Transcript Bab 5. Gerak atmosfer-2

Kuliah Meteorologi (GFM-211)
09/04/2015
1

Setelah mengikuti materi ini, mahasiswa
diharapkan dapat
1. menggambarkan gaya-gaya dalam aliran
setimbang, dan menentukan vektor
alirannya.
2. menggambarkan pengaruh gesekan
turbulen pada kesetimbangan aliran
3. menggambarkan pola aliran udara pada
saat konvergensi dan divergensi
09/04/2015
2
09/04/2015
3


Dinamika atmosfer adalah studi gerak
atmosfer secara horizontal beserta gayagaya yang menyebabkannya.
Gaya penyebab gerak atmofer ada 5, yaitu :
1. gaya gradien tekanan
2. gaya coriolis
3. gaya drag turbulen
4. gaya sentrifugal
5. gaya adveksi*)
09/04/2015
4

Persamaan untuk gerak atmosfer dalam
persepektif Eulerian adalah
u
u 1 p
u
 u 


u

v


fv

w


T

t

x

y


x
zi

 lokal
v
v 1 p
v
 v 
 u
v

 fu  wT
 
x
y  y
zi
 t  lokal
09/04/2015
5

Tapi dalam perspektif langrange
1 p
u
 u 

 fv  wT


 x
zi
 t  objek
1 p
v
 v 

 fu  wT
 
 y
zi
 t  objek
09/04/2015
6
09/04/2015
7

Sekarang akan dibahas beberapa tipe angin
yang penting dalam gerak atmosfer, yaitu
angin dengan
u
0
t

v
0
t
Kondisi ini disebut sebagai kondisi tunak,
dan angin bergerak dengan kecepatan
konstan
09/04/2015
8
Berdasarkan hal ini, maka persamaan gerak
menjadi
1 p
u
0
 fv  wT
 x
zi
1 p
v
0
 fu  wT
 y
zi
dikatakan bahwa dalam keadaan tunak,
gaya-gaya yang bekerja pada gerak
atmosfer berada dalam kesetimbangan
09/04/2015
9

Ada dua tipe angin yang penting dalam gerak
atmosfer yang muncul dari kesetimbangan
gaya-gaya ini, yaitu
1. Angin Geostropik
2. Angin Gradien
09/04/2015
10
09/04/2015
11

Angin yang muncul karena adanya
keseimbangan antara gaya Gradien Tekanan
dengan gaya Coriolis
p 

G
p + p
Fp

FCo
09/04/2015
12

Dari definisi angin geostropik, maka
1 p
0
 fv 
 x
1 p
0
 fu 
 y
1 p
vg 
f x
1 p
ug  
f y
laju angin geostropik diberikan oleh
G
09/04/2015
2
ug
2
 vg
13

Jika tekanan horizontal bertambah sebesar 1
kPa ke arah timur sejauh 500 km, maka
tentukan kecepatan angin geostropiknya.
Diketahui  = 1 kg/m3 dan f = 10-4 s-1
09/04/2015
14
09/04/2015
15
09/04/2015
16
09/04/2015
17

Yaitu angin yang terbentuk akibat adanya
kesetimbangan antara gaya gradien tekanan,
gaya coriolis, dan gaya sentrifugal

Angin gradien bergerak disekitar pusat
tekanan tinggi maupun pusat tekanan rendah
09/04/2015
18

Perhatikan
09/04/2015
19

Kasus di BBU
Fcf
Fcf
siklonik
09/04/2015
antisiklonik
20

Untuk kasus siklonik di BBU, maka
persamaan geraknya
F p  Fsf  FCo
2
v gr
R
 fvgr  F p  0
Solusinya
v gr
09/04/2015
4Fp 
fR 
fR 
4G 
1  1  2   

1  1 

2 
2 
fR 
f R 

21

Untuk kasus Antisiklonik di BBU, maka
persamaan geraknya adalah
Fp  FCf  FCo
2
v gr
Atau
R
solusinya
v gr
09/04/2015
 fvgr  F p  0
4 F p  fR 
fR 
4G 
1  1  2  

1  1 

2 
2 
fR 
f R 

22

Jika laju angin geostropik di sekitar pusat
tekanan rendah adalah 10 m/s, maka
berapakah laju angin gradiennya. Diketahui
radius kurvatur 500 km dan f = 10-4 s-1
09/04/2015
23

Bilangan Rossby didefiniskan sebagai
G
Ro 
fR

Semakin kecil bilangan rossby, maka aliran
semakin dekat kepada kesetimbangan
geostropik
09/04/2015
24


Dalam definisi Bilangan Rossby ini, maka
angin gradien menjadi
Kasus siklonik di BBU
v gr


G

1  1  4 Ro
2 Ro
Kasus antisiklonik di BBU
v gr
09/04/2015

G

1  1  4 Ro
2 Ro


25
09/04/2015
26

Semakin dekat dengan permukaan maka
angin geostropik maupun angin gradien akan
dihambat oleh gaya drag turbulen

Gaya drag turbulen ini tidak hanya
menghambat gerak, akan tetapi juga dapat
mengubah arah angin.
09/04/2015
27

Perhatikan gambar
p

Fp

vG
p + p

FCo
09/04/2015

Fp

v

FDT

FCo
28
09/04/2015
29

Perhatikan (kasus BBU)
L


Fp  Fsf

FDT
09/04/2015
p

v
p + p

FCo
30

Jadi...........
dalam kehadiran gaya drag turbulen, maka
arah angin geostropik dan angin gradien
akan memotong isobar dan ada komponen
angin yang berarah ke tekanan rendah.
09/04/2015
31
09/04/2015
32
09/04/2015
33

Kesetimbangan hidrostatik adalah
kesetimbangan antara gaya gradien tekanan
dalam arah vertikal dengan gaya gravitasi
persatuan massa
1 dp

g
 dz
09/04/2015
Atau
1 p

g
 z
34

Untuk gerak atmosfer berskala-besar (2000
km s/d 20.000 km), maka komponen vertikal
dari gerak atmosfer berada dalam
kesetimbangan hidrostatik

Akan tetapi untuk gerak sekala menengah
dan gerak skala-kecil, maka kesetimbangan
hidrostatik tidak berlaku.
09/04/2015
35
09/04/2015
36

Divergensi-konvergensi merupakan ukuran
penyebaran atau pemusatan medan angin.
konvergen (memusat) divergen (menyebar)
09/04/2015
37


Jika diberikan medan angin v  uiˆ  vˆj  wkˆ
maka divergensi medan angin diberikan oleh
 u v w
div  v 


x y z



Jika div-v > 0, maka divergen
Jika div-v < 0, maka konvergen
Jika div-v = 0, maka non-divergen
09/04/2015
38
09/04/2015
39

Dari gambar A tampak bahwa
jika terdapat konvergensi di permukaan,
maka terdapat divergensi di lapisan atas
jika terdapat divergensi di permukaan, maka
terdapat konvergensi di lapisan atas
09/04/2015
40

Konvergensi dan divergensi medan angin
berkaitan dengan perubahan kerapatan
(densitas udara) di sebuah titik, dimana:
1. Jika terdapat konvergensi, maka densitas
udara akan cenderung bertambah terhadap
waktu
2. jika terdapat divergensi, maka densitas
udara akan cenderung berkurang terhadap
waktu
09/04/2015
41

Dalam meteorologi, divergensi dan
konvergensi angin horizontal di permukaan
sangat berkaitan erat dengan fenomena
formasi awan-awan dan cuaca di suatu
wilayah
jika ada konvergensi permukaan di suatu
wilayah, maka akan terbentuk awan-awan
badai di wilayah tersebut.
09/04/2015
42
09/04/2015
43
09/04/2015
44