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 Niño terdapat subsidensi sirkulasi Walker.

d. Sirkulasi atmosfer zonal

Gambar 6a. Sirkulasi Walker normal

Gambar 6b. Sirkulasi Walker tahun El Niño

• 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 Föhn 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.

Föhn mempunyai sifat panas, kering, kencang,dan mempengaruhi fisiologi dan psikologimanusia. Di Indonesia misalnya angin kumbang,angin bohorok, dll.

a. Angin Föhn

Gambar 9. Angin Föhn.

• 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 :barat–timur dan y arah meridional : selatan–utara.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.