Mengenal Gelombang Kelvin dan Gelombang Rossby Ekuator, Konsep serta Karakteristiknya


Climate4life.info - Mengenal gelombang Kelvin dan gelombang Rossby, konsep serta karakteristiknya



1. Equatorial Planetary Wave (EPW)

Gelombang ekuator skala planeter (Equatorial Planetary Wave)  merupakan gelombang yang merambat pada arah timur dan barat yang terbentuk di atmosfer dan lautan  di sekitar khatulistiwa.

Gelombang ekuator skala planeter terdiri dari [1]:
  • Gelombang Kelvin Ekuator
  • Rossby Ekuator (ER), Campuran Rossby-Gravity (MRG), gelombang inertia gravitasi.

Gelombang ekuatorial di atmosfer dibangkitkan  oleh pemanasan diabatik dari proses konveksi tropis. Adapun di lautan EPW ini dibentuk oleh oleh tekanan angin.

Baca juga:
Bagaimana lautan memengaruhi dinamika cuaca dan iklim

Pada atmosfer, gelombang Kelvin dan Rossby diamati berdasarkan pola angin zonal pada lapisan bawah stratosfer. Adapun di lautan, keduanya diidentifikasi berdasarkan tinggi muka laut sepanjang ekuator

Sebenarnya gelombang atmosferik sendiri terdiri dari berbagai jenis gelombang, namun gelombang Kelvin dan gelombang Rossby merupakan dua jenis gelombang yang paling umum dianalisis karena berkaitan dengan pola pemanasan konvektif skala-besar di lapisan troposfer ekuatorial [2]. 


Gelombang atmosfer ekuatorial planeter merupakan gerak gelombang dalam skala-luas di ekuator dan akan melemah saat menjauh dari ekuator [3]. Gelombang atmosfer ini merupakan fenomena yang sangat penting dalam meteorologi.

Kenampakan gelombang Rossby di atmosfer ekuator
Sumber: https://www.researchgate.net/ publication/334104224_ Equatorial_Windows_and_Barriers_ for_Stationary_Rossby_Wave_Propagation

Dengan adanya gelombang atmosfer maka efek-efek dinamik dari badai konvektif dapat saling terhubung [4].  Dampaknya gelombang atmosfer memberikan pengaruh pada jarak yang jauh di tropik tanpa adanya perpindahan massa dari atmosfer itu sendiri.

Baca juga: Sirkulasi Atmosfer 

Gelombang atmosfer ekuator dapat merambat secara horizontal dalam arah timur maupun barat dan dapat merambat secara vertikal ke atas yang kemudian berinteraksi dengan aliran dasar di lapisan atasnya.
Aktivitas Gelombang Kelvin dan Gelombang Rossby ekuatorial di lautan
Sumber: http://www.tahan.com/ charlie/research/physics/ earth_science/nino/enso-ct/ENSOreport.html




2. Gelombang Kelvin

Gelombang Kelvin adalah gerakan gelombang skala besar yang sangat besar yang terdapat di atmosfer bumi dan lautan. Ditemukan pertama kali oleh Sir William Thompson (kemudian bergelar Lord Kelvin) pada tahun 1879 [7].

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

Adapun gelombang Kelvin di lautan memainkan peran penting dalam gerakan pasang surut,  penyesuaian laut tropis menjadi gaya tekanan angin, dan juga  dalam menghasilkan dan mempertahankan Enso.

Gelombang Kelvin sendiri merupakan jenis gelombang gravitasi khusus yang dipengaruhi oleh rotasi bumi dan terjebak di Khatulistiwa atau di sepanjang batas vertikal lateral seperti garis pantai atau pegunungan. 

Keberadaan gelombang Kelvin bergantung pada:
  • gravitasi dan stratifikasi stabil untuk mempertahankan osilasi gravitasi,
  • signifikan percepatan Coriolis, dan
  • adanya vertikal batas atau ekuator. 

Fitur unik dari gelombang Kelvin di lautan adalah perambatannya yang searah. Gelombang Kelvin bergerak ke arah khatulistiwa sepanjang batas barat,   ke arah kutub di sepanjang batas timur, dan memutar berlawanan arah jarum jam di belahan bumi utara dan searah jarum jam di belahan bumi selatan. 

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 [8]. 

Contoh pembangkitan gelombang Kelvin di lautan sebagaimana tersaji pada gambar berikut.

Terbentuknya gelombang Kelvin dan arah penjalarannya [9]


Awal terbentuknya gelombang Kelvin karena gangguan pada medan angin. Pada gambar di atas gangguan medan angin terjadi di atas samudera Atlantik barat yang menyebabkan adanya permukaan laut yang terangkat.

Artikel terkait:

Permukaan laut yang menonjol ini menjalar ke timur mengikuti pemandu gelombang ekuatorial di pantai timur Afrika sebagai gelombang Kelvin dan membutuhkan waktu 4-6 minggu untuk sampai di garis pantai.

Pada fase ini dinamakan sebagai Equatorial Kelvin Waves.

Saat tiba di garis pantai, gelombang Kelvin terbagi dua, yang bergerak ke utara dan ke selatan mengikuti garis pantai dan menjadi Coastal Kelvin Wave.


3. Gelombang Rossby

Gelombang Rossby, juga dikenal sebagai gelombang planet, adalah osilasi atmosfer dan samudera dengan panjang gelombang panjang yang biasanya merambat sejajar dengan garis bujur.

Gelombang didorong oleh gaya Coriolis (gaya nyata yang menyebabkan perubahan gerakan benda dalam sistem yang berputar) dan gradien tekanan, menyebabkan fluida yang bergerak ke utara dari ekuator dibelokkan ke timur dan sebaliknya. 

Amplitudo gelombang Rossby terutama dalam arah horizontal karena gaya pemulih untuk osilasi adalah gaya Coriolis [10].

Kenampakan gelombang Rossby di atmosfer dan di lautan pada lintang tinggi
Sumber: nsn_OS ITB_Kelvin and Rossby Waves 2012


Gelombang laut Rossby memiliki panjang gelombang ratusan kilometer dan gelombang atmosfer ribuan kilometer dan dapat memakan waktu 10-20 tahun untuk menyelesaikan siklus periodiknya.


Gelombang Rossby Ekuator

Gelombang Rossby Ekuator merupakan gelombang planeter yang terperangkap di kawasan khatulistiwa tetapi dapat merambat dalam arah longitudinal dan vertikal [12].

Berbeda dengan panjang gelombang Rossby di atas, gelombang Rossby di Ekuator biasanya memiliki amplitudo permukaan hanya sekitar 10 cm sehingga sulit dideteksi oleh mata tetapi dapat diamati oleh satelit.

Amplitudo permukaan yang kecil ini dapat menipu – meskipun hanya ada variasi 10 cm di permukaan laut, gelombang yang sama dapat menyebabkan osilasi sebesar 90 m dalam gradien suhu bawah permukaan. 

Gelombang Rossby Ekuator memiliki masa hidup dari hari hingga minggu. Gelombang ini merambat ke barat dengan kecepatan 10-20 m/s untuk gelombang Rossby atmosfer kering dan 5-7 m/s untuk gelombang Rossby yang digabungkan secara konvektif.

Adapun di lautan kecepatan gelombang Rossby Ekuator   berkisar 1 m/s. 

Mengingat bahwa Pasifik khatulistiwa memiliki lebar sekitar 17.760 km, gelombang Rossby atmosfer akan melintasi Pasifik dalam waktu sekitar 18 hari dan gelombang Rossby samudera akan memakan waktu sekitar 210 hari. [13]


Mixed Rossby-Gravity Waves

Merupakan perpaduan dari gelombang Rossby itu sendiri namun memiliki karakteristik gelombang Gravitas, yaitu berosilasi secara vertikal dan kemudian merambat ke arah barat dengan kecepatan rambat sangat rendah.

Skema gelombang campuran Rossby-Gravity (MRG)
Sumber: https://slideplayer.com/slide/8298414/

Sirkulasi medan angin melingkari khatulistiwa, tetapi vortisitas terkait memiliki interpretasi yang berbeda pada kedua sisi: arah rotasi mengikuti vortisitas siklon di BBU  dan sesuai dengan vortisitas antisiklon di BBBS.. 

Ini menjelaskan pasangan tekanan rendah dan tinggi di dalam satu "lingkaran" yang mewakili anomali angin. 

MRG yang diidentifikasi dari berbagai data satelit dan analisis model numerik memiliki skala longitudinal 1.000-4.000 km, rentang periode 4-5 hari dan bergerak dengan kecepatan  sekitar 8-10 m/s.



4. Karakteristik Gelombang Kelvin dan Gelombang Rossby Ekuator

Karakterisitik gelombang Kelvin dan gelombang Rossby diidentifikasi berdasarkan beberapa paramater seperti periode gelombang, panjang gelombang vertikal seperti terlihat pada tabel di bawah ini.

Karakteristik gelombang Kelvin dan Rossby menurut Holton [7]



5. Kaitan Gelombang Kelvin dan Gelombang Rossby dengan QBO dan MJO

Baik gelombang Kelvin dan juga gelombang Rossby di atmosfer ekuator (skala EPW), keduanya merupakan faktor pembangkit terbentuknya Quasi-biennial Oscillation (QBO) [5].

Gelombang Kelvin dan gelombang Rossby-gravity merupakan sumber momentum dalam arah zonal bagi QBO.

Kaitan gelombang Rossby dan gelombang Kelvin dengan QBO
Sumber: https://www.ess.uci.edu/~yu/class/ess228/lecture.5.waves.2017.all.pdf


Untuk gelombang Kelvin sendiri selain sebagai pendorong terbentuknya QBO juga berperan pada dinamika MJO.
Baca juga:

QBO merupakan osilasi angin zonal di lapisan stratosfer-bawah ekuatorial dengan siklus 1 periode rata-rata sekitar 28 bulan. 

Selain menjadi sumber terbentuknya QBO, gelombang Kelvin dan gelombang Rossby di lautan merupakan pembawa energi dan momentum yang diterima dari tekanan angin pada permukaan lautan.

Karenanya gelombang Kelvin dan gelombang Rossby di lautan menjadi indikator yang berkaitan dengan terbentuknya ENSO [6].

Kaitan MJO dengan gelombang Kelvin dan gelombang Rossby
Sumber: https://www.ess.uci.edu/~yu/class/ess228/lecture.5.waves.2017.all.pdf

 

Artikel terkait:
Memahami Fenomena ENSO, El Nino dan La Nina alert-info

Referensi:

  1. https://repository.ipb.ac.id/jspui/bitstream/123456789/85919/1/G16nzf.pdf
  2. https://repository.ipb.ac.id/jspui/bitstream/123456789/62435/1/G13frf.pdf
  3. https://www.wunderground.com/blog/JeffMasters/dannys-leg-up-a-convectively-coupled-kelvin-wave-cckw.html
  4. https://repository.ipb.ac.id/jspui/bitstream/123456789/62435/1/G17yka.pdf
  5. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1755-1315/149/1/012011
  6. https://physicsworld.com/a/the-physics-of-el-nio/
  7. https://www.soest.hawaii.edu/MET/Faculty/bwang/bw/paper/wang_103.pdf
  8. James R. Holton Gregory J. Hakim: An Introduction to Dynamic Meteorology
  9. https://slideplayer.com/slide/5216284/
  10. https://spark.iop.org/rossby-or-planetary-waves
  11. https://www.ess.uci.edu/~yu/class/ess228/lecture.5.waves.2017.all.pdf
  12. https://en.wikipedia.org/wiki/Equatorial_wave
  13. http://kejian1.cmatc.cn/vod/comet/tropical/textbook_2nd_edition/print_4.htm#page_1.2.0

Related Posts

Post a Comment

0 Comments