Gambar 15 Profil vertikal a suhu potensial virtual θ
v
dan kelembaban spesifik q sebagai variabel penduga ketinggian ML dan ketinggian RL; b Bulk-Richardson number Ri
B
sebagai variabel penduga TFT di Soekarno-Hatta pada tanggal 3 Februari 2012 Pukul 13.00
yang menunjukkan profil vertikal θ
v
dan q, serta Bulk-Richardson number Ri
B
. Gambar 15a menunjukkan bahwa pada
siang hari terjadi konveksi maksimum, sehingga besarnya θ
v
cenderung konstan di ML. Hal tersebut mengindikasikan bahwa
terjadi pencampuran uap air yang homogen dari permukaan sampai ML dengan ketinggian
1410 m. Sedangkan nilai kelembaban spesifik pada ML tidak menunjukkan variasi yang
besar yang berkisar antara 16 gkg sampai 12 gkg. Pada ketinggian 1410 m terjadi
kemiringan yang cukup signifikan baik pada
profil θ
v
maupun profil q yang menandakan bahwa terdapat lapisan Stable Inversion
Layer. Pada dasarnya pendugaan ketinggian RL sama dengan ketinggian ML, yang
membedakan hanya ketinggian ML digunakan untuk menduga ABL ketika siang hari
sedangkan ketika malam hari, ketinggian ABL diwakili oleh besarnya ketinggian RL.
Besarnya Ri
B
dapat digunakan untuk membedakan antara aliran yang turbulen dan
laminar, di mana Ri
B
merupakan besaran yang tidak memiliki dimensi yang menunjukkan
parameter stabilitas dinamis. Aliran laminar akan menjadi turbulen ketika nilai Ri
B
dibawah critical value eqiuvalent Ri
C
yang besarnya 0.25. Aliran turbulen akan tetap
turbulen ketika Ri
B
=1, tetapi akan menjadi laminar saat Ri
B
lebih besar dari 1 Arya 2001. Berdasarkan Gambar 15b diketahui
bahwa aliran turbulen terjadi dari permukaan sampai ketinggian 205 m, di mana di
sepanjang lapisan tersebut besarnya Ri
B
kurang dari 0.25. Di atas 205 m alirannya menjadi laminar. Lapisan dari permukaan
sampai ketinggian 205 m disebut juga TFT. Berdasarkan hasil penentuan besarnya ke-
tinggian ML dan TFT, maka dapat disim- pulkan bahwa proses pencampuran terjadi di
sepanjang lapisan ML dengan ketinggian 1410 m, dengan aliran turbulen hanya terjadi dari
permukaan sampai ketinggian 205 m.
4.4 Variabilitas Nilai Ketinggian ML,
Ketinggian RL, dan TFT
Untuk menentukan variabilitas harian dari ketinggian ML, ketinggian RL, dan TFT,
maka data harian yang telah tersedia dibagi menjadi tiga kelas, yaitu 1 Malam Pukul
15.00 UTC dan 18.00 UTC, 2 Pagi Pukul 00.00 UTC dan 03.00 UTC, dan 3 Siang
Pukul 06.00 UTC dan 09.00 UTC. Adapun besarnya ketebalan ABL pada siang hari
diwakili oleh ketinggian ML, ketebalan ABL pada malam hari diwakili oleh ketinggian RL,
dan ketinggian aliran turbulensi yang diwakili oleh nilai TFT pada wilayah kajian dapat
dilihat pada Tabel 2 dan Tabel 3.
Pada saat pagi hari ketinggian ML masih dangkal, dimulai dari ketinggian 10 meter di
mana situasinya masih cukup tenang sampai ketinggian beberapa ratus meter di mana
Mixed Layer
Aliran Laminar
Aliran Turbulen
situasinya sudah lebih kompleks. Ketinggian ML semakin meningkat secara perlahan-lahan
pada pagi hari karena masih ada lapisan SBL pada malam sebelumnya yang menutupi
lapisan ML yang baru tumbuh. Saat menjelang siang hari, udara yang berada di
lapisan RL menjadi lebih panas, sehingga batas atas ML berkembang sampai ke dasar
RL. Sejak saat itulah lapisan SBL sudah tidak ada lagi.
Ketika udara panas thermal sudah mencapai lapisan CI yang merupakan puncak
dari lapisan RL terjadi gerak vertikal sehingga ML menurun secara cepat. Kemudian ML
akan cenderung konstan pada siang hari dan akan mencapai maksimum saat menjelang
sore hari. Pada malam hari, terjadi pen- dinginan permukaan sehingga ML mulai
menipis yang kemudian berubah menjadi SBL yang terjadi ketika kondisi atmosfer stabil.
Dan di atas lapisan SBL terdapat lapisan RL yang tidak terpengaruh oleh pendinginan
permukaan, oleh karena itu pada lapisan RL suhunya tetap adiabatic lapse rate yang
berasal dari lapisan ML pada siang harinya.
Berdasarkan Tabel 2 dan Tabel 3, pada siang hari ABL lebih tebal dibandingkan pada
malam hari dan pagi hari. Hal ini karena pada siang hari terjadi penyinaran radiasi matahari
yang intensif, sehingga menyebabkan pe- manasan maksimum. Besarnya ketinggian ML
tergantung pada beberapa faktor, antara lain
Tabel 2 Statistik ketinggian ML, ketinggian RL, dan TFT di wilayah tropis pada tiga kelas waktu
Tropis Soekarno-Hatta
Polonia Da Nang
Kelas
MLRL m TFT m
MLRL m TFT m
MLRL m TFT m
Malam
Range 449-925
- 299-776
- 267-779
- Mean
776 -
581 -
521 -
Std.dev 143
- 164
- 107
- Std.error
32 -
37 -
24 -
Pagi
Range 760-926
0-218 572-838
0-78 408-1080
0-335 Mean
842 94
766 31
742 36
Std.dev 80
92 48
33 153
78 Std.error
18 20
11 7
34 17
Siang
Range 899-1410
0-206 1235-1268
7-303 260-1275
0-273 Mean
1350 118
1253 68
798 75
Std.dev 153
60 9
76 281
88 Std.error
34 13
2 17
63 20
Tabel 3 Statistik ketinggian ML, ketinggian RL, dan TFT di wilayah subtropis pada tiga kelas waktu
Subtropis Perth
Nanjing Hakasskaja
Kelas MLRL m
TFT m MLRL m
TFT m MLRL m
TFT m
Malam
Range 376-1276
- 444-1052
- 121-561
- Mean
831 -
910 -
305 -
Std.dev 165
- 169
- 136
- Std.error
37 -
38 -
30 -
Pagi
Range 315-1435
0-655 540-1483
0-681 101-599
- Mean
1018 267
1014 103
360 -
Std.dev 351
204 326
191 163
- Std.error
79 46
73 43
37 -
Siang
Range 352-1384
0-759 787-1471
0-769 200-666
0-41 Mean
1295 313
1069 247
522 6
Std.dev 225
240 221
302 112
10 Std.error
50 54
49 68
25 2
konveksi termal, turbulensi, penutupan awan, dan pemanasan permukaan. Di daerah tropis
ketinggian ML berkisar antara 260 m sampai 1410 m dan ketinggian RL berkisar antara 260
m sampai 925 m. Sedangkan di daerah subtropis ketinggian ML berkisar antara 100
m sampai 1490 m dan ketinggian RL berkisar antara 120 m sampai 1280 m. Hal ini sesuai
dengan pernyataan Stull 1999 bahwa ketinggian Mixed Layer di midlatitude dapat
mencapai 1-2 km.
Dari hasil perhitungan ketinggian ML dan ketinggian RL pada masing-masing wilayah
kajian diperoleh nilai yang hampir sama dengan hasil penelitian yang telah dilakukan
di Teluk Benggala di mana ketinggian ML dan ketinggian RL pada pagi hari, siang hari,
dan malam hari berkisar antara 450-1500 m Subrahamanyam et al. 2012.
Pada tiga stasiun pengamatan di wilayah subtropis, Bandara Perth memiliki ketinggian
ML dan ketinggian RL yang paling besar dibandingkan Nanjing dan Hakasskaja. Hal
tersebut dikarenakan pada bulan Februari di wilayah Perth sedang terjadi musim panas,
sedangkan di wilayah Nanjing dan Hakasskaja sedang terjadi musim dingin. Seperti yang
diketahui besarnya ketinggian ML dan ketinggian RL tergantung dari pemanasan
permukaan, karena pada musim panas siang harinya lebih panjang daripada malam hari,
sehingga ketinggian ML menjadi lebih besar. Kemudian ketika malam hari, permukaan
masih menyimpan panas sehingga ketinggian RL juga lebih tinggi. Sedangkan pada musim
dingin, siang hari lebih pendek dibandingkan dengan malam hari, maka ketinggian ML dan
ketinggian RL akan lebih tipis. Adapun di daerah tropis rata-rata ketinggian ML dan
ketinggian RL terbesar terjadi di Bandara Soekarno-Hatta. Hal tersebut terjadi karena
cuaca di Bandara Soekarno-Hatta cenderung lebih panas dibandingkan Bandara Polonia
dan Da Nang.
Turbulensi merupakan suatu aliran yang terjadi di ABL yang tidak beraturan dan
memiliki karakter tiga dimensi. Turbulensi berperan penting dalam proses pertukaran
momentum, massa, dan panas di sepanjang lapisan ABL. Turbulensi dipengaruhi oleh
profil kecepatan angin dan biasanya terjadi di lapisan ML. Dalam mengidentifikasi aliran
turbulensi dapat digunakan parameter Bulk- Richardson
number Ri
B
. Di
dekat permukaan, turbulensi menguat pada saat
lapse rate dan akan melemah saat inversi. Besarnya TFT di daerah tropis berkisar antara
0 m sampai 335 m dengan rata-rata TFT terbesar terdapat di Bandara Soekarno-Hatta.
Sedangkan besarnya TFT di daerah subtropis berkisar antara 0 m sampai 770 m dengan
rata-rata TFT terbesar terdapat di Bandara Perth. Hasil yang diperoleh tidak berbeda jauh
dengan hasil penelitian di Teluk Benggala di mana TFT berkisar antara 125 sampai 1475 m
Subrahamanyam et al. 2012.
Untuk observasi dalam jangka waktu yang pendek dan pada tempat yang terpisah-pisah,
aliran turbulen sulit untuk dijelaskan karena turbulensi memiliki frekuensi waktu yang
lebih besar dibandingkan frekuensi observasi. Selain itu, wilayah cakupan dari aliran
turbulensi itu sendiri lebih kecil dibandingkan dengan wilayah cakupan ketika observasi. Di
atas ABL terdapat lapisan FA yang tidak mengalami turbulensi.
Nilai standar
deviasi menunjukkan
besarnya penyimpangan nilai data tersebut dari nilai rata-ratanya. Semakin besar nilai
standar deviasinya, maka semakin besar pula variasi datanya. Dari enam wilayah kajian
yang dibahas dalam penelitian ini, Bandara Perth memiliki nilai standar deviasi yang
terbesar. Hal tersebut menunjukkan bahwa variasi nilai ketinggian ML, ketinggian RL,
dan TFT di Bandara Perth lebih besar dibandingkan lima bandara lainnya.
Standar error menggambarkan variasi pada penduga nilai rata-rata, sehingga dapat
diketahui besarnya nilai rata-rata yang bervariasi dari satu sampel ke sampel lainnya.
Standard error mean dapat dihitung dari rasio antara standar deviasi dengan akar dari jumlah
data sampel.
Jadi nilai standar error akan turun apabila ukuran sampel diperbanyak dan
standar deviasi sampel dikurangi. Secara keseluruhan, standar error tertinggi terdapat di
Bandara Perth.
4.5 Intensitas Turbulen