Gerakan Atmosfer

Gerakan Atmosfer

 

Kita pasti sudah tidak asing lagi dengan Angin. Angin adalah udara yang bergerak akibat perbedaan tekanan pada suatu tempat. Arah angin bergerak dari tempat yang memiliki tekanan tinggi menuju tempat dengan tekanan yang lebih rendah. Udara yang bergerak pastilah disebabkan oleh adanya sebuah gaya. Seperti yang telah kita tahu mengenai hukum Newton I dimana “sebuah benda yang dam akan tetap diam dan yang bergerak akan tetap bergerak dengan kecepatan tetap sepanjang garis lurus selama tidak ada gaya yang dikerjakan pada benda tersebut.”

        Gaya yang menyebabkan udara bisa bergerak adalah Gaya Gradien Tekanan (Pressure Gradien Force). Besar gaya gradien ini juga akan mempengaruhi besar kecilnya angin yang berhembus. Persamaan Untuk Pressure Gradien Force (PGF) adalah

    

               Fg        : Gradien Force

               Rho      : Massa Jenis Fluida                                                                                   

   p          : Perbedaan tekanan

   s          : Jarak tempat tersebut                                                                        

                Berbeda dengan Gaya Gradien Tekanan (PGF) yang memiliki arah dari tekanan tinggi menuju tekanan rendah, Gradien Tekanan (GF) memiliki arah dari tekanan rendah menuju tekanan tinggi. Itulah mengapa nilai dari PGF memiliki nilai negatif

          Angin bergerak dari tekanan tinggi menuju tekanan rendah, namun tahukah kalian apa itu tekanan? Tekanan adalah gaya per satuan luas yang dikerjakan oleh berat molekul pada permukaan tertentu. Sebuah alat yang digunakan untuk mengukur tekanan adalah Barometer. Satuan yang biasa digunakan untuk menyatakan tekanan pada suatu tempat adalah milibar (mb).      

            1 mb    = 100 Pa     = 1hPa

        Tekanan standart yang digunakan untuk menyatakan tekanan pada permukaan laut adalah 1013,25 mb atau setara dengan 29,92 mmHg. Kita juga harus mengetahui bahwa besarnya tekanan sebanding dengan massa jenis fluida. Keduanya akan turun terhadap ketinggian. Jadi semakin tinggi suatu tempat, maka tekanan dan Densitasnya otomatis akan menurun. Berikut adalah hubungan antara tekanan dan densitas :

         Ini merupakan pertanyaan bagi kita semua. Perbedaan ketinggian suatu tempat akan mempengaruhi tekanannya, kita tahu bahwa setiap tempat memiliki ketinggian yang berbeda-beda, lalu bagaimana forcaster membuat Isobar ( garis yang menghubungkan daerah yang memiliki tekanan sama )??

            Jawabannya adalah dengan cara mereduksi tekanan yang ada di stasiun ke permukaan laut. Jadi apabila direduksi ke permukaan laut, data tekanan akan valid untuk digunakan seorang forcaster dalm membuat isobar atau garis yang menghubungkan wilayah tekanan sama.

            Pertanyaan selanjutnya....

       Kita tahu bahwa semakin tinggi suatu titik di bumi , maka akan semakin rendah tekanannya. Akibat perbedaan tekanan tersebut maka akan menimbulkan gaya gradien tekanan yang menuju ke atmosfer. Namun mengapa atmosfer kita ini tidak terlepas menuju ke angkasa akibat gaya gradien tekanan yang terjadi ??

            Jawabannya adalah karena gaya gravitasi bumi menyeimbangkan gaya gradien tekanan akibat perbedaan tekanan terhadap ketinggian. Gaya gravitasi memiliki arah yang berlawanan dengan gaya gradien tekanan ini, oleh sebab itu gaya ini akan mencegah atmosfer terlepas ke angkasa. Keadaan ini sering disebut Keseimbangan Hidrostatik.

Gaya-gaya yang mempengaruhi Angin

Angin adalah udara yang bergerak akibat perbedaan tekanan. Namun faktor yang menyebabkan angin tidaklah hanya akibat perbedaan tekanan. Ada beberapa faktor yang akan mempengaruhi kecepatan dan arah angin, diantaranya :

-          Gaya Corioli

Gaya Corioli merupakan gaya nyata yang membelokkan arah angin yang seharusnya lurus dengan gaya utama. Gaya Corioli muncul akibat adanya rotasi pada bumi. Besarnya gaya corioli sebanding dengan kecepatan angin dan sinus lintang. Berarah tegak lurus arah gerak, Selalu ke kanan dari arah gerak di BBU, Selalu kekiri dari arah gerak di BBS.

       Dalam bahasa yang sederhana dapat dikatakan ”Gaya/massa (percepatan)  = 2 x kecepatan angular bumi (1 revolusi/hari) x kecepatan angin x sinus lintang”

            Akibat adanya rotasi bumi, maka gaya corioli ini akan muncul. Bumi berotasi dari barat menuju timur. Itulah mengapa kita melihat matahari seakan bergerak dari timur menuju barat. Akibat dari rotasi bumi ini, gaya Corioli di Bagian Bumi Utara ( BBU ) dan Bagian Bumi Selatan ( BBS ) memiliki arah yang berbeda.

        Namun tidak hanya faktor Gaya Gradien Tekanan dan Gaya Corioli yang penting dalam pergerakan udara. Faktor ketiga yang juga berpengaruh adalah Gaya Gesek. Gaya gesek udara akan memperlambat kecepatan angin sehingga tidak terlalu besar. Namun gaya gesek hana significant pada lapisan atmosfer bagian bawah yaitu 1,5 km  diatas permukaan. Lapisan ini biasa disebut Planetary Boundary Layer. Diatas lapisan ini pengaruh gaya gesek sudah tidak terlalu significant sehingga disebut lapisan Atmosfer Bebas.

 

           Saat Gaya Gradien Tekanan dan Gaya Corioli memiliki nilai yang sama, maka akan menghasilkan angin yang dikenal dengan Angin Geostropik.

                    Berikut ini adalah pengaplikasian dari materi tentang gaya-gaya pada yang menyebabkan angin.

        Diumpamakan saat itu keadaan tidak ada gesekan udara yang memperlambat kecepatan angin. Saat tidak ada gesekan, maka angin yang terjadi adalah Angin Geostropik karena angin tersebut terjadi akibat besarnya Gaya Gradien Tekanan sama dengan Gaya Corioli.

        Namun beda keadaannya apabila terdapat gaya gesek yang menghambat kecepatan angin tersebut. Seperti yang kita ingat, besarnya kecepatan angin berpengaruh terhadap nilai dari gaya corioli. Apabila ada gesekan udara, otomatis angin akan melambat dan secara tidak langsung nilai dari gaya corioli akan melemah, sehingga arah angin akan berubah. Berikut ilustrasinya :

           

Angin Geostropik ( Fc=PGF )

            Gambar dibawah ini merupakan ilustrasi bagaimana angin geostropik terjadi.

a)       Kecepatan awal masih terlalu kecil sehinga tidak terlalu significant terhadap arah gerak

b)      Kecepatan semakin besar sehingga gaya corioli menjadi berpengaruh dan membelokkan arah    angin

c)      Kecepatan semakin besar sehingga gaya corioli yang timbul menjadi semakin besar pula

d)     Kecepatan angin meningkat sehingga besarnya gaya Corioli mampu mengimbangi Gaya Gradien Tekanan sehingga angin geostropik terbentuk

       Untuk mengetahui berapa kecepatan dari Angin Geostropik, mari kita ingat kembali persamaan yang pertama yaitu “PGF=CF”

Dari hasil tersebut maka akan mendapatkan nilai dari kecepatan angin geostropik, yaitu :

Note!!

            Kita harus paham bahwa angin geostropik terjadi apabila kecepatan angin cukup besar sehingga gaya corioli yang dihasilkan juga besar hingga mampu mengimbangi besarnya gaya gradien tekanan yang terjadi akibat perbedaan tekanan di suatu tempat. Oleh sebab itu, Angin Geostropik  hanya akan terjadi di lapisan atmosfer bebas, dimana gaya gesek udara tidak berpengaruh. Karena apabila terdapat gaya gesek udara, maka kecepatan angin akan melambat dan gaya corioli juga akan melemah sehingga tidak akan terjadi angin geostropik.

    Setelah membahas tentang gaya-gaya yang bekerja pada udara yang bergerak, berikut adalah sifat udara di tempat yang memiliki tekanan Tinggi dan Rendah.

Daerah Tekanan Tinggi

          Pada suatu keadaan dimana daerah tersebut memiliki tekanan tinggi, maka udara akan keluar dari pusat antisiklon (tekanan tinggi) tersebut. Angin berotasi searah putaran jarum jam di sekitar antisiklon di Bagian Bumi Utara, karena gaya Corioli membelokkan udara ke kanan dan gaya gradien tekanan mengarah ke luar.

            Di lapisan batas, gerakan udara membuat spiral ke luar dari antisklon (a), Sementara di atmosfer bagian atas dia mengalir sejajar dengan kontur ketinggian (b). Di Bagian Bumi Selatan, aliran udara adalah berlawanan dengan arah putaran jarum jam (c) dan (d).

Daerah Tekanan Rendah

         Berbeda dengan daerah antisiklon. Wilayah yang memiliki tekanan rendah disebut dengan daerah Siklon. Akibat dari tekanan rendah tersebut, maka aliran udara akan berkumpul ke pusat tekanan rendah. Oleh karenanya, tekanan rendah selalu identik dengan cuaca buruk.

            Udara  mengalir spiral berlawanan arah putaran jarum jam di dalam siklon permukaan di Bagian Bumi Utara (a) dan berotasi berlawanan arah putaran jarum jam di sekitar tekanan rendah level atas, sejajar dengan kontur ketinggian(b). Aliran di Bagan Bumi Selatan adalah sebaliknya (c) dan (d).

               Gambar diatas merupakan ilustrasi nyata untuk wilayah yang memiliki tekanan rendah dan tinggi. Di wilayah tekanan tinggi, massa udara menyebar dari pusat antisiklon. Pada lapisan atas daaerah bertekanan tinggi, aliran udara akan berkumpul dan turun menuju pusat antisiklon tersebut. Itulah mengapa di daerah tekanan tinggi akan menjadi cerah dan tidak memiliki banyak awan karena udara yang naik akan terdorong kembali ke bawah di pusat antisiklon.

            Berbeda halnya dengan daerah yang memiliki tekanan rendah. Pada daerah siklon, massa udara di permukaan akan berkumpul menuju pusat siklon, setelah itu udara akan terdorong ke atas menuju atmosfer. Itulah alasan mengapa daerah siklon akan memiliki banyak awan dan  cuaca di daerah tersebut akan kurang bersahabat.

            Materi diatas hanyalah sekilas tentang gerakan atmosfer. Dimana atmosfer kita yang sangat luas ini juga bergerak dan bisa diumpamakan sebagai fluida gas. Angin merupakan udara akan bergerak dari daerah yang memiliki tekanan tinggi (antisiklon) menuju daerah yang memiliki tekanan rendah (siklon). Gaya-gaya yang mempengaruhi angin ada 3, yaitu Gaya Gradien Tekanan, Gaya Corioli , dan Gaya Gesek Udara.

            Gaya Corioli tidak mempengaruhi kecepatan angin, melainkan hanya membelokkan arah gerak angin. Di Bagian Bumi Utara, angin dibelokkan ke kanan, dan sebaliknya di Bagian Bumi Selatan, angin dibelokkan ke kiri oleh gaya corioli.  Gaya Gesek akan mengurangi kecepatan angin, sehingga apabila terdapat pengaruh gaya gesek udara, kecepatan angin akan berkurang dan besarnya gaya corioli juga akan berkurang. Gaya gesek udara hanya significant di lapisan permukaan hingga ketinggian 1,5 km. Lapisan ini dikenal dengan nama Planetary Boundary Layer. Diatas ketinggian 1,5 km, gaya gesek udara dapat diabaikan. Lapisan tersebut dikenal dengan Atmosfer Bebas. Sekian dan terima kasih..