Dinamika Atmosfer-1 Sistem Gaya Atmosfer Meteorologi (GFM-211) Dinamika Atmosfer-1 Sistem Gaya Atmosfer 23/05/2018

Tujuan Insktruksional Khusus Setelah mengikuti materi ini, mahasiswa diharapkan dapat mengemukakan secara deskriptif dan menghitung besar gaya-gaya penggerak atmosfer 23/05/2018

Pendahuluan Energi radiasi tidak merata secara horizontal di permukaan bumi: Variasi antar lintang = efek musim Variasi akibat perbedaan penyerapan oleh permukaan bumi 23/05/2018

Pendahuluan – Insolation 23/05/2018

Pendahuluan Insolation FLUKS RADIASI fluks 23/05/2018

Ketebalan Lapisan Atmosfer (Persamaan Hipsometerik) 23/05/2018

Ketebalan lapisan udara Akibat pemanasan yang berbeda, maka lapisan udara mempunyai ketebalan yang berbeda 23/05/2018

Ketebalan lapisan udara Ketebalan kolom udara akibat pemanasan diberikan oleh : dimana : z1 ketinggian isobar p1 z2 ketinggian isobar p2 T adalah suhu rata-rata kolom udara z2 p2 z1 p1 T 23/05/2018

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 23/05/2018

Dinamika Atmosfer 23/05/2018

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 23/05/2018

Dinamika Atmosfer Karena dinamika atmosfer merupakan studi tentang gerak angin horizontal dan gaya-gaya yang bekerja padanya, maka dalam gerak atmosfer memenuhi Hukum Mekanika Newtonian 23/05/2018

Hukum Gerak Newton 23/05/2018

Hukum 1 Newton “ Setiap objek cenderung untuk diam atau bergerak beraturan dalam lintasan lurus, selama tidak ada gaya yang bekerja pada objek tersebut.” 23/05/2018

Hukum 2 Newton Laju perubahan momentum sebuah objek terhadap waktu sama dengan resultan gaya-gaya yang bekerja pada objek tersebut. 23/05/2018

Hukum 2 Newton Jika p adalah momentum objek dan F adalah gaya yang bekerja pada objek, maka Karena massanya konstan, maka 23/05/2018

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-waktu mendatang (keperluan peramalan) 23/05/2018

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 23/05/2018

Contoh Soal-1 Jika diketahui N/kg bekerja pada udara yang awalnya diam, maka tentukan laju angin setelah 10 menit kemudian. 23/05/2018

Hukum 3 Newton “ Untuk setiap gaya aksi, maka akan terdapat gaya reaksi yang besarnya sama tetapi arahnya berlawanan.” 23/05/2018

Hukum 3 Newton Perhatikan gambar A B 23/05/2018

Gaya-gaya yang bekerja pada gerak atmosfer 23/05/2018

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 Gaya Coriolis (Fc). 23/05/2018

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. Hanya gaya gradien tekanan-lah yang dapat mengendalikan angin horizontal di atmosfer 1012 mb Gradien tekanan tinggi Gradien tekanan rendah Tekanan tinggi 1020 mb 1016 mb Tekanan rendah 23/05/2018

Gaya gradien tekanan Dalam komponen horizontal (yaitu zonal dan meridonal), gaya gradien tekanan diberikan oleh Komponen zonal Komponen meridional 23/05/2018

Contoh Soal-2 Diketahui titik A mempunyai tekanan 100,1 kPa dan titik B berjarak 100 km di utara dari titik A mempunyai tekanan 100 kPa. Tentukan besar dan arah gaya gradien tekanan, jika densitas udara 1,20 kg/m3. 23/05/2018

Contoh soal-3 Gambarkan vektor gaya gradien tekanan pada gambar di bawah ini 23/05/2018

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. 23/05/2018

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 23/05/2018

Gaya Adveksi Komponen horizontal dari gaya advektif diberikan oleh 23/05/2018

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 23/05/2018

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 23/05/2018

Gaya Drag Turbulen Perhatikan gambar ini z angin Atmosfer-bebas angin Lapisan Batas Atmosfer permukaan bumi 23/05/2018

Gaya Drag Turbulen Komponen horizontal dari Gaya drag turbulen pada kedalaman zi di lapisan-batas diberikan oleh Dimana wT adalah laju transport turbulen 23/05/2018

Gaya Drag Turbulen Ketentuan untuk wT Stabil : tidak stabil : adalah laju angin horizontal CD = 2 x 10-3 (permukaan halus) CD = 2 x 10-2 (permukaan kasar) bD = 1,83 x 10-3 wB adalah skala apung 23/05/2018

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 lapisan-batas yang a. stabil statis b. tidak stabil statis dengan wB = 45 m/s 23/05/2018

4. Gaya Sentrifugal Gaya ini muncul pada saat bentuk lintasan aliran udara berupa lingkaran atau lengkungan O R 23/05/2018

Gaya Sentrifugal Besarnya diberikan oleh Arah gaya ini selalu tegak lurus menjauhi sumbu rotasi bumi 23/05/2018

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 23/05/2018

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 23/05/2018

Gaya Coriolis Perhatikan gambar BBU BBS 23/05/2018

Gaya Coriolis Bentuk aliran udara yang dipengaruhi oleh Gaya Coriolis (kasus BBU) Non-rotasi rotasi 23/05/2018

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 23/05/2018

Gaya Coriolis 23/05/2018

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 23/05/2018

Persamaan Gerak Atmosfer 23/05/2018

Persamaan Gerak Atmosfer Berdasarkan gaya-gaya yang bekerja pada gerak atmosfer, maka persamaan untuk gerak atmosfer adalah 23/05/2018

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 23/05/2018

Terimakasih 23/05/2018