Teori ekman … dan adveksi vertikal di lautan COASTAL

4/25/2013
Teori ekman … dan adveksi vertikal di lautan
COASTAL UPWELLING and DOWNWELLING
OPEN OCEAN EKMAN PUMPING
Figure 8.11A
Figure 8.11B
1
4/25/2013
akibat gesekan angin, maka transfor bersih (net transport) adalah 90o ke sebelah
kanan (BBU) atau ke kiri (BBS).
Sekarang Teori Ekman diterapkan di perairan pesisir: Angin bertiup sejajar garis pantai,
dimana garis pantai ada di sisi kiri angin dan angin bertiup ke kutub di BBU:
U
Bidang datar
g
Q
1
x
Lap perm Ekman
grad tek
2
Lap Interior
Lap Dasar
Arus geostropik (masuk ke dalam gambar atau // grs pantai ke
Dasar perairan utara)
Q = transpor
Pantai timur benua atau pantai barat Samudera di BBU
(1) Pada Lap Perm Ekman:
• Akibat angin yg bertiup ke utara (pantai di sisi kiri arah tiupan
angin), maka trans-por massa air (Q) di lap Ekman ke kanan 
menjauhi pantai. Akibatnya paras laut turun di pantai dan menumpuk
(meninggi) di laut lepas. Lereng paras laut menaik ke arah laut lepas.
• Keseimbangan gaya : Gaya Coriolis ~ Gesekan angin
(2) Pada Lap Interior:
• Akibat terbentuknya lereng muka laut, maka tek pada kolom air di
laut lepas (2) > dari tek di pantai (1)  terbentuk grad tek ke arah
pantai. Massa air mulai berge-rak ke arah pantai (searah grad tek).
Lalu gaya Coriolis bekerja membelokkan aliran ke kanan (karena di
BBU). Setelelah seimbang, arus geostropik mengalir ke utara (searah
angin) atau dilambangkan x masuk kedalam kertas.
• Keseimbangan gaya : Grad tek ~ Gaya Coriolis
(3)
Arus geostropik yg bergerak ke utara di lap interior akan menjadi lambat di lap
da-sar akibat dari pengaruh friksi dasar. Kalau arus lambat maka gaya Coriolis ke kanan
aliran juga makin kecil, sehingga tidak seimbang lagi dengan grad tek ke ki-ri aliran. Oleh
karenanya aliran harus belok kekiri agar Gaya Coriolis dan gesekan dasar seimbang
dengan grad tek. Makin dekat kedasar arus makin berbelok ke kiri atau kenan di BBS dan
kec nya nol di dasar. Mendekat dasar arah arus 45o. Jadi di lap dasar terbentuk juga arus
spiral tetapi berbelok ke keri (di lap perm ke kanan).
Jadi massa air yg pada lap dasar akan menyusuri dasar dan sampai di permukaan di pantai.
Proses kenaikan massa air untuk mengisi kekosongan tsb disebut: up-welling, sedangkan proses
berbeloknya massa dari bawah yg dingin dn kaya zat hara ini mengikuti aliran ke lepas pan tai
disebut: divergence.
• Keseimbangan gaya: Grad tek ~ Gaya Coriolis + friksi dasar
2
4/25/2013
Jenis2 up-welling menurut mekanisme pembentukannya:
1) Ekman Pump: Angin  Transpor Ekman  Kekosongan  Up-welling
Ada dua jenis:
1.1 Sekitar Pantai
• Pada lintang pertengahan pantai barat benua atau pantai timur Samudera.
Pd daerah ini bertiup angin passat timur laut (northeast trade) di BBU dab passat
tenggara (southeast trade) di BBS secara tetap kearah ekuator. Akibatnya terjadi
transpor Ekman (Q) menjauhi pantai. Kekosongan di pantai diisi massa air dari lap
dalam  up-welling. Misalnya: Pantai Peru (A. Selatan), Pantai Oregon dan California (A. Serikat) dan Pantai Senegal (Baratdaya Afrika)
• Dapat juga terjadi pada pantai timur benua atau pantai barat samudera, bila angin
bertiup ke arah kutub (hanya angin demikian tidak menetap). Akibat tiupan angin
demikian  transpor Ekman (Q) menjauhi pantai, shg kekosongan di pantai diisi
massa air dari lap dalam  up-welling. Misalnya: Pantai Timur A. Serikat
• Dapat juga terjadi pada pantai yg berorientasi timur – barat, seperti selatan Jawa –
Lesser Sunda Islands dan selatan Sul Selatan. Angin Timur-Tenggara menyebabkan
 transpor Ekman (Q) menjauhi pantai, shg kekosongan di pantai diisi massa air
dari lap dalam  up-welling
1.2 Laut Terbuka (jauh dari pantai)
- Arah dan Kec angin bervariasi menurut lintang
Ekuator – Subtropis: Angin Passat (Trade winds)
Lintang sedang (Mid-latitude): Angin baratan (Westerlies)
Lintang Tinggi – Kutub : Angin timuran kutub (Polar easterlies)
- Kec angin dengan arah yg sama juga bervariasi
 sebagai akibatnya: transpor Ekman bervariasi menurut lintang
(massa udara turun atau
sinking)
(massa udara naik
atau up-welling)
(massa udara turun atau
sinking)
Ekuator: Ekman Transpor (Q) ke utara  paras laut drop  divergence  up-welling
Sub-tropis (batas Trade dan Westerlies): pertemuan Ek Tr (Q) dari selatan dan Utara 
paras laut tinggi  Convergence  down-welling (sinking)
Lintang pertengahan (daerah Westerlies): Ekm Tr (Q) ke selatan  paras laut drop 
divergence  up-welling
Divergence: arus permukaan saling menjauhi  paras laut turun (kekosongan) 
divergence  up-welling
Convergence: arus permukaan saling bertemu  akumulasi  paras laut menaik 
convergence  down-welling (sinking)
3
4/25/2013
2. Defleksi (deflection)  Ada dua jenis:
2.1 Punggung di dasar samudera (mis: Mid-Ocean Ridge)
Arus dalam terhalang punggung dasar samudera  arus terpaksa naik menyusuri
punggung  up-welling
punggung
dasar samudera
2.2 Tanjung (Cape)
Arus yg mengalir sejajar pantai terhalang tanjung (ridge). Arus mengalami defleksi ke laut lepas
 ada kekosongan di bagian hilir tanjung (cape) atau tonjolan (head land)  lalu diisi massa
air dari lap bawah (up-welling) yg intensif.
Massa air yg dingin dan kaya zat hara tersebut ikut juga menyebar ke laut lepas  daerah upwelling demikian disebut: squirt atau jet
Misalnya: pantai Peru dan pantai Senegal
Up-welling
tonjolan
tonjolan
Up-welling
Pantai Peru
(BBS)
Pantai Senegal
(BBU)
4
4/25/2013
3.
Akibat pusaran siklon:
Pusaran siklon (berlawanan j.j.) di
BBU atau searah j.j. di BBS  massa
air menjauhi pusat pusaran  terjadi
kekosongan  diisi massa air dari lap
bawah  divergence  up-welling.
Siklon (pusaran) dapat terjadi karena
adanya pusaran angin yg menyeret
massa air  up-welling ini bersifat
temporer
Ini bisa dilihat dari citra altimeter
Topex/Poseidon dimana terdapat
pusat muka air yg rendah
Pusaran anti-siklon (searah j.j. di
BBU) atau berlawanan j.j. di BBS 
massa air menuju pusat 
convergence  down-welling
(sinking)
Tipe Up-welling:
1. Tipe Stasioner (stationary type)
Terjadi sepanjang tahun, intensitas berfluktuasi.
Karena angin bertiup secara menetap  Q menjauhi pantai  kekosongan di
pantai  diisi massa air dari lap bawah  up-welling
Mis: Pantai Peru (Am Sel), Pantai California (USA), Pantai Senegal (Afrika)
2.
Tipe Berperiode (Periodic Type)
Pada daerah ini arah angin berubah sesuai dengan musim. Jika angin sejajar
pantai yg mengkibatkan massa air di lap Ekman menjauhi pantai  kekosongan
di pantai  upwelling. Pada musim lainnya, arah angin berubah dimana
upwelling tidak terjadi. Sehingga up-welling terjadi secara musiman
Mis: Pantai selatan Jawa – Sumbawa
3.
Tipe bergantian (alternating type)
Tergantung arah angin yg sesuai dengan musim, up-welling dan down-welling
Mis: L. Banda dan L. Arafura.
Angin Muson Tenggara (M. Timur)  massa air menjauhi pantai 
kekosongan  divergence  up-welling
A. Muson Barat Laut (M. Barat)  massa air mendekati pantai  menumpuk
 convergence  down-welling
Figure 8.9
5
4/25/2013
Effects of
Ekman Currents
Atmosphere
60
30
Ocean
Effects of Ekman
Transport
Upwelling and
Downwelling
at continental margin
Westerlies
Trades
Upwelling and
Downwelling
in the gyres
6
4/25/2013
Sea surface height
7
4/25/2013
Major oceanic circulation systems
Figure 8.13
Temperature
Surface
150 meter depth
8
4/25/2013
Aturan yang harus diingat:
Diterapkan pada lautan dan atmosfer!
Fpressure
Low Pressure
High Pressure
FCoriolis
1) Partikel akan memiliki gaya koriolis 90 derajat kekanan
2) Partikel akan cenderung bergerak sepanjang garis dengan tekanan
konstan
3) Partikel yang memiliki tekanan tinggi akan bergerak ke kanan
(sama denganCoriolis)
Inertia Currents
Balance between
Acceleration, Coriolis and Friction.
9
4/25/2013
3. PERSAMAAN GERAK GESEKAN TURBULEN: Respon Lap Perm thd Angin
3.1 Arus Inertial
Arus ini terjadi bila angin bertiup beberapa jam yg dapat dianggap sebagai impuls, lalu
angin berhenti. Massa air terus bergerak dibawah pengaruh gravitasi dan gaya Coriolis,
tidak ada gaya yg lain. Gerak atau arus demikian disebut arus inertial
Dengan kondisi demikian maka per gerak menjadi:
du
, dimana f = 2 sin ,  = 7,29 x 10-5 /det, dan
Sb x:
 fv
dt
 = lintang
dv
Sb y:
  fu
dt
dw
1 p
Sb z:

g
dt
 z
Pers pd sb x dan y adalah pers dif ordo satu, linier dan berpasangan yg bila saling
subsitusi akan didapat:
du
1 d 2v

 fv , atau setelah diatur:
dt
f dt 2
Solusi dari pers ini: u = V sin f t
v = V cos f t
V2 = u 2 + v 2
d 2v
 f 2v  0
dt 2
Arus inertial atau Ossilasi inertial
Figure 9.1 Inertial currents in the North Pacific in October 1987 (days 275–300) measured
by holey-sock drifting buoys drogued at a depth of 15 meters. Positions were observed 10–12
times per day by the Argos system on NOAA polar-orbiting weather satellites.
Massa air bergerak dengan sisa energi dari angin yg bertiup sebelumnya. Saat bergerak Gaya Coriolis bekerja  arah gerak sehingga terbentuk lingkaran progresif; artinya tidak persis kembali ke posisi awal. Diameter lingkaran Di = 2V/f dan periode
inertial Ti = (2)/f = Tsd /(2 sin ) , dimana Tsd adalah sidereal day (waktu utk 1
rotasi bm pd porosnya ~ 23.94 jam),  adalah lintang. Arah rotasi adalah anticyclonic (searah jarum jam) di BBU dan (berlawanan arah jarum jam) di BBS.
End of lecture
10