QBO atau quasi-biennial oscillation merupakan bentuk dari variabelitas iklim. Variabelitas iklim adalah variasi pada kondisi rata-rata atau kondisi pada aspek statistika lainnya ( standar deviasi, peristiwa ekstrim dan lain-lain) pada iklim bumi dalam skala ruang dan waktu yang bersifat sementara diluar gejala cuaca itu sendiri.
1. Pengertian QBO
Berdasarkan kamus meteorologi, secara umum Oscillation dapat diartikan sebagai permulaan yang berlawanan dari nilai yang sebenarnya atau goyangan ketidakstabilan pergerekan massa udara. Sebagai ilustrasinya adalah dinamika yang sederhana pada gerakan bandul. Dalam bidang meteorologi, peristiwa ini biasanya diaplikasikan pada suatu proses yang tidak sempurna periode waktunya. Sehingga QBO, Quasi-Biennial Oscillation adalah komponen angin wilayah di stratosfer equatorial dengan periode waktu selama sekitar 28 bulan. Peristiwa ini juga dikenal dengan sebutan osilasi stratosfer. T= temperatur rata-rata
Pengertian lain yaitu bahwa QBO adalah osilasi yang dihasilkan dari inleraksi antara gelombang ekuatorial, gelombang Kelvin dan gelombang Rossbygravity, dengal aliran dasar permukaan. Gelombang kelvin dan gelombang Rossby-gravity memberikan sumber momentum dalam arah zonal bagi QBO.
Amplitudo yang ekstrim pada QBO terjadi tidak sempurna selama 24 bulan. Karakter dari QBO sendiri dapat diketahui melalui analisis data time series pergerakan arah angin (timur-barat) pada lapisan stratosfer di ketinggian 30 mb.
2. Penemuan QBO
Penemuan quasi-biennial oscillation berawal dari adanya pergerakan angin stratosfer diatas ekuator. Berawal dari adanya erupsi gunung berapi Krakatau (6 ° S 105 ° E) pada tanggal 27 Agustus 1883, erupsi ini melontarkan debu hingga ke lapisan stratosfer dan setelah itu terbawa di sepanjang ekuator, dan mengelilingi bumi selama 13 hari dengan arah menuju barat. Hal ini yang mendorong orang untuk percaya bahwa adanya tiupan angin stratosfer di atas ekuator dengan arah menuju ke barat (dari timur). Angin lapisan udara atas ini dikenal dengan angin Timur Krakatau (Krakatau easterlies).
Pada tahun 1908 Berson meluncurkan ballon sounding pengamatannya ke atas danau Victoria di Afrika dan ia menemukan adanya pergerakan angin dari arah barat (menuju ke timur) pada ketinggian sekitar 15 km (120mb). Angin dari arah barat ini dikenal dengan sebutan Berson’s westerlies.
Hasil observasi yang berlawanan ini akhirnya dipecahkan malalui serangkaian penelitian dan pekerjaan yang dilakukan oleh Reed (1961) dan Veryard dan Edbon (1961), yang menunjukan bahwa angin di atas ekuator mengalami osilasi arah. Ini ditunjukan bahwa angin di lapisan stratosfer mengalami perubahan arah setiap 26 bulan dan mengalami proses bolak-balik dari timur dan dari barat yang resimnya menurun bersama waktu.
3. Teori dan Mekanisme QBO
Holton dan Lindzen adalah orang yang pertama sekali mengusulkan model QBO yang didasarkan pada perambatan gelombang vertikal (Kelvin and Rossby-gravity vawe). Awalnya osilasi perambatan gelombang vertikal ini diduga sebagai efek dari Semi Annual Oscillation (SAO) pada lapisan atas stratosfer yang memegang peranan penting dalam proses QBO. Namun ternyata dugaan mereka salah. Efek ini merupakan bentukan dari proses QBO.
Lebih dari itu, mereka mampu menunjukan bahwa meskipun SAO adalah hal yang penting, namun SAO tidak berperan pada proses pembentukan QBO. Mekanisme ini lebih jauh dijelaskan oleh Plumb (1977), ia menunjukan bahwa percepatan maksimum terjadi hanya di bawah kecepatan fase maksimum mengikuti waktu.
Pada lapisan stratosfer, pengaruh signifikan dari gelombang Kelvin dan gelombang gravitasi Rossby sangat besar. Kedua gelombang ini bergerak lebih cepat pada lapisan ini dan merupakan faktor yang sangat penting untuk kesetimbangan momentum pada atmosfer tengah ekuator. Kelvin wave menetukan aliran angin barat dan Rossby-gravity wave menentukan angin timur. Skala meridional gelombang Kelvin mencapai 1300-1700km dan gelombang gravitasi Rossby mencapai 1000-1500km. Ini adalah gagasan yang digunakan oleh Plumb untuk menentukan osilasi QBO, bahwa gelombang Kelvin ekuatorial menyediakan momentum angin barat dan gelombang gravitasi Rossby menciptakan momentum angin timur yang keduanya akan mengahasilkan osilasi QBO di stratosfer.
Analogi Plumb untuk QBO dalam 6 tingkatan. Gelombang merah dan biru mengindikasikan gelombang angin dari arah barat dan timur.
Keterangan :
Pada gambar 4 (a), amplitudo angin barat dan timur mengalami penurunan selama total momentum perambatan gelombang ke atas tepat dibawah percepatan angin maksimum. Ketika zona perpotongan angin barat cukup tipis, maka terjadi difusi yang menghancurkan angin barat dan gelombang angin barat dapat merambat ke level yang tinggi melalui aliran angin timur sehingga terbentuklah angin timur gambar 4(b). Perambatan angin barat berhamburan pada ketinggian yang lebih besar dan menghasilkan sebuah percepatan angin barat menuju suatu rezim angin barat yang baru gambar 4(c). Gambar 4(d) menunjukan kedua resim menurun ke bawah sampai zona perpotongan angin timur diserang untuk ditembus dan angin timur kemudian merambat ke ketinggian yang lebih tinggi gambar 4(e). Dan kemudian membentuk resim angin timur yang baru.
Secara teoritis kita dapat menyimpulkan gambar di atas bahwa jika momentum perambatan gelombang vertikal meredam ( amplitudo mengecil dan energi melemah) dan gelombang ini searah dengan distribusi angin zonal maka akan terbentuk penguatan angin baratan atau timuran.
Kelvin dan Rosby-gravity wave merupakan jenis perambatan gelombang vertikal yang menentukan arah pergerakan fase QBO. Kedua gelombang ini akan memberikan momentum untuk terbentuknya QBO. Ketika momentum mengalami perubahan maka akan timbul gaya yang menggerakan massa udara ( Hk. Newton dan teorema impuls-momentum). Jadi secara garis besar kedua gelombang ini berfungsi sebagai gaya yang menggerakan massa udara.
Mekanismenya adalah sebagai berikut, pada saat mean zona flow wind (distribusi angin zonal) pada lapisan troposfer bergerak ke timur maka terbentuk kelvin wave yang bergerak berlawanan arah, gelombang ini terus merambat secara horizontal dan naik secara vertikal hingga ke lapisan stratosfer. Pada saat gelombang ini naik maka amplitudonya mengecil dan mengalami peredaman mengikuti aliran distribusi angin baratan pada lapisan stratosfer. Pada saat arah gelombang ini searah dengan distribusi angin zonal maka akan terbentuk angin baratan yang kuat selama dua tahun ( Energi Kelvin wave + energi angin Zonal). Begitu juga pada fase QBO interval berikutnya, pada saat ditroposfer terdapat angin timur maka Rosby-gravity wave akan terbentuk dan naik ke atas lapisan stratosfer sehingga memperkuat momentum untuk terbentuknya angin timur.
Jadi dapat kita simpulkan bahwa QBO terbentuk karena adanya momentum yang dihasilkan oleh kedua gelombang ini. Selain itu untuk terbentuknya QBO dibutuhkan juga energi yang tinggi (konvektif skala besar) untuk digunakan sebagai gaya pendorong kedua gelombang atmosfer tersebut. QBO hanya terjadi di daerah sekitar ekuator karena Kelvin dan Rossby gravity wave hanya akan terbentuk secara kuat di daerah konveksi tinggi yaitu di sekitar ekuator 12o LU/LS. Alasannya karena daerah ini menyediakan energi yang cukup besar untuk menciptakan kedua gelombang ini dan mengangkatnya hingga ke lapisan stratosfer. Meskipun daerah subtropik memiliki daerah front atau daerah pembentukan awan tetapi QBO tidak terjadi di daerah ini karena energi yang dihasilkan tidak cukup kuat untuk mengangkat gelombang atmosfer ini ke lapisan atas (stratosfer) untuk menghasilkan osilasi.
Kedua gelombang ini terjadi secara bergantian dalam interval waktu yang berbeda. Pada saat Kelvin wave menguat maka Rossby-gravity wave tidak terbentuk dan sebaliknya inilah yang mengakibatkan siklus 2 tahunan QBO.
4. Karakteristik QBO
Berikut adalah data contoh pergerakan angin, temperatur dan pemancaran satelit dan data pengukuran balon yang dikombinasikan dengan model global atmospheric weather untuk meghasilkan gambaran terbaik dari pergerakan atmosfer. Level teratas pada pengaturan data adalah 0.316 mb (57 km) sehingga membuatnya ideal untuk menangkap fenomena stratosfer.
Berikut adalah tampilan osilasi QBO dari gabungan beberapa data atmosfer. (keterangan gambar dibawah).
Tampilan QBO berdasarkan lintang pada permukaan tekanan terutama pada daerah equator. Permulaan arah angin timur dan barat membuat perubahan QBO sendiri dari yang sangat kuat pada ketinggian 10 mb menjadi sangat lemah pada ketinggian 100 mb.
Angin timur ditandai dengan warna kuning hingga biru dan angin barat diwarnai oranye hingga merah. Garis nol ditandai dengan garis hitam tebal dan setiap 5 m/s dilukiskan dengan garis hitam tipis. QBO secara kasar diperlihatkan antara 10 mb hingga 100mb berdasarkan ketinggian.
Dari gambar di atas (Naujokat, 1986) kita dapat mendefinisikan karaketrisik QBO diantaranya adalah:
- Masa pergerakan angin merambat menurun selama bertambahnya waktu
- Mereka bergerak menurun secara kasar 1 km/ bulan dan penurunan jarak seraya dengan penurunan ketinggian.
- Periode osilasi adalah antara 20-36 bulan dengan rata-rata sekitar 28 bulan
- Dimulai dari ketinggian 10 mb menurun hingga ketinggian 100 mb
- Amplitudo maksimum adalah 40 sampai dengan 50 m/s pada ketinggian 20 mb.
- Angin dari arah timur umumnya lebih kuat dari arah barat
- Angin dari arah barat bergerak ke bawah lebih cepat dari pada angin dari arah timur ditunjukan dengan tingkatan dari garis nol
- Transisi antara angin dari arah barat dan timur sering tertunda antara ketinggian 30-50 mb
- Di atas 50 mb, QBO tidak dapat berubah secara drastis tetapi dibawah level ini dia akan menurun dengan cepat.
5. Manfaat Mempelajari QBO
Meskipun fenomena QBO hanya terjadi di lapisan stratosfer namun perannya sangatlah penting dalam estimasi dan dinamika lapisan udara troposfer. Sebagai contoh pada saat terbentuk siklon tropis maka bagian puncak siklon tersebut yang terdapat di lapisan stratosfer/stratopause akan diredam atau dinetralkan oleh angin osilasi QBO. Contoh lainnya adalah dalam pembuatan model untuk efek monsoon dapat pula digunakan pendekatan data QBO, SST dan ENSO karena sirkulasi udara bawah juga dipengaruhi oleh udara atas (adanya gerakan vertikal). Berikut adalah beberapa manfaat dari mempelajari karakter QBO yaitu:
1) Fase QBO akan mempengaruhi Hurricane di Atlantik dan luas penggunaannya dalam peramalan Hurricane. Peningkatan aktifitas Huricane terjadi karena angin barat atau zona anomali angin (positif), dan akan menurun karena angin timur atau zona anomali angin negatif.
2) QBO berhubungan baik dengan SST dan ENSO dalam menghasilkan efek moonson.
3) Frekuensi siklon tropis meningkat di Pasifik Utara selama terbentuknya fase angin barat QBO. Namun aktifitas pada basin India Tenggara meningkat selama fase angin timur QBO.
4) Prediksi dari ENSO menggunakan anomali angin pada ketinggian 30 mb dan 50 mb untuk peramalan kuat lemahnya dan waktu terjadinya ENSO.
5) QBO memberikan dampak pada pola curah hujan Sahel dan biasanya digunakan untuk peramalan kawasan.
6) Kehilangan muatan aerosol hasil erupsi gunung berapi bergantung pada fase QBO.
7) Kombinasi QBO dengan SO dan 40-50 hari MJO dapat digunakan untuk peramalan iklim jangka panjang.
6. Formulasi QBO
Untuk memahami proses QBO kita harus mengerti konsep perhitungan gelombang Kelvin dan Rossby juga konsep angin termal .Karena formulasi QBO diturunkan dari persamaan diatas. Karena QBO merupakan fenomena yang terjadi di atmosfer maka formulasi QBO disesuaikan untuk kawasan ekuator.
Karena QBO memiliki zona yang simetri dan hanya memiliki sangat sedikit rata-rata pergerekan vertikal dan meridional, rata-rata zona angin QBO dan suhu memenuhi persamaan kesetimbangan angin termal. Maka untuk kawasan ekuatorial pada taraf β formulasi ini memiliki bentuk:
β y (δū / δz)= -RH -1 (δT / δy)
Untuk ekuator yang simetri δT / δy adalah 0 di y= 0 , dan dengan aturan L’Hospital kesetimbangan angin termal di ekuator memiliki bentuk:
δū / δz = -R(H β)-1 (δ2T / δy2)
Persamaan ini dapat digunakan untuk memperkirakan besarnya gangguan temperatur QBO di ekuator. Artinya kita dapat menggunkan persamaan di atas untuk menghitung tingkat kelajuaan pergerakan osilasi QBO terhadapat suhu rata-rata atmosfer.
Pada QBO kita juga mengetahui bahwa kecepatan angin timur lebih besar dari angin barat karena kecepatan sudut yang dihasilkan angin timur > dari angin barat. Sesuai persamaan dasar fisika berikut:
L= I α
= (m r2) α
= (m r2) V/r
= m V r……………….V adalah kecepatan sudut terhadap sumbu bumi,
Artinya jika V menigkat maka L juga akan meningkat dan I= Inersia juga mempengaruhi nilai L yang adalah momentum.
Keterangan: β= df/dy variasi parameter coriolis dengan lintang atau merupakan formulasi dari (2Ω) / a dimana a adalah radius bumi dan Ω adalah kecepatan angular bumi.
y= jarak menuju utara
ū= kecepatan komponen x menuju timur barat
z= jarak menuju ke atas
R= Vektor dalam taraf arah ekuator dari aksis rotasi ke titik muka bumi
H= Skala ketinggian
0 komentar:
Posting Komentar