan bergantung terbalik dengan lintang. Untuk gradien tekanan yang konstan, kecepatan angin geostropik berkurang kearah kutub.
N.B. Perubahan densitas udara sangat kecil pada lintang yang tetap, dan diasumsikan konstan, tetapi berkurang secara signifikan dengan pertambahan ketinggian. gaya gradien tekanan
untuk gradien tekanan tertentu bertambah dengan ketinggian. kecepatan angin geostropik bertambah dengan ketinggian.
Skala angin Geostrophic (knots)
Aliran Geostropik merupakan aproksimasi untuk observasi angin di atmosfer bebas, kecuali disekitar ekuator dimana gaya coriolis mendekati nilai nol/zero Penyimpangan terhadap kesetimbangan geostropik ditimbulkan oleh : – Perubahan yang konstan dalam medan tekanan – Lengkungan garis isobar – Shear angin vertikal
Penyimpangan signifikan dari aliran geostropik terjadi dekat permukaan akibat efek gesekan permukaan.
Percepatan Sentripetal Gerak pada lintasan melengkung membutuhkan percepatan kearah pusat lengkungan: percepatan sentripetal . LOW
Fc V
Percepatan sentripetal
FP
FP
V
Percepatan Sentripetal
HIGH
Fc
Kebutuhan akan percepatan sentripetal adalah karena ketidak setimbangan antara gaya tekanan dan gaya coriolis. V disini disebut angin gradient
Untuk low, gaya coriolis lebih kecil dari gaya tekanan; sedangkan untuk high lebih besar dari gaya tekanan. Karena itu: LOW: V < geostropik (subgeostropik) HIGH: V > geostropik (supergeostropik)
Efek Gesekan Aliran Geostropik jauh dari permukaan
Spiral Ekman
Vg
Gesekan pada permukaan akan memperlambat angin. Ketebalan lapisan turbulensi meningkat dari ~100 m sampai ~1.5 km diatas permukaan akibat efek gesekan. Kecepatan angin yang rendah menghasikan gaya coriolis yang kecil pula dan dengan demikian mengurangi pembelokan ke kanan (di BBU). Vektor angin membentuk spiral: Spiral Ekman. Angin permukaan terletak disebelah kiri angin geostropik 10-20 diatas lautan 25-35 diatas daratan Kecepatan angin beberapa meter diatas permukaan adalah ~70% dari kecepatan angin geostropik dilautan dan lebih kecil lagi untuk daratan.
Angin permukaan memotong isobar dengan sudut 10-35
Sirkulasi Global
Untuk Bumi yang tidak berotasi, konveksi akan membentuk satu sel simetris sederhana disetiap belahan Bumi
Karena gerak rotasi bumi, gaya coriolis akan membelokkan aliran udara. Sirkulasi rerata yang stabil mempunyai 6 sel yang bergerak berlawanan, 3 sel di setiap belahan bumi. Dalam setiap sel, gaya coriolis membelokkan angin ke timur atau Barat. Batas antar sel bervariasi sesuai dengan musim N.B. Gambar disamping adalah model penyederhanaan sirkulasi yang sebenarnya tidak kontinyu terhadap ruang dan waktu.
Polar Cell
Ferrel Cell
Sirkulasi Atmosfer terjadi akibat ketidak seimbangan energi radiasi Matahari yang diterima permukaan bumi akibat kemiringan sumbu rotasi Bumi
Jika permukaan bumi secara merata ditutupi oleh air, maka sistem sirkulasi yang terbentuk adalah sistem sel tunggal, yang dikenal sebagai sel Hadley
Tetapi karena pengaruh ukuran bumi, gaya Coriolis, ketebalan atmosfer, viskositas, radiasi Matahari, distribusi daratan-lautan, dll, maka setiap sel Hadley pecah menjadi 3 buah sel yang lebih kecil
Pengamatan menunjukkan bahwa dari daerah Ekuator ke Kutub Utara/Selatan terbentuk daerah tekanan rendah dan tinggi secara berselang-seling, mulai dari daerah tekanan rendah ekuatorial, daerah tekanan tinggi sub-tropis, daerah tekanan rendah lintang tinggi dan terakhir daerah tekanan tinggi kutub
3D Global Atmospheric Circulation Diagram
Global atmospheric circulation animation due to the sun movement
Akibat tekanan dari gaya coriolis, terdapat subtropical dan subpolar/mitlatitude Jet Stream di kedua belahan bumi, BBU dan BBS di puncak Troposphere.
2D Jet Stream Diagram
Chinook Wind Mechanism
Differential Heating
