-
SISTEM ANGIN
Disampaikan pada Workshop Turbin Angin Kecepatan Rendah dan Peta
Potensi Angin Resolusi Tinggi,
Tanggal 21 22 Agustus 2007, Bandung
oleh : Bayong Tjasyono HK.Kelompok Keahlian Sains Atmosfer
Fakultas Ilmu dan Teknologi KebumianInstitut Teknologi
Bandung
-
Definisi
Angin adalah udara yang bergerak sejajar denganpermukaan bumi,
dari tekanan tinggi ke tekananrendah.
Angin diberi nama, dari arah mana angin datang.Contoh : angin
yang datang dari timur ke baratdisebut angin timur, angin yang
datang dari laut kedarat disebut angin laut.
Angin adalah besaran vektor yang mempunyai besardan arah. Wind
speed artinya skalar : besarkecepatan saja, sedangkan wind velocity
artinyabesaran vektor : besarnya kecepatan dan arahnya.
Wind speed diukur dengan anemometer, winddirection diukur dengan
wind vane, dan wind velocitydiukur dengan anemovane.
-
Alat Pengukur Angin
a. Dahulu, sebelum ada alat pengukur, anginditaksir dengan skala
kekuatan angin yangdikemukakan oleh armada Beaufort dan
disebutskala Beaufort. Ada 13 skala dari skala Beaufort0 (nol)
artinya angin tenang (calm) sampai skala12 artinya angin
siklon.
Skala Beaufort
Keadaan angin
Gejala yang diamatiKecepatan Angin
knot ms-1 km/j
0 Tenang Tenang, asap naik vertikal. < 1 0 0,2 < 1
1 Udara ringan
Arah angin ditunjukkan oleh arah hanyut asap, tetapi tidak oleh
pengukuran arah angin
1 3 0,3 1,5 1 3
Tabel 1. Hubungan skala (bilangan) Beaufort dankecepatan
angin
-
Skala Beaufort
Keadaan angin
Gejala yang diamatiKecepatan Angin
knot ms-1 km/j
2 Sepoi lemah
Angin terasa pada muka; daun-daun menggeresik; alat pengukur
arah angin mulai digerakkan angin.
4 6 1,6 3,3 4 7
3 Sepoi lembut
Daun dan ranting kecil tetap bergerak; angin membentangkan
bendera ringan.
7 10 3,4 5,4 12 19
4 Sepoi sedang
Debu dan kertas naik ke atas; cabang kecil bergerak.
11 16 5,5 7,9 20 28
5 Sepoi segar
Pohon kecil mulai bergoyang; timbul bentuk gelombang kecil pada
perairan pedalaman
17 21 8,0 10,7 29 38
6 Sepoi kuat
Cabang besar bergerak; Kawat telpon kedengaran berdesing; sulit
memakai payung.
22 27 10,3 13,8 39 49
-
Skala Beaufort
Keadaan angin
Gejala yang diamatiKecepatan Angin
knot ms-1 km/j
7 Angin ribut
lemah
Seluruh pohon bergerak; tidak mudah berjalan melawan angin.
28 33 13,9 17,1 50 61
8 Angin ribut
Ranting pohon patah; umumnya menghalangi gerak maju.
34 40 17,2 20,7 62 74
9 Angin ribut kuat
Kerusakan ringan pada bangunan
41 47 20,8 24,4 75 88
10 Badai Jarang terjadi di pedalaman; pohon tumbang; kerusakan
agak besar pada bangunan.
48 55 24,5 28,4 89 102
11 Badai amuk
Sangat jarang terjadi; disertai kerusakan yang luas.
56 63 28,5 32,6 103 117
12 Siklon > 64 > 32,7 > 118
-
b. Dengan alat
Gambar 1a. Anemovane Gambar 1b. Anemovane baling-baling
-
Satuan Angin
Dalam pengamatan cuaca;
Kecepatan angin dinyatakan dengan knot = 1 millaut/jam ~ 0,5
ms-1.
Arah angin dalam derajat dari utara pada skala 0 3600. Angin
timur = 900, angin utara = 3600, angintenang = 00 dan
seterusnya.
Dalam berita sinop dan kode cuaca, angindinyatakan dengan kode
ddff, dimana dd : arahangin dalam sepersepuluhan, dan ff :
kecepatanangin dalam knot. Contoh angin timur dengankecepatan 5
knot, kode cuacanya ditulis ddff =0905. Angin utara dengan
kecepatan 12 knot, ddff= 3612. Angin tenang (calm), ddff = 0000,
danseterusnya.
Catatan : jika kecepatan angin melebihi 100 knotmaka sandi
(kode) ff 100 dan dd + 50.Contoh : Angin barat dengan kecepatan 5
knotmaka ddff = 2705. Bandingkan dengan anginbarat, kecepatan 105
knot, ddff = 7705.
-
Angin dalam Meteorologi dan Penerbangan.
Dalam Meteorologi, angin diamati dalam 8arah : N, NE, E, SE, S,
SW, W, NW.
Dalam Penerbangan, angin diamati dalam 16penjuru :N, NNE, NE,
ENE, E, ESE, SE, SSE, S, SSW,SW, WSW, W, WNW, NW, NNW.
North : 3600
North North East : 22,50
North East : 450
East North East : 67,50
East : 900
East South East : 112,50
South East : 1350
South South East : 157,50
South : 1800
South South West : 202,50
South West : 2250
West South West : 247,50
West : 2700
West North West : 292,50
North West : 3150
North North West : 337,50
Calm : 00 (bukan angin)
-
Gambar 2. Arah angin dalam derajat.
-
Sirkulasi Atmosfer di Bumi
dimana :
: kecepatan sudut rotasi bumi
: lintang tempat
V : kecepatan angin
adalah gerak udara (angin) rata-rata dipermukaanbumi.
dipengaruhi oleh gaya rotasi bumi atau gaya Coriolis= 2 sin .
v
15 s.rad10x7,3hari1
rad2
a. Angin general atau sirkulasi atmosfer umum
Disekitar ekuator (daerah ekuatorial) angin konvergendan naik,
sehingga angin permukaan menjadi lemah.Daerah ini disebut doldrums
(daerah melempem). Pitakonvergensi angin pasat disebut zona
konvergensiintertropis, atau palung ekuator, atau
ekuatormeteorologis.
-
Gambar 3. Pola angin general permukaan bumi.
-
Model sirkulasi atmosfer global pertamadigambarkan oleh G.
Hadley pada tahun 1735.Sirkulasi Hadley pada dasarnya sirkulasi
termallangsung. Contoh dari sirkulasi termal adalahangin darat dan
laut.
Udara naik di daerah ekuatorial yang panas danbergerak keutara,
kehilangan energi termal,kemudian turun di daerah kutub yang dingin
dankembali ke lintang rendah sebagai anginpermukaan
Menurut gambar 4, ada gaya gradien tekanan Fpdari kutub ke
ekuator di troposfer bawah dan dariekuator ke kutub di troposfer
atas.
b. Sirkulasi atmosfer meridional
Gambar 4. Sel Hadley
-
Maury (1855) mengemukakan sirkulasi atmosfermeridional terdiri
dari dua sel, yaitu satu sel antaraekuator dan lintang sekitar 300
U dan S disebut selHadley dan satu sel tak langsung (indirect cell)
padalintang tinggi.
Ferrel (1856) mengkaji tekanan di permukaan bumidan mendapatkan
tekanan tinggi (H) di lintang sekitar300 U dan S disebut lintang
kuda (horse latitude), dantekanan rendah (L) terdapat di sekitar
ekuator dankutub. Jadi Ferrel menemukan 3 sel sirkulasi
atmosferyaitu sel Hadley, sel Ferrel dan sel Kutub. Maurymenemukan
2 sel dan Hadley menemukan 1 selsirkulasi atmosfer.
c. Sel Ferrel
Gambar 5. Sirkulasi atmosfer meridional menurut Ferrel(1856)
-
Selain pertemuan sirkulasi atmosfer meridionalterutama sel
Hadley (angin pasat), Indonesia jugamerupakan pertemuan sirkulasi
atmosfer zonalyang disebut Sirkulasi Walker.
Dalam tahun normal sirkulasi ini konvergen disekitar wilayah
Indonesia, tetapi dalam tahun-tahun El Nio terdapat subsidensi
sirkulasi Walker.
d. Sirkulasi atmosfer zonal
Gambar 6a. Sirkulasi Walker normal
Gambar 6b. Sirkulasi Walker tahun El Nio
-
Jenis Angin
a. Angin lokal
Gambar 7a. Angin laut, sianghari
Gambar 7b. Angin darat, malam hari
Sebagai benua maritim; garis pantai 80.791 km, jumlahpulau
17.508 pulau besar dan kecil. Terjadi interaksiantara pulau dan
laut. Karena kapasitas panas laut jauhlebih besar daripada darat
maka terjadi angin lokal;angin laut dan angin darat.
-
Sebagai wilayah pegunungan terjadi angin lembah(arus anabatik)
dan angin gunung (aruskatabatik). Pada siang hari lereng lebih
panasdaripada lembah, sedangkan malam hari lerenglebih dingin
daripada lembah.
Gambar 8. Angin lembah (a) dan angin gunung (b).
-
Nama Fhn dikenal di Jerman dan Austria. Dengan susut suhu udara
basah 0,60 / 100 m dan
udara kering 1 0C / 100 m. Jika tinggi gunung 4km, maka jika
angin permukaan mempunyaitemperatur 5 0C pada lereng yang satu,
akanmempunyai temperatur permukaan pada lerengyang lain 19 0C
setelah menaiki gunung.
Fhn mempunyai sifat panas, kering, kencang,dan mempengaruhi
fisiologi dan psikologimanusia. Di Indonesia misalnya angin
kumbang,angin bohorok, dll.
a. Angin Fhn
Gambar 9. Angin Fhn.
-
Monsun
Gambar 10. Mekanisme Monsun.
-
Siklon Tropis
Gambar 11. Siklon Tropis di BBU.
-
Angin Rata-rata, Angin Paduan dan Angin Utama
Angin rata-rata adalah jumlah kecepatan angintanpa
memperhitungkan arahnya dibagi jumlahpengamatan :
Vi, : V1, V2, Vn : kecepatan angin padapengamatan ke 1, n.
n : jumlah pengamatan angin termasuk angintenang
Angin paduan (resultant wind). Angin adalah gerak udara
horisontal, jadi dalam
koordinat Kartesian (x, y), dimana x arah zonal :barattimur dan
y arah meridional : selatanutara.Karena angin bertiup dalam 8
penjuru, makakecepatan angin paduan dihitung dengankomponen zonal
vx dan komponen meridional vy.
n
1i
Vn
Vi
-
Kecepatan angin paduan arah barat timur :
Kecepatan angin paduan arah selatan utara :
Kecepatan angin paduan :
Catatan :
: jumlah kecepatan angin utara, timur, selatan, dst
n
NESE707,0NWSW707,0EWVx
n
NWNE707,0SESW707,0NSVy
2
y
2
x VVV
...,W,S,E,N
vjviV yx
y
X
Vj Vy
i Vx
-
Persistensi Anginadalah perbandingan kecepatan angin
paduandengan angin rata-rata :
P = V / V Persistensi Angin P = 1, artinya angin bertiup
dalam arah sama. P = 0, angin bertiup dengankemungkinan sama
dari semua penjuru atauangin bertiup separo waktu dari satu arah
danseparo waktu lagi dari arah berlawanan.
Angin Utama (Prevailing Wind)adalah angin yang mempunyai
frekuensi arahterbanyak dalam distribusi frekuensi angin
yangdigambarkan dengan mawar angin (wind rose)
Gambar 12. Mawar angin, BMG, Juni 1993, jam 9 WIB.
-
Geser Angin (Wind Shear)Karena angin adalah gerak udara
horisontal, makayang dimaksud geser angin terhadap ketinggianatau
geser angin vertikal yaitu perubahankecepatan angin terhadap
ketinggian (dV/dz)
Kecepatan angin makinkeatas makin besar danmendekati angin
gradienkarena menjauhi gesekanpermukaan.
Geser angin dinyatakandengan profil anginvertikal, misalnya
profilangin hukum pangkat,profil angin logaritmik,dll.
Z
z3
z2
z1
V3
V2
V1V
-
Profil angin bentuk pangkat, secara praktis dinyatakan :
dimana :Uz : kecepatan angin pada tinggi z.U10 : kecepatan angin
pada tinggi referensi 10 m.n : parameter, bergantung stabilitas
atmosfern = 0,2 untuk tujuan praktis.
Profil angin logaritmik berlaku untuk kondisi atmosfernetral
dimana :k = 0,4 : konstanta von KarmanZ0 : parameter kekasaranU*
: / : kecepatan gesekan : tegangan geser permukaan ~ 1 10 dyne/cm3.
: densitas atmosfer lingkungan
n
10z10
ZUU
0
0
* ZZberlaku,Z
Zn
k
UU
-
Angin Gradien Angin gradien (geostrofik) adalah angin tanpa
gesekan, biasanya pada ketinggian 1500 mdimana gesekan permukaan
dapat diabaikan.
Ketinggian angin gradien bergantung padaparameter kekasaran.
Gambar 13. Profil vertikal angin di atas kota, desa dan pantai.
Sumber : Davenport (1965).
-
Angin sekitar Bangunan Angin memisahkan untuk membentuk
rongga
(cavity) dibelakang gedung. Angin balik terjadidi dalam rongga
(ruang) sehingga sumber-sumber angin dibawa keatas.
Polusi yang mencapai rongga ini cenderung akantetap (tidak
bergerak) karena terjadi percampuransangat lemah antara rongga dan
arus utama.
Gambar 14. Arus utama disekitar bangunan. Adanya gertakan
bangunan pada tanah terbuka akan merubah arah angin. Sumber
Perkins, 1974.
-
Pengaruh Bangunan pada Polusia) Jika cerobong tinggi maka pada
rongga (cavity) bersih
polutan tetapi kepulan masuk dalam jalur olakan (wake).Difusi
kebawah meningkat oleh percampuran yang terjadidalam olakan
turbulen.
b) Dalam kasus ini kepulan masuk kedalam rongga daridepan
sehingga terjadi konsentrasi tinggi pada sisibelakang gedung. Studi
empirik menunjukkan bahwacerobong asap yang terletak pada atau
dekat gedung,maka Hs > 2,5 Hb dimana Hs : tinggi cerobong
(stack)dan Hb : tinggi bangunan (Stern, 1968).
Gambar 15. Efek pemisahan pada dispersi kepulan asap. (a) tinggi
cerobong lebih tinggi, (b) hampir sama dari pada gedung. Sumber :
Perkins, 1974
-
Gambar 16a. Peta mawar angin di Indonesia bulan Januari.
-
Gambar 16b. Peta mawar angin di Indonesia bulan Juli (The Asean
Climatic Atlas, 1982).
-
Gambar 18. Hubungan beda temperatur darat laut dengan kecepatan
angin laut.
Gambar 17. Angin laut di Laut Jawa (Braak, 1921).
-
Daftar PustakaPerkins H. C., 1974. Air Pollution. Mc. Graw Hill
Book
Company, New York.Plate E. J., 1982. Engineering meteorology,
Elsevier Publishing
Company, Amsterdam.Sadoki W., 1994. Studi angin sebagai sumber
energi alternatif di
Indonesia. Tugas Akhir, GM ITB, Bandung.Ponofsky, H. A., 1968.
Some Applications of Statistics to
Meteorology, University Park, Pennsylvania.Bayong Tjasyono HK.,
1991. Meteorological aspect of air
pollution in the Jabotabek Area, Report of LLAJR airpollution,
ITB, Bandung.
Forsdyke, A. G., 1970. Meteorological factors in air
pollution,WMO, No. 274. Geneva.
Bayong Tjasyono HK., 2004. Klimatologi, Penerbit ITB,
Bandung.Bayong Tjasyono HK., 2006. Meteorologi Indonesia I :
Karakteristik dan Sirkulasi Atmosfer, Penerbit BMG,Jakarta.
Bayong Tjasyono HK., dan Sri Woro H., 2006. MeteorologiIndonesia
II : Awan dan Hujan Monsoon, PenerbitBMG, Jakarta.