Teori ekman dan adveksi vertikal di lautan COASTAL UPWELLING and DOWNWELLING OPEN OCEAN EKMAN PUMPING Figure 8.11A Figure 8.11B 1
akibat gesekan angin, maka transfor bersih (net transport) adalah 90 o ke sebelah kanan (BBU) atau ke kiri (BBS). Sekarang Teori Ekman diterapkan di perairan pesisir: Angin bertiup sejajar garis pantai, dimana garis pantai ada di sisi kiri angin dan angin bertiup ke kutub di BBU: U Bidang datar Q grad tek x 1 2 g Lap perm Ekman Lap Interior Lap Dasar Arus geostropik (masuk ke dalam gambar atau // grs pantai ke Dasar perairan utara) Q = transpor Pantai timur benua atau pantai barat Samudera di BBU (1) Pada Lap Perm Ekman: Akibat angin yg bertiup ke utara (pantai di sisi kiri arah tiupan angin), maka trans-por massa air (Q) di lap Ekman ke kanan menjauhi pantai. Akibatnya paras laut turun di pantai dan menumpuk (meninggi) di laut lepas. Lereng paras laut menaik ke arah laut lepas. Keseimbangan gaya : Gaya Coriolis ~ Gesekan angin (2) Pada Lap Interior: Akibat terbentuknya lereng muka laut, maka tek pada kolom air di laut lepas (2) > dari tek di pantai (1) terbentuk grad tek ke arah pantai. Massa air mulai berge-rak ke arah pantai (searah grad tek). Lalu gaya Coriolis bekerja membelokkan aliran ke kanan (karena di BBU). Setelelah seimbang, arus geostropik mengalir ke utara (searah angin) atau dilambangkan x masuk kedalam kertas. Keseimbangan gaya : Grad tek ~ Gaya Coriolis (3) Arus geostropik yg bergerak ke utara di lap interior akan menjadi lambat di lap da-sar akibat dari pengaruh friksi dasar. Kalau arus lambat maka gaya Coriolis ke kanan aliran juga makin kecil, sehingga tidak seimbang lagi dengan grad tek ke ki-ri aliran. Oleh karenanya aliran harus belok kekiri agar Gaya Coriolis dan gesekan dasar seimbang dengan grad tek. Makin dekat kedasar arus makin berbelok ke kiri atau kenan di BBS dan kec nya nol di dasar. Mendekat dasar arah arus 45 o. Jadi di lap dasar terbentuk juga arus spiral tetapi berbelok ke keri (di lap perm ke kanan). Jadi massa air yg pada lap dasar akan menyusuri dasar dan sampai di permukaan di pantai. Proses kenaikan massa air untuk mengisi kekosongan tsb disebut: up-welling, sedangkan proses berbeloknya massa dari bawah yg dingin dn kaya zat hara ini mengikuti aliran ke lepas pan tai disebut: divergence. Keseimbangan gaya: Grad tek ~ Gaya Coriolis + friksi dasar 2
Jenis2 up-welling menurut mekanisme pembentukannya: 1) Ekman Pump: Angin Transpor Ekman Kekosongan Up-welling Ada dua jenis: 1.1 Sekitar Pantai Pada lintang pertengahan pantai barat benua atau pantai timur Samudera. Pd daerah ini bertiup angin passat timur laut (northeast trade) di BBU dab passat tenggara (southeast trade) di BBS secara tetap kearah ekuator. Akibatnya terjadi transpor Ekman (Q) menjauhi pantai. Kekosongan di pantai diisi massa air dari lap dalam up-welling. Misalnya: Pantai Peru (A. Selatan), Pantai Oregon dan California (A. Serikat) dan Pantai Senegal (Baratdaya Afrika) Dapat juga terjadi pada pantai timur benua atau pantai barat samudera, bila angin bertiup ke arah kutub (hanya angin demikian tidak menetap). Akibat tiupan angin demikian transpor Ekman (Q) menjauhi pantai, shg kekosongan di pantai diisi massa air dari lap dalam up-welling. Misalnya: Pantai Timur A. Serikat Dapat juga terjadi pada pantai yg berorientasi timur barat, seperti selatan Jawa Lesser Sunda Islands dan selatan Sul Selatan. Angin Timur-Tenggara menyebabkan transpor Ekman (Q) menjauhi pantai, shg kekosongan di pantai diisi massa air dari lap dalam up-welling 1.2 Laut Terbuka (jauh dari pantai) - Arah dan Kec angin bervariasi menurut lintang Ekuator Subtropis: Angin Passat (Trade winds) Lintang sedang (Mid-latitude): Angin baratan (Westerlies) Lintang Tinggi Kutub : Angin timuran kutub (Polar easterlies) - Kec angin dengan arah yg sama juga bervariasi sebagai akibatnya: transpor Ekman bervariasi menurut lintang (massa udara turun atau sinking) (massa udara naik atau up-welling) (massa udara turun atau sinking) Ekuator: Ekman Transpor (Q) ke utara paras laut drop divergence up-welling Sub-tropis (batas Trade dan Westerlies): pertemuan Ek Tr (Q) dari selatan dan Utara paras laut tinggi Convergence down-welling (sinking) Lintang pertengahan (daerah Westerlies): Ekm Tr (Q) ke selatan paras laut drop divergence up-welling Divergence: arus permukaan saling menjauhi paras laut turun (kekosongan) divergence up-welling Convergence: arus permukaan saling bertemu akumulasi paras laut menaik convergence down-welling (sinking) 3
2. Defleksi (deflection) Ada dua jenis: 2.1 Punggung di dasar samudera (mis: Mid-Ocean Ridge) Arus dalam terhalang punggung dasar samudera arus terpaksa naik menyusuri punggung up-welling punggung dasar samudera 2.2 Tanjung (Cape) Arus yg mengalir sejajar pantai terhalang tanjung (ridge). Arus mengalami defleksi ke laut lepas ada kekosongan di bagian hilir tanjung (cape) atau tonjolan (head land) lalu diisi massa air dari lap bawah (up-welling) yg intensif. Massa air yg dingin dan kaya zat hara tersebut ikut juga menyebar ke laut lepas daerah upwelling demikian disebut: squirt atau jet Misalnya: pantai Peru dan pantai Senegal Up-welling tonjolan tonjolan Pantai Peru (BBS) Up-welling Pantai Senegal (BBU) 4
3. Akibat pusaran siklon: Pusaran siklon (berlawanan j.j.) di BBU atau searah j.j. di BBS massa air menjauhi pusat pusaran terjadi kekosongan diisi massa air dari lap bawah divergence up-welling. Siklon (pusaran) dapat terjadi karena adanya pusaran angin yg menyeret massa air up-welling ini bersifat temporer Ini bisa dilihat dari citra altimeter Topex/Poseidon dimana terdapat pusat muka air yg rendah Pusaran anti-siklon (searah j.j. di BBU) atau berlawanan j.j. di BBS massa air menuju pusat convergence down-welling (sinking) Tipe Up-welling: 1. Tipe Stasioner (stationary type) Terjadi sepanjang tahun, intensitas berfluktuasi. Karena angin bertiup secara menetap Q menjauhi pantai kekosongan di pantai diisi massa air dari lap bawah up-welling Mis: Pantai Peru (Am Sel), Pantai California (USA), Pantai Senegal (Afrika) 2. Tipe Berperiode (Periodic Type) Pada daerah ini arah angin berubah sesuai dengan musim. Jika angin sejajar pantai yg mengkibatkan massa air di lap Ekman menjauhi pantai kekosongan di pantai upwelling. Pada musim lainnya, arah angin berubah dimana upwelling tidak terjadi. Sehingga up-welling terjadi secara musiman Mis: Pantai selatan Jawa Sumbawa 3. Tipe bergantian (alternating type) Tergantung arah angin yg sesuai dengan musim, up-welling dan down-welling Mis: L. Banda dan L. Arafura. Angin Muson Tenggara (M. Timur) massa air menjauhi pantai kekosongan divergence up-welling A. Muson Barat Laut (M. Barat) massa air mendekati pantai menumpuk convergence down-welling Figure 8.9 5
Effects of Ekman Currents Atmosphere 60 30 Ocean Effects of Ekman Transport Upwelling and Downwelling at continental margin Westerlies Trades Upwelling and Downwelling in the gyres 6
Sea surface height 7
Major oceanic circulation systems Figure 8.13 Temperature Surface 150 meter depth 8
Aturan yang harus diingat: Diterapkan pada lautan dan atmosfer! F pressure Low Pressure High Pressure F Coriolis 1) Partikel akan memiliki gaya koriolis 90 derajat kekanan 2) Partikel akan cenderung bergerak sepanjang garis dengan tekanan konstan 3) Partikel yang memiliki tekanan tinggi akan bergerak ke kanan (sama dengancoriolis) Inertia Currents Balance between Acceleration, Coriolis and Friction. 9
3. PERSAMAAN GERAK GESEKAN TURBULEN: Respon Lap Perm thd Angin 3.1 Arus Inertial Arus ini terjadi bila angin bertiup beberapa jam yg dapat dianggap sebagai impuls, lalu angin berhenti. Massa air terus bergerak dibawah pengaruh gravitasi dan gaya Coriolis, tidak ada gaya yg lain. Gerak atau arus demikian disebut arus inertial Dengan kondisi demikian maka per gerak menjadi: Sb x: du fv, dimana f = 2 sin, = 7,29 x 10-5 /det, dan dt = lintang Sb y: dv fu dt Sb z: dw 1 p g dt z Pers pd sb x dan y adalah pers dif ordo satu, linier dan berpasangan yg bila saling subsitusi akan didapat: 2 2 du 1 d v d v 2 fv, atau setelah diatur: 2 f v 0 2 dt f dt dt Solusi dari pers ini: u = V sin f t Arus inertial atau Ossilasi inertial v = V cos f t V 2 = u 2 + v 2 Figure 9.1 Inertial currents in the North Pacific in October 1987 (days 275 300) measured by holey-sock drifting buoys drogued at a depth of 15 meters. Positions were observed 10 12 times per day by the Argos system on NOAA polar-orbiting weather satellites. Massa air bergerak dengan sisa energi dari angin yg bertiup sebelumnya. Saat bergerak Gaya Coriolis bekerja arah gerak sehingga terbentuk lingkaran progresif; artinya tidak persis kembali ke posisi awal. Diameter lingkaran D i = 2V/f dan periode inertial T i = (2 )/f = T sd /(2 sin ), dimana T sd adalah sidereal day (waktu utk 1 rotasi bm pd porosnya ~ 23.94 jam), adalah lintang. Arah rotasi adalah anticyclonic (searah jarum jam) di BBU dan (berlawanan arah jarum jam) di BBS. End of lecture 10