KARAKTERISTIK HORIZONTAL GELOMBANG KELVIN DAN
GELOMBANG ROSSBY-GRAVITY DI LAPISAN STRATOSFER-BAWAH
EKUATORIAL PADA FASE BARATAN DAN TIMURAN QBO
NUR ZAMAN FATHULLAH
DEPARTEMEN GEOFISIKA DAN METEOROLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR 2016
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul “Karakteristik Horizontal Gelombang Kelvin dan Rossby-Gravity di Lapisan Stratosfer-Bawah Ekuatorial pada Fase Baratan dan Timuran QBO” adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
Bogor, Juli2016
Nur Zaman Fathullah
ABSTRAK
NUR ZAMAN FATHULLAH. Karakteristik Horizontal Gelombang Kelvin dan Rossby-Gravity di Lapisan Stratosfer-Bawah Ekuatorial pada Fase Baratan dan Timuran QBO. Dibimbing oleh SONNI SETIAWAN.
Data ERA-Interim dengan periode 35 tahun (Januari 1979 – Desember 2013) keluaran ECMWF (European Center for Medium Range Weather Forecasts) digunakan untuk menganalisis karakteristik gelombang Kelvin dan gelombang Rossby-Gravity pada fase baratan dan timuran QBO menggunakan metode Space-Time Spectral Analysis (STSA). Hasil dari penelitian ini menunjukkan bahwa aktivitas gelombang Kelvin menguat pada fase timuran QBO dan gelombang Rossby-Gravity menguat pada fase baratan QBO di lapisan stratosfer-bawah. Variasi musiman menunjukkan bahwa aktivitas kedua geombang tersebut menguat pada musim JJA dan SON akibat profil aliran dasar yang berada di lapisan stratosfer dan diperkuat dengan proses konveksi di wilayah Pasifik tropis. Identifikasi gelombang Kelvin dan Rossby-Gravity juga dilakukan di lapisan troposfer untuk membandingkan karakteristik kedua gelombang tersebut di lapisan yang berbeda. Gelombang Kelvin dan gelombang Rossby-Gravity memiliki kecepatan fasa yang lebih rendah di lapisan troposfer akibat terkopel dengan konveksi. Variasi gelombang Kelvin dan gelombang Rossby-Gravity di lapisan troposfer tidak dipengaruhi secara signifikan oleh perbedaan fase QBO. Hasil ini konsisten dengan teori bahwa variasi gelombang ekuator di lapisan troposfer dikendalikan oleh proses konveksi.
ABSTRACT
NUR ZAMAN FATHULLAH. Horizontal Characteristics of the Kelvin and Rossby-Gravity Waves in Tropical Lower Stratosphere on Westerly and Easterly QBO Phases. Supervised by SONNI SETIAWAN.
A 35-year ERA-Interim dataset from the European Center for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) has been used to analyze the characteristics of a Kelvin and Rossby-Gravity waves by using Space-Time Spectral Analysis (STSA) method. The analysis in this study showed that the activity of Kelvin waves is stronger during easterly phase of the QBO, while Rossby-Gravity waves are stronger during westerly phase of the QBO in the lower stratosphere. Analysis on seasonal variations indicates that the Kelvin and Rossby-Gravity waves are robust in JJA and SON season as a result of the basic states in the stratosphere and by convection processes in Pacific region. Identification of Kelvin and Rossby-Gravity waves in the troposphere has been also conducted in order to compare their characteristics on different layers. It is found that Kelvin and Rossby-Gravity waves have a lower phase speed in the troposphere as a consequence of the coupling with convection. Variations of Kelvin and Rossby-Gravity waves in the troposphere are not significantly affected by the phase of QBO. This result is agreement with the theory that the variations of equatorial waves in the troposphere are mainly controlled by convection process.
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
pada
Departemen Geofisika dan Meteorologi
NUR ZAMAN FATHULLAH
DEPARTEMEN GEOFISIKA DAN METEOROLOGI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR 2016
KARAKTERISTIK HORIZONTAL GELOMBANG KELVIN DAN
GELOMBANG ROSSBY-GRAVITY DI LAPISAN STRATOSFER-BAWAH
PRAKATA
Segala puji dan syukur Penulis panjatkan kepada Allah SWT atas pertolongan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul “Karakteristik Horizontal Gelombang Kelvin dan Rossby-Gravity di Lapisan Stratosfer-Bawah Ekuatorial pada Fase Baratan dan Timuran QBO”. Beruntung Penulis mengangkat topik penelitian yang sangat bermanfaat ini, karenanya Penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Sonni Setiawan, S.Si, M.Si selaku pembimbing dan Bapak Dr. rer. nat Sandro W. Lubis M.Sc selaku alumni mayor Meteorologi Terapan yang telah memberikan ide (topik) penelitian dan arahan dalam proses pengerjaan skripsi kepada penulis sehingga terselesainya tugas akhir ini. Selanjutnya penulis juga mengucapkan terima kasih kepada:
1. Kedua orang tua penulis Pram Riantori dan Ena Herlina Irianti dan orang tua angkat penulis Mardjito dan Maemunah atas dukungan doa-doanya yang tak pernah putus kepada Penulis selama menempuh studi di IPB.
2. Dr. Rahmat Hidayat sebagai pembimbing akademik yang selalu memberikan arahan akademik selama Penulis mempuh studi di IPB 3. Dr. Ir. Tania June, M.Sc selaku ketua Departemen Geofisika dan
Meteorologi IPB
4. Prof. Ahmad Bey, Dr. Rahmat Hidayat, Pak Bregas yang telah memberikan masukan, saran, serta ilmu pengetahuan kepada Penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
5. Sahabat satu dosen pembimbing (Irvan, Rini, dan Saeful) atas kerja keras dan bantuannya selama bimbingan dan pengerjaan tugas akhir. Seluruh sahabat Lab. Sains Atmosfer dan Pencemaran Udara, serta Kak Givo dan Kak Uni atas bantuannya dalam memberikan ide dan pengolahan data.
6. Sahabat Keluarga Barokah (Galih, Qamal, Anjias, Insan, Betharina, Aliffa, Orita, Maharani, Dinur, Nadia, dan Didi) atas persahabatan yang terjalin dan selalu ada dalam suka dan duka selama kuliah di GFM IPB. Tak lupa juga kepada Sahabat Gengges 49 (Ario, Rini, Fima, Yahdi, Inna, Silvana, Meidah, Lintang, Muklas, Utari, dan Cuyung) atas persahabatan yang telah terjalin dari awal masuk IPB hingga saat ini.
Demikianlah skripsi ini disusun, dengan harapan semoga karya tulis ini dapat bermanfaat dalam pengembangan pengetahuan dalam bidang dinamika atmosfer kawasan tropis dan dalam dunia penelitian Sains Atmosfer di Indonesia yang akhirnya berimbas kepada kemakmuran negeri ini.
Bogor, Juli 2016
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI viii
DAFTAR GAMBAR ix DAFTAR LAMPIRAN ix PENDAHULUAN 1 Latar Belakang 1 Tujuan Penelitian 2 METODE 2
Waktu dan Tempat 2
Alat dan Bahan 2
Prosedur Analisis Data 3
HASIL DAN PEMBAHASAN 5
Profil QBO Ekuatorial 5
Penentuan Fase QBO 7
STSA Medan Suhu 7
Variasi Musiman STSA Medan Suhu 11
Variasi Gelombang Kelvin dan Gelombang Rossby-Gravity di
Troposfer dalam Fase Timuran dan Baratan QBO: STSA OLR 16
SIMPULAN DAN SARAN 19
Simpulan 19
Saran 20
DAFTAR PUSTAKA 20
DAFTAR GAMBAR
Time-height section rata-rata zonal dari komponen angin zonal bulanan berbasis data ERA-Interim pada tahun 1979 – 2013. 6 Nilai periodesitas QBO menggunakan analisis spektral ditentukan dengan menggunakan variabel rataan bulanan angin zonal dari ketinggian 100
hingga 1 hPa. 6
Time series rataan tahunan angin zonal tahunan selama 35 tahun (1979 -
2013) di ekuator pada ketinggian 50 hPa. 7
STSA (simetrik) suhu pada fase baratan dan fase timuran (kiri ke kanan) QBO menggunakan data suhu harian selama periode fase baratan dan timuran QBO di ketinggian 100 hPa (a), 50 hPa (b), dan 100 hPa (c) 8 STSA (asimetrik) suhu pada fase baratan dan fase timuran (kiri ke kanan) QBO menggunakan data suhu harian selama periode fase baratan dan timuran QBO di ketinggian 100 hPa (a), 50 hPa (b), dan 100 hPa (c) 10 STSA (simetrik) suhu pada fase baratan QBO (kiri) dan fase timuran QBO (kanan) pada ketinggian 50 hPa di bulan DJF (a), MAM (b), JJA (c), dan
SON (d) 12
STSA (asimetrik) suhu pada fase baratan dan fase timuran (kiri ke kanan) QBO menggunakan data suhu harian selama periode fase baratan dan timuran QBO di ketinggian 50 hPa di bulan DJF (a), MAM (b), JJA (c),
dan SON (d) 13
Profil aliran dasar di ekuator pada fase baratan (biru) dan timuran (hijau)
QBO pada ketinggian 50 hPa. 14
Distribusi SST bulan DJF, MAM, JJA, dan SON (atas ke bawah) pada
fase baratan (a) dan timuran (b) QBO. 14
Selisih STSA suhu fase timuran dan fase baratan QBO pada musim DJF (a) MAM (b) JJA (c) dan SON (d) di ketinggian 50 hPa. 15 STSA (simetrik) OLR pada fase baratan dan fase timuran (kiri ke kanan) QBO menggunakan data OLR harian selama periode fase baratan dan timuran QBO di lapisan troposfer pada bulan DJF (a), MAM (b), JJA (c),
dan SON (d). 17
STSA (asimetrik) OLR pada fase baratan dan fase timuran (kiri ke kanan) QBO menggunakan data OLR harian selama periode fase baratan dan timuran QBO di lapisan troposfer pada bulan DJF (a), MAM (b), JJA (c),
dan SON (d). 18
Selisih STSA OLR fase timuran dan fase baratan QBO di lapisan troposfer
DAFTAR LAMPIRAN
Scripting language Time-height Section menggunakan variabel angin
zonal bulanan pada tahun 1979 – 2013 22
Scripting language Time-height Section menggunakan variabel suhu
bulanan pada tahun 1979 – 2013. 22
Scripting language Space-Time Spectral Analysis (STSA) menggunakan
variabel suhu harian 23
Scripting language Space-Time Spectral Analysis (STSA) variabel OLR
harian 24
Scripting language selisih Space-Time Spectral Analysis (STSA)
1
PENDAHULUAN
Latar BelakangEquatorial Planetary Waves (EPW) merupakan suatu kelas penting dari gangguan yang merambat ke barat dan ke timur yang terjebak di zona ekuatorial. EPW memiliki amplitudo yang tertangkap secara jelas pada 20° LU dan 20° LS di sepanjang pita ekuator (Holton & Lindzen 1968). EPW secara umum terdiri dari berbagai macam gelombang, akan tetapi terdapat dua gelombang yang sangat penting, yaitu gelombang Kelvin dan gelombang Rossby-Gravity. Kedua gelombang tersebut dibangkitkan oleh osilasi pada pola pemanasan konvektif skala-besar di lapisan troposfer ekuatorial (Holton 2004). Gelombang Kelvin memiliki periode sekitar 12 – 20 hari, merambat ke arah timur dengan panjang gelombang horizontal sebesar 20.000 – 40.000 km, sedangkan gelombang Rossby-Gravity memiliki periode sekitar 4 sampai 5 hari, merambat ke arah barat dengan panjang gelombang horizontal sebesar 10.000 km (Holton 2004). Walaupun kedua gelombang tersebut tidak mengandung banyak energi bila dibandingkan dengan ganguan-gangguan cuaca troposfer yang lain, akan tetapi kedua gelombang ini merupakan penyebab utama gangguan yang terjadi pada lapisan stratosfer ekuatorial (~100 – 5 hPa) dan troposfer (Lubis 2010, Lubis dan Jacobi 2015).
Quasi-biennial Oscillation (QBO) merupakan osilasi angin zonal di lapisan stratosfer-bawah ekuatorial dengan periode rata-rata sekitar 28 bulan (Baldwin et al. 2001). Osilasi angin zonal yang bergerak ke bawah di lapisan stratosfer bergerak dengan kecepatan sekitar 1 km per/bulan (Reed et al. 1961) dan dibutuhkan sekitar 1 tahun untuk turun dari ketinggian 10 hPa sampai 60 hPa (Ebdon dan Veryard 1961). Plumb (1977) menjelaskan mekanisme pembentukan QBO yang dibangkitkan oleh gelombang ekuatorial, dimana kedua gelombang tersebut mentransfer momentum pada masing-masing aliran-dasar, sehingga aliran-dasar tersebut mengalami percepatan. Gelombang Rossby-Gravity mentransfer momentum pada perambatan aliran timuran, sehingga momentum yang ditransfer oleh gelombang Rossby-Gravity memberikan percepatan bagi aliran-dasar timuran, sedangkan gelombang Kelvin mentransfer momentum pada perambatan aliran baratan, sehingga momentum yang ditransfer oleh gelombang Kelvin memberikan percepatan bagi aliran-dasar baratan.
Penelitian mengenai karakter gelombang Kelvin dan Rossby-Gravity pada fase baratan dan timuran QBO telah dilakukan oleh Yang et al. (2011) dengan meninjau struktur vertikal dari gangguan komponen angin horizontal, dan gangguan ketinggian geopotensial pada fase timuran QBO yang terjadi pada tahun 1992 dan fase baratan QBO yang terjadi pada tahun 1993. Hasilnya menyatakan bahwa aktivitas gelombang Kelvin dominan terjadi pada fase timuran QBO, sedangkan aktivitas gelombang Rossby-Gravity dominan terjadi pada fase baratan QBO.
Penelitian dalam tugas akhir ini difokuskan pada karakteristik kedua gelombang tersebut dengan meninjau struktur horizontalnya di lapisan stratosfer dan troposfer dengan menggunakan metode Space-Time Spectral Analysis (STSA) atau Analisis Spektrum Frekuensi–Bilangan Gelombang. Dalam perambatannya,
2
gelombang Kelvin dan gelombang Rossby-Gravity merupakan gangguan dalam medan tekanan, medan angin, dan medan suhu dalam satu periode yang sama (Holton 2004, dan Setiawan 2010), sehingga dalam penelitian ini suhu merupakan
proxy yang universal untuk mendeteksi aktivitas gelombang Kelvin dan gelombang Rossby-Gravity disamping medan atmosferik yang lain seperti angin, tekanan, ataupun ketinggian geopotensial. Penelitian ini diharapkan dapat menjelaskan lebih jauh karakteristik gelombang Kelvin dan gelombang Rossby-Gravity di lapisan stratosfer dan lapisan troposfer berdasarkan struktur horizontalnya pada fase baratan dan fase timuran QBO, selain itupun kaitan antara variasi antar musimannya.
Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah
1. Identifikasi gelombang Kelvin dan gelombang Rossby-Gravity menggunakan peubah suhu di lapisan stratosfer pada fase baratan dan timuran QBO dan variasi antar musimannya
2. Identifikasi gelombang Kelvin dan gelombang Rossby-Gravity menggunakan OLR di lapisan troposfer pada fase baratan dan timuran QBO dan variasi antar musimannya.
3. Membandingkan karakteristik gelombang Kelvin dan gelombang Rossby-Gravity antara lapisan stratosfer dan lapisan troposfer.
METODE
Waktu dan TempatPenelitian ini menggunakan data medan atmosferik yang dikeluarkan oleh ECMWF (Europe Center for Medium Range Weather Forecasting) dan data Suhu Muka Laut (SST) dengan periode selama 35 tahun (Januari 1979 – Desember 2013) pada 20° LU – 20° LS dalam satu pita ekuator di ketinggian 100 hPa sampai 1 hPa dengan resolusi spasial 2.50o x 2.50o
Alat dan Bahan
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah software GrADS (Grid Analysis and Display System), CDO (Climate Data Operators), dan NCL (NCAR Command Language), sedangkan bahan yang digunakan adalah data harian dan data bulanan dari medan suhu, angin zonal, dan Suhu Muka Laut (sea surface temperature (SST)) yang dikeluarkan oleh ECMWF (Europe Center for Medium Range Weather Forecasting) dengan periode selama 35 tahun (Januari 1979 – Desember 2013) pada 20° LU – 20° LS dalam satu pita ekuator di ketinggian 100 hPa sampai 1 hPa dengan resolusi spasial 2.50o x 2.50o, serta data outgoing longwave radiation (OLR) yang dikeluarkan oleh IRIDL (IRI Data Library) dengan waktu dan resolusi spasial yang sama.
3
Prosedur Analisis Data Analisis Komposit
Analisis komposit dalam penelitian atmosefrik merupakan suatu metode yang digunakan untuk mengetahui sebaran medan atmosferik pada kondisi-kondisi tertentu. Dalam penelitian ini, Analisis Komposit digunakan untuk melihat sebaran angin zonal di stratosfer dan SST di permukaan pada fase baratan dan timuran QBO. Teknik Komposit tidak lain adalah ensemble average, yaitu nilai rata-rata aritmetik dari sekumpulan data akan tetapi dalam kondisi yang sama
N i i x N x 1 , 1 (1)Keterangan: xi, adalah kejadian ke-i dalam kondisi yang sama, N adalah banyaknya sampel, menyatakan kondisi yang sama. Setelah dilakukan ensemble average pada setiap titik, maka hasilnya diplot dalam peta ruang.
Analisis Spektral
Analisis spektral merupakan suatu metode yang biasa digunakan untuk menganalisis periodisitas suatu variabel dalam suatu data deret waktu, dengan dilakukan transformasi medan data yang semula memiliki domain waktu menjadi domain frekuensi dan pola osilasi dapat teridentifikasi sebagai puncak pada spektral frekuensi tertentu. Menurut Chatfield (1989) metode ini sesuai untuk data deret waktu yang stokastik, karena metode ini merupakan modifikasi dari analisis Fourier. Analisis Fourier dapat dipresentasikan dengan menggunakan deret Fourier, setiap fungsi periodik dapat dipresentasikan oleh jumlah tak hingga dari fungsi-fungsi sinusoidal. Secara matematis transformasi fourier dari fungsi autokovarians dapat ditulis sebagai berikut
∑ e
Space-Time Spectral Analysis (STSA)
STSA merupakan suatu metode yang digunakan untuk menganalisis perambatan gelombang secara zonal. Metode ini mendekomposisikan medan data fisis dalam domain ruang dan waktu menjadi medan data dalam domain jumlah-gelombang dan frekuensi untuk jumlah-gelombang yang merambat ke arah barat dan ke arah timur (Wheeler & Kiladis 1999). Proses dekomposisi ini pada prinsipnya adalah Transformasi Fourier dari data dalam domain ruang dan waktu ke dalam domain frekuensi () dan jumlah-gelombang (k). Jika w(x,t) adalah sebuah medan atmosferik yang tersebar dalam longitude (x) dan waktu (t), dan diasumsikan bahwa medan ini mempunyai pola siklus dalam longitude (x) dan dalam interval waktu 0 < t < T, maka w(x,t) dapat diekspansikan dalam Deret Fourier Ruang-Waktu:
, ) ( , ) ( , ˆ ˆ Re ) , ( k t kx i k t kx i k e W e W t x w (3) (2)2
Dengan tanda negatif (postif) dari bilangan-gelombang (k) menunjukan arah perambatan gelombang ke timur (barat) untuk yang positif, Ŵk, adalah Koefisien Fourier Ruang-Waktu. Koefisien ini ditentukan oleh transformasi Fourier
T t i ikx k w x t e dx e dt T W 0 2 0 , ( , ) 2 1 ˆ (4)Spektrum daya ruang-waktu atau STSA, (Pk,), didefinisikan sebagai variansi dari Koefisien-Koefisien Fourier Ruang-Waktu (persamaan (3)), yaitu
2 , , ˆ 2 1 ) ( k k W W P (5)
Dengan < > adalah rataan ensemble.
Hayashi (1981) melakukan penentuan Pk, dengan pertama kali menulis persamaan (2) dan (3) dalam bentuk
k k k k ikx k t e C t iS t F t x W( , ) ( ) ( ) ( ) (6)
k k
k T t i k k F t e dt F C iS T W ˆ ˆ 2 1 ˆ 2 1 ) ( 1 ˆ 0 ,
(7)Di mana Fk(t) adalah koefisien Fourier-ruang, Ck(t) adalah komponen cosinus dari
Fk(t), Sk(t) adalah komponen sinus dari Fk(t), Fˆ adalah transformasi Fourier-k
waktu. Dengan mensubstitusi persamaan (6) ke persamaan (4), maka diperoleh perumusan spectrum daya ruang – waktu (Pk,):
) , ( 2 ) ( ) ( ) ( ) ( 4Pk, W P Fk P Ck P Sk Q Ck Sk (8) Keterangan P, dan Q berturut-turut adalah spektrum daya dan spektrum Quadratur.
Penentuan Spektrum Daya (P) ini diestimasi dengan menggunakan teknik FFT (Fast Fourier Transform) yaitu sebuah algoritma untuk menghitung Transformasi Fourier. Dalam metode STSA ini, pertama kali distribusi suhu dalam longitude dan lintang didekomposisikan atas komponen simetris dan asimetris. Pendekomposisian ini didasari pada hasil studi teoretik yang menunjukan bahwa modus gerak gelombang atmosfer ekuatorial terdiri atas dua kelompok modus, yaitu kelompok modus yang simetris terhadap ekuator dan kelompok modus yang asimetris terhadap ekuator (Holton 2004, dan Setiawan 2010). Jika w(x,+y,t) adalah suhu pada lintang +y dan w(x,-y,t) adalah suhu pada lintang –y, maka komponen simetris dan asimetrisnya untuk setiap titik dalam ruang pada saat waktu t, berturut-turut adalah
3 2 ) , , ( ) , , ( ) , , ( 2 ) , , ( ) , , ( ) , , ( t y x w t y x w t y x w t y x w t y x w t y x w A S (9)
Kemudian masing-masing variasi secara longitude dari masing-masing komponen ini, wS(x,y,t) dan wA(x,y,t), ditransformasi untuk mendapatkan koefisien-koefisien Fourier untuk masing-masing waktu dan lintang Fk(y,t).
Spektrum Daya Ruang-Waktu untuk masing-masing lintang, P,k(y) diperoleh
dengan melakukan Transformasi Fourier terhadap Fk(y,t). Spektrum daya keseluruhan Pk, diperoleh dengan merata-ratakan nilai P,k (y) semua lintang
(20° LU - 20° LS) (Wheeler & Kiladis 1999).
Prosedur STSA terdapat pada software NCL (NCAR Command Language) dengan fungsi wkSpaceTime. Output dari STSA ini adalah kontur spektrum daya yang terdapat pada kurva dispersi sebagai fungsi dari frekuensi dan jumlah-gelombang zonal untuk komponen simetrik dan komponen asimetrik.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Profil QBO EkuatorialGambar 1 adalah time-height section dari data angin zonal bulanan selama 35 tahun (1979 - 2013) pada ketinggian 100 hPa (~16 km) hingga ketinggian 1 hPa (~50 km). Pada gambar tersebut tampak adanya osilasi angin baratan dan angin timuran, dimana periode osilasi dalam selang ketinggian 100 hPa hingga 5 hPa berbeda dengan periode osilasi dalam selang ketinggian 5 hPa hingga 1 hPa. Karena sirkulasi dominan di stratosfer-bawah kawasan ekuatorial didominasi oleh fenomena QBO, maka osilasi angin zonal pada ketinggian 100 hPa – 5 hPa adalah QBO. Pada zona QBO tersebut tampak, secara umum, bahwa laju angin timuran QBO lebih kuat dibandingkan dengan laju angin baratan QBO dimana laju maksimum sekitar 30 m/s (untuk angin timuran) dan 20 m/s (untuk angin baratan). Selain itu tampak juga laju perambatan vertikal ke bawah fase baratan QBO menurun lebih cepat dibandingkan dengan laju perambatan vertikal ke bawah fase timuran QBO (Baldwin et al. 2001). Lebih lanjut dari Gambar 1 tampak bahwa di bawah ketinggian 100 hPa dan di atas ketinggian 5 hPa struktur QBO sudah tidak terlihat, karena ketinggian di bawah 100 hPa sudah memasuki wilayah troposfer dan ketinggian di atas 1 hPa osilasi dipengaruhi dominan oleh SAO yang merupakan osilasi semi-tahunan di lapisan stratosfer-atas (Pascoe et al. 2005). Periodesitas angin zonal di ketinggian 100 sampai 1 hPa dilakukan dengan menggunakan analisis spektral yang ditunjukkan oleh Gambar 2. Fenomena QBO yang memiliki periodesitas sebesar 28 bulan dapat dilihat pada Gambar 2, dimana terlihat pada gambar tersebut nilai spectral density maksimum terdapat pada ketinggian yang bersesuaian dengan amplitudo maksimum dari angin zonal di lapisan stratosfer dan nilai tersebut juga berkurang terhadap ketinggian. Nilai puncak dari spectral density pada masing-masing ketinggian berada pada titik yang sama, yaitu sekitar 28 bulan. Nilai tersebut menunjukkan periode osilasi dari
6
QBO, sedangkan untuk nilai spectral density yang menunjukkan titik di sekitar 6 dan 12 bulan diduga menunjukkan periode osilasi dari SAO yang merupakan osilasi semi-tahunan di lapisan stratosfer-atas.
Gambar 1 Time-height section rata-rata zonal dari komponen angin zonal bulanan berbasis data ERA-Interim pada tahun 1979 – 2013.
Gambar 2 Nilai periodesitas QBO menggunakan analisis spektral ditentukan dengan menggunakan variabel rataan bulanan angin zonal dari ketinggian 100 hingga 1 hPa.
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 25 26 28 30 32 35 38 42 47 53 60 70 84 105 140 210 420 S pe ctra l De nsit y Month
U - QBO Period Using Spectral Analysis
1 hPa 2 hPa 3 hPa 5 hPa 7 hPa 10 hPa 20 hPa 30 hPa 50 hPa 70 hPa 100 hPa
7 Penentuan Fase QBO
QBO merupakan fenomena osilasi angin zonal di lapisan stratosfer‐bawah zona ekuator dengan periodisitas yang bervariasi sekitar 22 – 34 bulan dengan rata-rata periode sekitar 28 bulan (Baldwin et al. 2001). Gray et al. (2004) mengungkapkan bahwa perbedaan dari berbagai studi mengenai QBO menghasilkan perbedaan terhadap definisi QBO: Baldwin & Dunkerton 1998 menyatakan bahwa QBO adalah osilasi angin zonal di ketinggian 40 hPa, Gray et al. 2004 menyatakan bahwa QBO adalah osilasi angin zonal di ketinggian 44 hPa, dan Yamashita et al. 2011 menyatakan bahwa QBO adalah osilasi angin zonal di ketinggian 50 hPa pada wilayah 10° LU – 10° LS dan menyatakan bahwa fase baratan dan timuran QBO didefiniskan pada laju angin zonal lebih dari 5 m/s untuk masing-masing fasa.
Gambar 3 Time series rataan tahunan angin zonal tahunan selama 35 tahun (1979 - 2013) di ekuator pada ketinggian 50 hPa.
Karena amplitudo maksimum QBO terletak di garis ekuator dan pada ketinggian 50 hPa, maka angin zonal bulanan pada ketinggian 50 hPa dirata-ratakan secara longitude di ekuator kemudian dirata-ratakan secara waktu menjadi angin zonal tahunan untuk melihat time series dari angin zonal pada tahun 1979 sampai 2013 (gambar 3). Berdasarkan kriteria Yamashita 2011, maka fase baratan dan timuran QBO pada penelitian ini terjadi masing-masing selama 9 tahun, di mana fase baratan QBO terjadi pada tahun 1981, 1983, 1986, 1988, 1993, 1995, 2000, 2009, 2011 dan fase timuran QBO terjadi pada tahun 1982, 1984, 1987, 1992, 1994, 1996, 1998, 2001, 2010.
STSA Medan Suhu
Metode STSA digunakan untuk menganalisis gelombang ekuator skala planeter berdasarkan kurva dispersi gelombang yang menggambarkan aktivitas gelombang berdasarkan fungsi jumlah-gelombang dan frekuensi. Informasi yang diperoleh dari metode ini adalah klasifikasi sinyal-sinyal gelombang yang tertangkap pada medan data atmosfer berdasarkan bilangan-gelombang, struktur geometri, dan frekuensi.
-12 -11 -10-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Wi n d Sp e e d ( m /s) Years
8
Gambar 4 STSA (simetrik) suhu pada fase baratan dan fase timuran (kiri ke kanan) QBO menggunakan data suhu harian selama periode fase baratan dan timuran QBO di ketinggian 100 hPa (a), 50 hPa (b), dan 100 hPa (c).
Data suhu yang digunakan dalam proses STSA dianomalikan terlebih dahulu untuk menangkap adanya perubahan dari nilai rata-rata akibat kejadian tertentu kemudian dihilangkan tren aliran dasarnya. Hasil proses STSA untuk komponen simetrik (gambar 4) dan komponen asimetrik (gambar 5) medan suhu berdasarkan fase QBO pada tiga ketinggian yang berbeda (1 hPa, 50 hPa, dan 100
9 hPa), hal tersebut dilakukan untuk mengidentifikasi karakterisktik gelombang Kelvin dan gelombang Rossby-Gravity pada fase timuran dan fase baratan QBO dari ketinggian troposfer-atas hingga stratosfer-atas.
Hasil STSA pada Gambar 4 dan 5 menunjukkan bahwa aktivitas gelombang Kelvin yang kuat terjadi di ketinggian 50 hPa dengan frekuensi sekitar 0,0625 – 0,3125 siklus perhari (periode sekitar 3 – 16 hari) dan jumlah gelombang zonal 1 – 6 pada fase timuran QBO, sedangkan aktivitas gelombang Rossby-Gravity yang kuat terjadi di ketinggian 50 hPa dengan frekuensi 0,1875 – 0,3125 siklus perhari (periode sekitar 3 – 5) dan jumlah-gelombang zonal -1 – (-7) pada fase baratan QBO. Melemahnya aktivitas gelombang Rossby-Gravity pada fase timuran QBO disebabkan karena energi gelombang Rossby-Gravity telah diserap oleh aliran dasar timuran melalui mekanisme transfer momentum gelombang Rossby-Gravity pada aliran timuran QBO, sehingga aliran timuran QBO mengalami percepatan dan aktivitas gelombang Kelvin bertambah. Sebaliknya, mekanisme pelemahan aktivitas gelombang Kelvin pada saat fasa baratan QBO menyebabkan aliran baratan QBO mengalami percepatan dan aktivitas gelombang Rossby-Gravity meningkat (Plumb 1977).
Pada ketinggian 1 hPa tidak menunjukkan adanya aktivitas gelombang Kelvin dan gelombang Rossby-Gravity, karena di ketinggian ini QBO sudah melemah dan osilasi angin zonal dipengaruhi kuat oleh SAO. Pada ketinggian tropopause (100 hPa) tampak juga rendahnya aktivtias gelombang Kelvin dan gelombang Rossby-Gravity, karena di ketinggian 100 hPa fenomena QBO sudah elemah sehingga aktifitas kedua gelombang tersebut tidak sebesar di ketinggian 50 hPa, selain itupun tropopause dekat dengan lapisan troposfer, dimana kedua gelombang tersebut terkopel dengan proses konveksi.
Pada Hasil STSA, terdapat tiga kurva dispersif untuk satu modus gerak gelombang ekuatorial, masing-masing kurva untuk setiap modus ini berkaitan dengan equivalent depth (h) yang besarnya berkisar antara 12 sampai 50 m.
Equivalent depth merupakan ketebalan lapisan dimana gelombang terjadi secara efektif. Cepat rambat gelombang Kelvin (cK) dan Rossby-Gravity (cRG) relatif terhadap aliran-dasar adalah (Holton 2004, dan Setiawan 2010)
gh cK (9) 1 2 1 2 2 4 1 1 2 gh k k cRG (10)
Dari kedua persamaan tersebut tampak bahwa gelombang Kelvin memiliki cepat rambat yang bergantung kepada kedalaman efektif, sedangkan cepat rambat gelombang Rossby-Gravity bergantung kepada bilangan-gelombang (k) dan kedalaman efektif. Secara metematis dapat diperoleh bahwa semakin tebal kedalaman efektifnya, maka cepat rambat kedua gelombang tersebut semakin bertambah. Gelombang yang memiliki cepat rambat yang tinggi dapat diklasifikasikan sebagai gelombang-kering (dry waves) dan gelombang dengan cepat rambat yang rendah dapat diklasifikasikan sebagai gelombang-basah (moist waves) (Wheeler & Kiladis 1999). Gambar 4 dan 5 menunjukan bahwa kedua
10
aktifitas gelombang tersebut di lapisan 50 mb mempunyai kedalaman efektif yang tebal, sehingga termasuk dalam kategori gelombang-kering (dry waves), sedangkan di ketinggian 100 hPa aktifitas kedua gelombang tersebut terdapat dalam kedalaman efektif yang lebih kecil dari pada di ketinggian 50 mb, sehingga termasuk dalam kategori gelombang-basah (moist waves).
Gambar 5 STSA (asimetrik) suhu pada fase baratan dan fase timuran (kiri ke kanan) QBO menggunakan data suhu harian selama periode fase baratan dan timuran QBO di ketinggian 100 hPa (a), 50 hPa (b), dan 100 hPa (c).
11 Variasi Musiman STSA Medan Suhu
Pengelompokan variasi musiman dari STSA medan suhu pada fase timuran dan fase baratan QBO dilakukan untuk mengidentifikasi aktivitas gelombang Kelvin dan gelombang Rossby-Gravity pada setiap musim. Pengelompokan variasi musimam terdiri dari bulan Desember, Januari, Februari (DJF), Maret, April, Mei (MAM), Juni, Juli, Agustus (JJA), dan September, Oktober, November (SON). Pengelompokan tersebut dilakukan berdasarkan gerak semu matahari. Pengelompokan variasi musiman difokuskan pada ketinggian 50 hPa, karena aktivitas gelombang Kelvin maupun gelombang Rossby-Gravity tampak kuat di ketinggian ini.
Hasil STSA (simterik) variasi musiman pada gambar 6 menunjukkan gelombang Kelvin terjadi pada setiap musim yang ditandai dengan adanya spektrum yang menyinggung garis Kelvin pada kedalaman 50 m di tiap musim, karena pada setiap musim terjadi pembentukan awan konvektif yang menjadi pemicu bagi terbentuknya gelombang tersebut, namun aktivitas gelombang Kelvin teridentifikasi lebih kuat khususnya pada musim JJA dan SON. Variasi musiman gelombang Kelvin lebih kuat pada fase timuran QBO dari pada fase baratan QBO. Hal yang sama juga terjadi pada gelombang Rossby-Gravity yang ditunjukkan oleh hasil STSA (asimetrik) pada gambar 7, bahwa variasi musiman dari aktivitas gelombang Rossby-Gravity teridentifikasi lebih kuat khususnya pada musim JJA dan SON. Variasi musiman gelombang Rossby-Gravity lebih kuat pada fase baratan QBO dari pada fase timuran QBO. Aktivitas gelombang Kelvin dan gelombang Rossby-Gravity kuat pada musim JJA dan SON disebabkan oleh profil aliran dasar yang berada di lapisan stratosfer.
Dugaan mengenai aktivitas gelombang Kelvin dan gelombang Rossby-Gravity kuat pada musim JJA dan SON didukung oleh aliran dasar yang ditunjukkan pada gambar 8. Komposit aliran dasar pada fase timuran QBO yang ditunjukkan oleh garis hijau menunjukkan bahwa seluruh aliran dasar pada fase timuran QBO merupakan aliran timuran, khususnya aliran dasar tersebut sangat kuat pada musim JJA dan SON, sehingga sesuai dengan teori Plumb (1977) bahwa aliran dasar timuran akan menguatkan gelombang kelvin dengan membuat gelombang Kelvin merambat secara vertikal ke level yang lebih tinggi.
Komposit aliran dasar pada fase baratan QBO yang ditunjukkan oleh garis biru menunjukkan bahwa pada bulan Januari hingga bulan Agustus aliran dasar pada fase baratan QBO merupakan aliran baratan dan pada bulan September hingga Desember aliran dasar pada fase baratan QBO merupakan aliran timuran dengan magnitudo yang rendah. Aliran dasar pada fase baratan QBO yang terjadi pada musim DJF hingga JJA merupakan aliran dasar baratan, sehingga sesuai dengan teori Plumb (1977) bahwa aliran dasar baratan akan menguatkan gelombang Rossby-Gravity dengan cara membuat gelombang Rossby-Gravity merambat secara vertikal ke level yang lebih tinggi, namun aliran dasar fase baratan QBO pada musim SON merupakan aliran dasar timuran dengan magnitudo yang rendah, sehingga penguatan gelombang Rossby-Gravity pada musim SON tidak dikuatkan oleh aliran dasar baratan, melainkan diduga oleh proses konveksi. Penguatan gelombang Rossby-Gravity pada musim SON didukung oleh proses konveksi di wilayah Pasifik yang ditunjukkan oleh gambar 9.
12
Gambar 6 STSA (simetrik) suhu pada fase baratan QBO (kiri) dan fase timuran QBO (kanan) pada ketinggian 50 hPa di bulan DJF (a), MAM (b), JJA (c), dan SON (d).
Komposit varasi musiman SST pada fase baratan dan timuran QBO yang ditunjukkan oleh gambar 9 dilakukan untuk mengetahui pengaruh pendukung, seperti pembentukan awan konvektif terhadap penguatan gelombang Kelvin dan gelombang Rossby-Gravity di lapisan stratosfer-bawah. Wilayah pembentukan awan konvektif dapat diketahui menggunakan nilai SST, karena radiasi secara
13 intensif dapat meningkatkan nilai SST, sehingga menjadikannya pusat tekanan rendah. Nilai anomali SST positif ditunjukan oleh warna merah, sedangkan nilai anomali SST negatif ditunjukan oleh warna biru.
Gambar 7 STSA (asimetrik) suhu pada fase baratan dan fase timuran (kiri ke kanan) QBO menggunakan data suhu harian selama periode fase baratan dan timuran QBO di ketinggian 50 hPa di bulan DJF (a), MAM (b), JJA (c), dan SON (d).
14
Gambar 8 Profil aliran dasar di ekuator pada fase baratan (biru) dan timuran (hijau) QBO pada ketinggian 50 hPa.
Penguatan gelombang Kelvin dan gelombang Rossby-Gravity pada musim JJA dan SON selain karena aliran dasar, penguatan kedua gelombang tersebut diduga terkait dengan variasi musiman SST yang menunjukan adanya warm pool
atau pemanasan di wilayah Pasifik pada musim JJA dan SON. Pemanasan yang terbentuk di wilayah Pasifik pada musim JJA dan SON diduga menjadi penyebab penguatan gelombang Kelvin dan gelombang Rossby-Gravity di lapisan stratosfer-bawah, karena kedua gelombang tersebut terbentuk akibat pembentukan awan konvektif oleh pemanasan yang terjadi di wilayah Pasifik (Yang et al. 2011). Hasil ini konsisten oleh penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Yang
et al. (2011). Komposit variasi musiman SST pada musim DJF dan MAM menunjukan wilayah pemanasan (warm pool) yang rendah di sepanjang ekuator, sehingga penguatan gelombang Kelvin maupun gelombang Rossby-Gravity di lapisan stratosfer-bawah pada musim DJF dan MAM tidak didukung oleh pemanasan SST, melainkan oleh profil aliran dasar yang berada di lapisan stratosfer-bawah.
Gambar 9 Distribusi SST bulan DJF, MAM, JJA, dan SON (atas ke bawah) pada fase baratan (a) dan timuran (b) QBO.
Langkah selanjutnya dalam mengidentifikasi variasi gelombang Kelvin dan gelombang Rossby-Gravity pada fase baratan dan timuran QBO adalah dengan melakukan selisih (difference) dari spektrum daya suhu antara fase baratan
-20 -10 0 10 20
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
Wi n d Sp e e d ( m /s) Month
Monthly mean of zonal wind easterly QBO Monthly mean of zonal wind westerly QBO
15 dan timuran QBO yang ditunjukkan pada gambar 10. Tujuan dilakukannya selisih adalah untuk menganalisis variasi penguatan gelombang Kelvin dan gelombang Rossby-Gravity pada fase QBO. Selisih spektrum daya suhu dilakukan dengan mengurangi spektrum daya suhu antara fase timuran dengan fase baratan QBO.
Hasil selisih STSA pada gambar 10 menunjukkan selisih spektrum daya suhu yang besar pada musim JJA (c) dan SON (d), sedangkan selisih spektrum daya suhu pada musim DJF (a) dan MAM (b) tidak lebih besar dari musim JJA (c) dan SON (d). Hasil selisih tersebut mengungkapkan bahwa terjadi variasi penguatan gelombang Kelvin dan gelombang Rossby-Gravity yang besar antara fase timuran dan fase baratan QBO yang ditandai dengan perbedaan warna spektrum yang bernilai positif (merah) dan negatif (biru). Spektrum positif menunjukkan bahwa gelombang lebih kuat pada fase timuran QBO dan spektrum negatif menunjukkan bahwa gelombang lebih kuat pada fase baratan QBO, sehingga terlihat dari gambar 10 pada musim JJA dan SON, gelombang Kelvin menguat pada fase timuran QBO yang ditandai dengan spektrum positif dan gelombang Rossby-Gravity menguat pada fase baratan QBO yang ditandai dengan spektrum negatif. Gelombang Kelvin melemah pada fase baratan QBO akibat diredam oleh aliran baratan dan gelombang Rossby-Gravity melemah pada fase timuran QBO akibat diredam oleh aliran timuran (Plumb 1977). Gelombang Kelvin dan gelombang Rossby-Gravity pada musim DJF dan MAM tidak menunjukkan spektrum selisih yang kuat, sehingga variasi penguatan gelombang Kelvin dan gelombang Rossby-Gravity pada musim DJF dan MAM tidak memiliki perbedaan yang cukup signifikan pada fase timuran dan fase baratan QBO.
Gambar 10 Selisih STSA suhu fase timuran dan fase baratan QBO pada musim DJF (a) MAM (b) JJA (c) dan SON (d) di ketinggian 50 hPa.
16
Variasi Gelombang Kelvin dan Gelombang Rossby-Gravity di Troposfer dalam Fase Timuran dan Baratan QBO: STSA OLR
Gelombang Kelvin dan gelombang Rossby-Gravity dibangkitkan oleh pemanasan adiabatik yang diorganisir oleh konveksi tropis (Lubis 2010, Fajary 2013, Lubis dan Jacobi 2015). Gelombang Kelvin dan gelombang Rossby-Gravity yang teridentifikasi di lapisan stratosfer merupakan gelombang yang terbentuk di lapisan troposfer, dimana kedua gelombang tersebut merambat secara vertikal ke lapisan stratosfer, sehingga menyebabkan perbedaan karakteristik pada gelombang Kelvin dan gelombang Rossby-Gravity antara lapisan troposfer dan stratosfer. Identifikasi gelombang Kelvin dan gelombang Rossby-Gravity di lapisan troposfer dilakukan untuk mengetahui perbedaan karakteristik antara kedua gelombang tersebut di lapisan troposfer dan stratosfer, antara fase timuran dan fase baratan QBO, serta variasi antar musimannya.
Variabel OLR digunakan untuk mengidentifikasi gelombang ekuatorial planeter di lapisan troposfer, karena gelombang ekuatorial planeter yang berada di lapisan troposfer merupakan gelombang basah (moist waves) yang memiliki energi kuat, bersesuaian dengan tingkat keawanan yang tinggi dan dekat dengan sumber pemicu, sehingga variabel OLR merupakan proxy yang baik untuk menangkap sinyal konveksi tropis (Wheeler & Kiladis 1999).
Hasil STSA (simetrik) dengan menggunakan variabel OLR yang ditunjukkan oleh gambar 11 menunjukkan karakteristik gelombang Kelvin secara umum di lapisan troposfer memiliki frekuensi sekitar 0,0625 – 0,4375 siklus perhari (periode sekitar 2 – 16) dan jumlah gelombang zonal sekitar 1 – 15. Gelombang Kelvin di lapisan troposfer memiliki karakterstik yang berbeda saat berada di lapisan stratosfer. Gelombang Kelvin di lapisan troposfer umumnya memiliki kecepatan fasa yang lebih rendah dibandingkan dengan gelombang Kelvin yang berada di lapisan stratosfer serta tidak terpengaruh terhadap fase QBO dan variasi musimannya. Begitu pula dengan gelombang Rossby-Gravity yang ditunjukkan oleh Gambar 12, dimana gelombang Rossby-Gravity secara umum memiliki frekuensi sekitar 0,1875 – 0,3125 siklus perhari (periode sekitar 3 - 5) dan jumlah gelombang zonal sekitar -1 – (-5).
Secara umum kecepatan fasa gelombang Kelvin dan gelombang Rossby-Gravity di lapisan troposfer lebih rendah dibandingkan di lapisan stratosfer, karena kedua gelombang tersebut terkopel dengan proses konveksi (Lubis & Jacobi 2014), selain itu gelombang Kelvin dan gelombang Rossby-Gravity tidak terdeteksi dengan baik di lapisan troposfer, hal tersebut ditandai dengan banyaknya spektrum yang terlihat pada kurva dispersi (Gambar 11 dan 12), sehingga membuat kurva dispersi menjadi banyak gangguan (noise) dan tidak terfokuskan pada gelombang Kelvin dan gelombang Rossby-Gravity. Banyaknya
noise pada kurva dispersi disebabkan oleh banyaknya variasi cuaca yang terjadi di lapisan troposfer (Wheeler & Kiladis 1999).
Selisih spektrum OLR dilakukan untuk mengetahui penguatan dari variasi musiman gelombang Kelvin dan gelombang Rossby-Gravity antara fase baratan dan fase timuran QBO di lapisan troposfer. Hasil selisih spektrum variasi musiman OLR antara fase timuran dan fase baratan QBO menunjukkan tidak terdapat perbedaan yang signifikan terhadap gelombang Kelvin dan gelombang
17 Rossby-Gravity di lapisan troposfer antara fase timuran dan fase baratan QBO, hal tersebut ditandai dengan selisih spektrum yang rendah pada Gambar 13. Hasil selisih spektrum OLR yang ditunjukkan pada gambar 13 menandakan bahwa gelombang Kelvin dan gelombang Rossby-Gravity memiliki kekuatan yang sama di lapisan troposfer pada fase baratan maupun timuran QBO, karena tidak ada pengaruh dari aliran dasar di lapisan troposfer.
Gambar 11 STSA (simetrik) OLR pada fase baratan dan fase timuran (kiri ke kanan) QBO menggunakan data OLR harian selama periode fase baratan dan timuran QBO di lapisan troposfer pada bulan DJF (a), MAM (b), JJA (c), dan SON (d).
18
Gambar 12 STSA (asimetrik) OLR pada fase baratan dan fase timuran (kiri ke kanan) QBO menggunakan data OLR harian selama periode fase baratan dan timuran QBO di lapisan troposfer pada bulan DJF (a), MAM (b), JJA (c), dan SON (d).
19
Gambar 13 Selisih STSA OLR fase timuran dan fase baratan QBO di lapisan troposfer pada musim DJF (a) MAM (b) JJA (c) dan SON (d).
SIMPULAN DAN SARAN
SimpulanQBO mendominasi variabilitas dinamik di lapisan stratosfer yang terdiri dari fase baratan dan fase timuran dengan kekuatan lebih dari 5 m/s. QBO yang terjadi pada tahun 1979 sampai tahun 2013 memiliki fase baratan timuran masing-masing sebanyak 9 tahun. Gelombang Kelvin dan gelombang Rossby-Gravity teridentifikasi baik di ketinggian 50 hPa, dimana aktivitas gelombang Kelvin menguat pada fase timuran QBO dengan frekuensi sekitar 0,0625 – 0,3125 siklus perhari (periode sekitar 3 – 16) dan jumlah gelombang zonal 1 – 6, sedangkan aktivitas gelombang Rossby-Gravity menguat pada fase baratan QBO dengan frekuensi sekitar 0,1875 – 0,3125 siklus perhari (periode sekitar 3 - 5) dan jumlah gelombang zonal -1 – (-7).
Gelombang Kelvin dan gelombang Rossby-Gravity di lapisan stratosfer menguat pada musim JJA dan SON akibat adanya penguatan dari aliran dasar dan didukung dengan proses konveksi di wilayah Pasifik. Karakterisik gelombang Kelvin dan gelombang Rossby-Gravity berbeda antara lapisan troposfer dan stratosfer, dimana gelombang Kelvin dan gelombang Rossby-Gravity di lapisan troposfer memiliki kecepatan fasa yang lebih rendah dibandingkan dengan lapisan stratosfer akibat kedua gelombang tersebut terkopel dengan proses konveksi di lapisan troposfer. Variasi penguatan gelombang Kelvin dan gelombang Rossby-Gravity di lapisan troposfer tidak dipengaruhi oleh fase baratan maupun timuran QBO dan variasi musimannya, karena tidak adanya aliran dasar yang menguatkan ataupun melemahkan kedua gelombang tersebut.
20
Saran
Penelitian ini secara umum menganalisis karakter horizontal dari gelombang Kelvin dan gelombang Rossby-Gravity di lapisan troposfer dan lapisan stratosfer pada fase baratan dan timuran QBO, sehingga perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai analisis karakteristik gelombang Kelvin dan gelombang Rossby-Gravity pada fenomena lain, seperti ENSO, MJO, SAO, dan fenomena lainnya, mengingat masih sedikitnya penelitian mengenai gelombang ekuator di Indonesia.
DAFTAR PUSTAKA
Baldwin MP, Dunkerton TJ. 1998. Biennial, Quasi-biennial, and Decadal Oscillations of Potential Vorticity in the Nothern Stratosphere. J. Geophysics. Vol. 103 : 3919 – 3928.
Baldwin MP et al. 2001. The Quasi-biennial Oscillation, Rev. Geophys. 39. 179 – 229.
Ebdon RA, Veryard RG. 1961. Fluctuations in Equatorial Stratospheric Winds,
Nature, 189, 791–793.
Fajary FR. 2013. Karakter Gelombang Kelvin Ekuatorial Atmosferik pada Kondisi Normal (1990), La Nina (1988–1989), dan El Nino (1997–1998) [Skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Gray et al. 2004. Solar and QBO Influences on the Timing of Stratospheric Sudden Warnings. J. Atmos. Sci. Vol. 61 : 2777 – 2796.
Holton JR, Lindzen RS. 1968. A Note on Kelvin Waves in the Atmosphere.
Monthly Weather Rev 96(6):385-386.
Holton JR. 2004. An Introduction to Dynamics Meteorology. Ed ke-4. Burlington: Elsevier.
Lidzen RS. 1967. Planetary Waves on Beta Planes. Mon. Wea. Vol. 95 : 441 – 451.
Lubis SW, Sonni S. 2010. Analisis Gelombang Atmosfer Ekuatorial Planeter (EPW) di Lapisan Tropopause dan Stratisfer Bawah Indonesia Dengan Menggunakan Data NCEP/NCAR Reanalysis I [Skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Lubis WS, Jacobi C. 2014. The Modulating Influence of Convectively Coupled Equatorial Waves (CCEWs) on the Variability of Tropical Precipitation.
Int. J. Climatol.
Pascoe CL et al. 2005. The Quassi-biennial Oscillation: Analysis Using ERA-40 data. J. Geophys. Res. Vol. 110 D08105. doi:10.1029/2004JD004941. Plumb RA. 1977. The Interaction of Two Internal Waves with the Mean Flow:
Implications for the Theory of the Quasi-Biennial Oscillation. J. Atmos. Sci. Vol 35 : 1827-1839.
Setiawan S. 2010. Perumusan Struktur Horizontal Gelombang Atmosfer Ekuatorial. Departemen Geofisika Meteorologi IPB.
Wheeler M, Kiladis GN. 1999. Convectively Coupled Equatorial Waves: Analysis of Clouds and Temperature in the Wavenumber-Frequency Domain. J Atmos Sci 56:374-39.
21 Yamashita et al. 2011. Dynamical Response in the Nothern Hemisphere Midlatitude and High-Latitude Winter to the QBO Simulated by CCSR/NIES CCM. J. Geophysics. Vol. 116. Issue D6.
Yang et al. 2011. Equatorial Waves in Opposite QBO Phases. J. Atmos. Sci. Vol. 68 : 839–862
22
Lampiran 1 Scripting language Time-height Section menggunakan variabel angin zonal bulanan pada tahun 1979 – 2013
#***************************************************************** # Scripting Language untuk angin zonal bulanan tahun 1979 – 2013
# Oleh: Nur Zaman Fathullah G24100049 # Departemen Geofisika dan Meteorologi # Institut Pertanian Bogor
#***************************************************************** 'reinit' 'sdfopen d:/My_Thesis/data/monthlyzonalwind.nc' 'set t 1 132' 'set lev 00 ’ 'set parea 1 10 6 8' 'set gxout shaded' 'set csmooth on' 'set zlog on' 'd u'
'draw ylab Pressure (hPa)' 'set t 133 264'
' set lev 00 ’
'set parea 1 10 3.5 3.5' 'set gxout shaded' 'set csmooth on' 'set zlog on' 'd u'
'draw ylab Pressure (hPa)' 'set t 265 420'
'set lev 00 ’ 'set parea 1 10 1 3' 'set gxout shaded' 'set csmooth on' 'set zlog on' 'd u'
'draw ylab Pressure (hPa)' 'cbarn'
'draw title Zonal mean wind average (m/s)'
Lampiran 2 Scripting language Time-height Section menggunakan variabel suhu bulanan pada tahun 1979 – 2013.
#***************************************************************** # Scripting Language untuk temperatur bulanan tahun 1979 – 2013
# Oleh: Nur Zaman Fathullah G24100049 # Departemen Geofisika dan Meteorologi # Institut Pertanian Bogor
23 'reinit' 'sdfopen d:/My_Thesis/data/monthlytemperature.nc' 'set t 1 132' 'set lev 00 ’ 'set parea 1 10 6 8' 'set gxout shaded' 'set csmooth on' 'set zlog on' 'd (t-273.15)'
'draw ylab Temperature (°C)' 'set t 133 264'
' set lev 00 ’
'set parea 1 10 3.5 3.5' 'set gxout shaded' 'set csmooth on' 'set zlog on' 'd (t-273.15)'
'draw ylab Temperature (°C)' 'set t 265 420'
'set lev 00 ’ 'set parea 1 10 1 3' 'set gxout shaded' 'set csmooth on' 'set zlog on' 'd (t-273.15)'
'draw ylab Pressure (°C)' 'cbarn'
'draw title Temperature average (°C)'
Lampiran 3 Scripting language Space-Time Spectral Analysis (STSA) menggunakan variabel suhu harian
#***************************************************************** # Scripting Language untuk suhu harian (fase baratan SON QBO lev. 50 hPa) # Oleh: Wheeler-Kiladis (1999)
# Dimodifikasi oleh Nur Zaman Fathullah G24100049 # Departemen Geofisika dan Meteorologi
# Institut Pertanian Bogor
#***************************************************************** load "$NCARG_ROOT/lib/ncarg/nclscripts/csm/gsn_code.ncl"
load "$NCARG_ROOT/lib/ncarg/nclscripts/csm/gsn_csm.ncl" load "$NCARG_ROOT/lib/ncarg/nclscripts/csm/contributed.ncl" load "$NCARG_ROOT/lib/ncarg/nclscripts/csm/diagnostics_cam.ncl" case = "Analysis WQBO SON"
24 latN = 20 latS = -latN nDayWin = 96 nDaySkip = -65 opt= True opt@debug= True opt@pltType = "png"
opt@cnLinesOn = False ; turn off contour lines opt@pltColorMap = "BlueGreen14"
opt@Fig_3a = fspan(0.1,2.5,13) opt@Fig_3b = fspan(0.1,2.5,13) opt@netCDF= True
spd= 1
var= "50 hpa" ; user specified
diri= "/run/media/zamfath/Data/My_Thesis/data/" fili= "wqboson.nc"
f = addfile (diri+fili, "r")
stsa = f->t(:,1,{latS:latN},:) ; (time,lat,lon) printVarSummary(stsa)
nMsg = num(ismissing(stsa)) if (nMsg.gt.0) then
print("missing values present: not allowed: nMsg="+nMsg) exit
end if
; calculation and create plots
wkSpaceTime (stsa, diro, case, var, latN, spd, nDayWin, nDaySkip, opt)
Lampiran 4 Scripting language Space-Time Spectral Analysis (STSA) variabel OLR harian
#***************************************************************** # Scripting Language untuk OLR harian (fase baratan SON QBO)
# Oleh: Wheeler-Kiladis (1999)
# Dimodifikasi oleh Nur Zaman Fathullah G24100049 # Departemen Geofisika dan Meteorologi
# Institut Pertanian Bogor
#***************************************************************** load "$NCARG_ROOT/lib/ncarg/nclscripts/csm/gsn_code.ncl"
load "$NCARG_ROOT/lib/ncarg/nclscripts/csm/gsn_csm.ncl" load "$NCARG_ROOT/lib/ncarg/nclscripts/csm/contributed.ncl" load "$NCARG_ROOT/lib/ncarg/nclscripts/csm/diagnostics_cam.ncl"
25 case = "Analysis WQBO SON"
diro = "/home/zamfath/Documents" latN = 20 latS = -latN nDayWin = 96 nDaySkip = -65 opt= True opt@debug= True opt@pltType = "png"
opt@cnLinesOn = False ; turn off contour lines opt@netCDF= True
spd= 1
var= "olr" ; user specified
diri= "/run/media/zamfath/Data/My_Thesis/data/" fili= "wqboson.nc"
f = addfile (diri+fili, "r")
stsa = f->olr(:,{latS:latN},:) ; (time,lat,lon) printVarSummary(stsa)
nMsg = num(ismissing(stsa)) if (nMsg.gt.0) then
print("missing values present: not allowed: nMsg="+nMsg) exit
end if
; calculation and create plots
wkSpaceTime (stsa, diro, case, var, latN, spd, nDayWin, nDaySkip, opt) Lampiran 5 Scripting language selisih Space-Time Spectral Analysis (STSA)
menggunakan variabel suhu harian
#***************************************************************** # Scripting Language untuk selisih STSA suhu harian (DJF lev. 50 hPa)
# Oleh: Sandro Lubis
# Dimodifikasi oleh Nur Zaman Fathullah G24100049 # Departemen Geofisika dan Meteorologi
# Institut Pertanian Bogor
#***************************************************************** ; These files are loaded by default in NCL V6.2.0 and newer
; load "$NCARG_ROOT/lib/ncarg/nclscripts/csm/gsn_code.ncl" ; load "$NCARG_ROOT/lib/ncarg/nclscripts/csm/gsn_csm.ncl" begin
26
; read in data
;********************************************* f1 = addfile ("eqbodjf50.nc" , "r") ; eqbo
f2 = addfile ("wqbodjf50.nc" , "r") ; wqbo ;symmetric component eqbo1 = f1->FIG_3_SYM wqbo1 = f2->FIG_3_SYM dif_sym=eqbo1-wqbo1 ;anti-symmetric component eqbo2 = f1->FIG_3_ASYM wqbo2 = f2->FIG_3_ASYM dif_asym=eqbo2-wqbo2 printVarSummary(eqbo1) printVarSummary(wqbo1) printVarSummary(dif_sym) printVarSummary(dif_asym) printMinMax(dif_sym,True) printMinMax(dif_asym,True) ;************************* ; plotting parameters ;*************************
wks = gsn_open_wks ("PNG", "dif_stsa" ) ; send graphics to PNG file plot = new(2,graphic)
res = True ; plot mods desired res@gsnDraw = False ; don't draw
res@gsnFrame = False ; don't advance frame res@tiMainString = " " ; title
res@vpHeightF = 0.4 ; default is 0.6 res@vpWidthF = 0.4 ; default is 0.6
res@cnLevelSelectionMode = "ManualLevels" ; manual levels res@cnMinLevelValF = -1
res@cnMaxLevelValF = 1 res@cnLevelSpacingF = 0.05
27
res@sfXArray=eqbo1&wave res@sfYArray=eqbo1&freq
res@cnFillOn = True ; turn on color
res@cnFillPalette = "BlueWhiteOrangeRed" ; set color map
res@lbLabelBarOn = False ; will draw a panel label bar instead res@cnLinesOn = False ; turn off contour lines
res@cnLineLabelsOn = False ; turn off line labels res@cnInfoLabelOn = False
res@tiXAxisString = "Zonal Wave Number (k)" ; x-axis label res@tiYAxisString = "Frequency (cpd)" ; y-axis label
res@tiMainString = "SYM: EQBO-WQBO at 50 hPa" plot(0) = gsn_csm_contour(wks, dif_sym, res)
res@tiMainString = "ASYM: EQBO-WQBO at 50 hPa" plot(1) = gsn_csm_contour(wks, dif_asym, res)
resP = True ; modify the panel plot
resP@gsnFrame = True ; don't advance panel plot resP@gsnPanelLabelBar = True ; add common colorbar gsn_panel(wks,plot,(/1,2/),resP)
28
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di kota Bekasi pada tanggal 2 Desember 1994 dari pasangan Bapak Pram Riantori dan Ibu Herlina Irianti. Penulis merupakan putra ke-4 dari empat bersaudara.
Penulis menyelesaikan masa sekolah di SMAN 66 Jakarta dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur SNMPTN UNDANGAN untuk jurusan Meteorologi Terapan, Departemen Geofisika dan Meteorologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
Selama mengikuti program studi di IPB, penulis aktif dalam unit kegiatan mahasiswa PSM IPB Agria Swara sebagai Staff Divisi Internal tahun 2013/2014, aktif dalam konser tahunan dan konser lainnya yang diselenggarakan oleh PSM IPB Agria Swara, selain itu penulis juga aktif sebagai panitia acara IPB seperti
