KELOMPOK I

22411002 Jasisca Meirany1. 22411002 Jasisca Meirany2. 22411005 Wirid Birastri3. 22411317 Arif Ma’rufi4. 2241131 Dony Christianto

SAINS KEBUMIANFAKULTAS ILMU DAN TEKNOLOGI KEBUMIAN, ITB

2012

Struktur LBA

Aliran Laminer & TurbulenAliran Laminer & Turbulen

Skala Atmosfer dalam LBA

What Is The Important To Study The Atmospheric Boundary Layer?

Lapisan Batas Atmosfer (LBA) / Lapisan Planeter yaitu bagian

bawah atmosfer yang terbentuk oleh interaksi antara

atmosfer dan permukaan (tanah dan laut) dengan skala

waktu satu hari atau kurang.

Depiction of various

surfaces and Planetary

Boundary Layer (PBL)

processes. Red dashed line

represents the top of the

PBL. (Image

courtesy COMET Program)

Gambar Struktur LBA pada siang hari Gambar Struktur LBA pada malam hari

Dalam Kondisi Konveksi dan labil pada

siang hari, tinggi LBA Labil yaitu sekitar 1

km atau 10 % dari tinggi tropopause rata-

rata ( 10 km). Tinggi LBA labil berkisar

antara 0,5 dan 5 km.

Dalam Kondisi stabil pada malam hari,

tinggi LBA Stabil yaitu sekitar 100 m

yang berkisar antara 10 dan 500 m

bergantung pada stabilitas atmosfer

KecepatanAngin

Temperatur

Udara

Elemen cuaca lain (presipitasi, kondisi

awan, angin, maupun radiasi matahari

Turbulensi

Skala KecilLapisan

Permukaan

•Angin Geostrofik

•Angin Ageostrofik

Angin geostrofik ialah angin tanpa pengaruh gesekandimana gaya gradien tekanan diimbangi oleh gayaCorriolis(Kondisi Angin Geostrofik di BBU)

Akibat gaya gesekan permukaan, angin menjadi tidakgeostrofik atau disebut ageostrofik(Kondisi Angin Ageostrofik di BBU)

Fp = gaya gradien tekanan = -1/p . δp/δn,

dimana p adalah densitas udara

δp = p2 – p1

δn = jarak isobar.

Fg = gaya gesekan = k.v, k adalah koefisien gesekan dan v adalah kecepatan angin

Fc = gaya Coriolis = 2Ω sin Ø. V

dimana Ω adalah kecepatan sudut rotasi

Ø adalah lintang tempat

v adalah kecepatan angin

Laminer adalah aliran fluida yang ditunjukkan dengan gerak partikel-partikel

fluidanya sejajar dan garis-garis arusnya halus. Dalam aliran laminer, partikel-

partikel fluida seolah-olah bergerak sepanjang lintasan-lintasan yang halus dan

lancar, dengan satu lapisan meluncur secara mulus pada lapisan yang bersebelahan

Sifat kekentalan zat cair berperan penting dalam pembentukan aliran laminer. Aliran

laminer bersifat steady maksudnya alirannya tetap. “Tetap” menunjukkan bahwa di

seluruh aliran air, debit alirannya tetap atau kecepatan aliran tidak berubah

menurut waktu.

Pada viskositas yang rendah dan kecepatan yang tinggi aliran laminar tidak stabil

dan berubah menjadi aliran turbulen.

Turbulen merupakan kecepatan aliran yang relatif besar akan menghasilakan aliran

yang tidak laminar melainkan komplek, lintasan gerak partikel saling tidak teratur

antara satu dengan yang lain.

Karakteristik aliran turbulen:

ditunjukkan oleh terbentuknya pusaran-pusaran dalam aliran, yang menghasilkan

percampuran terus menerus antara partikel partikel cairan di seluruh penampang

aliran.

Ciri- ciri aliran laminer:

fluida bergerak mengikuti garis lurus, kecepatan fluidanya rendah, viskositasnya

tinggi dan lintasan gerak fluida teratur antara satu dengan yang lain.

Sehingga didapatkan Ciri dari aliran turbulen: tidak adanya keteraturan dalam

lintasan fluidanya, aliran banyak bercampur, kecepatan fluida tinggi, panjang

skala aliran besar dan viskositasnya rendah.

Untuk membedakan aliran apakah turbulen atau laminer, terdapat suatu angka tidak

bersatuan yang disebut Angka Reynold (Reynolds Number). Angka ini dihitung

dengan persamaan sebagai berikut:

Dimana :

u – kecepatan fluida

d – dimensi karakteristik untuk problem partikel

μ – koefisien viskositas dalam poise = 1.71 X 10

– koefisien viskositas dinamik = 3.1806 X 10

ρ – kerapatan (densitas) fluida = 1.86 X 10

Klasifikasi Bilangan Reynold (Re) untuk menentukan tipe aliran:

Aliran laminer jika Re < 2.300

Aliran transisi jika 2.300 < Re < 4.000

(Sumber: Holman, J. P. (2002). Heat Transfer. McGraw-Hill.p. 207)

Aliran transisi jika 2.300 < Re < 4.000

Aliran Turbulen jika Re > 4.000

Scales of Atmospheric MotionDi atmosfergerakan/fenomena terjadidalam skala spasial dantemporal

Makro

makro-α(200-2000 m)

makro-β(2000-10000 km)

meso-α(200-2000 km)

Skala GerakAtmosferberdasarkanOrlanski (1975):

Meso

meso-β(20-200 km)

dan meso-γ(2-20 km)

Mikro

mikro-α(200-2000 m)

mikro-β(20-200 m)

mikro-γ(0-20 km)

Hierarki gerak atmosfer mulai

hembusan kecil hingga badai

disebut skala gerak atmosfer.

Beberapa ilmuwan melakukan

pembagian skala gerak

atmosfer diantaranya Orlanski

(1975) dan Fujita (1981).

Local (microscale) Time: few hours to ~1 day

Distance: <2 km

Phenomenon: local convection, small cumulus, fog, hill/valley drainage flows, variations in surface wind,…

Regional (mesoscale) Regional (mesoscale) Time: hours to days

Distance: a few to several 100 km

Phenomenon: thunderstorms, fronts, land-sea breezes,…

Large scale (synoptic scale) Time: up to ~10 days

Distance: several 100 to several 1000 km

Phenomenon: high and low pressure systems

Masa hidup Bulan Hari Jam Menit Detik

Skala Orlanski (1975) Skala

horizontal

Gelombang planeter, pasut atmosfer

Makro α

10.000 km

Pusat tekanan rendah/ tinggi

Makro β

2000 km

Front, Depresi tropis

Meso α

200 km

Nocturnal jet, squall

line, klaster awan, angin laut/darat, gunung/lembah

Meso β

20 km

Awan badai, gel. gravitas, gel.

Meso γ

Klasifikasi skala

gerak

atmosfer/fenomenagunung, turbulensi udara cerah

Meso γ

2 km

Tornado, sel awan cumulus, gel. gravitas (pendek)

Micro α

200 m

Wind gust, wake, aliran termal

Micro β

20 m

Plume, turbulensi lapisan batas

Micro γ

cuaca berdasarkan

Orlanski (diadaptasi

dari Asai, 1996)

Lapisan Batas

Atmosfer

Lapisan Batas Atmosfer ditandai

dengan adanya turbulensi dan

percampurab akibat gesekan

dengan permukaan bumi.

Di LBA - fenomena atmosfer

memiliki periode ~1 hari

Ketinggian ABL bergantung pada gaya

penggerak di permukaan bumi yang

mengakibatkan percampuran:

permukaandipanaskan

heat transfer ↑(konveksi)

LBA meluashingga 1-2 km memiliki periode ~1 haridipanaskan

matahari(konveksi) hingga 1-2 km

Siang hari

permukaanlebih cepat

dingin

heat transfer ↓ (konveksi)

LBA menurunhingga 100 m

Malam hari

Surface Layer Turbulent: ditandai

dengan turbulensi skala kecil

akibat kekasaran permukaan dan

konveksi

- Siang hari: lapisan meluas

hingga 50 m

- Malam hari: lapisan hanya

beberapa meter di atas

permukaan

Batasan fenomena di ABL:1. Skala vertikal ~1 km2. Skala horizontal ~50 km3. Periode 1 hari

Spatial Scale Phenomena

1 cm

Wind , Gust, TurbulenceWind , Gust, Turbulence

1 meter

Tornado, devildust

1 kilometer = ?? miles

Microburst,Thunderstorm, Flashflood

10 km

Seabreeze

100 km

Squalline, Hurricane

1000 km and largerWarm/cold front, Hight, Low

a. Pesawat Terbang

Para ahli desain pesawatterbang juga harusmempertimbangkan ABLmempertimbangkan ABLagar pesawat tidak mudahterkoyak oleh angin geser.Dan menjaga pesawat agartetap stabil dari golakanangin ketika akan “take offdan landing”.

b. Untuk memahami lebih jauh tentang perubahan intensitasbadai

Sebuah penelitian di Florida :

Sebuah wilayah yang besar dengan suhu dingin yang tidak biasaterbentuk akibat TS. Gabriel yang berpengaruh pada :terbentuk akibat TS. Gabriel yang berpengaruh pada :

a. Mengatur Frontogenesis ABL dekat Daratanb. Permukaan dingin yang hampir jenuh, membuat ABL lemah dan

stabilc. Daerah dingin yang luas ini akan memperlemah TS. Gabriel

dengan cepat

c. Perbaikan dalam peramalan curah hujan kuantitatif

Pemahaman tentang kondisi ABL ini dapat digunakan

untuk parameterisasi dalam model dinamik prediksi cuaca

untuk meningkatkan kinerja model.

d. Polusi UdaraMemahami lebih jauh tentang polasebaran polutan di atmosfer bawahseperti proses pencampuran,kecepatan dan arah gerak polutan,variasi siang dan malam, variasi antarmusim dan sebagainya, perbedaanlanduse dsb.

Siang Hari

Siang Hari

landuse dsb.

Malam Hari

Efek penyebaran aerosol dan

penyerapan radiasi menyebabkan ABL

lebih stabil (Chen, et al dalam Fan

Shaoji, et al. 2008).

Ada 2 BLR yang dipasangDi Indoesia :1. Di Puspitek Serpong2. Koto Tabang Sumbar

BLR adalah sebuah RadarBLR adalah sebuah RadarDoopler L-Band. yangmempunyai daya 1 kwDan resolusi jarak danwaktu 100 m dan 1 menit.Range ketinggian BLR iniadalah 1 – 5 km.

BLR ini menggunakan 3 buahantena parabola yang diarahkan ke3 titik berbeda untuk mendapatkan3 komponen dari vektor angin.

Sebenarnya, radar ini dirancangSebenarnya, radar ini dirancanguntuk dapat mengamati pergerakanatmosfir pada udara cerah, namunpada penelitian sebelumnyaditemukan bahwa radar yangberoperasi dengan frekuensi UHFseperti ini dapat pula digunakanuntuk mengamati butir hujan [Gageet al., 1994].

a b

Rata-rata bulanan frekuensi kemunculan awan hujan jenis stratiform (a) dan jenisconvective (b) hasil pengamatan dengan BLR di Serpong

bulan Nopember 1992 s.d. Desember 1999.

Shaojia Fana, et al. 2008. Meteorological conditions and structures of

atmospheric boundary layer in October 2004 over Pearl River Delta area.

Kevin R. Knupp And Justin Walters, 2005. Doppler Profiler and Radar

Observations of Boundary Layer Variability during the Landfall of Tropical Storm

Gabrielle.

Manoj Kumar Mishra,K.Rajeev n, Anish Kumar M.Nair, K. Krishna Moorthy, K. Manoj Kumar Mishra,K.Rajeev n, Anish Kumar M.Nair, K. Krishna Moorthy, K.

Parameswaran. 2011. Impact of a noon-time annular solar eclipse on the mixing

layer height and vertical distribution of aerosols in the atmospheric boundary

layer

Bayong Tjasyono .HK. 1998. Diktat Kuliah Sains Atmosfer. Bandung:Penerbit ITB.

www.perpustakaan.lapan.go.id/jurnal/index.php/jurnal_sains/

http://apollo.lsc.vsc.edu/classes/met130/notes/chapter9/scales.html