Global Positioning System (GPS) adalah satu-satunya sistem navigasi satelit yang berfungsi dengan baik. Sistem ini menggunakan 24 satelit yang mengirimkan sinyalgelombang mikro ke Bumi. Sinyal ini diterima oleh alat penerima di permukaan, dan digunakan untuk menentukan posisi, kecepatan, arah, dan waktu. Sistem yang serupa dengan GPS anatara lain GLONASSRusia, GalileoUni Eropa, IRNSSIndia. Aplikasi instrument GPS untuk riset atmosfer bumi ini telah dilakukan oleh misi Mini Satelit ‘Champ’ milik jerman dan mikro satelit The Argentine Satelite de Aplicaciones Cientificas-C (Scientific Applications Satellite), dimana instrumen GPS ini dilengkapi oleh antenna khusus yang memfokuskan deteksinya pada Horison bumi untuk melacak pancaran sinyal radio sejumlah 24 satelit GPS saat satelit-satelit tersebut muncul di horison dan saat tenggelam melintasi horison (ScienceDaily.com, 2002). Proses ini disebut ’limb sounding’ atau GPS Okultasi. Kemudian misi-misi satelit mikro seperti FedSat1 dan Formosat-3 juga mengadaptasi ini untuk misi ilmiahnya.
Gambar1. Satelit GPS yang terletak pada 6 bidang orbit
di ketinggiam 20.180 km dengan inklinasi 55 derajat
Satelit TRMM adalah sebuah satelit pengamatan Bumi yang mengukur distribusi curah hujan tropis dan merupakan misi ruang bersama antara NASA dan Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA). Istilah ini mengacu kepada kedua misi itu sendiri dan bahwa misi satelit digunakan untuk mengumpulkan data. TRMM adalah bagian dari misi NASA ke Planet Bumi, jangka panjang, upaya penelitian terkoordinasi untuk mempelajari bumi sebagai sebuah sistem global. Satelit ini diluncurkan pada 27 November 1997 dari Pusat Antariksa Tanegashima yang di Tanegashima, Jepang. Dua pertiga dari dunia hujan jatuh di daerah tropis. Karena lautan dan hutan menempati sebagian besar daerah tropis, ada beberapa titik-titik pengamatan hujan. Untuk alasan, distribusi curah hujan di atas tropis belum diketahui secara akurat. Curah hujan berkaitan dengan jumlah panas diangkut melalui panas laten dari permukaan ke atmosfer. Banyak hujan menunjukkan banyak pemanasan suasana di daerah itu, dan pemanasan ini merupakan sumber energi dari sirkulasi atmosfer. Oleh karena itu, penting untuk menentukan distribusi curah hujan di daerah tropis secara akurat untuk memahami sirkulasi global atmosfer yang kuantitatif.
“Jason-2 akan mengumpulkan data yang lebih akurat sehingga para pakar cuaca dapat memprediksi perubahan cuaca dengan lebih tepat,” demikian tulis NASA. “Jason-2 akan mengumpulkan data yang lebih akurat sehingga para pakar cuaca dapat memprediksi perubahan cuaca dengan lebih tepat,” demikian tulis NASA. Satelit Jason-2 diluncurkan pada pertengahan Juni lalu dari Vandenberg, California. Satelit baru ini diharapkan mampu menghasilkan data yang lebih akurat mengenai perubahan permukaan air laut.
Awan memberikan pengaruh yang sangat besar pada cuaca dan iklim kita. Mereka adalah elemen kunci siklus hidrologis bumi, yang membawa air dari udara ke tanah dan dari satu wilayah dunia ke yang lainnya. Awan juga mendominasi anggaran energi Bumi melalui pengaruh mereka pada pertukaran energi panas matahari dalam atmosfer dan antara atmosfer, hidrosfer, permukaan tanah, biosfer, dan ruang, karena awan memiliki dampak besar pada anggaran radiasi bumi, bahkan perubahan kecil dalam kelimpahan atau distribusi awan bisa mengubah iklim lebih dari perubahan yang diantisipasi dalam gas rumah kaca, anthropogenic aerosol, atau faktor-faktor lain yang terkait dengan perubahan global. Perubahan iklim yang disebabkan oleh awan pada gilirannya menimbulkan perubahan dalam awan karena iklim: cloud-climate feedback. Masukan ini dapat bernilai positif (memperkuat perubahan) atau negatif (cenderung untuk mengurangi perubahan total), tergantung pada proses yang terlibat. Pertimbangan ini menyebabkan para ilmuwan untuk percaya bahwa ketidakpastian utama dalam simulasi model iklim yang disebabkan oleh kesulitan dalam awan dan cukup mewakili sifat radiasi awan.
Sebuah model merupakan suatu representasi sederhana dari suatu obyek atau proses di dunia nyata. Dengan demikian, model atmosfer merupakan suatu representasi dari atmosfer yang sesungguhnya. Atmosfer itu sendiri berarti lapisan udara yang menyelimuti permukaan bumi. Cuaca berarti kondisi atmosfer pada suatu saat di suatu tempat, dimana yang dimaksud dengan kondisi adalah gabungan dari berbagai unsur cuaca seperti suhu, tekanan, angin, kelembaban dan sebagainya. Sedangkan iklim menunjukkan kondisi rata-rata dari atmosfer di berbagai tempat di atas permukaan bumi, yang meliputi wilayah yang luas dan jangka waktu yang panjang. Sistem iklim merupakan hasil dari interaksi yang kompleks antara atmosfer, hidrosfer, litosfer, kriosfer dan biosfer. Model iklim merupakan suatu model matematis yang menggambarkan iklim serta perubahannya. Gambar di bawah ini menunjukkan sistem iklim, yang lebih luas daripada atmosfer.
Hujan es, dalam ilmu meteorologi disebut juga hail, adalah presipitasi yang terdiri dari bola-bola es. Salah satu proses pembentukannya adalah melalui kondensasi uap air lewat dingin di atmosfer pada lapisan di atas freezing level. Es yang terjadi dengan proses ini biasanya berukuran besar. Karena ukurannya, walaupun telah turun ke arah yang lebih rendah dengan suhu yang relatif hangat tidak semuanya mencair. Hujan es tidak hanya terjadi di negara sub-tropis, tapi bisa juga terjadi di daerah ekuator. Proses lain yang dapat menyebabkan hujan adalah riming, dimana uap air lewat dingin tertarik ke permukaan benih-benih es. Karena terjadi pengembunan yang mendadak maka terjadilah es dengan ukuran yang besar. Fenomena ini biasanya terjadi pada saat musim peralihan atau pada saat cuaca/hujan di musim hujan yang hujannya masih banyak terjadi pada siang atau malam hari, karena memang fenomenanya selalu terjadi setelah lepas pukul 13.00 – 17.00 namun demikian tidak mentup kemungkinan dapat terjadi pada malam hari.
Awan memberikan pengaruh yang sangat besar pada cuaca dan iklim kita. Mereka adalah elemen kunci siklus hidrologis bumi, yang membawa air dari udara ke tanah dan dari satu wilayah dunia ke yang lainnya. Awan juga mendominasi anggaran energi Bumi melalui pengaruh mereka pada pertukaran energi panas matahari dalam atmosfer dan antara atmosfer, hidrosfer, permukaan tanah, biosfer, dan ruang, karena awan memiliki dampak besar pada anggaran radiasi bumi, bahkan perubahan kecil dalam kelimpahan atau distribusi awan bisa mengubah iklim lebih dari perubahan yang diantisipasi dalam gas rumah kaca, anthropogenic aerosol, atau faktor-faktor lain yang terkait dengan perubahan global. Perubahan iklim yang disebabkan oleh awan pada gilirannya menimbulkan perubahan dalam awan karena iklim: cloud-climate feedback. Masukan ini dapat bernilai positif (memperkuat perubahan) atau negatif (cenderung untuk mengurangi perubahan total), tergantung pada proses yang terlibat. Pertimbangan ini menyebabkan para ilmuwan untuk percaya bahwa ketidakpastian utama dalam simulasi model iklim yang disebabkan oleh kesulitan dalam awan dan cukup mewakili sifat radiasi awan.
Manusia dapat bertahan sampai satu hari tanpa air di daerah gurun yang paling panas, tetapi tanpa udara manusia hanya bertahan beberapa menit saja. Jadi Anda tentu bisa menyimpulkan sendiri betapa pentingnya udara bagi kehidupan di bumi. Karena tanpa udara, maka manusia, hewan dan tumbuh-tumbuhan tidak dapat hidup. Udara untuk kehidupan sehari-hari terdapat di atmosfer.
Struktur Lapisan Atmosfer
Gambar 1: Struktur Lapisan Atmosfer (Annenberg, 2009)
Monsunmerupakan angin yang bertiup sepanjang tahun dan berganti arah dua kali dalam setahun. Umumnya pada setengah tahun pertama bertiup angin darat yang kering dan setengah tahun berikutnya bertiup angin laut yang basah. Pada bulan Oktober – April, matahari berada pada belahan langit Selatan, sehingga benua Australia lebih banyak memperoleh pemanasan matahari dari benua Asia. Akibatnya di Australia terdapat pusat tekanan udara rendah (depresi) sedangkan di Asia terdapatpusat-pusat tekanan udara tinggi (kompresi). Keadaan ini menyebabkan arus angin dari benua Asia ke benua Australia. Di Indonesia angin ini merupakan angin musim Timur Laut di belahan bumi Utara dan angin musim Barat di belahan bumi Selatan. Oleh karena angin ini melewati Samudra Pasifik dan Samudra Hindia maka banyak membawa uap air, sehingga pada umumnya di Indonesia terjadi musim penghujan. Musim penghujan meliputi hampir seluruh wilayah Indonesia, hanya saja persebarannya tidak merata. Makin ke Timur curah hujan makin berkurang karena kandungan uap airnya makin sedikit.
ENSO adalah singkatan dari El-Nino Southern Oscillation. Secara umum para ahli membagi ENSO menjadi ENSO hangat (El-Nino) dan ENSO dingin (La-Nina). Kondisi tanpa kejadian ENSO biasanya disebut sebagai kondisi normal. Referensi penggunaan kata hangat dan dingin adalah berdasarkan pada nilai anomali suhu permukaan laut (SPL) di daerah NINO di Samudera Pasifik dekat ekuator bagian tengah dan timur. Adapula penggunaan istilah ENSO negatif dan ENSO positif. Namun kadangkala penggunaan istilah ini tidak konsisten karena sebagian menggunakan nilai positif dan negatif berdasarkan pada harga Indeks Osilasi Selatan (IOS) sedangkan sebagian yang lain menggunakan nilai positif dan negatif berdasarkan pada harga anomali SPL. Padahal nilai IOS yang negatif berhubungan dengan nilai anomali SPL yang positif dan sebaliknya. Maka dari itu akan sering kita temukan pada beberapa artikel penggunaan istilah ENSO negatif untuk El-Nino sedangkan pada artikel lainnya digunakan istilah ENSO negatif tetapi untuk menyatakan La-Nina. Hal ini terjadi karena pada penggunaan pertama, nilai negatif didasarkan pada harga IOS sementara pada penggunaan kedua nilai negatif didasarkan pada harga anomali SPL di daerah NINO. Namun demikian masih banyak juga orang-orang yang lebih suka untuk tetap menggunakan istilah El-Nino dan La-Nina daripada istilah ENSO hangat atau ENSO positif dan ENSO dingin atau ENSO negatif.
Endapan (presipitasi) didefinisikan sebagai bentuk air cair dan padat (es) yang jatuh ke permukaan bumi. Hujan adalah bentuk endapan yang sering dijumpai, dan di Indonesia yang dimaksud dengan endapan adalah curah hujan. Hujan merupakan unsur iklim yang paling penting di Indonesia karena keragamannya sangat tinggi baik menurut waktu maupun tempat, sehingga kajian tentang iklim lebih banyak diarahkan pada hujan. Hujan adalah salah satu bentuk dari presipitasi, menurut Lakitan (2002) presipitasi adalah proses jatuhnya butiran air atau kristal es ke permukaan bumi. Tjasyono (2004) mendefinisikan presipitasi sebagai bentuk air cair dan padat (es) yang jatuh ke permukaan bumi dimana kabut, embun dan embun beku bukan merupakan bagian dari presipitasi (frost) walaupun berperan dalam alih kebasahan (moisture). Jumlah curah hujan dicatat dalam inci atau milimeter (1 inci = 25,4 mm). Jumlah curah hujan 1 mm, menunjukkan tinggi air hujan yang menutupi permukaan bumi 1 mm, jika air tersebut tidak meresap ke dalam tanah atau menguap ke atmosfer (Tjasyono, 2004). Menurut Arsyad (1989) Tinggi curah hujan diasumsikan sama disekitar tempat penakaran, luasan yang tercakup oleh sebuah penakar curah hujan tergantung pada homogenitas daerahnya maupun kondisi cuaca lainnya.
Interaksi yang cukup kuat antara atmosfer dan lautan di wilayah Samudera Hindia menghasilkan fenomena Dipole Mode (DM) yang didefinisikan sebagai tanda-tanda atau gejala akan menaiknya atau memanasnya suhu permukaan laut (SPL) dari kondisi normal di sepanjang Ekuator Samudera Hindia, khususnya di sebelah selatan India yang diiringi dengan menurunnya suhu permukaan laut tidak normal di perairan Indonesia di wilayah pantai barat Sumatera (Yamagata, 2001). Pada keadaan normalnya, di sebelah barat lautan tropis Hindia suhu permukaan laut mengalami pendinginan dan hangat di sebelah bagian timurnya dan ditandai dengan distribusi SPL yang cukup merata di sekitar ekuator.
Menurut Threwartha dan Horn (1968), ITCZ adalah garis atau zona yang berkaitan dengan pusat sirkulasi siklonik yang memiliki tekanan udara yang sangat rendah dari daerah sekitarnya dan berada di antara dua cekungan equatorial. ITCZ merupakan daerah pertemuan angin yang membentuk awan penghasil hujan yang berada di sekitar wilayah itu sehingga hujan turun cukup deras secara berkesinambungan. ITCZ adalah sumbu arus angin pasat di daerah tropis yang memisahkan pasat timur laut dari pasat tenggara. Bisa juga ITCZ merupakan pertemuan antara angin pasat dari belahan bumi utara (BBU) dengan angin pasat dari belahan bumi selatan (BBS). Sistem perawanan dalam ITCS yang terbentuk adalah cluster awan dengan pertumbuhan vertikal yang luar biasa. Seperti halnya konvergensi yang terjadi di atas Bali dan Nusa Tenggara yang terjadi merupakan pemusatan pertumbuhan awan. Energi yang dibutuhkan untuk mempertahankan keberadaan ITCZ diperoleh dari penguapan di permukaan laut yang dibawa oleh konvergensi angin troposfer bawah. Jadi ITCZ tidak lain adalah palung ekuatorial yang lokasinya berubah-ubah sesuai dengan perubahan thernal ekuatorial dan tergantung pada gerak matahari serta distribusi daratan dan lautan. Sabuk ITCZ pembawa hujan ini terbentuk akibat konvergensi angin pasat dekat ekuator yang akan bergerak melintasi ekuator dari utara ke selatan atau sebaliknya sesuai dengan pergerakan semu matahari. Konvergensi pada ITCZ inilah yang dapat menciptakan hujan deras di kawasan yang dilaluinya.
Fenomena global TBO (Tropospheric Biennial Oscillation) adalah salah satu bentuk variasi antar tahunan elemen iklim di lapisan troposfer (dari permukaan sampai troposfer atas bahkan sampai tropopause) dengan perioda sekitar 2-3 tahun yang terjadi karena adanya interaksi antara lautan-daratan-atmosfer di daerah monsun Asia, monsun Australia, lautan India Tropis dan lautan Pasifik (Barat, Tengah dan Timur) Tropis. Notasi TBO mulai sering digunakan sejak diusulkan oleh Ilmuwan/Peneliti Gerald A.Meehl salah seorang pakar Sains Atmosfer di National Center for Atmospheric Research (NCAR), Boulder, Colorado, Amerika Serikat di tahun 1987 saat melakukan kajian tentang siklus tahunan dan variasi antar tahunan di daerah lautan India tropis dan Pasifik Tropis. Sedang notasi QBO (Quasi Biennial Oscillation) sudah lebih dahulu digunakan sejak diusulkan oleh Reed et al. (1961) saat mengkaji tentang adanya propagasi tahunan ke arah bawah (downward) angin di daerah stratosfer tropis, dan oleh Veryard dan Ebdon (1961) saat mengkaji fluktuasi angin di daerah stratosfer tropis sebagaimana diungkap dalam Webster et al. (1998).
Perubahan iklim dan dampaknya bagi kehidupan, bukan hanya milik generasi yang hidup sekarang, namun akan pula dirasakan oleh generasi mendatang yang barangkali masih anak-anak, remaja atau bahkan belum lahir. GCM for Education adalah hasil pengembangan dan modifikasi dari GCM GISS NASA. Pengembangan model ini dilakukan oleh ilmuwan di Lembaga Penerbangan Dan Antariksa Nasional Amerika. GCM for education adalah model iklim global yang diperuntukan bagi pelajar-pelajar dari TK sampai SMA dengan suatu tujuan agar para generasi muda memahami “seolah sebagai ilmuwan muda” tentang isu-isu perubahan iklim dan pemanasan global agar mereka mempersiapkan diri untuk beradaptasi dalam kehidupannya terhadap perubahan tersebut. Model ini dilengkapi dengan antarmuka yang mudah digunakan oleh siapapun serta dapat dijalankan pada komputer desktop. Siapapun dapat mencoba mempelajari materi-materi dari perubahan iklim dengan suatu metoda dan peralatan sama yang digunakan para ilmuwan. Perangkat lunak menyajikan untuk para pelajar dan guru-guru suatu pengalaman tentang proses keilmuan secara penuh layaknya sebagai seorang ilmuwan, meliputi: mendisain percobaan-percobaan, penyetingan dan menjalankan simulasi-simulasi komputer, keluaran pasca-pengolahan dengan menggunakan visualisasi ilmiah untuk memperlihatkan hasil-hasil serta pembuatan naskah-naskah ilmiah yang siap untuk dipublikasi.
Penjalaran Osilasi ke arah timur dengan periode 30-60 harian di atmosfer tropis pertama kali diteliti oleh Rolland Madden dan Paul Julian pada tahun 1971 (Chang & Lim, 1986). Mereka menggunakan data tekanan yang tercatat di Canton (2.8 S di Pasifik) dan angin level atas di Singapura. Osilasi ini merupakan sirkulasi skala besar yang terjadi di daerah ekuator dan berpusat di Samudera Hindia dan bergerak ke arah timur antara 100 LU dan 100 LS. Fenomena inilah yang biasa disebut dengan Madden Julian Oscillation (MJO). Ada dua mekanisme utama yang dapat diterima untuk menjelaskan tentang mekanisme MJO ini, yaitu CISK (Conditional Instability of the Second Kind), (Lau and Peng, 1987), dan Evaporation-wind feedback, (Neelin, et.al., 1987). Pada mekanisme CISK, dua kategori telah diusulkan untuk menjelaskan penelitian osilasi intra-annual tropis yang prediksi utamanya antara 30-50 hari, yaitu; berdasarkan penjalaran gelombang Kelvin ke arah Timur yang ditandai dengan pemanasan awan cumulus dan berdasarkan interaksi dengan osilasi tetap pada keadaan dasar.
Pada 26 Juni 2001 LAPAN telah mengoperasikan radar VHF (Very High Frequency)terbesar dan terlengkap untuk kawasan ekuator setelah MST(Mesosphere-Stratosphere Troposphere)radar yang ada di Jicamarca (Peru), dan India yang bernama Equatorial Atmosphere Radar (EAR) atau yang lebih dikenal sebagai Radar Atmosfer Khatulistiwa (RAK). Radar yang dibangun dalam payung kerja sama antara Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional (Lapan) dan Radio Science Center for Space and Atmosphere (RASC), Universitas Kyoto, Jepang,telah dimulai pengoperasiannya sejak tanggal 26 Juni 2001 setelah diresmikan pembukaannya oleh Menteri Riset dan Teknologi Dr AS Hikam. Pembangunan radar ini dipicu oleh pemahaman para ahli bahwa secara khusus, atmosfer di atas wilayah Indonesia memiliki karakteristik yang berbeda dengan atmosfer di wilayah khatulistiwa lainnya. Hal ini dimungkinkan karena letak geografisnya yang unik, diapit antara dua benua besar (Asia dan Australia) dan dua samudera besar (Pasifik dan Hindia) yang dikenal sebagai benua maritim. Wilayahnya yang 2/3 terdiri dari lautan dan tersebar di antara kurang lebih 17.000 pulau (sebagai suatu kawasan archipelago) memungkinkan kawasan ini sebagai penyimpan bahang (panas) baik berupa bahang sensible maupun laten terbesar bagi pembentukan awan-awan raksasa yang dikenal sebagai awan kumulonimbus (Cb). Kawasan ini juga dianggap sebagai mesin pembangkit terjadinya perubahan iklim global, seperti peristiwa EL-Nino dan La-Nina yang erat kaitannya dengan masalah kering dan banjir, pergeseran arus laut antara Samudera Pasifik dan Hindia, pergeseran musim hujan dari kondisi normal, pembakaran biomassa (seperti kebakaran hutan) yang akhir-akhir ini melanda sebagian kawasan Indonesia seperti yang terjadi di daerah Kalimantan dan Sumatera. Hal tersebut pada akhirnya memberi dampak negatif yang sangat luas terhadap roda perekonomian kita.
Boundary Layer Radar (BLR) merupakan L-Band Doppler radar yang disebut sebagai radar profil angin yang dapat digunakan untuk mengukur kecepatan angin pada suatu tempat sebagai fungsi dari ketinggian. Boundary Layer atmosfer sendiri didefinisikan sebagai bagian dari troposfer yang secara langsung dipengaruhi oleh permukaan bumi dan bereaksi dengan gaya permukaan dalam skala waktu kurang dari satu jam. Gaya ini termasuk evaporasi, transpirasi, transfer panas, dan emisi polutan.Gambar 1 memperlihatkan contoh BLR di wilayah Serpong, Tangerang dengan tiga buah antena parabola.
Bidang Pemodelan Iklim
Pusat Pemanfaatan Sains Atmosfer dan Iklim
Phone (022) 6037445 ;
Fax. (022) 6037443
E-Mail: moklim@bdg.lapan.go.id
URL: http://www.bdg.lapan.go.id/moklim
Lembaga Penerbangan dan Antariksa
Nasional - LAPAN
Jl. DR. Djunjunan 133 Bandung 40173 Indonesia
ENGLISH
