BAB 2 PENGENALAN WRF
2.4 Teknik Downscaling dan Nesting
2.5.3 Transfer Radiatif
Proses-proses Radiasi Gelombang Panjang dan Gelombang Pendek
Proses-proses radiasi gelombang pendek (matahari) dan gelombang panjang (terrestrial) terjadi dalam skala waktu dan ruang yang kecil dan sangat dipengaruhi oleh komposisi local atmosfer. Energi matahari menyebar dari frekuensi ultraviolet, sinar tampak, dan frekuensi near-infrared , namun pada puncaknya (sekitar setengah dari total energi matahari) berada pada panjang gelombang sinar tampak. Ketika pancaran langsung dari radiasi matahari memasuki atmosfer, intensitasnya direduksi oleh:
• Diserap oleh berbagai macam gas, awan dan aerosol
(Sumber: http://www.meted.ucar.edu/nwp/pcu1/ic4/images/physprc2.gif
Sebagian pantulan dan hamburaradiasi matahari tersebut juga mencapai permukaan sebagai radiasi matahari difus. Rata
Atmosphere) mencapai permukaan tanah.
Bumi memancarkan energi kembali ke luar angkasa namun dengan panjang gelombang yang lebih panjang. Energi ini diserap oleh gas rumah kaca, awan, dan aerosol keti
atmosfer. Energi gelombang panjang dipancarkan kembali oleh absorber yang ada di atmosfer, namun ke segala arah dan dengan intensitas yang ditentukan oleh temperature dari objek yang meradiasikannya. Sebagai hasil dari absorpsi dan p
atmosfer, rata-rata temperature permukaan bumi menjadi lebih hangat, yaitu sekitar 33°C.
Implementasi Skema Radiasi
Pada transfer radiatif ini akan digambarkan bagaimana model memperhitungkan radiasi gelombang panjang dan gelombang pendek di atmosfer dan permukaan bumi.
mempengaruhi profil temperatur dalam model. Pada radiasi gelombang pendek, absorpsi bergantung pada profil uap air dan karbon dioksida pada kondisi udara cerah dan berawan. Pengaruh radiasi ini juga termasuk absorpsi dan emisi gelombang panjang. Perhitungan model untuk radiasi gelombang panjang dan gelombang pendek tidak berpengaruh secara eksplisit. Skema radiasi memeperhitungkan pemanasan atmosfer dari divergensi fluks radiasi dan gelombang panjang permukaan serta radiasi gelombang pendek terhadap kapasitas panas permukaan. Radiasi gelombang panjang termasuk infra merah atau radiasi termal diserap dan dipancarkan oleh gas-gas dan permukaan. Pancaran fluks radiatif ke atas dari bumi ditentukan oleh emisivitas permukaan yang pada proses selanjutnya akan bergantung pada tata guna lahan. Radiasi gelombang pendek termasuk sinar tampak dan panjang gelombang disekitarnya yang menusun spectrum matahari. Meskipun sumber utamanya hanyalah matahari namun
proses di dalamnya termasuk juga absorpsi, refleksi, dan hamburan di atmosfer dan permukaan. Untuk radiasi gelombang pendek, fluks ke atasa merupakan pantulan dari albedo permukaan. Di atmosfer, radiasi member respon terhadap distribusi awan dan ua
juga memperhitungkan respon radiasi terhadap konsentrasi CO2, ozon, dan gas
(opsional). Seluruh skema radiasi dalam WRF saat ini merupakan skema satu dimensi, sehingga http://www.meted.ucar.edu/nwp/pcu1/ic4/images/physprc2.gif
Sebagian pantulan dan hamburaradiasi matahari tersebut juga mencapai permukaan sebagai radiasi matahari difus. Rata-rata, sekitar setengah insolasi pada puncak atmosfer (TOA, Top of Atmosphere) mencapai permukaan tanah.
Bumi memancarkan energi kembali ke luar angkasa namun dengan panjang gelombang yang lebih panjang. Energi ini diserap oleh gas rumah kaca, awan, dan aerosol keti
atmosfer. Energi gelombang panjang dipancarkan kembali oleh absorber yang ada di atmosfer, namun ke segala arah dan dengan intensitas yang ditentukan oleh temperature dari objek yang meradiasikannya. Sebagai hasil dari absorpsi dan pancaran kembali dari gelombang panjang di
rata temperature permukaan bumi menjadi lebih hangat, yaitu sekitar 33°C.
Implementasi Skema Radiasi
Pada transfer radiatif ini akan digambarkan bagaimana model memperhitungkan radiasi ang dan gelombang pendek di atmosfer dan permukaan bumi.
mempengaruhi profil temperatur dalam model. Pada radiasi gelombang pendek, absorpsi bergantung pada profil uap air dan karbon dioksida pada kondisi udara cerah dan berawan. ni juga termasuk absorpsi dan emisi gelombang panjang. Perhitungan model untuk radiasi gelombang panjang dan gelombang pendek tidak berpengaruh secara eksplisit. Skema radiasi memeperhitungkan pemanasan atmosfer dari divergensi fluks radiasi dan
panjang permukaan serta radiasi gelombang pendek terhadap kapasitas panas permukaan. Radiasi gelombang panjang termasuk infra merah atau radiasi termal diserap dan gas dan permukaan. Pancaran fluks radiatif ke atas dari bumi ditentukan oleh emisivitas permukaan yang pada proses selanjutnya akan bergantung pada tata guna lahan. Radiasi gelombang pendek termasuk sinar tampak dan panjang gelombang disekitarnya yang menusun spectrum matahari. Meskipun sumber utamanya hanyalah matahari namun
proses di dalamnya termasuk juga absorpsi, refleksi, dan hamburan di atmosfer dan permukaan. Untuk radiasi gelombang pendek, fluks ke atasa merupakan pantulan dari albedo permukaan. Di atmosfer, radiasi member respon terhadap distribusi awan dan uap air yang diprediksi model, juga memperhitungkan respon radiasi terhadap konsentrasi CO2, ozon, dan gas
(opsional). Seluruh skema radiasi dalam WRF saat ini merupakan skema satu dimensi, sehingga http://www.meted.ucar.edu/nwp/pcu1/ic4/images/physprc2.gif)
Sebagian pantulan dan hamburaradiasi matahari tersebut juga mencapai permukaan sebagai itar setengah insolasi pada puncak atmosfer (TOA, Top of
Bumi memancarkan energi kembali ke luar angkasa namun dengan panjang gelombang yang lebih panjang. Energi ini diserap oleh gas rumah kaca, awan, dan aerosol ketika dipancarkan melalui atmosfer. Energi gelombang panjang dipancarkan kembali oleh absorber yang ada di atmosfer, namun ke segala arah dan dengan intensitas yang ditentukan oleh temperature dari objek yang ancaran kembali dari gelombang panjang di rata temperature permukaan bumi menjadi lebih hangat, yaitu sekitar 33°C.
Pada transfer radiatif ini akan digambarkan bagaimana model memperhitungkan radiasi ang dan gelombang pendek di atmosfer dan permukaan bumi. Radiasi mempengaruhi profil temperatur dalam model. Pada radiasi gelombang pendek, absorpsi bergantung pada profil uap air dan karbon dioksida pada kondisi udara cerah dan berawan. ni juga termasuk absorpsi dan emisi gelombang panjang. Perhitungan model untuk radiasi gelombang panjang dan gelombang pendek tidak berpengaruh secara eksplisit. Skema radiasi memeperhitungkan pemanasan atmosfer dari divergensi fluks radiasi dan
panjang permukaan serta radiasi gelombang pendek terhadap kapasitas panas permukaan. Radiasi gelombang panjang termasuk infra merah atau radiasi termal diserap dan gas dan permukaan. Pancaran fluks radiatif ke atas dari bumi ditentukan oleh emisivitas permukaan yang pada proses selanjutnya akan bergantung pada tata guna lahan. Radiasi gelombang pendek termasuk sinar tampak dan panjang gelombang disekitarnya yang menusun spectrum matahari. Meskipun sumber utamanya hanyalah matahari namun proses-proses di dalamnya termasuk juga absorpsi, refleksi, dan hamburan di atmosfer dan permukaan. Untuk radiasi gelombang pendek, fluks ke atasa merupakan pantulan dari albedo permukaan. Di p air yang diprediksi model, juga memperhitungkan respon radiasi terhadap konsentrasi CO2, ozon, dan gas-gas lainnya (opsional). Seluruh skema radiasi dalam WRF saat ini merupakan skema satu dimensi, sehingga
masing-masing kolom diperlakukan independen dan fluks berhubungan dengan kolom tersebut dalam bidang horizontal yang uniform yang tidak terbatas, dengan hasil aproksimasi yang baik bila ketebalan vertical dari layer model lebih kecil dari panjang grid horizontalnya. Asumsi ini menjadi kurang akurat pada resolusi horizontal yang tinggi.
Radiation Option (basic features of the radiation schemes in the ARW)
Skema LW/SW Spectral Bands CO2, O3, Clouds
RRTM LW 16 CO2, O3, Clouds
GFDL LW LW 14 CO2, O3, Clouds
CAM3 LW LW 2 CO2, O3, Clouds
GFDL SW SW 12 CO2, O3, Clouds
MM5 SW SW 1 clouds
Goddard SW 11 CO2, O3, Clouds
CAM3 SW SW 19 CO2, O3, Clouds
Macam Skema Radiasi
Shortwave Radiation (ra_sw_physics)
No Jenis Skema Keterangan
0 No shortwave radiation
Menjalankan model tanpa skema Radiasi gelombang pendek. 1 Dudhia scheme Penurunan integrasi sedehana yang efesien diterapkan untuk
absorpsi dan hamburan pada udara cerah dan berawan. Ketika digunakan pada simulasi dengan resolusi tinggi, efek kemiringan dan bayangan hendaknya diperhatikan.
Skema Dudhia meskipun hanya menggunakan satu band besar gelombang pendek untuk perhitungan transfer radiatif, namun lebih sering digunakan bila dibandingkan dengan skema yang lain. Hasil dari skema ini sesuai digunakan untuk short-range forecast time frame.
Skema ini berdasarkan Dudhia (1989) yang diambil dari MM5. Skema ini memiliki penurunan integrasi sederhana untuk fluks matahari, perhitungan hamburan pada clear-air, absorpsi uap air (Lacis dan Hansen, 1974), serta albedo awan dan absorpsi. Skema ini menggunakan look-up tables untuk awan dari Stephens (1978). Pada versi 3, skema memiliki opsi untuk menghitung efek kemiringan dan bayangan lereng terhadap fluks matahari di permukaan.
2 Goddard short wave Skema multi band dengan memperhitungkan pengaruh ozon dari klimatologi dan awan.
Skema ini berdasarkan Chou dan Suarez (1994). Memiliki 11 band spektral dan memperhitungkan komponen difusi dan radiasi matahari langsung dalam pendekatan 2 arah yang menghitung komponen hamburan dan refleksi. Ozon diperhitungkan juga dengan
beberapa profil klimatologi yang ada.
3 CAM scheme Skema yang digunakan dalam model iklim CAM 3 yang digunakan dalam CCSM. Memperhitungkan aerosol dan traces gases.
Skema band spectral yang digunakan dalam NCAR Community
Atmosphere Model (CAM 3.0) untuk simulasi iklim. Skema ini
memiliki kemampuan untuk mengatasi masalah optikal pada beberapa tipe aerosol dan traces gases. Skema ini menggunakan fraksi awan dan asumsi pada unsaturated region dan memiliki kondisi ozon (klimatologi) zonal bulanan. Skema ini didokumentasikan secara lengkap oleh Collins et al. (2004). Skema radiasi CAM lebih cocok digunakan pada wilayah simulasi iklim yang memiliki distribusi ozon bervariasi selama simulasi berdasarkan data klimatologi rata-rata zonal bulanan.
99 GFDL (Eta) longwave (semi-supported)
Eta Geophysical Fluid Dynamics Laboratory (GFDL) Short-Wave.
Skema operasional Eta. Skema multi band dengan memperhitungkan pengaruh ozon dari klimatologi dan awan.
Skema radiasi gelombang pendek ini merupakan versi GFDL dari parameterisasi Lacis dan Hansen (1974). Pengaruh uap air dan ozon di atmosfer (dari Lacis dan Hansen, 1974), dan karbondioksida (Sasamori et al. 1972) digunakan dalam skema ini. Awan di-overlap secara acak.Perhitungan gelombang pendek menggunakan rata-rata penyinaran matahari dalam satu hari cosinus sudut zenith matahari selama interval waktu tersebut.
Longwave Radiation (ra_lw_physics)
No Jenis Skema Keterangan
0 No longwave
scheme
Menjalankan model tanpa skema Radiasi gelombang panjang
1 RRTM Rapid Radiative Transfer Model. Skema yang akurat menggunakan
look-up tables untuk efisiensi. Memperhitungkan multiple band, trace
gases, dan mikrofisis.
Skema RRTM, ini diambil dari MM5 berdasarkan Mlawer et al. (1997) dan salah satu band spektralnya menggunakan metode korelasi-k. Skema ini menggunakan pre-set tables untuk menggambarkan proses-proses gelombang panjang secara akurat dengan memodelkan uap air, CO2, ozon, traces gases (nitrous nitrogen, dan beberapa gas halocarbons umumnya), juga untuk menghitung kedalaman optikal awan.
Validari RRTM terhadap LBLRTM telah dilakukan untuk berbagai kondisi atmosfer. Akurasi RRTM untuk clear-sky: 1:0 Wm-2 9relatif terhadap LBLRTM) untuk net flux pada berbagai ketinggian; 0:1Kday-1
untuk kesalahan total pendinginan di troposfer dan stratosfer bawah dan 0:3 Kday-1 di stratosfer atas dan level di atasnya.
3 CAM scheme Skema yang digunakan dalam model iklim CAM 3 yang digunakan dalam CCSM. Memperhitungkan aerosol dan traces gases.
Skema band spectral yang digunakan dalam NCAR Community
Atmosphere Model (CAM 3.0) untuk simulasi iklim. Skema ini memiliki
potensi untuk mengatasi simulasi untuk beberapa traces gases. 99 GFDL (Eta)
longwave (semi-supported)
Skema operasional Eta. Skema multi band dengan memperhitungkan pengaruh ozon dari klimatologi dan awan.
Skema radiasi gelombang panjang ini dari GFDL. Skema ini berdasarkan metode pertukaran sederhana (simplified exchange
method) dari Fels dan Schwarzkopf (1975) dan Schwarzkopf dan
Felss (1991) dengan perhitungan pada band spectral yang berkaitan dengan CO2, uap air dan ozon. Skema ini menggunakan koefisien transmisi untuk CO2 dari Schwarzkopf dan Fels (1985), kontinuitas uap air (Roberts et al. 1976), dan pengaruh overlap dari uap air-CO2 dan koreksi Voigt line-shape. Formulasi dari Rodgers (1968) diadaptasi untuk absorpsi ozon. Awan di-overlap secara acak. Skema ini diimplementasikan untuk diujikan perbandingan dengan operasional model Eta.