Mengenal Gelombang Atmosferik - Pemicu Kejadian Cuaca dan Iklim Ekstrem


Climate4life.info - Munculnya rekor suhu terpanas baru atau juga cuaca ekstrem pada saat musim panas dikaitkan oleh para ahli dengan aktivitas gelombang atmosferik selain juga fakta adanya perubahan iklim.

Baca juga:

Pakar iklim dari Centralclimate.org bahkan menyebut gelombang atmosferik sebagai bahan bakar dari fenomena cuaca dan iklim ekstrem.



Lalu apa itu gelombang atmosferik dan bagaimana mekanismenya sehingga menjadi pemicu fenomena kejadian cuaca dan iklim ekstrem?



Tipe-tipe Gelombang

Sebelum lebih lanjut membahas tentang gelombang atmosfer, kita awali dengan mengenal dua tipe gelombang yang sudah dikenal yaitu  gelombang mekanik dan gelombang elektromagnetik.

Gelombang sendiri adalah getaran yang merambat dengan membawa energi selama perambatannya. Struktur gelombang secara umum sebagai berikut.

Struktur gelombang


Gelombang akan terdiri dari puncak dan lembah. Jarak dari puncak ke puncak gelombang atau dari lembah ke lembah gelombang disebut panjang gelombang dengan notasi 𝞴.

Adapun Amplitudo (A) menyatakan ketinggian dari garis normal ke puncak gelombang.


Gelombang Mekanik

Merupakan jenis gelombang yang memerlukan medium dalam perambatannya. Mediumnya dapat berbentuk padat, cair atau gas. Gelombang atmosferik adalah bagian dari gelombang mekanis karena merambat dengan media rambatnya atmosfer.

Selain gelombang atmosferik, contoh paling umum gelombang mekanis adalah gelombang lautan. Gelombang seismik adalah gelombang mekanis yang merambat pada medium padat. 


Gelombang elektromagnetik

Adalah jenis gelombang yang tidak membutuhkan media. Terdiri dari osilasi periodik medan listrik dan magnet yang dihasilkan oleh partikel bermuatan dan karenanya dapat melakukan perambatan melalui ruang hampa.

Contoh gelombang elektromagnetik adalah gelombang radio, gelombang mikro, radiasi infra merah, cahaya tampak, radiasi ultraviolet, sinar-X, dan sinar gamma.



Gelombang Atmosferik

Gelombang atmosferik adalah gangguan periodik pada parameter fisis atmosfer seperti tekanan permukaan atau ketinggian geopotensial, suhu, atau kecepatan angin yang dapat merambat (traveling wave) atau tidak (standing wave).

Gelombang atmosferik berkisar dalam skala spasial dan temporal mulai dari gelombang planet skala besar seperti gelombang Rossby hingga gelombang suara yang sangat kecil.

Adapun gelombang atmosfer dengan periode yang harmonis 1 hari matahari misalnya dalam 24 jam, 12 jam, 8 jam dan lainnya, dikenal sebagai gelombang pasang surut atmosfer atau atmosphere tidal.


Penyebab Terbentuknya Gelombang Atmosferik

Umumnya gelombang di atmosfer terbentuk oleh pemanasan dan efek dinamis. Efek pemanasan dapat berskala kecil seperti pembangkitan gelombang gravitasi oleh sistem konvektif.

Pada skala besar pemanasan berperan pada pembentukan gelombang Rossby karena adanya  kontras suhu antara benua dan lautan di musim dingin belahan bumi utara.

Efek dinamis terbentuknya gelombang di atmosfer misalnya aliran udara yang terhalang oleh pegunungan yang kemudian membentuk gelombang gunung ataupun awan rotor.

Selengkapnya tentang awan rotor:
Fenomena turbulensi yang dapat menghempaskan pesawat terbang alert-info

Sebagaimana gelombang laut, gelombang di atmosfer tidak membawa pergi massa udara dalam perjalanan rambatnya. Ia hanya membawa energi dan momentumnya saja.

Transport energi berupa panas ini menjadi penting dalam cuaca dan iklim.  Pemanasan pada stratosfer hingga terbentuknya  quasi-biennial oscillation merupakan bagian dari dinamika gelombang atmosfer.

Artikel terkait:


Mekanisme terbentuknya gelombang atmosferik secara sederhana sebagai berikut:
  • Ketika sebuah parsel udara dipindahkan dari posisi awalnya, gaya pemulih dapat menyebabkannya kembali ke posisi semula. 
  • Dampak dari gaya pemulih akan menyebabkan parsel udara melampaui dan melewati posisi kesetimbangan awal bergerak ke arah yang berlawanan dari yang awalnya dipindahkan, sehingga menciptakan osilasi di sekitar posisi kesetimbangan.
  • Osilasi yang terbentuk pada yang sama akan menghasilkan gelombang yang yang merambat dari sumber gangguan ke seluruh bagian sistem fluida dalam hal ini atmosfer.
  • Sifat akhir gelombang ini akan ditentukan oleh sifat gaya pemulih dan medium rambatnya.

Jadi, semua gelombang memiliki dasar dinamik sederhana yang sama yaitu digerakkan oleh gaya pemulih yang bekerja berlawanan dengan perpindahan dari posisi setimbang.

Elastisitas udara menimbulkan gelombang suara. Jika gaya pemulihnya adalah gravitasi, atmosfer akan mendukung terbentuknya gelombang gravitasi. Jika gaya pemulihnya adalah gaya gravitasi dan gaya Coriolis, atmosfer akan mendukung gelombang gravitasi inersia, sedangkan jika gaya Coriolis saja yang menimbulkan gelombang inersia.

Jika variasi gaya Coriolis dengan garis lintang memberikan gaya pemulih maka gelombang Rossby yang akan dihasilkan [2].


Pembagian Gelombang Atmosfer

Gelombang atmosfer dibagi menjad 3 kelompok utama yang itu Gelombang Akustik, Gelombang Skala Meso dan Gelombang Planet.

Masing-masing kelompok tersebut terbagi lagi menjadi beberapa subkelompok kecil sebagaimana tersaji pada diagram di bawah ini.

Pembagian Gelombang Atmosferik [1]




Gelombang Suara

Merupakan gelombang yang osilasinya terbentuk melalui kompresi dan ekspansi longitudinal. Gelombang longitudinal sendiri adalah gelombang merambat dalam arah yang sama dengan getaran.

Gelombang suara terdiri dari gelombang infrasonik yang getarannya kurang dari 20 Hz, gelombang suara yang terdengar oleh manusia yaitu antara 20 - 20.000 Hz serta gelombang ultrasonik dgn frekuensi getarannya di atas 20.000 Hz.

Baik infrasonik ataupun ultrasonik hanya bisa dideteksi manusia melalui alat khusus. Para ilmuwan menggunakan infrasonik untuk mendeteksi gempa bumi dan letusan gunung berapi, untuk memetakan formasi batuan dan minyak bumi di bawah tanah, dan untuk mempelajari aktivitas di jantung manusia [3].



Gelombang Skala Meso (Mesoscale)

Didefinisikan secara lebih umum, mengacu pada gelombang yang ada dan merambat di atmosfer dengan panjang gelombang pada skala meso berkisar 10 - 1.000 km.

Dengan demikian, gelombang atmoserik skala meso termasuk gelombang gravitasi murni dan gelombang gravitasi inersia.


Gelombang Gravitasi

Gelombang gravitasi adalah gelombang yang terbentuk secara vertikal [4]. Sebagai contoh saat aliran udara menabrak barisan pegunungan yang densitasnya lebih rapat maka udara akan terangkat naik melawan gaya tarik gravitasi.

Mekanisme gelombang gravitasi yang terlihat oleh mata adalah terbentuknya awan lentikularis yang berkaitan dengan gelombang gunung. alert-info

Saat udara terangkat naik, suhunya menurun dan kerapatannya bertambah sehingga menjadi lebih berat yang ada akhirnya aliran udara tersebut bergerak turun yang dipercepat oleh gaya gravitasi.

Awan yang terbentuk dengan mekanisme gelombang gravitasi atmosfer.
Sumber: http://www.eumetrain.org

 
Karena bergerak turun suhu dalam aliran udara tersebut kembali menjadi lebih panas dan menjadi lebih ringan dari suhu lingkungannya sehingga terjadi aliran naik kembali. Gerakan naik-turun berlanjut membentuk osilasi sebagaiman yang terlihat pada gambar di atas.


Gelombang Gravitasi Inersia

Gelombang Gravitasi Inersia dikenal juga sebagai gelombang internal adalah gelombang gravitasi yang berosilasi di dalam media fluida, bukan di permukaannya. 

Terbentuk karena lapisan fluida bertingkat atau berbeda-beda densitas yang terus berubah-ubah yang kemudian dipengaruhi oleh rotasi bumi. Karenanya, gaya coriolis menjadi unsur penting dalam perhitungan gelombang gravitasi inersia ini [5].

Lee ward side merupakan contoh gelombang gravitasi inersia [6].



Gelombang Skala Planeter

Gelombang atmosferik skala planeter merupakan gelombang yang terbentuk karena osilasi dari variasi meridional gaya Coriolis atau efek karena kekekalan momentum sudut. Gelombang planet juga disebut gelombang Rossby [7].

Disebut gelombang planeter karena gelombangnya begitu besar sehingga beberapa di antaranya mengelilingi seluruh bumi dan dapat diamati di atmosfer melalui aliran jet yang berkelok-kelok. 

Terlihat sebagai sistem cuaca yang mengelilingi dunia, dengan satu hingga tiga gelombang membentuk jalur melingkar di sekitar bumi pada waktu tertentu dan menggeser udara ke utara dan selatan. Gelombang planet ini  memiliki pegunungan (titik tinggi) dan palung (titik rendah).

Udara atas yang lebih hangat dikaitkan dengan peningkatan jumlah gelombang atau adanya penguatan gelombang planet ini. Gelombang planet terbentuk pada bagian terendah atmosfer, yang disebut troposfer, dan merambat ke atas, mentransfer energi ke stratosfer dan memanaskan udara kutub antara 5-10 ⁰C. 

Baca juga:

Karena daratan yang lebih luas, dengan mayoritas gunung tertinggi dan batas darat-laut ada di Belahan Bumi Utara (BBU), gelombang planet terbentuk lebih kuat di BBU. Setelah gelombang menghilang, udara kutub mulai mendingin. 

Pada Belahan Bumi Selatan (BBS), bentang alam juga menghasilkan gelombang planeter, meskipun di sana lebih lemah karena lebih sedikit pegunungan yang tinggi dan lautan terbuka yang luas di sekitar Antartika.

Pemanasan stratosfer Arktik menekan perusakan ozon. Ozon ada di lapisan stratosfer yang lebih rendah dan disebabkan oleh sinar matahari yang membelah molekul oksigen pada suhu yang lebih dingin, dengan kerusakan ozon yang lebih sedikit pada suhu yang lebih hangat [8].


Gelombang Rossby

Gelombang Rossby merupakan gelombang skala planeter yang bersifat inertia karena terbentuk sebagai akibat adanya rotasi bumi.

Gelombang Rossby membantu memindahkan panas dari daerah tropis menuju kutub dan udara dingin menuju daerah tropis sebagai bagian dinamika keseimbangan atmosfer. Selain itu, juga membantu memetakan aliran jet dan menandai jalur sistem tekanan rendah permukaan. 

Gerakan lambat gelombang ini sering menghasilkan pola cuaca yang cukup panjang dan persisten.

Ketika penyimpangan pola gelombang Rossby terjadi di mana misalnya massa udara dingin atau hangat terlepas kemudian masing-masing menjadi siklon dan antisiklon berkekuatan rendah pada akhirnya berdampak  pola cuaca harian di lintang tengah. 

Dinamika gelombang Rossby
Sumber: https://www.abc.net.au/news/2018-02-16/rossby-waves-explainer-graphic/9452578?nw=0


Pola gelombang Rossby ini sebagian besar dapat menjelaskan mengapa tepi benua timur di Belahan Bumi Utara, seperti Amerika Serikat Timur Laut dan Kanada Timur, lebih dingin daripada Eropa Barat pada garis lintang yang sama [9].


Gelombang Kelvin

Gelombang Kelvin adalah gerakan gelombang skala besar yang sangat besar yang terdapat di atmosfer bumi dan lautan. Merambat secara zonal melingkupi hampir seluruh bujur bumi sehingga digolongkan kedalam gelombang Atmosfer skala planet.

Di atmosfer, gelombang Kelvin memainkan peran penting dalam dinamika atmosfer dalam kaitan pelepasan panas laten konvektif, aktivitas QBO dan juga pembangkitan dan keberlangsungan MJO.

Selengkapnya:
Mengenal Gelombang Kelvin dan Gelombang Rossby, Konsep serta Karakteristiknya alert-info



Fenomena Cuaca dan Iklim Ekstrem

Pada dasarnya gelombang merupakan bagian umum dalam sirkulasi di atmosfer, berosilasi seolah tidak teratur antara wilayah tropis dan kutub. 

Ketika gelombang atmosferik berayun ke utara, gelombang ini menyedot udara hangat dari daerah tropis ke Eropa, Rusia, atau AS; dan ketika mereka berayun ke selatan, mereka melakukan hal yang sama dengan udara dingin dari Kutub Utara [10]. Ini adalah fitur terkenal dari sistem sirkulasi atmosfer planet kita.
Baca juga:

Gelombang atmosfer menjadi pemicu fenomena cuaca atau iklim ekstrem ketika penjalarannya berhenti atau melambat atau osilasinya melebar lebih ke utara atau lebih ke selatan yang kemudian menyebabkan sistem aliran udara berubah atau kemudian menyebabkan massa udara menumpuk pada satu wilayah.

Kejadian cuaca ekstrem dingin yang pernah melanda Amerika, adalah bagian dari dinamika gelombang atmosferik ini.



Demikian ulasan mengenai gelombang atmosferik yang memiliki kontribusi pada terjadinya fenomena cuaca dan iklim ekstrem dunia.

Referensi:

  1. https://mesolab.us/1.4_ASME434%20(Atmos%20Dynamics%20II)/12.Introduction%20to%20Wave%20Dynamics-S20.pdf
  2. https://www.cambridge.org/core/books/abs/introduction-to-atmospheric-modelling/waves-in-the-atmosphere/77D99DFAA3C4B1803AF0D854A34079F7
  3. https://www.pasco.com/products/guides/sound-waves
  4. https://www.weather.gov/source/zhu/ZHU_Training_Page/Miscellaneous/gravity_wave/gravity_wave.html
  5. http://www.eumetrain.org/data/4/452/print_2.htm
  6. https://snowball.millersville.edu/~adecaria/ESCI343/esci343_lesson12_inertial_gravity_waves.pdf
  7. https://en.wikipedia.org/wiki/Atmospheric_wave
  8. https://www.climate-policy-watcher.org/global-climate-2/waves-planetary.html
  9. https://www.skybrary.aero/index.php/Rossby_Waves
  10. https://theconversation.com/weather-extremes-atmospheric-waves-and-climate-change-12581

Related Posts

Post a Comment

0 Comments