I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Salah satu

1
I. PENDAHULUAN
1.2. Tujuan Penelitian
1.1. Latar Belakang
Salah satu masalah dalam memahami
atmosfer adalah kita harus melihat atmosfer
dalam tiga dimensi, kebanyakan alat bantu
dalam analisis meteorologi hanya memilki
dua dimensi seperti peta cuaca sinoptik atau
citra satelit. Walaupun seiring perkembangan
zaman citra satelit telah dapat melakukan
analisis hingga bagian permukaan akan tetapi
masih terdapat kelemahan dalam aplikasinya.
Analisis meteorologi kerap dilakukan
beradasarkan lapisan horizontal dua dimensi,
baik lapisan teratas atau lapisan terbawah,
sehingga kerap terjadi kekosongan analisis
antara kedua lapisan ruang tersebut.
Kedaan udara atas memiliki karakteristik
yang khas. Pengamatan udara atas memiliki
skala waktu dan ruang yang sempit jika
dibandingkan
dengan
proses
yang
mempengaruhinya (Pettersen S, 1956).
Kebanyakan kejadian cuaca terjadi di lapisan
atmosfer atas, mulai dari uap air yang
terangkat, menjadi jenuh, berkondensasi,
hingga jatuh menjadi titik hujan, hal ini
menarik banyak ahli meteorologi untuk
memecahkan dan mengambarkan kejadian di
lapisan tersebut, berbagai piranti serta
persamaan
telah
digunakan
dan
dikembangkan untuk tujuan ini mulai dari
layang-layang hingga diagram aerologik.
Gambaran atmosfer yang lebih lengkap
akan diperoleh pemahaman keadaan atmosfer
yang lebih baik, oleh karena itu diperlukan
pengamatan terhadap udara atas untuk
memahami keadaan atmosfer pada keadaan
yang sebenarnya.
Radiosonde
adalah
suatu
piranti
meteorologi
yang dapat
memberikan
gambaran dari keadaan udara atas, dengan
bantuan
radiosonde
akan
diperoleh
pengukuran suhu, titik embun, kecepatan
angin, kelembaban untuk batas ketinggian
tertentu dari atmosfer. Walaupun masih juga
terdapat kekurangan dalam hal efisiensi dan
proses pengambilan data, akan tetapi untuk
ketelitian dan pengambaran udara atas pada
ketinggian tertentu tersebut, radiosonde
masih diandalkan hingga kini.
Salah satu piranti lunak yang dapat
digunakan dalam membantu aplikasi data
Sounding adalah RAOB (Rawindsonde
observation Program). Dengan perangakat
ini pemprosesan, analisa dan prakiraan
keadaan udara atas dapat lebih dipermudah.
Tujuan dari penelitian ini:
1. Menentukan karakteristik udara atas
atmosfer menggunakan aplikasi program
RAOB
(Rawindsonde
observation
Program) untuk wilayah bandar udara
Soekarno-Hatta pada selang waktu
Desember 2007 hingga November 2008
2. Menganalisis perbedaan karakteristik
udara atas pada musim hujan dan musim
kemarau tahun 2007-2008.
3. Menganalisis kadar uap air di atmosfer
dengan menghitung nilai Precipitable
Water (PW) untuk bulan-bulan D-J-F dan
J-J-A
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Struktur Atmosfer
Atmosfer adalah lapisan gas atau
campuran gas yang menyelimuti dan terikat
pada bumi oleh gaya gravitasi bumi
(Prawiriwardoyo S, 1996). Atmosfer memilki
lapisan-lapiasan yang ditentukan berdasarkan
profil suhunya. Lapisan itu antara lain
troposfer, stratosfer, mesosfer dan termosfer.
Sangat jarang terjadi percampuran antar
lapisan-lapisan dari atmosfer tersebut.
Lapiasan terbawah dari atmosfer adalah
troposfer. Lapisan ini mengandung 80%
masa, 99% uap air dan aerosol dari
keseluruhan atmosfer. Ketebalan dari lapisan
ini tidak tetap bergantung pada tempat dan
waktu. Ketebalan dari troposfer pada daerah
khatulistiwa dapat mencapai 20 km dan dapat
hanya 8 km di daerah kutub, pada lapisan
troposfer inilah kejadian cuaca terjadi.
Sumber bahang utama dari lapisan
troposfer adalah bumi yang menyerap dan
memantulkan kembali radiasi matahari. Oleh
karena itu secara umum suhu menurun
seiring bertambahnya ketinggian dengan nilai
yang konstan 10 ºC setiap km. Akan tetapi
dengan adanya uap air di udara berdasarkan
persamaan Clausius-Clapeyron akan terjadi
pengurangan nilai perubahan suhu terhadap
ketinggian.
Data
sounding
diperoleh
dengan
pelepasan balon berisi helium yang
dilengkapi dengan perangkat elektronik
(radiosounding) untuk
merekam dan
mentransmisikan data suhu dan kelembaban
dalam perjalanan terbangnya. Kecepatan ratarata pergerakan keatas dari balon tersebut
2
sebesar 5 m/s, daya jelajah balon dapat
mencapai ketinggian 20-30 km. Dalam
pengamatan atmosfer digunakan berbagai
piranti sesuai dengan pengamatan yang
dilakukan. Untuk lapisan hingga 30 km
digunakan radiosonde, untuk lapisan 30
hingga 90 km digunakan roket dan untuk
lapisan di atas 90 km digunakan citra satelit.
Gambar 1. Proses Pengambilan Data
Sounding.
Sumber : (Charles D et al., 1991)
2.2. Lifting Condensation Level, Paras
Kondensasi Angkat (LCL)
LCL atau PKA (Paras Kondensasi
Angkat) adalah ketinggian atau paras saat
paket udara yang diangkat menjadi jenuh.
Dalam
mempelajari
atmosfer
profil
kelembaban udara diterapkan dalam nilai
mixing ratio yang konstan, sehingga pada
pengangkatan parsel udara mengikuti garis
adiabatik kering pada suatu titik akan
menjadi jenuh. Ketinggian titik LCL
berpengaruh
terhadap
pemicuan
pengangkatan uap air dari permukaan. Eltahir
dan Pal (1996), menyebutkan jika lapisan
teratas dari boundary layer bertepatan dengan
LCL dan LFC maka proses konvektif akan
terpicu, sebaliknya jika lapisan boundary
layer berada di bawah titik LCL dan LFC
maka proses konvektif tidak terpicu.
Ketinggian dari titik LCL dapat
ditentukan dengan mengguanakan rumus
Espy’s yaitu:
hLCL = 125 (T - Td)
Di mana
h : Ketinggian (m)
T : Temperatur (ºC)
Td : Temperatur titik embun (ºC)
Ketinggian dari LCL juga dapat
ditentukan dengan menggunakan diagram
aerologi. Titik LCL ditentukan dengan
melihat kelembaban parsel dan perpotongan
pergerakan parsel dengan garis Mixing ratio
saat parsel udara menjadi jenuh, pada awal
pergerakan parsel udara bergerak mengikuti
garis adiabatik kering hingga pada suatu titik
parsel udara tersebut menjadi jenuh dan
parsel akan bergerak mengikuti garis adiabtik
basah. Titik awal parsel tersebut menjadi
jenuh merupakan titik LCL.
Gambar 2. Titik LCL Dalam Diagram
Aerologi.
Sumber: (Charles D et al., 1991)
Ketinggian LCL juga digunakan dalam
membatasi perameter prakiraan Tornado
Craven dan Brooks (2004) sebagian besar
Tornado berhubungan dengan ketinggian
LCL yang berada di bawah 1300 m.
2.3. Level of Free Convective (LFC)
LFC merupakan lapisan dimana pada
lapisan tersebut
penurunan suhu udara
terhadap ketinggian (lapse Rate) lingkungan,
lebih curam jika dibandingkan dengan
penurunan suhu udara terhadap ketinggian
(lapse Rate) adiabatik basah (Wickham PG,
1970), sehingga menyebabkan parsel udara
otomatis bergerak naik. Proses pengangkatan
parsel ini akan berhenti pada suatu titik saat
terjadi keseimbangan dengan lingkungan.
Gambar 3. Titik LFC Dalam Diagram
Aerologi.
Sumber : (Charles D et al., 1991)
3
Titik LFC dapat ditentukan dengan
sudah jenuh di atas titik LCL hingga
memotong kurva lingkungan. Area dimana
kurva lingkungan berada di sebelah kiri jalur
pergerakan parsel udara jenuh (mengikuti
garis mixing ratio) merupakan area dimana
parsel udara dapat bergerak keatas dengan
otomatis, atau biasa disebut area positif.
Sedangkan area di bawah titik LFC, parsel
udara membutuhkan energi dari luar untuk
dapat bergerak naik dan disebut area negatif
(Pettersen S, 1956). Titik dimana kurva
lingkungan kembali bersinggungan dengan
jalur parsel disebut titik equilibrium (El) atau
titik keseimbangan.
2.4. Convective Condensation Level (CCL),
Paras Kondensai Konvektif (PKK)
CCL atau PKK (Paras Kondensai
Konvektif) adalah ketinggian dimana
kondensasi mulai berlangsung akibat dari
pemansan konvektif. Ketinggian CCL selalu
berada diatas LCL akibat dari pemanasan
membuat berkurangnya RH sehingga
diperlukan ketinggian yang lebih untuk
mencapai titik kondensasi. Berbeda dengan
titik LCL yang tidak berhubungan dengan
kurva lingkungan, titik CCL sangat
berhubungan dengan kurva lingkungan. Titik
CCL merupakan perpotongan dari pergerakan
sebuah parsel ketika jenuh yang terangkat
akibat pemanasan dengan kurva lingkungan.
Ketinggian titik ini selain dipengaruhi oleh
kelembaban
juga
dipengaruhi
oleh
pemanasan permukaan.
Titik CCL berhubungan dengan nilai Tc
atau temperatur konvektif, temperatur
konvektif merupakan suhu permukaan yang
dibutuhkan parsel udara untuk terangkat
mencapai titik sangat jenuh pada kurva
lingkungan. CCL juga merupakan tinggi
dasar awan konvektif atau awan kumulus.
Titik CCL pada sore hari merupakan titik
dasar awan kumulus akibat dari pemanasan
sepanjang siang hari.
2.5. Convective Available Potential Energy
(CAPE)
CAPE adalah daerah dimana parsel udara
memiliki energi positif atau dapat terangkat
dengan otomatis, dalam diagram Skew T
CAPE adalah luas antara wilayah kurva
lingkungan dengan garis adiabaitk basah
parsel, di atas level LFC dan di bawah titik
keseimbangan (El). CAPE merupakan
singkatan dari convective available potential
mengikuti pergerakan parsel udara yang
energy satuan dari CAPE adalah j/kg, CAPE
dapat ditentukan dengan menggunakan
rumus:
Di mana:
Tv
: Temperatur Virtual
Tvenv: Temperatur Virtual Lingkungan
g
: Gravitasi
Zn
: Ketinggian LFC
Zf
: Ketinggian Titik Keseimbangan
CAPE sangat dominan dalam proses
hujan konvektif. Kriteria terjadinya konvektif
adalah tersedianya nilai CAPE yang relatif
besar dan terjadinya pengangkatan masa awal
di dekat permukaan atau boundary layer
(Satiadi D, dkk,. 2004). Nilai kebalikan dari
CAPE adalah CIN atau Convective Inhibition
CIN adalah area negatif, dalam area ini parsel
udara membutuhkan energi dari luar untuk
dapat terangkat, CIN atau CIHN disebut juga
energi penghambat konvektif.
Secara teori proses yang menyebabkan
hujan yang disebabkan oleh proses konvektif,
terbagi menjadi dua yaitu, adanya pemicu
pengangkatan uap air dan pelepasan energi
potensial serta formasi dari hujan. Tingkat
kestabilan
dari
atmosfer
biasanya
dikerakteristikkan dari nilai CAPE, dan nilai
CAPE sangat berhubungan dengan keadaan
permukaan terutama suhu dan kelembaban
(El Tahir, Pal, 1996).
Tabel 1. Nilai CAPE Terhadap Kestabilan
Convective Available Potential Energy
(CAPE) (J/kg)
0 - 999
Marginal Instability
1000-2500
Moderate Instability
2500-4000
Strong Instability
> 4000
Extreme Instability
Sumber: www.UKAgriculturalWeather
Center.Co.Edu.2007.
2.6. Radiosonde dan RAOB
Hasil dari radisonde merupakan gambaran
dari keadaan suhu atmosfer, bukan
merupakan keadaan dari suatu parsel udara.
Kurva sounding merupakan profil suhu
lingkungan yang melingkupi parsel udara
tersebut. Kurva suhu lingkungan hasil
radiosonde terbagi menjadi dua yaitu kurva
(T) suhu dan (Td).
4
Hasil kurva sounding dapat diklasifikasi
menjadi tiga yaitu: Stabil, tidak stabil dan
stabil bersyarat. Sounding yang stabil
menunjukan tidak terdapat energi untuk
pengangkatan
parsel
dalam atmosfer
sebaliknya pada sounding yang tidak stabil
tersedia energi yang besar untuk terjadi
pengangkatan parsel. Pada stabil bersyarat
terdapat energi positif (angkat) dan energi
negatif dalam hasil sounding tersebut.
RAOB adalah singkatan dari Rawinsonde
Observation Program. Perangkat lunak ini
digunakan untuk menganalisis hasil dari
radiosonde secara digital. Dalam program ini
hasil radiosonde dapat langsung diplotkan ke
dalam grafik aerologi. Grafik aerologi yang
digunakan dapat berupa skew T/log P,
Emagram ataupun Thepigram. RAOB
menyediakan aplikasi dalam menganalisis
dan memprediksi keadaan cuaca. Berikut
beberapa aplikasi yang digunakan dalam
penelitian ini:
2.6.1. Significant level
Analisis ini merupakan aplikasi program
dalam menentukan level atau lapisan penting
dalam pergerakan sebuah parsel udara.
Dalam
analisis
ini
program
akan
mensimulasikan pergerakan dari sebuah
parsel udara.
Proses simulasi dapat dilakukan dengan
beberapa pilihan dalam menentukan kondisi
dan parameter awal dari parsel. Penentuan
kondisi awal dari parsel ditetukan dalam
pilihan LPL (Lifted Parcel Level), LPL
merupakan lapisan awal parsel mulai
terangkat. Level ini akan menjadi dasar awal
pengangkatan
parsel
yang
akan
disimulasikan. Pilihan dalam menentukan
ketinggian lapisan ini, yaitu:
1. Surface (permukaan), dalam pilihan ini
LPL akan ditentukan dari permukaan
sehingga kondisi parsel akan diperoleh
dari data permukaan sounding tersebut.
2. Most Unstable (or Best) Level, dalam
pilihan ini LPL akan ditentukan oleh
program secara otomatis berdasarkan nilai
potensial terbesar temperatur bola basah
(Tw). Diperlukan input ketebalan lapisan
yang harus dianalisis program dalam
menentukan level tersebut. Ketebalan
yang umum digunakan adalah 150 mb.
3. Lower xxx mb, dalam pilihan ini LPL dan
kondisi awal parsel akan diperoleh dari
rata-rata temperatur dan temperatur bola
basah dalam ketebalan lapisan yang
dipilih.
4. Multiple prompt, dalam pilihan ini LPL
akan ditentukan berdasarkan input yang
diberikan.
2.6.2. Pericipitable Water (PW)
Nilai
Pericipitable
Water
(PW)
merupakan jumlah dari uap air di dalam
atmosfer. Nilai PW diperoleh dari integrasi
kelembaban spesifik lapisan udara, nilai ini
diperoleh dengan menggunakan rumus:
Di mana:
: Masa jenis air
ρ
w
g
q
: Gravitasi
: Kelembaban spesifik dari lapisan
P1 dan P2
Nilai PW dalam program RAOB
ditampilkan dalam bagian analisis dengan
sebutan Water dalam satuan cm dan
merupakan total uap air yang tersedia dalam
kolom udara tersebut.
2.6.3. Analisis-analisis Lainnya
Terdapat variabel-variabel lain yang
disediakan dalam menganalisis kurva
sounding dalam aplikasi RAOB, analisis
tersebut salah satunya adalah Cross section.
Dalam pilihan tampilan terdapat pilihan
Cross section dalam aplikasi ini tampilan dari
pilihan analisis akan menjadi kontur yang
menghubungkan nilai variable anlisis yang
sama dari beberapa sounding. Terdapat dua
jenis Cross section yaitu waktu dan wilayah,
dengan pilihan ini dapat terlihat kerakteristik
sebaran variable analisis yang diinginkan
dalam jangka waktu atau luas wilayah
tertentu.
2.7. Struktur Klimatologi Daerah Bandar
Udara Soekarno-Hatta Cengkareng
Bandara Soekarno-Hatta Cengkareng
berada pada ketinggian 8 meter di atas
permukaan laut, secara Geografis berada di
06º07’00” LS 106º39’00” BT termasuk
kedalam provinsi Banten dan berdekatan
dengan teluk Jakarta. Iklim daerah tersebut
dipengaruhi oleh faktor pantai dan lautan.
Sepanjang tahun daerah ini memiliki
kelembaban udara yang besar, dengan ratarata RH bulanan 70-80%. Kelembaban udara
rata-rata pada wilayah ini sebesar 78% Nilai
RH rata-rata bulanan terbesar terjadi pada
bulan Juli dan rata-rata bulanan terendah
terjadi pada bulan Agustus. Berikut
5
kelembaban relatif rata-rata bulanan selama
17 tahun tahun 1985-2002 (Gambar 4)
yang paling aktif di dunia (Setiadi dkk,
2007).
Gambar 4. Kelembaban Relatif (RH) Ratarata Wilayah Bandar Udara
Soekarno Hatta.
Gambar 6. Curah Hujan wilayah Bandar
Udara Soekarno-Hatta.
III. BAHAN DAN METODE
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan
April 2009 sampai dengan Oktober 2009 di
Laboratorium
Meteorologi
Departemen
Geofisika dan Meteorologi Institut Pertanian
Bogor.
Gambar 5. Perbandingan Kelembaban Relatif
(RH) Antara RH Pukul 07:00 WIB
dengan Pukul 18:00 WIB Wilayah
Bandar Udara Soekarno Hatta.
Curah hujan rata-rata daerah ini sebesar
140 mm yang tersebar dengan pola monsunal.
Dalam bulan Desember, Januari, Februari
terjadi musim dingin di belahan bumi Utara
dan musim panas di belahan bumi Selatan,
sehingga terjadi pusat tekanan tinggi di
wilayah Asia dan sebaliknya pusat tekanan
rendah di wilayah Australia. Perbedaan
tekanan ini menyebabkan angin berhembus
dari wilayah Asia menuju Australia atau
dikenal dengan angin monsoon barat, angin
tersebut kaya akan uap air dan membawa
hujan pada jalur yang dilewatinya. Sebalik
nya pada monsoon timur wilayah Australia
mengalami musim panas dan wilayah Asia
mengalami musim dingin sehingga terjadi
mekanisme yang berkebalikan.
Dikutip dalam Wu et al (2003) secara
umum iklim di Indonesia lebih ditentukan
oleh variasi curah hujan, dikarenakan variasi
suhu yang terjadi di Indonesia jauh lebih
kecil jika dibandingkan variasi curah hujan.
Indonesia juga merupakan wilayah konvektif
3.2. Alat dan Bahan
Data dan alat yang diperlukan dalam
penelitian ini adalah sebagai berikut:
Data sounding tahun 2007-2008 dari
wilayah Cengkareng, Bandar Udara
Soekarno Hatta, Banten jawa Barat.
Data curah hujan dan unsur iklim lain
stasiun cuaca wilayah objek kajian.
Perangkat lunak RAOB seri 0.57.
Litratur-literatur yang menunjang anlisis
penelitian ini.
Selain itu digunakan peralatan umum lain
seperti seperangkat Personal Computer,
(Data yang digunakan merupakan data
mentah Raw) dari radiosonde stasiun cuaca
bandar udara Soekarno-Hatta yang diperoleh
www.wyoming.edu untuk tahun 2007-2008.
3.3. Metode Penelitian
Penelitaian ini terbagi menjadi 3 tahap,
yang terdiri dari :
Pengolahan data menggunakan RAOB,
hasil yang diperoleh antara lain LCL,
LFC, CCL, PW dan CAPE
Pemilahan Data.
Analisis secara keseluruhan, termasuk
mencari korelasi antara data sounding
dengan data cuaca stasiun yang ada dan