Kata-kata Mutiara Dalam Meteorologi dan Sains Atmosfer

But as the cool and dense Air, by reason of its greater Gravity, presses upon the hot
and rarified, ’tis demonstrated that this latter must ascend in a continued stream as
fast as it Rarifies
– Edmund Halley, 1686

Det er svært at sp˚a, især om fremtiden.
(It is difficult to make predictions, especial ly about the future)
– Niels Bohr

Before attending to the complexities of the actual atmosphere … it may be wel l to
exhibit the working of a much simplified case.
– Lewis Fry Richardson, 1922

The only relevant test of the validity of a hypothesis is comparison of prediction with
experience.
– Milton Friedman, 1953

I believe that the ultimate climatic models … wil l be stochastic, i.e., random numbers
wil l appear somewhere in the time derivatives.
– Ed Lorenz, 1975

It is far better to foresee even without certainty than not to foresee at al l.
– Henri Poincare

It seems to me that the condition of confidence or otherwise forms a very important
part of the prediction, and ought to find expression. It is not fair to the forecaster that
equal weight be assigned to al l his predictions and the usual method tends to retard
that public confidence which al l practical meteorologists desire to foster.
– W. Ernest Cooke, 1906

Diproteksi: MATLAB I

Konten berikut dilindungi dengan kata sandi. Untuk melihatnya silakan masukkan kata sandi Anda di bawah ini:

Password:

DATA TRMM

alamat data TRMM beserta keterangannya:

http://mirador.gsfc.nasa.gov/cgi-bin/mirador/presentNavigation.pl?tree=project&project=TRMM&dataGroup=Gridded

contoh data TRMM 3B42 harian:

http://mirador.gsfc.nasa.gov/cgi-bin/mirador/presentNavigation.pl?tree=project&dataset=TRMM_3B42_daily.007&project=TRMM&dataGroup=Gridded&version=007&CGISESSID=73f2a1f5a005b7fb38945f34b1fc5785

 

APLIKASI FERRET DALAM PENGOLAHAN DATA KLIMATOLOGI

Ferret merupakan software yang dapat digunakan untuk pengolahan data klimatologi sama halnya seperti GrADS dan NCL.

Alamat website yang bisa dikunjungi untuk mendownload software Ferret ada di :

http://ferret.pmel.noaa.gov/Ferret/downloads

Berikut akan ditampilkan contoh-contoh penggunaan Ferret dalam mengolah data-data klimatologi. Proses instalasi akan dibahas dalam tulisan yang lain.

Data yang digunakan adalah data TRMM3B43 yang di olah menggunakan CDO (Climate Data Operators, https://code.zmaw.de/projects/cdo) sehingga yang dihasilkan hanya wilayah Indonesia saja.

Tampilan ketika di lingkungan linux adalah dengan mengetikan

ferret

[CORDEX@localhost lat-nc]$ ferret

NOAA/PMEL TMAP

FERRET v6.842

Linux 2.6.32-279.19.1.el6.x86_64 32-bit – 02/01/13

01-Sep-13 08:06

yes?

Dalam tampilan gambar ditunjukkan Gambar 1.

Gambar 1. Tampilan awal ferret

Misalnya kita memiliki data TRMM3B43 yang telah di olah dengan CDO (Climate Data Operator ) menjadi data dengan nama trmmindo.nc

yes? use trmmindo.nc

yes? shaded  /L=1/lev=(0.2,5,0.2)/Y=-15:15 pcp

Menampilkan parameter pcp (precipitation) dengan format shaded, level 0.2 sampai 5 dengan penambahan 0.2. Sedangkan domain y :longitude -15 sampai 15.

 yes? go land 1

Menampilan batas daratan dengan laut dengan warna hitam (angka 1)

yes? frame/file=indoferret.gif

menyimpan file dalam format gif dengan  nama indoferret.gif. (Gambar 2.)

Gambar.2 Keluaran hasil pengolahan Ferret

Selanjutnya membuat empat panel dalam satu gambar.

yes? use trmmindo.nc

yes? set viewport LL

yes? fill /L=1/lev=(0.5,10,0.5)/Y=-15:15 pcp

yes? go land 1    

yes? set viewport UL

yes? fill /L=1/lev=(0.2,5,0.2)/Y=-15:15 pcp

yes? go land 1

yes? set viewport LR

yes? contour /L=1/lev=(0.5,10,0.5)/Y=-15:15 pcp

yes? go land 1

yes? shade/L=1/lev=(0.1,5,0.1)/Y=-15:15 pcp

yes? go land 1

yes? set viewport UR

yes? go land 4

yes? frame /file=4ferret.gif

Sehingga dihasilkan Gambar 3.

Gambar 3. Hasil pengolahan Ferret  berisi empat panel dalam satu gambar

Selanjutnya kita akan membentuk 2 panel dalam satu gambar seperti yang ditunjukkan Gambar 4.

yes? use trmmindo.nc

yes? set region/x=90:145

yes? set region/y=-10:0

yes? set viewport upper

yes? shaded pcp

yes? go land 1

yes? set viewport lower

yes? set region/y=0:15

yes? shaded pcp

yes? go land 1

yes? frame /file=frame2.gif

Gambar 4. Hasil pengolahan Ferret  berisi dua panel dalam satu gambar

 

Membuat grafik sederhana

yes? plot/i=1:100 1/i

yes? frame/file=plot1.gif

plot/i=1:1000 10/i+0.02,1/(i+0.25),1/(100-i*i)

yes? frame /file=plot2.gif

Aplikasi Matlab Di Meteorologi (Lecture I)

Membaca Data

Data yang ada adalah

urutan  waktu                   data

1              08:00:00               1.8449

2              08:00:30               5.712

3              08:01:00               9.9805

4              08:01:30               17.6319

5              08:02:00               25.9215

6              08:02:30               36.9147

7              08:03:00               49.9014

8              08:03:30               64.8244

9              08:04:00               82.8032

10           08:04:30               100.0112

Dan diberi nama met1.txt dan disimpan di direktori kerja.

Scriptsnya kita namakan bacamet1.m

fid = fopen(‘met1.txt’)                                                          %membuka  file

fgetl(fid)                                                                              %mengabaikan header line

fgetl(fid)                                                                              %mengabaikan spasi

data = fscanf(fid,’%d %d:%d:%d %f’,[5 10])                     %membaca data

fclose(fid);                                                                           % menutup file

 

% Membagi data yang terbaca menjadi beberapa kategori

urutan_data = data(1,:);

jam= data(2,:);

menit = data(3,:);

detik = data(4,:);

data = data(5,:);

 Dijalanlan hasilnya:

Ketik:

plot (urutan_data,data)

title(‘data’)

xlabel(‘hari’)

ylabel(‘mm’)

hasilnya :

Lampiran :

 

 

Sumber-sumber penting

Sumber-sumber penting :

Perbandingan data reanalisis:

http://reanalyses.org/atmosphere/comparison-table

 

RegCM4 (Regional Climate Model 4)

Model RegCM adalah  model dan secara khusus didesain untuk digunakan oleh  berbagai macam komunitas peneliti di negara-negara  maju sebagaimana juga sudah mulai digunakan di negara-negara berkembang. Model didesain untuk komunitas umum, open source, mudah digunakan, dengan kode yang portabel yang dapat diaplikasikan di berbagai negara di dunia. Komunitas RegCM4 dikelola oleh Regional Climate Research Network atau RegCNET.

Komunitas model ini  dikoordinir oleh para  ilmuwan dari bagian Earth System Physics dari Abdus Salam International Centre for Theoritical Physics http://users.ictp.it/RegCNET/). Para peneliti dalam jaringan ini (terakhir kurang lebih >750 partisipan) dapat berkomunikasi melalui email-list (milis) dan melalui workshop ilmiah regular, dan mereka berperan dalam evaluasi dan perkembangan berkelanjutan dari model ini. Sejak kemunculan RegCM3, dikembangkan oleh Pal et al, model telah mengalami perubahan yang substansial baik pada kode-kode software maupun pada penampilan fisik dari model ini, dan hal ini kemudian mengarah pada pengembangan versi keempat dari model, RegCM4, yang dirilis oleh ICTP pada Juni 2010 sebagai versi prototipe (RegCM4.0) dan pada April 2011 sebagai versi lengkapnya (RegCM4.1).

RegCM4 adalah evolusi dari versi sebelumnya yaitu RegCM3, dideskripsikan oleh Pal .  Model RegCM4 merupakan model yang merupakan singkatan dari REGional Climate Model version 4 (RegCM4). RegCM awalnya dikembangkan di National Center for Atmospheric Research (NCAR) dan banyak diterapkan untuk kajian studi dari regional iklim dan prakiraan musim diseluruh dunia. RegCM tersedia di jaringan internet dengan alamat, http://www.ictp.trieste.it/~pubregcm/RegCM4. Generasi pertama dari NCAR RegCM telah dibangun di NCAR-Pennsylvania State University (PSU) Mesoscale Model version 4 (MM4) pada akhir 1980-an.

Komponen dinamis yang terdapat didalam model RegCM berasal dari MM4.Inti dinamis dari RegCM adalah serupa dengan versi hidrostatik dari Mesoscale Model versi 5 (MM5).  Ide mengenai model area terbatas (LAMs-Limited Area Models) yang dapat digunakan untuk kajian-kajian regional awalnya diusulkan oleh Dickinson dan Giorgi. Ide ini berdasarkan pada konsep nesting satu arah (one-way nesting).

Tabel.1 Pilihan skema di RegCM4

 

Latar Belakang RegCM

Generasi pertama NCAR RegCM dibangun pada Model Mesoscale NCAR-Pennsylvania State University versi 4 (MM4) di akhir tahun 1980-an. Komponen dinamis dari model berasal dari MM4, yang kompresibel, membatasi perbedaan model dengan keseimbangan hidrostatis dan koordinat vertikal-σ. Kemudian, skema integrasi waktu eksplisit-split ditambahkan dengan suatu algoritma untuk mengurangi difusi horisontal karena adanya gradien topografi yang curam. Sebagai hasilnya, inti dinamis dari RegCM mirip dengan versi hidrostatis dari Model Mesoscale versi 5 (MM5).

 Aplikasi MM4 yang diperuntukkan dalam kajian iklim, sejumlah parameter fisis digantikan, paling banyak terutama dalam bidang transfer radiasi dan fisis permukaan tanah, yang mengarah pada generasi pertama dari RegCM. Generasi pertama dari RegCM meliputi Skema Transfer Biosfer-Atmosfer (BATS-the Biosphere-Atmosphere Transfer Scheme).

Aplikasi  RegCM4.3

Performance of Convection schemes in RegCM4.3 over South Asia CORDEX domain

Mubashar Dogar
Kadarsah
Bhatla
Raju
Tutor: Laura Mariotti

FOCUS OF THE STUDY
Test different convection schemes of RegCM4.3 over South Asia CORDEX domain during summer monsoon season.
Model performance in La Nina and El Nino years
Tests with modified Tiedtke scheme

Hasil-hasil

Gambar 1. JJAS Mean Temperature (C) [1998-2002]

Gambar 1. Mendeskripsikan rata-rata temperatur bulanan Juni-Juli-Agustus (JJA) selama kurun waktu (1998-2002) saat  membandingkan hasil observasi CRU (Climate Research Unit) dengan beberapa hasil simulasi RegCM 4.3. Beberapa hasil simulasi RegCM4.3 terdiri dari skema konveksi presipitasi yang berbeda-beda antara lain :

• Emanuel-land dan Grell-ocean (EM-land &GR-Ocean)
• Grell
• Emanuel
• Tiedtke

Gambar 2. Difference w.r.t. CRU Temperature (C) [1998-2002]

Gambar 2. Menampilkan perbedaan temperatur hasil pengurungan antara data temperatur CRU dengan hasil simulasi RegCM4.Jadi Gambar 2 merupakan hasil lebih lanjut pengolahan Gambar 1. Secara sederhana, semakin kecil perbedaan (dalam Gambar 2. ditunjukkan gambar putih) maka hasil simulasi model RegCM4 mendekati dengan observasi.

Gambar 3. Wind at 850 hPa (m/sec) and Presipitasi (mm/day)

Gambar 3. Mendeskripsikan rata-rata curah hujan  Juni-Juli-Agustus (JJA) selama kurun waktu (1998-2002) saat  membandingkan hasil observasi CRU (Climate Research Unit) dengan beberapa hasil simulasi RegCM 4.3.

Gambar 4. Difference w.r.t. CRU Precipitation (mm/day) [1998-2002]

Gambar 4. Menampilkan perbedaan curah hujan pengurangan antara datacurah hujan CRU dengan hasil simulasi RegCM4.Jadi Gambar 3 merupakan hasil lebih lanjut pengolahan Gambar 4. Secara sederhana, semakin kecil perbedaan (dalam Gambar 4. ditunjukkan gambar putih) maka hasil simulasi model RegCM4 mendekati dengan observasi. Ditampilkan juga skema konveksi curah hujan hasil modifikasi skema Tiedtke (Gambar 5 untuk temperatur dan Gambar 6 untuk curah hujan).

Gambar 5. Rata-rata  temperatur JJAS dengan tambahan modifikasi skema Tiedtke (New Tiedtke).

Gambar 6. Rata-rata presipitasi  JJAS dengan tambahan modifikasi skema Tiedtke (New Tiedtke).

Sedangkan kondisi presipitasi saat El Nino ditampilkan Gambar 7 .

                                                                                                                    

Gambar 7.Panel atas menunjukkan presipitasi CRU saat Elnino, Lanina dan perbedaanya.Sedangkan panel bawah menunjukkan presipitasi simulasi RegCM4 saat El Nino, La Nina dan perbedaannya

Sedangkan perbandingan untuk rata-rata presipitasi JJA ditunjukkan Gambar 8 dan temperatur Gambar 9.

Gambar 8. Grafik rata-rata presipitasi JJA selama 1998-2002 dari observasi CRU,NCEP dan hasil simulasi skema konveksi presipitasi RegCM4.3 (Emanuel-land & Grell-ocean,Grell,Emanuel dan Tiedtke) yang meliputi wilayah daratan saja [5-26N;70-90E]

Gambar 9. Grafik rata-rata temperatur JJA selama 1998-2002 dari observasi CRU dan hasil simulasi skema konveksi presipitasi RegCM4.3 (Emanuel-land & Grell-ocean,Grell,Emanuel dan Tiedtke) yang meliputi wilayah daratan [5-26N;70-90E]

Referensi :

1. http://www.int-res.com/abstracts/cr/v52/p7-29/
   
2. http://www.int-res.com/abstracts/cr/v52/p3-6/
3. http://www.didah.org/workshop_agenda_and_presentations-day-2.htm
4. http://neonet.bppt.go.id/satreps/output6.html
5. http://www.ictp.it/research/esp/models/regcm4.aspx
6. http://users.ictp.it/~pubregcm/RegCM4/globedat.htm
7. http://www.int-res.com/articles/cr_oa/c052p031.pdf

Planetary Boundary Layer (PBL)

Planetary Boundary Layer (PBL) atau disebut Atmospheric Boundary layer (ABL) merupakan bagian terendah dari atmosfer dan karakteristikya secara langsung dipengaruhi oleh kontak dengan permukaan bumi. Sehingga tingkat kekasaran dan aktivitas yang berlangsung dipermukaan bumi sangat mempengaruhi tinggi PBL. Ketinggian yang rendah terjadi saat pagi dan malam hari sedangkan menjelang siang ketinggian PBL mengalami kenaikan  . Ketinggian PBL yang rendah saat pagi dan malam hari dikarena tingkat turbulensi yang  terjadi dan berpengaruh terhadap ketinggian PBL sangat rendah jika dibanding dengan turbulensi yang terjadi saat siang hari, kondisi siang hari dengan tingkat penyinaran yang kuat.  Perubahan yang terjadi pada lapisan ini terjadi dalam rentang waktu kurang dari satu jam. Dalam lapisan ini parameter-parameter meteorologi seperti kecepatan aliran, temperatur, kelembaban, turbulensi dan pencampuran vertikal yang kuat. Di atas PBL adalah atmosfer bebas dengan kondisi angin merupakan angin geostropik (angin yang sejajar dengan isobars) sementara dalam PBL angin yang terjadi dipengaruhi kekasaran permukaan dan melintasi isobars. Lapisan atmosfer bebas ini biasanya bebas turbulensi dan hanya terjadi golakan yang bersifat insidental.

 

Gambar 1.1 Skema Skema representasi atmosfer perkotaan yang menggambarkan klasifikasi modifikasi termal dua lapisan (Oke 1976)

Untuk mengetahui dan mengambarkan kondisi iklim lokal dan mikro di suatu kota maka salah satu langkah yang dapat dilakukan adalah dengan melakukan observasi di lokasi tersebut. Observasi dilakukan dengan cara mempatkan sensor klimatologi atau meteorologi. Penempatan yang tepat dari sensor meteorologi di lingkungan perkotaan adalah sangat sulit tetapi sangat penting untuk mengingat dan mempertimbangkan morfologi permukaan yang rumit dalam penempatan alat tersebut.  Penelitian yang sangat penting dalam studi urban klimatologi dilakukan oleh Oke. Oke telah  menghasilkan kerangka kerja bagi penyebaran instrumen dan interpretasi hasil pengamatan alat. Struktur vertikal atmosfer perkotaan (Gambar 1.2)

 

Urban Klimatologi

Urban klimatologi merupakan cabang klimatologi yang berkaitan dengan areal perkotaan. Lokasi perkotaan ini menghasilkan perubahan yang signifikan di permukaan bumi dan kualitas udara. Pada skala dunia perubahan tersebut merupakan kajian yang  sangat menarik dan merupakan kajian dalam perubahan iklim yang terjadi dalam perkotaan. Proses urbanisasi menyebabkan perubahan lingkungan fisik dan juga mengakibatkan perubahan dalam kelembaban, energi, dan parameter klimatologi didekat permukaan. Sebagian besar dari perubahan ini dapat ditelusuri dengan menggunakan faktor-faktor penyebab seperti polusi udara; panas antropogenik,air permukaan, sifat termal bahan permukaan, morfologi permukaan dan spesifik jarak dari geometri-bangunan tiga-dimensi, ketinggian, orientasi, layering vegetatif , dan unsur-unsur geografi lainnya. Faktor-faktor lain yang harus dipertimbangkan adalah relief kota, sumber air, ukuran kota, kepadatan penduduk, dan distribusi penggunaan tanah.

Iklim perkotaan merupakan hubungan timbal balik dari permukaan perkotaan dan dampak atmosfer yang terjadi diatasnya. T.R. Oke menekankan definisi konseptual dari permukaan perkotaan dan bagaimana pengaruhnya terhadap berbagai proses untuk membentuk iklim perkotaan. Akibat rumit dan kompleknya pengaruh timbal balik yang terjadi dalam studi iklim perkotaan maka dibuatlah respresentasi suatu perkotaan dalam skema tiga dimensi yang disebut dengan skema volume urban (Gambar 1.3). Skema volume urban di perkotaan  menunjukkan sifat rumit dari hubungan antara berbagai  eleman sehingga dikalasifikasi menjadi beberapa jenis seperti yang ditunjukkan Gambar 1.4.  Skema konseptual tersebut sangat penting dalam kajian urban klimatologi khususnya studi tentang Boundary Layer (Oke 1978, 1987) .

Gambar. 1.3: Skema volume urban (Oke, 1987)

 

Skema volume urban yang ditunjukkan Gambar 2.2 menunjukkan  bagaimana metode yang berbeda dari pengukuran atau model dapat mewakili permukaan perkotaan dan merupakan elemen konseptual penting untuk dapat digunakan, terutama ketika menggabungkan data model dan observasi. Keenam representasi permukaan perkotaan muncul di Voogt dan Oke (1997). Sehingga dalam studi klimatologi suatu kota, bisa ditentukan skema mana yang sesuai dengan reperentasi awal yang kita miliki.

                                                                                                        Gambar. 1.4: Pengembangan skema volume urban (Oke, 1987)

 

Referensi:

1. Fernando et al., 2010. Flow, turbulence, and pollutant dispersion in urban atmospheres. Physics of Fluids, 22 (doi:10.1063/1.3407662).
2. Landsberg H, 1981. The urban climate. London: Academic Press, Inc.
3. Oke TR, 1997. Urban Environments in Surface Climates of Canada (Bailey et al, eds.), 303-327.(Initial Guidance to Obtain Representative Meteorological Observations at Urban Sites, IOM Report 81, WMO) and Ellefsen 1990/1 (Mapping and Measuring Buildings in the Canopy Boundary Layer in Ten U.S. Cities, Energy and Buildings)
4. Oke, T.R. 1976: The distinction between canopy and boundary-layer urban heat islands. Atmosphere, 14, 268-277.
5. Oke, T.R. 1984: Methods in urban climatology. In Applied Climatology (A. Ohmura et al., eds), Zürcher Geographische Schriften, 14, pp 19-29.
6. Oke, T.R. 2006: Initial Guidance to Obtain Representative Meteorological Observations at Urban Sites. World Meteorological Organization, Instruments and Observing Methods, IOM Report No. 81, WMO/TD-No. 1250
7. Oke, T.R. 1987: Boundary Layer Climates. 2^nd ed. Methuen, London, 435 pp..
8. Oke, T.R. 2006: Initial Guidance to Obtain Representative Meteorological Observations at Urban Sites. World Meteorological Organization, Instruments and Observing Methods, IOM Report No. 81, WMO/TD-No. 1250
9. Voogt J.A. & T.R. Oke. 1997: Complete urban surface temperatures. Journal of Applied Meteorology, 36, 1117-1132.

Sistem Klasifikasi Zona Iklim Lokal Untuk Aplikasi Dalam Urban Klimatologi

Sistem Klasifikasi Zona Iklim Lokal (Stewart and Oke, 2009)

LCZ (Stewart and Oke, 2009)

Detail Klasifikasi tersebut :

lcz-1

Terdapat pembagian kategori B1-B10, untuk contoh B1 sebagai berikut:

Indeks Monsoon

Indeks monsoon terbagi menjadi beberapa jenis, berikut di antarnya:

I.Indeks Monsoon Australia (AUSMI):

Untuk menghitung indeks ini digunakan U850 dengan luas areal (110E-130E,15S-5S). Luasan daerahnya ditunjukkan Gambar 1 dibawah.

Gambar .1 Indeks Australia Monsoon (AUSMI)

II.Indeks Monsoon Webster dan Yang (WYI):

Untuk menghitung indeks ini digunakan U850 dengan luas areal (40E-110E,Ekuator-20N) dikurangi U200 dengan luas areal (40E-110E, Ekuator-20N). Luasan daerahnya ditunjukkan Gambar 2 . Secara singkat dapat dirumuskan: WYI:u850-U200.

Gambar .2 Indeks Wang dan Yang Monsoon (WYI)

III.Indeks  Monsoon India (IM)

Untuk menghitung indeks ini digunakan U850 dengan luas areal (40E-80E,5N-15N) dikurangi U850 dengan luas areal (70E-90E, 20N-30N). Luasan daerahnya ditunjukkan Gambar 3 . Secara singkat dapat dirumuskan: IMI:u850(1)-U850(2).

Gambar 3. Indeks Monsoon India (IMI)

IV. Indeks Monsoon Western North Pasifik (WNPMI):

Untuk menghitung indeks ini digunakan U850 dengan luas areal (100E-130E,5N-15N) dikurangi U850 dengan luas areal (110E-140E, 20N-30N). Luasan daerahnya ditunjukkan Gambar 4 . Secara singkat dapat dirumuskan: IMI:u850(1)-U850(2).

Gambar 4. Indeks Western North Pasifik Monsoon (WNPMI )

Referensi:

Kajikawa, Y., B. Wang and J. Yang, 2010: A multi-time scale Australian monsoon index, Int. J. Climatol, doi: 10.1002/joc.1955

Wang, B. and Z. Fan, 1999: Choice of South Asian summer monsoon indices. Bull. Amer. Meteor. Soc., 80, 629-638.
Wang, B., R. Wu, K.-M. Lau, 2001: Interannual variability of Asian summer monsoon: Contrast between the Indian and western North Pacific-East Asian monsoons. J. Climate, 14, 4073-4090.

Webster, P. J. and S. Yang, 1992: Monsoon and ENSO: Selectively interactive systems. Quart. J. Roy. Meteor. Soc., 118, 877-926.