Kadarsah

Meteorologi dan Sains Atmosfer

Sejarah Pemodelan Iklim

Posted by kadarsah pada April 1, 2008

Beberapa tahapan baik penemuan persamaan matematika maupun penemuan komputer melatarbelakangi pembuatan model iklim.

Persamaan pertama mekanika fluida diformulasikan oleh Leonhard Euler pada tahun 1755, menggunakan kalkulus diferensial yang ditemukan oleh Isaac Newton 1665, Gottfried Wilhelm Leibniz tahun 1675, dan turunan parsial yang ditemukan oleh Jean Le Rond d`Alembert tahun 1746.

Viskositas molecular ditambahkan oleh Claude-Louis Navier tahun1872 dan George Stokes tahun 1845. Persamaan tersebut menjelaskan aliran fluida yang sering disebut persamaan Navier-Stokes. Persamaan tersebut akhirnya disempurnakan oleh Herman von Helmholtz tahun 1888. Persamaan tersebut oleh Vilhem Bjerknes dari Norwegia diterapkan untuk atmosfer terutama dalam prediksi cuaca sekitar tahun 1904. Tetapi,model matematika yang paling tua tentang perubahan iklim adalah Arrhenius (1896) yang menjelaskan tentang keseimbangan energi permukaan. Sehingga kenaikan atau pemanasan 2 C merupakan hasil dari dua kali CO2 diatmosfer. Selanjutnya,kesetimbangan energi ini dilakukan oleh Emden (1913) yang menyatakan bahwa struktur panas atmosfer memerlukan gerakan udara vertikal dan horizontal. Namun perhitungan secara kuantitatif komponen-komponen yang mempengaruhi system energi global dijelaskan oleh Dines (1917 dan 1929).

 

Tahun 1922, Lewis Fry Richardson dari Inggris menerbitkan sebuah buku yang menjelaskan  eksperimen pertama tentang prediksi cuaca numeric, yang dia buat untuk menyelesaikan persamaan primitive dengan kalkulator yang masih sederhana. Saat itu dia melakukan analisis tentang persamaan dan komponen utama untuk simulasi numeric gerakan udara pada waktu yang pendek, untuk membuat prediksi selama 6 jam dia memerlukan waktu selama 6 minggu. Sedangkan Simpson (1928) menganalisis system iklim dan stabilitasnya.

 

 

John von Neuman, fisikawan dari Universitas Princenton, Institut for Advanced Studies dan Vladimir Zworykin,ilmuwan elektro dari Laboratorium Princenton RCA mengusulkan pada tahun 1945 agar memulai melakukan prediksi cuaca numerik (Numerical Weather Prediction=NWP) sebagai usaha untuk mengembangkan penemuan di bidang elektronik computer. Tujuan utamanya adalah untuk membuat simulasi sirkulasi global sebagai langkah awal dalam modifikasi iklim. Akhirnya von Neuman bersama meteorologist termasuk, Carl-Gustav Rossby,Arnt Eliassen,Jule Charney, dan George Platzman menggunakan persamaan matematika primitif di computer yang masih berkemampaun terbatas. Komputer pertama tersebut bernama ENIAC. Akhirnya, Charney dan von Neuman menggunakan satu lapis model barotropik yang dipresentasikan tahun 1948 dan tahun 1949.

 

Prediksi pertama ENIAC, dibuat Maret-April 1950 yang diterapkan pada tiga kasus di Amrika Utara. Hasilnya masih mengecewakan, sehingga bergabunglah Bert Bolin,Joseph Smagorinsky dan Norman Phillips dengan menambahkan beberapa prediksi numerik. Di pihak lain, Rossby bersama dengan Bollin dan Phillips mengembangkan NWP di Swedia dengan mengembangkan suatu model barotropik berdasarkan proses fisik sederhana atmosfer. Komputer yang digunakan disebut BESK tahun 1953 dan merupakan computer terhebat saat itu.

Desember 1954, mulai prediksi cuaca dengan memakan waktu 24,48 dan 72 jam yag memprediksi pada ketinggian 50 kPa. Penelitian ini berakhir May 1955 dengan 60-70 kali prediksi yang memperlihat hasil yang baik.

 

Tahun 1953, IBM di Amerika menemukan spesifikasi computer yang baru yang sesuai dengan NWP, sehingga tahun 1954 mulailah digunakan sebagai NWP dan melibatkan USAF Air Weather Service, US Wetaher Bureau, dan Navy WX Service. Mereka bergabung dalam Joint Numerical Prediction Unit (JNWPU)  dan diketua oleh George Cressman. Kelompok tersebut memutuskan untuk focus pada prediksi cuaca yang menggunakan model barotrofik quasi-geostrofik ( yang berasal dari Charney dan Eliassen tahun 1948). Komputer yang digunakan masih terbatas untuk 3 lapis ( 40,70,90 kPa). Tahun 1955 IBM 701 diperkenalkan dan digunakan JNWPU untuk prediksi cuaca rutin di Amerika Utara. Perbaikan dilakukan oleh Hans Panofsky pada pembuatan skema untuk analisis otomatis dari analisis data.

Sedangkan Phillips dan Smagorinsky menggunakan NWP untuk meneliti sirkulasi global. Tetapi sampai tahun 1956, hasilnya masih mengecewakan.

 

Tahun 1958,NMC (National Meteorological Center) melakukan NWP untuk NMC.

Langkah awal NWP adalah, inisialisasi dilakukan menggunakan data secara manual,dimana data observasi di interpolasi ke model. Kegagalan model baroklinik  ( multi layer )pada tahun-tahun sebelumnya disebabkan kurangnya kalibrasi dan penggunaan yang buruk. Sehingga ilmuwan beralih menggunakan model barotrofik, sebab model ini hanya menggunakan satu lapis. Model ini tidak memasukan topografi, dan menghasilkan gelombang panjang dalam sirkulasi global yang tidak realistik dalam pergerakan timur-barat. Sehingga kualitas prediksi dikembangkan dengan memanipulasi gelombang panjang.

 

Akhirnya,Cressman dan Phillips menemukan solusi  dengan mengubah karakteristik udara di atas troposphere model. Hasilnya, prediksi barotrofik 50 kPa memiliki kualitas yang tinggi dimana 10 tahun telah berlalu sebelum model baroklinik mengalahkannya. Akhirnya, tahun 1963 komputer baru yang cukup mutakhir memiliki 6 persamaan primitive dapat di terapkan. Akhirnya, membuat NWP menjadi alat prediksi yang baik. Sejak saat itu berbagai penyempurnaan mulai dilakukan di antaranya: tambahan layer,domain global,topografi,salju,es,radiasi,awan,presipitasi dan turbulensi. Model regional NMC ditingkatkan menjadi LFM (limited area fine mesh) tahun 1976, dan berakhir tahun 1994. Suatu model nesting, NGM (Nested Grid Model) diperkenalkan tahun 1990 untuk membuat prediksi 2 hari, memiliki 16 layer, dengan resolusi horizontal 80 x 160 km.

 

Tahun 1990, NMC menggunakan model grid-point, dengan resolusi vertical 38 layer untuk mengimbangi topografi, sehingga berhasil membuat prediksi 2 hari yang meliputi 1/3 BBU. Tahun 1999, NMC memiliki 32 km resolusi horizontal dan 45 layer.

Sebelumnya tahun 1980, spectral yang menampilkan bidang horizontal menggantikan grid point dalam model global MNC. Selanjutnya tahun 1990-an,beberapa model di satukan menjadi GSM ( Global Spectral Model) hidrostatik, dengan 42 layer dan resolusi horizontal 80 km. GSM digunakan prediksi 5 hari dalam AVN, untuk MRF ( Medium Range Forecast) selama 15 hari, menggunakan time step 9 menit, dan 14 menit untuk runtime/hari pada computer Cray YMP. Tahun 1990-an, militer USA juga melakukan NWP yang dikoordinir dalam FNMOC ( Fleet Numerical Meteorological and Oceanographic Center). Kemudian NMC dirombak menjadi NCEP (National Centers for Environmental Prediction) dan berlokasi di sekitar Washinton,DC. Mereka, memasukan Model MesoEta,yang pada tahun 1999 memiliki 10 km grid, dan 60 layer. Sedangkan CMC ( Canadian Meteorological Center) mengembangkan GEM( Global Environmental Multiscale) pada akhir tahun1990-an, dengan variable grid 15 km.

 

Sebelumnya, masyarakat Eropa tahun 1970-an,membentuk ECMWF ( European Centre for Medium Range Forecast) di kota Reading, Inggris. Prediksi pertama dilakukan tahun 1979 berdasarkan model grid-point. Tahun 1990-an, prediksi 10 hari dengan model spectral. Mulai tahun 1992, ECMWF mengoperasikan EPS ( Ensemble Prediction System ). Akhir tahun 1990-an,50 alternatif analisis dilakukan tiap hari dari analisis operasional dan berlangsung sukses.  Analisis tersebut digunakan sebagai titik awal untuk 50 prediksi 10 hari kedepan. Hasilnya digunakan untuk mengukur tingkat kepercayaan dan informasi berharga lainnya.

 

Akhir tahun 1999, ECMWF  merupakan prediksi numerik dengan tingkat verifikasi tertinggi di dunia. Model tersebut memiliki resolusi horisontal  60 km dan 60 layer, 8.3 juta grid point dengan 10 varibel meteorologi dihitung setiap 20 menit. Untuk prediksi 10 hari, memerlukan waktu 1.5 jam pada computer FujitsuVPP700 dengan menggunakan 24 processor dan melakukan perhitungan 10

Sumber:Calculating the Weather oleh F.Nebeker, 1995.

13 Tanggapan to “Sejarah Pemodelan Iklim”

  1. Tulisan artikel di blog Anda bagus-bagus. Agar lebih bermanfaat lagi, Anda bisa lebih mempromosikan dan mempopulerkan artikel Anda di infoGue.com ke semua pembaca di seluruh Indonesia. Salam Blogger!
    http://www.infogue.com/
    http://www.infogue.com/pengetahuan_umum/sejarah_pemodelan_iklim/

  2. ari said

    saat ni, saya berminat melakukan penelitian tugas akhir yang memakai model baroklinik. bisa memberi rujukan tentang hal tersebut. link, referensi dsb..
    thnx jwabanya

  3. kadarsah said

    Model baroklinik sekarang ini banyak sekali tinggal fokusnya untuk apa dan diterapkan dimana?
    Bisa searh di google dan memang perlu kesabaran.

  4. ari said

    model baroklinik yang akan saya kerjakan berhubungan dengan perhitungan potensi air tanah di suatu daerah. daerah penelitian saya fokuskan ke daerah gunung. bisa memberi pencerahan?
    trims..

  5. Retno Sari said

    Saya tertarik dengan semua tulisan di blog ini…
    Dapatkah saya diberi rujukan tentang teknik/metode mana yang handal dalam menyusun pemodelan prediksi curah hujan? Apabila ada data yang hilang, teknik mana yang handal untuk pengisian data tersebut?
    Terima kasih…

    • kadarsah said

      Semua teknik/metode memiliki kelebihan dan kekurangan saat memprediksi curah hujan di suatu daerah pada suatu saat tertentu,sehingga diperlukan banyak metode/model yang digunakan baik itu metode statistik (ARIMA,Wavelet) maupun dinamis ( WRF,MM5,RegCM) dalam memprediksi . Untuk itu maka diperlukan seperangkat model gabungan yang disebut ensemble forecast system.

      Untuk data yang hilang ada beberapa metode yang bisa digunakan selain, interpolasi, ektrapolasi , penggunaan data satelit, data global dan penggunaan data dari model dinamis. Teknik mana yang sesuai dalam pengisian data kosong diperlukan penelitian dan pemahaman khusus tentang kondisi daerah tersebut, histori data serta aspek meteorologi maupun klimatologi.

  6. Retno Sari said

    Terima kasih atas jawaban pertanyaan yang lalu,
    satu hal lagi, bagaimana penanganan untuk data curah hujan ekstrim (outlier)dalam pemodelan prediksi, apakah juga diperlukan pemahaman khusus tentang kondisi daerah yang dijadikan objek kajian?
    Nuhun…

  7. kadarsah said

    Untuk analisis dan prediksi dalam menangani curah hujan ekstrim diperlukan pemahaman kondisi daerah objek penelitian menyangkut kondisi klimatologi, karakteristik curah hujan dlln.

  8. sunarya said

    Apa kegunaan praktis model?

    • kadarsah said

      Kalau di meteorologi kegunaan parktisnya adalah untuk prediksi dan simulasi.
      Prediksi misal untuk prediksi curah hujan, temperatur dlln.
      sedang simulasi digunakan untuk mensimulasikan kondisi temperatur atau curah hujan di suatu tempat.

  9. M Fahrudin Muna said

    Assalamualaikum.
    Mau tanya terkait dengan model yang digunakan dalam BMG terhadap prakiraan cuaca. Apa beda model KMA dengan BOM Australia. Kelebihan dan kelemahan masing-masing apa? Sudah pernahkah kedua model terseubt divalidasi dalam aplikasi prediksi cuaca di Indonesia?

    Mohon Balasannya

    • kadarsah said

      Model yang digunakan oleh BMKG untuk prakiraan cuaca bukan model KMA atau BOM Australia.
      Sejauh yang saya ketahui kedua model tersebut belum digunakan di BMKG untuk prakiraan maka belum di validasi.
      Ada beberaopa institusi lain ( riset/edukasi) yang menggunakan model KMA dan dari BOM untuk riset mereka dan beberapa juga dilakukan validasi.

  10. antonius said

    halo..
    apakah saya boleh meminta beberapa cara dan refrensi-refrensi untuk memprediksikan cuaca..??
    karna saya sedang dalam masa studi pembuatan tugas akhir tentang prakiraan cuaca..
    thx..😀

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

 
%d blogger menyukai ini: