Author template for journal articles

PERBANDINGAN VARIANSI TEMPERATUR SONIC ANEMOMETER DARI
DERIVASI PERSAMAAN KECEPATAN SUARA DAN TERKOREKSI DENGAN
PENGARUH CROSSWIND
A.R. Wijaya
Program Studi Meteorologi, Fakultas Ilmu dan Teknologi Kebumian, Institut Teknologi
Bandung
[email protected]
ABSTRAK
Pengujian derivasi persamaan temperatur sonik langsung dari penurunan persamaan umum kecepatan suara dan
derivasi persamaan temperatur sonik dengan koreksi dari crosswind. Pengujian persamaan digunakan untuk
menghitung nilai variansi dari masing-masing persamaan. Hasil pengujian dianalisis dan didapatkan hasil
berupa perbedaan variansi temperatur berdasarkan Schotanus dan Liu berkisar antara 0-0.5 dengan nilai RMSE
sebesar 0.07476 dengan koefisien determinasi (R-square) mendekati 1.
Kata kunci: fluks apung, anemometer sonic, temmperatur sonik, variansi temperatur sonik.
dari temperatur sonic. Jika temperatur
1. Pendahuluan
sonic digunakan untuk perhitungan varians
Schotanus et al. (1983) mengusulkan
menggunakan anemometer sonik untuk
menghitung variansi temperatur sonik dan
fluks panas yang masuk akal dari daya
apung fluks panas. Sejak itu, beberapa
peneliti telah membahas kemungkinan
derivasi
temperatur
menggunakan
data
sonik
dan
eksperimen
telah
untuk
memverifikasi hasil (misalnya, Kaimal dan
Businger, 1963; Kaimal dan Gaynor, 1991;
Hignett, 1992). Perhitungan ini didasarkan
pada pengukuran temperatur sepanjang
sumbu
vertikal
anemometer
sonik
(misalnya, Kaijo Denki DAT-310 / A,
Hanafusa et al., 1982). Jenis baru dari
sonic anemometer menggunakan nilai ratarata sepanjang tiga sumbu sebagai output
temperatur dari anemometer sonik dan
fluks panas yang masuk akal dari fluks
daya apung, persamaan yang diperoleh
Schotanus et al. (1983) tidak hanya dapat
digunakan sebagai alat. Liu et al. (2001)
mengusulkan suatu persamaan baru untuk
menghitung
variasi
temperatur
sonik
dengan mempetimbangkan pengaruh dari
crosswind. Dalam makalah ini, akan
dibandingkan hasil satu set persamaan
baru Liu et al. (2001) dengan hasil
persamaan
Diharapkan
Schotanus
hasil
ini
et
al.
dapat
(1983).
menjadi
pembanding kedua metode tersebut.
Percobaan lapangan dilakukan selama 2
hari, 26 -27 September 2014, dilakukan di
atap gedung Laboratorium Teknik X,
1
Institut Teknologi Bandung, Indonesia.
kelembaban dan kecepatan yang normal
Bidang ini ditutupi oleh permukaan kasar
fluktuasi
dengan ketinggan gedung sekitar 17 m dan
anemometers
ketinggan sonic anemometer berada pada
sepanjang sumbu vertikal sehingga vn,
posisi 2 m dari dasar permukaan atap
adalah kecepatan angin horisontal u.
gedung selama periode percobaan.
sehingga variansi dari T, σTs, menurut
adalah
nol.
sonik
Kebanyakan
mengukur
suhu
Schotanus et al. (1983):
2. Teori Dasar
(3)
Sedangkan Liu et al. (2001) mengusulkan
dengan
Gambar 1. Hubungan temperatur sonik dengan kecepatan
mempertimbangkan
pengaruh
crosswind,
suara
Saat ini temperatur sonik berasal dari
(4)
waktu transit di sepanjang tiga sumbu
yang
diturunkan
dari
persamaan.
Dengan, A = (A1 + A2 + A3)/3 dan B = (B1 + B2
Mengingat pengaruh crosswind, hubungan
+
antara suhu udara dan suhu sonic udara
ditampilkan pada tabel 1.
untuk
satu
jalur
pengukuran
B3)/3,
untuk
masing-masing
nilainya
dapat
diperoleh sesuai dengan persamaan berikut
dengan bagian rataan dan fluktuasi dari
temperatur sonik (Ts) (misalnya, Schotanus
et al., 1983; Kaimal dan Gaynor, 1991;
Hignett, 1992):
(1)
dan
Sumber:
(2)
Persamaan
anemometer
ini
Sehingga variansi menurut Liu et al.
menunjukkan
sonik
hanya
bahwa
mengukur
(2001), σTc adalah:
fluktuasi temperatur nyata, T', ketika
2
dalam makalah ini, perbedaan kondisi
atmosfer belum dapat dijelaskan secara
lanjut.
(5)
3. Hasil dan Diskusi
Gambar 3. (atas) variasi dan anomali dari Tc’ dan
(bawah) variansi serta anomali Ts’
Gambar 2. Anomali temperatur terkoreksi dengan
Dengan
mempertimbangkan
semua
persamaan Liu et al. (2001) (atas) dan anomali
kontribusi tiap suku, hasil kalkulasi dari
temperatur sonic berdasarkan derivasi persamaan
σTc dan dibandingkan dengan hasil σTs
Schotanus et al. (1983) (bawah)
,seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.
Gambar 2 memperlihatkan bahwa tidak
terdapat perbedaan signifikan antara Ts’
dan Tc’. Hal ini diluar dugaan, seperti
yang telah dibahas oleh Liu (2001), bahwa
Secara
teoretis,
perbedaan
terdapat
perbedaan signifikan antara σTs dan σTc
setelah mempertimbangkan semua koreksi
dari tiap suku di persamaan (5).
besarnya perbedaan σTs dan σTc bergantung
kepada perbedaan kondisi (dalam hal ini
yang dimaksud adalah unik) dan sangat
berganting pada kondisi atmosfer pada saat
itu, seperti kelembapan, temperatur, dan
kecepatan
angin.
Perbedaan
kondisi
Gambar 4. Perbedaan nilai σTs dan σTc
atmosfer merupakan alasan yang utama
Namun, seperti yang ditunjukkan pada
yang
dalam
gambar 4, perbedaan nilai variansi justru
pembahasan Liu dan Schotanus, namun
mendekati nol. Berdasarkan pembahasan
menjadi
perbedaan
3
Liu (2001) bahwa terdapat banyak suku
menggunakan koreksi crosswind dalam
yang tidak dapat diabaikan, dalam kondisi
perhitungan persamaan temperatur sonik.
ini perlu diperhatikan karena terlihat
bahwa tidak terjadi perbedaan signifikan
4. Kesimpulan
dalam perhitungan nilai derivasi dari
Berdasarkan kepada hasil Schotanus et al.
persamaan tersebut.
(1983) dan Liu et al. (2009) untuk
menggunakan temperature derivasi sonic
untuk
menghitung
nilai
variansi
temperatur dari fluks apung panas terukur,
hasil dari persamaan tersebut diuji dan
dibandingkan
Gambar 5. Plot regresi (atas) dan residual (bawah)
observasi.
menggunakan
Didapatkan
data
dari
hasil
pengolahan bahwa nilai perbedaan variansi
dari σTs dan σTc
regresi
temperatur berdasarkan Schotanus dan Liu
(Gambar 5. Atas) didapatkan dengan
berkisar antara 0-0.5 dengan nilai RMSE
model linear Polinomial orde-1: f(x) =
sebesar
p1*x + p2, dengan x dinormalisasikan
determinasi (R-square) mendekati 1.
Dengan
menggunakan
plot
0.07476
dengan
koefisien
dengan mean 15.69 dan standar deviasi
11.7, serta Koefisien terikat (dengan
tingkat kepercayaan 95%):
p1 =
11.77 (11.77, 11.78)
p2 =
15.79 (15.78, 15.79)
Serta dengan Goodness of fit; mencapai
SSE sebesar 8.016, R-square mendekati 1,
Adjusted R-square juga mendekati 1, serta
dengan nilai RMSE adalah 0.07476.
Dengan membandingkan persamaaan (3)
dan (5) yang masing-masing berasal dari
Schotanus et al. (1983) dan Liu et al.
(2001) dapat dilihat bahwa hasilnya tidak
terpaut terlalu jauh dari galat yang
dihasilkan. Serta, disarankan untuk tetap
4
DAFTAR PUSTAKA
Liu, H., Peters, G. and Foken, T.: 2001,
‘New Equations For Sonic
Temperature Variance And
Buoyancy Heat Flux With An
Omnidirectional Sonic
Anemometer’, Boundary-Layer
Meteorol. 56, 401–410.
Kaimal, J. C. and Businger, J. A.: 1963, ‘A
Continuous Wave Sonic
Anemometer–Thermometer’,
J.Appl. Meteorol. 2, 156–164.
Kaimal, J. C. and Gaynor, J. E.: 1991,
‘Another Look at Sonic
Thermometry’, Boundary-Layer
Meteorol. 56, 401–410.
Schotanus, P., Nieuwstadt, F. T. M. and
De Bruin, H. A. R.: 1983,
‘Temperature Measurement with a
Sonic Anemometer and its
Application to Heat and Moisture
Fluctuations’, Boundary-Layer
Meteorol. 26, 81–93.
5