ESTIMASI NILAI TPW (TOTAL PRECIPITABLE WATER) DI ATAS DAERAH PADANG DAN BIAK BERDASARKAN HASIL ANALISIS DATA RADIOSONDE IRE PRATIWI DEPARTEMEN GEOFISIKA DAN METEOROLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2008
RINGKASAN Ire Pratiwi. G24104007. Estimasi besarnya TPW (Total Precipitable Water) di atas daerah Padang dan Biak berdasarkan hasil analisis data radiosonde. Dibimbing oleh Idung Risdiyanto, M.Sc dan Dr. Eddy Hermawan, M.Sc. Pembentukan awan hujan dipengaruhi dua hal penting yaitu mekanisme pengangkatan massa udara dan kandungan uap air dalam suatu kolom udara. Mekanisme pengangkatan udara sangat dipengaruhi oleh stabilitas atmosfer yang digambarkan dengan nilai Brunt Väisälä Frequency Square (N 2 ). Sedangkan untuk mengetahui kandungan uap air dilakukan estimasi nilai TPW (Total Precipitable Water). Estimasi TPW dilakukan di dua daerah yaitu Padang (0.88 LS, 100.35 BT) dan Biak (1.18 LS,136.12 BT) untuk mengetahui perbedaan jumlah kandungan uap air pada kedua lokasi yang berada pada garis ekuator namun memiliki karakteristik curah hujan yang berbeda. Periode pengamatan dilakukan antara bulan Maret 2007 sampai dengan Februari 2008. Untuk memperkirakan TPW digunakan data kelembaban spesifik yang diturunkan dari data radiosonde. Selanjutnya untuk analisis hubungan dengan curah hujan digunakan data curah hujan harian aktual dengan teknik korelasi silang. Hasil yang didapatkan adalah niali TPW pada Biak dan Padang konstan sepanjang tahun dengan rata-rata pada daerah Padang yaitu 50.5 mm dan pada daerah Biak yaitu 39.6 mm dan osilasi TPW pada daerah padang terjadi sekitar 60 harian dan daerah Biak sekitar 90 harian. Hasil analisis statistik antara TPW dan curah hujan daerah Padang dan Biak menunjukkan korelasi silang diantara keduanya sehingga kedua variabel ini saling berpengaruh dengan nilai maksimum 0.294 dan selang waktu (lag time) adalah 1 Kata Kunci : Brunt Väisälä Frequency Square (N 2 ), TPW, Curah hujan
ESTIMASI NILAI TPW (TOTAL PRECIPITABLE WATER) DI ATAS DAERAH PADANG DAN BIAK BERDASARKAN HASIL ANALISIS DATA RADIOSONDE IRE PRATIWI Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Geofisika dan Meteorologi DEPARTEMEN GEOFISIKA DAN METEOROLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2008
Judul : Estimasi Nilai TPW (Total Precipitable Water) di Atas Daerah Padang dan Biak Berdasarkan Hasil Analisis Data Radiosonde Nama : Ire Pratiwi NIM : G24104007 Menyetujui: Pembimbing I, Pembimbing II, Idung Risdiyanto, S.Si, M.Sc Dr. Ir. Eddy Hermawan, M.Sc NIP. 132206238 NIP. 300001344 Mengetahui: Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor Dr. Drh Hasim, DEA NIP. 131578806 Tanggal Lulus:
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan karunia- Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi dengan judul Estimasi Nilai TPW (Total Precipitable Water) Di Atas Daerah Padang Dan Biak Berdasarkan Hasil Analisis Data Radiosonde, sebagai syarat mencapai gelar Sarjana Sains pada Program Studi Meteorologi, Departemen Geofisika dan Meteorologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Penulis juga ingin mengucapkan banyak terima kasih kepada pihak-pihak yang telah membantu dalam proses penyusunan skripsi ini : 1. Bapak Idung Risdiyanto, M.Sc sebagai pembimbing I yang memberikan banyak ilmu dan masukan kepada penulis selama mengerjakan skripsi ini. 2. Bapak Dr. Eddy Hermawan, M.Sc sebagai pembimbing II yang selalu sabar membimbing penulis dan memberi motivasi dalam pengerjaan skripsi ini. 3. Ibu, Bapak, Kakak dan kakak ipar dan seluruh keluarga besar penulis, terima kasih untuk doa, perhatian, dukungan moral dan fasilitas yang sangat besar dan membantu selama ini. 4. Bapak Halimurrahman, MT sebagai Kepala Bidang Pemodelan Iklim 5. Keluarga besar LAPAN: Bu Shinta, Pak Teguh, Pak Terson, Pak Suaydhi, Bu Ina Visa, Pak Arief beserta staf LAPAN lainnya yang selalu memberikan bantuannya. 6. Teman-teman seperjuangan, terutama Ining yang selalu memberikan dukungan penulis, Mei, Diva, Fransiska, Rini, Sisi dan teman GFM 41 lainnya yang tidak bisa disebutkan satu persatu. 7. Teman-teman di wisma bintang, Rira, Fera, V-ter serta adik-adik 42 dan 43 8. Kakak kelas di LAPAN dan BMG (kak Eris 36 dan mba Dian 38 yang telah membantu penulis dalam mendapatkan data) Penulis menyadari bahwa dalam proses penyusunan skripsi ini masih terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu, penulis menerima kritikan, saran, dan tanggapan yang bersifat membangun. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat. Bogor, September 2008 Ire Pratiwi
RIWAYAT HIDUP Penulis di lahirkan di Malang, pada tanggal 26 September 1986 dari ayah Tamari dan ibu Istiani. Penulis merupakan putri ketiga dari tiga bersaudara. Tahun 1998 penulis menyelesaikan pendidikan dasar di SD Negeri Tumpang 4 Malang, pendidikan menengah pertama diselesaikan tahun 2001 di SMP Negeri 1 Tumpang-Malang. Pada tahun 2004 penulis lulus dari SMA Negeri 1 Tumpang-Malang dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur undangan seleksi masuk IPB (USMI). Penulis memilih Program Studi Meteorologi, Jurusan Geofisika dan Meteorologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Selama mengikuti perkuliahan, penulis aktif di kegiatan kemahasiswaan seperti anggota Himpunan Mahasiswa Geofisika dan Meteorologi (HIMAGRETO) pada tahun 2004 sampai tahun 2006 serta kegiatan kepanitiaan-kepanitiaan di dalam departemen geofisika dan meteorologi.
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL... iv DAFTAR GAMBAR... iv DAFTAR LAMPIRAN... v I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Pendahuluan... 1 II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Stabilitas Udara... 1 2.2 Kelembaban Atmosfer... 2 2.3 Total Precipitable Water... 2 2.4 Pertumbuhan Awan Konvektif... 3 2.5 Curah Hujan... 3 2.6 Prinsip kerja Radiosonde... 4 III. METODOLOGI 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian... 5 3.2 Alat dan Bahan... 5 3.3 Metode Penelitian 3.3.1 Identifikasi Stabilitas Atmosfer... 5 3.3.2 Estimasi TPW... 5 3.3.3 Fungsi Power Spectral Density... 6 3.3.4 Estimasi Hubungan antara TPW dan Curah Hujan... 6 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Analisis Data Bulanan 4.1.1 Identifikasi Stabilitas Atmosfer Harian... 7 4.1.2 Identifikasi Stabilitas Atmosfer Rata-Rata Bulanan... 9 4.2 Estimasi TPW... 10 4.3 Hubungan Antara TPW dan Curah Hujan... 11 V. KESIMPULAN... 13 DAFTAR PUSTAKA... 13 LAMPIRAN... 16
DAFTAR TABEL Halaman 1. Nilai korelasi silang TPW dengan curah hujan daerah Padang pada periode November 2007-Februari 2008... 12 2. Nilai korelasi silang TPW dengan curah hujan daerah Biak pada periode November 2007-Februari 2008... 12 DAFTAR GAMBAR Halaman 1. Radiosonde... 4 2. Diagram alir penelitian... 7 3. Profil vertikal N 2 di daerah Padang tanggal 26 Desember 2007... 7 4. Profil vertikal RH di daerah Padang tanggal 26 Desember 2007... 7 5. Profil vertikal N 2 di daerah Padang tanggal 26 Juni 2007... 7 6. Profil vertikal kelembaban relatif di daerah Padang tanggal 26 Juni 2007... 8 7. Profil vertikal N 2 di daerah Biak tanggal 26 Desember 2007... 8 8. Profil vertikal kelembaban relatif di daerah Biak tanggal 26 Desember 2007... 8 9. Profil vertikal N 2 di daerah Biak tanggal 26 Juni 2007... 9 10. Profil vertikal kelembaban relatif di daerah Biak tanggal 26 Juni 2007... 9 11. Profil vertikal N 2 di daerah Padang bulan Desember 2007... 9 12. Profil vertikal N 2 di daerah Padang bulan Juni 2007... 9 13. Profil vertikal N 2 di daerah Biak bulan Desember 2007... 9 14. Profil vertikal N 2 di daerah Biak bulan Juni 2007... 9 15. Power Spektral Density TPW daerah Padang periode 1 Maret 2007-29 Februari 2008... 10 16. Wavelet TPW daerah Padang Padang periode 1 Maret 2007-29 Februari 2008... 10 17. Energi spektral TPW daerah Biak periode 1 Maret 2007-29 Februari 2008... 10 18. Wavelet TPW daerah Biak periode 19 Oktober 2007-29 Februari 2008... 10 19. TPW dan curah hujan bulan Juni 2007 di daerah Padang... 11 20. TPW dan curah hujan bulan Desember 2007 di daerah Padang... 11 21. TPW dan curah hujan bulan Juni 2007 di daerah Biak... 11 22. TPW dan curah hujan bulan Desember 2007 di daerah Biak... 11 23. Korelasi silang TPW dengan curah hujan daerah Padang pada periode 1 November 2007 sampai dengan 29 Februari 2008... 12 24. Korelasi silang TPW dengan curah hujan daerah Biak pada periode November 2007-Februari 2008... 12
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1. Curah Hujan Bulanan di Daerah Padang dan Biak Bulan Maret 2007- Februari 2008... 16 2. Pola Angin dan Curah Hujan Bulan Juni 2007 dan Desember 2007 di Wilayah Indonesia... 16 3. Curah Hujan Harian Bulan Desember dan Juni 2007... 16 4. Profil Vertikal N 2 di Daerah Padang... 17 5. Profil Vertikal N 2 di Daerah Biak... 19 6. Profil Vertikal RH di Daerah Padang... 21 7. Profil Vertikal RH di Daerah Biak... 24 8. Profil Vertikal N 2 pada Ketinggian 15-18 km di Daerah Padang dan Biak... 26 9. Data TPW di Daerah Padang... 27 10. Data TPW di Daerah Biak... 31 11. Data Curah Hujan Daerah Padang Maret 2007-Desember 2008... 34 12. Data Curah Hujan Daerah Biak Maret 2007-Desember 2008... 35 13. Korelasi TPW dengan Curah Hujan pada Daerah Padang Panjang dan Sicincin... 36 14. Script matlab untuk menghitung N 2 dan TPW... 37
I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Atmosfer bumi merupakan lapisan yang menyelimuti permukaan bumi dengan komponen penyusunnya berupa partikelpartikel halus dan ringan seperti gas, cairan dan aerosol (Handoko, 1995). Keadaan atmosfer akan mudah berubah seiring dengan proses pendinginan dan pemanasan permukaan bumi karena sebagian besar bahan pengisi atmosfer merupakan gas yang mudah mampat dan mengembang. Menurut Trewartha dan Horn (1980) 75 % dari massa atmosfer yang terdapat pada lapisan troposfer dan lapisan ini merupakan tempat terjadinya awan, hujan dan konveksi udara. Indonesia sebagai negara maritim yang terletak di ekuator, dikelilingi oleh lautan yang hangat sehingga menyebabkan awanawan konvektif besar dapat tumbuh di wilayah ini. Kemunculan awan-awan konvektif di wilayah tropis ini dapat mempengaruhi sirkulasi global (Renggono, 2000). Akibat adanya awan-awan tersebut, panas dari boundary layer dapat bergerak ke lapisan atmosfer atas. Namun dengan potensi pengangkatan massa udara yang besar ini tidak semua awan yang terbentuk akan turun sebagai hujan, tergantung proses pengangkatan massa udara dan besarnya kandungan uap air yang terdapat pada kumpulan awan tersebut. Beberapa bagian dari awan yang terbentuk akan hilang karena terevaporasi kembali ke atmosfer. Sehingga perlu dikaji lebih lanjut tentang proses stabilitas atmosfer dan mekanisme pengangkatan massa udara terkait dengan pembentukan awan. Selain itu kandungan air dalam suatu kolom udara juga perlu diketahui. Karena jumlah air yang seharusnya jatuh sebagai hujan sangat penting untuk diketahui guna memprediksi jumlah hujan yang akan jatuh sebelum kejadian hujan berlangsung. Selain itu penelitian ini juga dilakukan untuk mengetahui tentang pola variasi kandungan uap air dalam kolom udara dari musim ke musim sehingga osilasinya dapat diketahui di atas daerah Padang dan Biak serta karakteristik dan perbedaan diantara kedua daerah tersebut yang sama-sama terletak disekitar garis ekuator. 1.2 Tujuan 1. Mengetahui besarnya TPW (total precipitable water) berdasarkan data hasil pengukuran radiosonde 2. Mengetahui profil vertikal atmosfer dalam hubungannya pada proses pengangkatan massa udara di permukaan 3. Mengetahui pola osilasi TPW di daerah Padang dan Biak 4. Mengetahui keterkaitan antara TPW dengan curah hujan di permukaan pada daerah Padang dan Biak II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Stabilitas Udara Stabilitas udara (atmosfer) adalah kecenderungan udara untuk bergerak naik atau turun. Untuk menentukan stabilitas dilakukan dengan melakukan perbandingan suhu antara parsel udara dan suhu udara di sekitarnya (Ahrens 2007). Udara diasumsikan sebagai parsel yang bergerak dari suatu titik. Pergerakan parsel tersebut dapat mengikuti garis adiabatik kering apabila parsel dalam kondisi tidak jenuh (di bawah LCL) atau mengikuti garis adiabatik basah apabila parsel dalam keadaan jenuh (Stull 2004). Pada berbagai ketinggian, gaya bouyant bergantung pada perbedaan suhu antara parsel dan lingkungannya. Stabilitas atmosfer digolongkan menjadi tiga yaitu kondisi stabil, netral dan tidak stabil. Apabila gaya bouyant yang bekerja pada parsel mempunyai arah yang sama dengan perpindahan parselnya sehingga udara antara parsel pada ketinggian awal dan pada ketinggian akhir akan tidak stabil. Akibat ketidakstabilan tersebut, parsel akan terus bergerak sehingga mengakibatkan gerakan konvektif. Suhu parsel pada kondisi ini lebih hangat dibandingkan suhu lingkungan sehingga parsel akan memiliki kerapatan yang lebih rendah dan akan terus naik sampai pada level suhu parsel sama dengan suhu lingkungan. Pada kondisi netral enviromental lapse rate akan sama dengan adiabatic lapse rate sehingga tidak ada gaya bouyancy yang memindahkan parsel. Parsel akan tetap pada level semula. Sedangkan pada kondisi stabil, suhu parsel udara akan lebih dingin daripada suhu lingkungannya sehingga parsel akan mempunyai kerapatan lebih besar dan cenderung kembali turun ke ketinggian awal atau dengan kata lain