Nantikan ramalan cuaca 2014

Saya lagi mencoba untuk meramal cuaca dan musim tahun 2014 berdasarkan analisis keadaan Indian Ocean Dipole Mode, monsoon index dan ENSO. Moga-moga sebelum tahun baru sudah saya tulis di blog ini. Selamat hari natal dan tahun baru 2014 bagi yang merayakannya. Salam hangat dari kota sejuk di Indonesia ini.

Sekilas tentang siklon/hurricane/topan/taifun/willie-willies

Ada beberapa istilah yang patut dipahami manakala kita membahas tentang siklon. Pertama adalah siklon tropis. Siklon tropis merupakan sistem tekanan rendah berskala sinoptik yang berkembang di atas wilayah lautan tropis dan subtropis. Dia mempunyai inti panas. Yang kedua adalah siklon luar tropis/ lintang tengah yang merupakan sistem tekanan rendah yang sumber energi primernya sering berkaitan dengan sistem frontal. Sedangkan yang ketiga adalah siklon subtropis yang merupakan sistem tekanan rendah yang berkembang di atas lautan subtropis dan awalnya mempunyai sirkulasi non tropis tapi menunjukkan beberapa elemen pola-pola awan yang berhubungan dengan siklon tropis. Ia sering dipandang sebagai sistem hibrid dengan beberapa karakteristik siklon tropis dan luar tropis.
Kebanyakan gangguan tropis menghasilkan badai guruh dan presipitasi yang besar selama beberapa hari sebelum meluruh. Namun jika kondisi cocok maka gangguan tropis bisa berkembang menjadi siklon tropis. Kondisi yang diperlukan agar terbentuk siklon tropis adalah:
a. temperatur permukaan laut lebih dari 26oC
b. angin lemah di level atas
c. gangguan menyebabkan konvergensi dan rotasi di level bawah
Pembentukan siklon tropis melalui proses-proses sebagai berikut:
- konvergensi di level bawah mengumpulkan energi laten dan menyebabkan udara naik
- uap air mengkondensasi dan energi laten dikonversi menjadi energi internal dan udara memanas
- pemanasan membangkitkan divergensi di level atas
- divergensi di level atas memindahkan massa dan tekanan permukaan menurun
- terbentuk siklon tropis
Temperatur permukaan laut yang hangat sebenarnya diperlukan untuk mensuplai energi agar cukup untuk membangkitkan sistem tekanan rendah. Angin lemah di level atas diperlukan untuk menjaga puncak badai guruh dari tersapu dan mencegah perkembangan inti panas.
Seperti sudah disebut dalam posting-an sebelumnya, kekuatan dari siklon dapat dinyatakan dalam skala Saffir-Simpson dari 1 sampai 5. Melihat dampak dari topan Haiyan yang berkembang di Philippina kemarin, saya perkirakan masuk pada skala 5 Saffir-Simpson dimana kecepatan anginnya lebih besar dari 155 mil per jam sehingga bisa dikatakan sebagai siklon besar/ mayor.
Ancaman yang bisa ditimbulkan oleh adanya siklon ini adalah: angin sangat kencang, gelombang badai, banjir besar akibat hujan deras, dan tornado. Gelombang badai muncul akibat angin sekitar siklon meniup air laut menuju pantai dan meningkatkan tinggi air laut di pantai. Teluk dan bentuk-bentuk pantai lainnya bisa bertindak sebagai saluran yang mengumpulkan gelombang badai dan membuat air bahkan menjadi lebih tinggi.

Topan Haiyan dan peluang terjadinya topan serupa di Indonesia

Beberapa hari terakhir ini ramai diberitakan baik oleh televisi nasional maupun multinasional kejadian topan Haiyan yang melanda Philippina dan membawa dampak sosial ekonomi di negara tersebut. Tadi aku mendapat informasi dari salah satu televisi nasional bahwa korban jiwa mencapai dua ribu orang lebih. Tentu ini bukan bilangan yang kecil. Kita patut memberikan empati dan bantuan kepada mereka; dan ini nampaknya juga menggugah pemerintah kita untuk turut memberikan bantuan finansial dan obat-obatan kepada warga Philippina yang mengalami bencana alam tersebut.
Terlepas dari masalah sosial dan ekonomi warga Philippina tersebut, ada baiknya kita mengulas sedikit banyak tentang topan.
Topan atau taifun adalah penamaan masyarakat ilmiah dunia terhadap siklon tropis yang terjadi di wilayah Pasifik Utara bagian barat. Di wilayah lain mempunyai nama yang lain. Di Atlantik utara, siklon tersebut dinamakan hurricane. Di wilayah samudra Hindia dinamakan siklon tropis, sedangkan di sekitar Australia disebut willi-willies. Sebelum bencana alam tsunami Aceh Indonesia dan Jepang, korban bencana alam terbesar di dunia disebabkan oleh siklon tropis. Bisa dipahami karena siklon tropis bisa mendatangkan banjir besar dan angin sangat kencang khususnya pada sekitar mata (dinding mata/ eye-wall).
Siklon tropis biasanya bermula dari gangguan tropis yang berkembang menjadi depresi tropis, badai tropis yang berlanjut menjadi siklon tropis. Tidak semua gangguan tropis tersebut berlanjut sampai menjadi siklon tropis. Bisa saja gangguan tropis berlanjut menjadi badai tropis atau hanya sampai pada tahap depresi tropis bergantung pada kondisi suplai energinya. Bila suplai energi panas laten dari permukaan laut cukup besar akibat temperaturnya yang melebihi 26oC pada area yang luas maka siklon tropis akan berkembang dengan baik. Siklon tropis mempunyai mata yang kondisi cuacanya  cerah dan anginnya calm. Mata siklon ini bisa berdiameter puluhan kilometer sedangkan diameter  siklonnya bisa mencapai ribuan kilometer. Dari citra satelit, siklon tropis ini nampak cukup indah, berbentuk seperti spiral tetapi jangan ditanyakan bagaimana dahsyatnya akibat yang ditimbulkannya.
Pusat siklon adalah tekanan rendah yang dikelilingi oleh tekanan yang makin meningkat ke arah luar. Kekuatan dari siklon tropis ini bisa dinyatakan dengan suatu skala yang disebut skala Saffir-Simpson. Makin besar skalanya makin besar pula dampak yang ditimbulkannya. Bahkan pada skala 5, bangunan semisal hotel beton bisa rata dengan tanah tersapu oleh kekuatan siklon.
Siklon tropis ini bisa terjadi di atas perairan hangat pada lintang di atas 10 derajat. Ini berarti peluang terjadinya siklon tropis di Indonesia sangat kecil. Yang sering terjadi di Indonesia adalah ekor dari siklon tropis ini bisa mempengaruhi cuaca di wilayah kita khususnya siklon di Australia yang sering membawa pengaruh angin kencang dan cuaca buruk di pantai selatan wilayah Indonesia. Oleh karena itu kita tidaklah perlu terlalu khawatir dengan masalah ini. Hal lain terkait siklon tropis ini akan saya sampaikan pada kesempatan berikutnya.

Puting beliung bisa terjadi bila ada perubahan lingkungan?

Kemarin sore mendung menggelayut langit di atas kompleks perumahanku. Agak tebal dengan warna hitam kelabu. Mendadak ketika aku lagi baca-baca sambil mendengarkan radio, serpihan sampah beterbangan di langit, dan salah satu lembaran fiber atap rumah entah dari mana jatuh di dekat rumahku. Serpihan sampah di langit tersebut bergerak memutar dan terbawa angin jauh ke tempat lain. Aku sempat khawatir dan takut akan kemungkinan terjadinya puting beliung (tornado-like) di wilayahku. Alhamdulillah bahwa puting beliung tidak terjadi. Aku lihat ke langit tidak ada pusaran angin yang terbentuk seperti tornado tersebut. Aku tanyakan ke seorang penduduk asli wilayahku, ternyata memang sejak dia kecil sampai sekarang (usia sekitar 55 tahunan) tidak pernah terjadi puting beliung. Ini sungguh menggembirakanku.
Di lain pihak aku masih khawatir bila puting beliung akan terjadi di wilayahku. Aku bertanya-tanya dalam hati, apakah dengan adanya perubahan lingkungan skala lokal, puting beliung akan terjadi. Bila melihat dengan kacamata yang lebih luas, teringat aku akan peluang terjadinya puting beliung di pulau Jawa yang cenderung meningkat dari tahun ke tahun seperti yang telah aku tulis sebelumnya. Aku hanya berharap dan berdoa agar puting beliung tidak pernah terjadi di kompleks perumahanku sampai kapanpun. Amin

Seputar Wilayah tropis

Wilayah tropis adalah wilayah yang dibatasi oleh lintang kuda yakni tropic of cancer dan tropic of capricorn. Seperti telah kita ketahui, tropic of cancer merujuk pada lintang 23,5o N dan tropic of capricorn merujuk pada lintang 23,5o S. Di antara kedua lintang tersebut pola anginnya adalah timuran, artinya angin bergerak dari arah timur ke barat, sedangkan di lintang yang lebih tinggi di wilayah subtropis pola anginnya adalah baratan yang bertiup dari barat ke timur. Wilayah tropis ini mempunyai cuaca dan iklim yang unik yang banyak berpengaruh pada penduduk di wilayah ini. Karena lebih dari 60% penduduk dunia berada di wilayah ini, maka pengetahuan tentang cuaca dan iklim wilayah tropis menjadi  hal yang sangat penting.
Wilayah tropis ini mempunyai beberapa bentuk umum utama untuk diketahui. Distribusi spasial temperatur menunjukkan bahwa tidak terlalu mencolok perbedaan antara satu tempat dengan tempat yang lain dalam jarak yang besar maupun kecil. Justru yang lebih mencolok adalah distribusi temporalnya ... pada pagi hari temperaturnya rendah dan meningkat dan mencapai maksimumnya di sekitar tengah hari yang kemudian menurun kembali pada sore dan malam hari. Gradien tekanannya juga rendah baik spasial maupun temporalnya. Faktor curah hujan merupakan faktor cuaca dan iklim yang paling besar variasinya; mencapai nol sampai beberapa ratus milimeter tiap bulannya. Wilayah  ini mendapatkan radiasi matahari yang besar yang bervariasi terhadap lintang. Kelembapan udaranya relatif tinggi sampai sangat tinggi. Bentuk lain yang dapat dijumpai di wilayah tropis adalah intertropical convergence zone (ITCZ). Wilayah konvergensi ini merupakan wilayah tekanan rendah dengan perawanan yang besar khususnya awan-awan jenis konvektif. Letak ITCZ bervariasi terhadap waktu dan musim; mengikuti pergerakan matahari. Saat matahari berada di belahan bumi utara, ITCZ juga berada di utara; pada saat matahari di belahan bumi selatan, ia juga berada di selatan. Namun secara klimatologis, posisi dari ITCZ lebih banyak di belahan bumi utara.
Ok segini dulu ya ... lain waktu kita lanjutkan kembali.
Sumber: Mc Gregor & Nieuwolt, Tropical Meteorology, John Wiley & Sons,1998

Kecelakaan lion air di Bali dan kemungkinan keterkaitannya dengan cuaca

Beberapa hari yang lalu kita dikejutkan oleh jatuhnya pesawat Lion Air tujuan Denpasar yang berangkat dari bandar udara Husein Sastranegara Bandung Jawa Barat. Sebanyak 101 penumpangnya dan awak pesawatnya selamat, hanya diberitakan bahwa ada yang patah tulang tangan atau kaki. Tentu ini merupakan pukulan bagi industri dirgantara kita mengingat beberapa tahun yang lalu kita sempat ditolak terbang ke berbagai negara (khususnya Eropa) karerna banyaknya pesawat yang jatuh.
Saya mendapat kabar bahwa ketika terjadi kecelakaan tersebut, ada awan kumulonimbus di sekitar bandara dan hujan rintik-rintik. Dari kacamata meteorologist, ini tidak biasanya mengingat kalau terdapat awan kumulonimbus (Cb) seharusnya terjadi hujan deras. Awan Cb merupakan awan berskala meso dengan panjang horizontal 2-20 km, dengan pertumbuhan vertikal yang besar. Awan ini mempunyai tiga tahap pertumbuhan yakni tahap kumulus, tahap mature dan tahap disipasi. Tahap kumulus ditandai dengan updraft sebesar 5 m/s, tak ada downdraft, ukuran sel 2-6 km, updraft meningkat dengan ketinggian, konvergensi di level bawah, dan seluruhnya bergaya apung positif. Tahap mature ditunjukkan oleh kondisi hujan yang pertamakali menyentuh permukaan bumi, terjadi hujan terderas dan turbulensi terkuat, downdraft terbentuk, updraft tetap kuat, divergensi permukaan terjadi di bawah hujan terderas, outflow awan membentuk gust front di permukaan dan ada apungan positif dan negatif. Sedangkan tahap disipasi ditunjukkan oleh kondisi divergensi di level bawah, downdraft melemah, turbulensi kurang intense, dan presipitasi menurun menjadi hujan ringan. Menilik dari informasi bahwa hujannya rintik-rintik dan ada awan Cb, kemungkinan awan Cb pada tahap mulai tahap mature atau sudah mendekati disipasi. Di sisi lain, ada informasi bahwa cuaca di atas bandara Ngurah Rai cerah berawan disertai hujan rintik-rintik. Ini kemungkinan adalah awan stratus. Mungkin juga akibat microburst, seperti downdraft di bawah awan Cb yang terlokasi khususnya microburst kering kebasahan karena timbul virga sampai hujan ringan. Sulit untuk memastikan apakah ini akibat peristiwa downdraft awan Cb atau microburst atau yang lain. Untuk itu  nampaknya diperlukan kajian tentang cuaca di Bali saat itu.

Menyelaraskan pembangunan dengan cuaca dan iklim

Seperti telah dituliskan sebelumnya, faktor cuaca dan iklim yang paling dominan di wilayah Indonesia adalah curah hujan. Tidak dapat dipungkiri, hujan inilah yang berpengaruh pada kehidupan kita sehari-hari. Temperatur yang juga berpengaruh, kalah jauh pengaruhnya dibanding curah hujan. Musim hujan biasanya terjadi pada bulan-bulan Oktober sampai April, sedangkan musim kemarau terjadi pada bulan-bulan April sampai Oktober khususnya di wilayah-wilayah Sumatra bagian Selatan, seluruh pulau Jawa, sampai Nusa Tenggara dan Papua bagian selatan. Artinya pada bulan-bulan tersebut kemungkinan hujan terjadi hampir tiap hari. Hal ini tentu saja akan sangat berpengaruh pada jalannya pembangunan khususnya pembangunan infrastruktur seperti jalan, jembatan, gedung, fasilitas umum dll. Oleh karena itu seharusnya pada musim hujan pembangunan infrastruktur dikurangi dan lebih banyak pembangunan indoor. Ini sepertinya tidak dilaksanakan karena ketidakpahaman dan  kekurangpedulian pemerintah dalam menyelaraskan dan menyesuaikan pembangunan fisik dengan musim.
Berbeda dengan negara-negara yang mempunyai 4 musim. Pada saat musim dingin, dipastikan bahwa pembangunan fisik dihentikan ... sedangkan pada saat musim panas pembangunan fisik digiatkan. Mereka paham bahwa jika pembangunan fisik dilakukan pada musim dingin maka tidak akan efektif dan efisien serta cenderung menghambur-hamburkan dana.
Kembali lagi di negara kita, Indonesia tercinta. Pelaksanaan pembangunan yang tidakselaras dengan musim ini seringkali menyebabkan perpanjangan waktu penyelesaian. Bila ini terjadi maka sudah pasti akan menyedot dana lagi. Negara ini mempunyai 3 pola curah hujan; ada pola A, B dan C (lihat postingan sebelumnya). Oleh sebab itu diperlukan 3 skenario bagaimana menyelaraskan pembangunan dengan cuaca dan iklim lokal. Tidak mudah memang menjalankan hal ini, tetapi bila tidak dicoba bagaimana kita tahu bahwa itu adalah sulit. Kita bisa belajar ke negara-negara lain yang mempunyai pola musim yang berbeda.
Semoga saja pemerintah mau mendengarkannya dan yang paling penting mencobanya.

Indeks ketidaknyamanan

Banyak peneliti membuat diagram, klasifikasi atau indeks temperatur-kelembapan untuk meninjau tingkat stress pada kondisi tertentu. Indeks ketidaknyamanan (discomfort index) atau indeks temperatur-kelembapan (THI) memberikan evaluasi yang mudah yang menggambarkan derajat ketidaknyamanan dari berbagai kombinasi temperatur dan kelembapan. Menurut kantor cuaca USA, rumusan berikut digunakan untuk menyatakan indeks ketidaknyamanan:

DI = 0,4 (T + Td) + 15       atau DI = T – 0,55 (100,01 RH)(T – 58)

Dalam hal ini T adalah temperatur udara (oF); Td adalah temperatur titik embun (oF) dan RH adalah kelembapan relatif (%).

Dengan menerapkan hubungan ini, ditemukan bahwa indeks di bawah 70 menunjukkan kenyamanan dan di atas nilai tersebut menunjukkan ketidaknyamanan. 50% orang yang diuji merasa tidak nyaman pada nilai indeks 75, sedangkan di atas 80 kebanyakan orang mengalami berbagai macam ketidaknyamanan. Nilai 85 pada indeks ketidaknyamanan (THI) digunakan oleh beberapa kantor pemerintah di USA untuk meliburkan pekerja karena ketidaknyamanan akut yang dialami oleh kebanyakan orang. Nilai-nilai ini tentu saja telah dikembangkan dengan mengujikan kepada  penduduk USA di lintang tengah dan mungkin akan berbeda dengan kondisi di wilayah Indonesia.

Indeks yang lain yakni temperatur global bola basah (wet bulb globe temperature WBGT) yang merupakan temperatur yang dapat secara aktual diukur dengan menyelimuti thermometer global dengan kain kaos yang dibasahi. WBGT biasanya didekati dari hubungan sederhana ini :

WBGT = 0,2 tg + 0,1 ta + 0,7 tw

Dimana tg adalah temperatur global kering (oC); ta adalah temperatur udara bola kering (oC) dan tw adalah temperatur bola basah (oC).

Marinir USA telah menggunakan indeks ini untuk mengatur aktivitas luar ruangan pada kondisi panas. Mereka menemukan bahwa dengan WBGT di atas 29,5oC aktivitas di luar ruangan seharusnya dibatasi hanya beberapa jam sehari, sedangkan bila lebih dari 31oC maka kegiatan di luar ruangan seharusnya ditunda. Hal ini untuk mengurangi masalah akibat stress panas.

Reaksi manusia terhadap kondisi temperatur dan kelembapan sangat dipengaruhi oleh kecepatan angin. Bila angin kencang maka akan lebih banyak udara basah yang  hangat di dekat permukaan kulit dipindahkan, evaporasi terjadi, sehingga seseorang akan merasa menjadi lebih dingin. Pada kondisi dingin maka makin besar kecepatan angin yang memindahkan lapisan udara yang dipanaskan di sekitar tubuh. Peningkatan kehilangan panas ini menghasilkan apa yang disebut sebagai efek “windchill”.

Windchill adalah ukuran kuantitas panas yang dapat diserap oleh atmosfer dalam waktu satu jam dari permukaan 1 meter persegi. Siple dan Passel (1945) memberikan rumus sebagai berikut:

K = ( √100 v + 10,45 – v)(33-ta)

Dimana v adalah kecepatan angin (m/s), ta adalah temperatur udara (oC), K adalah daya pendinginan total atmosfer yang terlindung dan tanpa memperhitungkan evaporasi (kg cal/m2 jam)

Seringkali temperatur ekuivalen windchill digunakan untuk menggantikannya. Temperatur ini adalah temperatur pada kondisi kecepatan angin kecil (2,2 m/s) yang sama dengan daya pendinginan untuk kombinasi temperatur aktual dan kecepatan angin. Indeks windchill telah secara luas dipelajari dan digunakan. Indeks ini  mempunyai keterbatasan namun masih bisa digunakan dengan syarat: (1) ia hanya berlaku untuk kehilangan panas dari permukaan kulit yang tidak terlindungi, (2) ia tidak memperhatikan kehilangan panas akibat respirasi, (3) ia tidak dapat digunakan untuk kecepatan angin lebih dari 20 m/s. Temperatur permukaan kulit diasumsikan 33oC. Radiasi matahari gelombang pendek dianggap mengurangi kehilangan panas atau mengurangi efek windchill. Cahaya matahari di lintang tengah bisa menambah sebesar 100-200 kg cal/m2 jam kepada seseorang dan mengurangi nilai kehilangan panas sebesar itu bila diagram tersebut diterapkan pada kondisi tidak terlindung.

Sumber: John R. Mather, Climatology fundamentals and applications, Mc Graw Hill Inc, 1974

Sub sistem atmosfer

Atmosfer merupakan sistem termohidrodinamis dari sistem iklim bumi. Komposisi atmosfer merupakan titik awal kritis untuk memahami sistem iklim. Kondisi termodinamis atmosfer seperti dicirikan oleh tekanan, temperatur dan kelembapan spesifik menunjukkan luasnya pembahasan tentang sifat-sifat  atmosfer. Medan gerak 3D dari atmosfer dihasilkan dari pengaruh kombinasi antara komposisi dan keadaan termodinamika atmosfer. Setiap karakteristik ini merupakan hal penting dalam mendefinisikan iklim bumi.

Atmosfer bumi merupakan selubung gas tipis yang terdistribusi hampir seragam di atas permukaan. Atmosfer kering kebanyakan terdiri dari molekul-molekul nitrogen, oksigen dan sejumlah gas lain. Dalam arah vertikal , 50% massa atmosfer ditemukan sampai pada ketinggian 5,5 km dan lebih dari 99% ditemukan di bawah ketinggian 30 km. Sampai dengan mesopause pada ketinggian kira-kira 78 km, komposisi atmosfer praktis seragam untuk konsentrasi nitrogen, oksigen dan gas mulia lain serta karbon dioksida. Sedangkan uap air terutama terkonsentrasi di troposfer bawah dan ozon terkonsentrasi di stratosfer tengah.

Komposisi atmosfer merupakan determinan utama dari respon iklim bumi terhadap energi radiasi. Molekul nitrogen dan oksigen, gas-gas atmosfer yang paling melimpah, tidak aktif secara radiatif akibat struktur diatomiknya dan tiadanya pergerakan dipole bahkan ketika bergetar sekalipun. Sedangkan gas-gas atmosfer yang penting untuk penyerapan dan emisi energi radian hanya berjumlah kurang dari 1% massa atmosfer.

Sumber: Mc Gregor & Nieuwolt, Tropical Meteorology, John Wiley & Sons, New York, 1998