BAB 2 PENGENALAN WRF
2.4 Teknik Downscaling dan Nesting
2.5.4 Planetary Boundary Layer
PBL merupakan area antara permukaan dan atmosfer bebas dimana permukaan memiliki pengaruh langsung terhadap pemanasan, kelembaban, dan momentum. Sejumlah komponen fisis seperti kecepatan angin, temperatur, kelembaban dsb, menunjukkan fluktuasi yang berubah dengan cepat, dan dengan kondisi percampuran vertikal yang kuat.
Di atas PBL merupakan atmosfer bebas dimana kondisi angin diperkirakan geostropik yang paralel dengan isobar, sementara di dalam PBL angin dipengaruhi oleh gesekan dengan permukaan disekitar geostropik yang paralel dengan isobar.
Ciri-ciri lapisan batas:
1. Turbulensi hampir kontinu diseluruh ketinggian
2. Gaya gesekan yang besar terhadap permukaan besar sehingga terdapat sejumlah besar energi yang terdisipasi
3. Percampuran turbulen yang sangat cepat secara vertikal dan horizontal 4. Transpor vertikal didominasi oleh turbulensi
5. Kedalaman bervariasi antara 100-3000 km yang bervariasi terhadap ruang dan waktu dengan variasi diurnal
Forcing Mechanism:
1. Heat transport from/to ground 2. Frictional drag
3. Evaporation/tra
4. Terrain-induced flow modification 5. Pollution emision
PBL dalam Prediksi Cuaca Numerik bertugas untuk:
1. Menentukan fluks dari permukaan bumi ke atmosfer
2. Merumuskan atau mendiagnosis lapisan model dimana pengaruh permukaan dirasakan
3. Memperhitungkan lapisan ini.
Untuk menentukan jumlah lapisan dalam model PBL bergantung pada:
1. Rata-rata luas grid temperatur skin yang diprediksi dan rata kelembaban, dan angin grid
temperatur, kelembaban, dan angin pada permukaan didiagnosis.
2. Lapse rate, gradien kelembaban vertikal, dan geser angin vertikal antara lapisan model yang berbatasan bergerak naik dari permukaan.
3. Estimasi hubungan antara
buoyant dan mekanik aktual, yang mengendalikan PBL. Gambar di bawah ini memberikan gambaran tentang komponen
mempengaruhi lapisan batas planeter dan menunjukka bagaimana perubahan ke orientasinya pada keseluruhan siklus diurnal.
Sumber :
Gerak ke atas dari permukaan untuk masing
rate skala grid dan geser angin vertikal menghasilkan ketidakstabilan, lapisan Heat transport from/to ground
Frictional drag
Evaporation/transpiration
induced flow modification Pollution emision
PBL dalam Prediksi Cuaca Numerik bertugas untuk:
Menentukan fluks dari permukaan bumi ke atmosfer
Merumuskan atau mendiagnosis lapisan model dimana pengaruh permukaan Memperhitungkan transpor panas, kelembaban, dan momentum melalui lapisan
Untuk menentukan jumlah lapisan dalam model PBL bergantung pada:
rata luas grid temperatur skin yang diprediksi dan rata
kelembaban, dan angin grid-kubus pada lapisan pertama, dari gradien vertikal temperatur, kelembaban, dan angin pada permukaan didiagnosis.
Lapse rate, gradien kelembaban vertikal, dan geser angin vertikal antara lapisan model yang berbatasan bergerak naik dari permukaan.
Estimasi hubungan antara gradien vertikal skala grid di atasnya dan turbulensi buoyant dan mekanik aktual, yang mengendalikan PBL.
Gambar di bawah ini memberikan gambaran tentang komponen-komponen yang dapat mempengaruhi lapisan batas planeter dan menunjukka bagaimana perubahan ke
orientasinya pada keseluruhan siklus diurnal.
Sumber : http://cirrus.geoph.itb.ac.id/?cat=elearning&id=comet
Gerak ke atas dari permukaan untuk masing-masing lapisan model, apabila kombinasi dari lapse rate skala grid dan geser angin vertikal menghasilkan ketidakstabilan, lapisan
Merumuskan atau mendiagnosis lapisan model dimana pengaruh permukaan transpor panas, kelembaban, dan momentum melalui
lapisan-rata luas grid temperatur skin yang diprediksi dan lapisan-rata-lapisan-rata temperatur, san pertama, dari gradien vertikal temperatur, kelembaban, dan angin pada permukaan didiagnosis.
Lapse rate, gradien kelembaban vertikal, dan geser angin vertikal antara lapisan gradien vertikal skala grid di atasnya dan turbulensi
komponen yang dapat mempengaruhi lapisan batas planeter dan menunjukka bagaimana perubahan ketinggian dan
http://cirrus.geoph.itb.ac.id/?cat=elearning&id=comet
masing lapisan model, apabila kombinasi dari lapse-rate skala grid dan geser angin vertikal menghasilkan ketidakstabilan, lapisan-lapisan tersebut
diasumsikan menjadi turbulen dan bagian dari PBL. Kecepatan transpor vertikal momentum, panas, dan kelembaban berdasarkan pada gradien skala grid ini.
Ketika ketinggian dari PBL sebenarnya maupun ketinggian PBL model mengalami perubahan, bilangan level model yang meliputinya dan kemampuan model untuk mengumpulkan data tentang proses-proses di PBL juga akan mengalami perubahan. Komponen-komponen harian dikendalikan oleh konduksi, konveksi, dan turbulensi. Komponen pada malam hari dikendalikan oleh konduksi dan pendinginan radiasi.
Macam Skema PBL
Dalam menjalankan model WRF ini terdapat beberapa macam setting PBL:
No Jenis Skema Keterangan
0 No boundary-layer scheme
Dalam setting PBL 0 ini model menjalankan simulasi tanpa memperhitungkan ketinggian PBL. Ketinggian PBL 0 meter. 1 YSU scheme (Yonsei
University Scheme)
Generasi setelah MRF-PBL. Skema non-lokal-K dengan lapisan entraintment eksplisit dan profil parabolik K pada lapisan campuran yang tidak stabil (Skamarock et al. 2005). (Skema ini telah diuji untuk WRF-NMM)
Yensei University scheme ini merupakan modifikasi dari skema MRF yang bertujuan untuk mengurangi efek percampuran nonlokal dan juga untuk memasukkan fluks entrainment eksplisit dari panas, kelembaban dan momentum, menghitung transpor gradien momentum, dan perbedaan spesifikasi dari ketinggian PBL (Hong and Dudhia 2003 dalam S. Chiao 2006). Ketinggian PBL dari skema YSU ditentukan oleh profir termal, dan juga asumsi percampuran nonlokal untuk panas dan kelembaban yang akan berpengaruh pada prediksi temperatur permukaan serta mixing ratio uap air.
2 Mellor-Yamada-Janjic TKE scheme
Skema prognostik kinetik turbulen satu dimensi dengan campuran vertikal skala lokal. (Janjic 1990, 1996a, 2002). (Skema ini telah diuji untuk WRF-NMM, pada NCEP)
3 NCEP Global Forecast System scheme (NMM only)
Skema vertikal difusi orde pertama dari Troen dan Mahrt (1986) ditentukan menggunakan pendekatan iterasi bulk-Richardson yang bekerja dari permukaan tanah ke atas dimana profil dari koefisien difusivitas dispesifikasikan sebagai fungsi kubistik dari ketinggian PBL. Nilai koefisien ditentukan dengan mencocokkan lapisan permukaan fluks. Parameterisasi flux gradien dimasukkan dalam skema ini. (skema ini telah diuji-coba untuk WRF-NMM)
4 Quasi-Normal Scale Elimination PBL
Adalah prediksi TKE yang menggunakan teori baru untuk region stabil terstratifikasi. Terdapat pada versi 3.1.
5 Mellor-Yamada Nakanishi and Niino
Level 2.5 PBL
6 Mellor-Yamada Nakanishi and Niino
Level 3 PBL
Memprediksi TKE dan suku kedua lainnya. Terdapat pada versi 3.1
7 ACM2 (Pleim) PBL (ARW)
Model konvektif asimetris dengan tanpa percampuran ke atas dan ke bawah skala lokal. Skema ini berdasarkan pada konsep bahwa transpor vertikal di dalam lapisan campuran asimetris secara tidak terpisah. Transpor ke atas (upward transport) oleh buoyant plumes dimulai pada lapisan permukaan yang disimulasikan oleh percampuran dari lapisan model yang lebih rendah secara langsung ke seluruh lapisan yang lain dalam lapisan campuran.
8 BouLac PBL Bougeault-Lacarrère PBL adalah salah satu alternative prediksi TKE. Skema ini terdapat pada versi 3 dan didesain untuk digunakan dengan model urban BEP.
Pilihan skema Urban Surface (sf_urban_physics – menggantikan versi lama switch dengan ucmcall):
Urban canopy model (sf_urban_physics = 1): 3-kategory UCM opsi dengan efek permukaan untuk atap, dinding, dan pohon BEP (sf_urban_physics = 2). Building Environment Parameterization
Merupakan model kanopi urban multi-layer dengan kondisi bangunan dapat lebih tinggi daripada level paling rendah pada model. Skema ini hanya dapat bekerja dengana Noah LSM dan Boulac dan MYJ PBL. Skema ini terdapat pada versi 3.1.
99 MRF scheme Versi lama dari skema YSU dengan treatment implisit untuk lapisan entraintment sebagai bagian dari non lokal-K lapisan campuran. (Hong and Pan 1996). Skema MRF memerlukan profil difusivitas Eddy terhadap ketinggian, dengan magnitude yang bergantung pada karakteristik skala kecepatan pada lapisan permukaan. Skema ini terdapa transpor panas non-lokal sepanjang hari.
LES PBL: A large-eddy-simulation (LES) boundary layer
terdapat pada versi 3. Pada skema ini dilakukan setting: bl_pbl_physic = 0,
isfflx = 1,
untuk setting surface digunakan sf_sfclay_physics dan sf_surface_physics.
Setting pada skema ini menggunakan difusi untuk percampuran vertikal dan
diff_opt = 2 km_opt = 2 atau 3
Alternatif untuk running LES PBL adalah dengan memilih: isfflx = 0 atau 2
Keterangan:
dengan setting:
1 = dengan efek fluks dari permukaan
0 = tanpa fluks permukaan (tidak digunakan pada sf_surface_sfclay = 2)
Bila diff_opt=2, km_opt=2 atau 3 maka isfflx:
0 = fluks konstan ditentukan oleh koefisien drag, tke_heat_flux; 1 = menggunakan perhitungan model untuk u*, dan fluks panas dan kelembaban;
2 = menggunakan perhitungan model u*, dan fluks panas oleh tke_heat_flux