untuk beberapa jam yang akan datang, biasanya tidak lebih dari 6 jam,
2. prediksi cuaca jangka pendek prediksi
cuaca untuk 12 jam hingga beberapa hari yang akan datang,
3. prediksi cuaca jangka menengah
prediksi cuaca untuk 3 hingga 8,5 hari yang akan datang, dan
4. prediksi cuaca jangka panjang prediksi
cuaca untuk lebih dari 8,5 hari yang akan datang, namun keakuratan hasil akan
sangat buruk untuk prediksi suhu dan curah hujan untuk prediksi lebih dari 16
hari.
2.2. Model Numerical Weather Prediction
NWP
Model dapat
diartikan sebagai
penyederhanaan suatu sistem. Sedangkan sistem adalah gambaran suatu proses atau
beberapa proses beberapa subsistem yang teratur.
Model hanya
menggambarkan beberapa aspek dari suatu sistem dan tidak
harus mencerminkan seluruh proses yang terjadi dalam sistem tersebut. Berdasarkan
tujuannya, model dapat dibagi menjadi tiga macam Handoko 1994, yaitu: pemahaman
proses, prediksi, serta keperluan manajemen.
Model NWP adalah sekumpulan kode komputer yang merepresentasikan secara
numerik persamaan-persamaan
atmosfer, digunakan untuk memprediksi kondisi atau
status atmosfer yang akan datang dengan menggunakan kemampuan komputer yang
sangat tinggi BMG 2006.
Stull 2000 menjelaskan bahwa prediksi cuaca dilakukan dengan terlebih dahulu
menyelesaikan beberapa persamaan gerak atmosfer seperti persamaan
momentum, kontinuitas masa, dan konservasi kelembaban.
Namun, sangat sulit untuk menyelesaikan persamaan-persamaan tersebut secara analitik
dikarenakan sistem atmosfer yang sangat kompleks. Sehingga, untuk menyelesaikan
permasalahan seperti ini perlu menggunakan tiga alternatif:
1. Menentukan solusi analitik sederhana
sebagai upaya pendekatan, 2.
Membangun model fisik sederhana, 3.
Menentukan solusi numerik sebagai upaya pendekatan seluruh persamaan
atmosfer. Model NWP yang dibangun sekarang ini
menggunakan metode alternatif yang ketiga solusi numerik. Pendekatan yang digunakan
adalah metode elemen terbatas finite- difference pada lokasi yang diskrit yang biasa
disebut sebagai grid Gambar 1. Gambar 1 Grid model NWP global
Sumber: en.wikipedia.org Solusi persamaan gerak atmosfer dapat
dicari dengan menggunakan metode numerik. Metode numerik merupakan suatu teknik
meramu permasalahan
matematika sedemikian rupa sehingga dapat diselesaikan
dengan operasi aritmatik. Tujuan dari metode numerik adalah memperoleh metode terbaik
yang efisien dan akurat Dukkipati 2010. Perbandingan antara metode analitik dan
numerik ditunjukkan pada Tabel 1. Tabel 1 Perbandingan metode analitik dan
numerik
Metode analitik Metode numerik
1 Menggunakan
aturan kalkulus Menggunakan
aritmatika 2
Hasil berupa suatu fungsirelasi
Hasil berupa angka 3
Nilai perhitungan adalah nilai sejati
exact Nilai perhitungan
adalah hampiran terdapat error
4 Tidak selalu
mudah memproses solusi
Solusi selalu dapat diperoleh dengan
bantuan komputer Model numerik merupkan model yang
menggambarkan bentuk-bentuk
hubungan kuantitatif berdasarkan persamaan-persamaan
matematik. Dalam
pemodelan numerik,
fenomena atmosfer skala global memiliki kaitan erat dengan sirkulasi atmosfer skala
yang lebih kecil. Kondisi ini telah banyak dibuktikan
oleh keandalan
Model Atmospheric
Global Circulation
Model AGCM dalam melakukan forcing kepada
sirkulasi atmosfer berskala regional maupun lokal Swarinoto 2001 dalam Swarinoto
2009.
2.2.1. Persamaan Model NWP
Persamaan-persamaan pergerakan
atmosfer dibangun berdasarkan tiga prinsip dasar fisika: konservasi masa, konservasi
momentum, dan konservasi energi Holton 2004:
a. Persamaan Momentum dalam Koordinat
Berotasi: Jika kita mengasumsikan bahwa hanya
gaya-gaya nyata yang bekerja di atmosfer adalah gaya gradien tekanan PGF,
gravitasi, dan
friksi, maka
bentuk persamaan momentum adalah:
r p
F g
U Dt
U D
1 2
dimana
r
F
menunjukkan gaya friksi, dan gaya sentrifugal telah digabungkan dengan
gravitasi yang kemudian disebut sebagai gravitas
g
.
Untuk tujuan analisis teoritis dan prediksi numerik, penting sekali untuk
mengembangkan persamaan momentum vektorial ke dalam komponen skalar. Akan
sangat baik sekali jika persamaan tersebut dikembangkan dalam kordinat spherical
z ,
,
, dimana
adalah bujur,
adalah lintang, dan
z
adalah jarak vertikal di atas permukaan bumi Gambar 2.
Gambar 2 Koordinat spherical Sehingga, persamaan gerak dalam
kordinat spherical adalah:
rx
F w
v x
p a
uw a
uv Dt
Du
cos 2
sin 2
1 tan
ry
F u
y p
a vw
a u
Dt Dv
sin 2
1 tan
2
rz
F u
g z
p a
v u
Dt Dw
cos 2
1
2 2
b. Persamaan Kontinuitas Metode Eulerian:
U t
c. Hukum I Termodinamika:
J Dt
D p
Dt D
c
v
Persamaan-persamaan pergerakan
atmosfer persamaan primitif juga dirinci oleh Riegel 1992 sebagai berikut:
a. Persamaan pergerakan relatif:
F g
p V
dt dV
1 2
b. Persamaan kontinuitas:
V dt
d
c. Hukum I Termodinamika:
dt q
dt d
p dt
dT c
v
d. Persamaan Status:
RT p
2.2.2. Kualitas Hasil Prediksi
Prediksi cuaca menitikberatkan pada kondisi nilai awal initial value problem.
Sehingga, untuk melakukan prediksi cuaca harus diawali dengan observasi kondisi cuaca
sebenarnya yang biasa dilakukan di stasiun meteorologi. Sehingga, model numerik akan
memberikan hasil yang kurang baik jika menggunakan nilai observasi yang kurang
baik jarak antar stasiun yang jauh, sedikitnya observasi udara atas, adanya nilai error dalam
observasi, dan fenomena lokal.
Keakuratan hasil model NWP telah meningkat secara signifikan sejak pertama
kali dibangun sekitar empat puluh tahun lalu. Indikator yang digunakan untuk melihat
peningkatan keakuratan salah satunya adalah skor S1 Gambar 3.
Gambar 3 Perkembangan skill prediksi yang semakin membaik di Amerika Utara
Sumber: Kalnay 2003 Semakin kecil nilai skor S1, semakin baik
akurasi hasil
prediksi model
NWP. Sebaliknya, semakin besar nilai skor S1 maka
semakin buruk akurasi hasil prediksi model NWP.
Perhitungan nilai
skor tersebut
didapatkan dari persamaan Stull 2000:
, max
, max
. 100
1
y y
x x
y y
x x
V F
V F
V F
V F
S
dimana: j
i F
j i
F x
F ,
1 ,
gradien prediksi timur-barat
1 ,
,
j i
j i
y
F F
F
gradien prediksi utara-selatan
j i
j i
x
V V
V
, 1
,
gradien verivikasi timur-barat
1 ,
,
j i
j i
y
V V
V
gradien verifikasi utara-selatan Peningkatan akurasi skill prediksi NWP
dikarenakan empat faktor Kalnay 2003: 1.
Peningkatan kekuatan super-computer sehingga menghasilkan resolusi numerik
yang lebih baik, 2.
Perbaikan representasi dari proses fisik skala kecil awan, hujan, kelembaban,
momentum, turbulensi dalam model, 3.
Penggunaan metode yang lebih akurat untuk asimilasi data, dan
4. Peningkatan
ketersediaan data,
khususnya data satelit dan pesawat di atas lautan dan di Belahan Bumi Selatan
BBS.
2.2.3. Tipe Model NWP
