 |
| Proses dominan yang mengendalikan fluks massa dan energi atmosfer-laut pada laut terbuka Gambar:https://www.solas-int.org |
Climate4life.info - Atmosfer dan laut sejumlah besar energi di Bumi dan berkontribusi pada karakteristik penting cuaca dan iklim.
Interaksi antara laut dan atmosfer bersifat terkopel atau berpasangan, artinya keadaan laut mempengaruhi keadaan atmosfer dan sebaliknya.
Oleh karena itu, interaksi laut-atmosfer terkopel menciptakan fluktuasi regional dalam pola sirkulasi keduanya, menghasilkan perilaku osilatori iklim yang dapat bervariasi dari minggu hingga dekade, dan pada skala lokal hingga global.
Rangkaian ritme alami ini adalah kontributor utama terhadap variabilitas internal sistem iklim, dan mereka tetap ada tanpa adanya variasi pengaruh eksternal, seperti penumpukan gas rumah kaca di atmosfer.
Faktanya, mereka mempersulit perbedaan antara perubahan iklim yang diinduksi manusia dan alami, meskipun buktinya cukup jelas bahwa aktivitas antropogenik sekarang dengan cepat mengubah iklim kita.
Interaksi Fisis Laut - Atmosfer
Dalam aritkel ini kita akan mempertimbangkan proses dasar yang menghubungkan laut dan atmosfer. Kita akan menjelajahi bagaimana energi, massa, dan momentum bergerak bolak-balik antara keduanya dan implikasi pertukaran itu pada skala regional dan global.
Selanjutnya, kita akan menyelidiki beberapa fenomena iklim penting yang muncul sebagai konsekuensi dari interaksi laut-atmosfer atau mewakili jenis osilasi penting lainnya dalam sistem iklim.
Contoh klasik dari kopling laut-atmosfer adalah sistem yang menghasilkan El Niño dan La Niña, sebuah fenomena yang akan kita pelajari secara rinci.
Pertukaran di Antarmuka Laut-Atmosfer
Karena laut jauh lebih padat dari atmosfer (sekitar 800 kali lipat), antarmuka antara keduanya bersifat stabil.Meskipun demikian, laut dan atmosfer tetap berinteraksi, dan cara utama mereka melakukannya adalah dengan transfer energi, massa, dan momentum melintasi batas laut-atmosfer. Mari kita mulai dengan menjelajahi bagaimana transfer ini bekerja.
Transfer Energi
Perbedaan penting antara laut dan atmosfer adalah bagaimana keduanya berinteraksi dengan radiasi matahari. Atmosfer sebagian besar transparan terhadap radiasi matahari, tetapi laut menyerapnya dengan kuat. |
Laut dan atmosfer bertukar panas melalui penyerapan energi matahari oleh permukaan bumi, memicu pemanasan dan pelepasan radiasi infra merah. Gas rumah kaca menangkap radiasi, memanaskan atmosfer. Gambar: Howard, Jennifer dkk. (2013). Oceans and Marine Resources in a Changing Climate. Oceanography and marine biology. 51. 71-192. |
Permukaan laut memantulkan sebagian radiasi matahari yang mencapainya, tetapi sebagian besar diserap dan memanaskan lapisan atas laut hingga sekitar 10 meter.
Lapisan permukaan laut yang hangat ini adalah pemain utama dalam menjaga keseimbangan energi Bumi dengan mengembalikan energi ke atmosfer.
Ini dilakukan melalui transfer panas laten, pertukaran panas saat zat berubah dari satu fase ke fase lain, seperti saat air cair menguap menjadi uap air.
Sekitar 4.49 × 10¹⁴ m³ air menguap dari laut setiap tahunnya, jumlah yang hampir 20 kali lipat dari yang terkandung di Great Lakes! Penguapan air sebanyak itu membutuhkan jumlah energi yang luar biasa.
Dengan mengasumsikan kepadatan permukaan laut rata-rata (1.027 g/cm³) dan kalor laten penguapan air sebesar 2.260 J/g, jumlah energi yang dibutuhkan setiap tahunnya sekitar 1 × 10²⁴ J, atau sekitar 2.000 kali konsumsi energi global manusia tahunan saat ini.
Energi yang diambil dari laut oleh penguapan ini memanaskan atmosfer saat uap air akhirnya kondensasi kembali menjadi air cair (untuk membentuk awan atau presipitasi).
Transfer Massa
Pertukaran massa antara laut dan atmosfer, selain dari pertukaran energi, sangat fundamental dalam menentukan karakteristik sistem iklim. Air yang menguap dari laut menyebabkan pembentukan awan, presipitasi, dan variasi kelembaban di seluruh atmosfer global.Kelembaban tentu saja dikembalikan ke laut melalui presipitasi, baik langsung maupun melalui limpasan dari daratan. Penguapan juga mendorong variasi global dalam salinitas laut, yang pada gilirannya membantu mendorong sirkulasi termohalin.
Pengambilan atau pelepasan karbon dioksida (CO2) oleh laut dari atau ke atmosfer adalah kontrol alami utama terhadap kandungan CO2 atmosfer dan karenanya terhadap suhu global dalam rentang waktu dekade hingga abad dan lebih lama.
Atmosfer juga membawa debu dari benua ke laut yang memberikan mineral yang penting bagi banyak organisme laut.
Transfer Momentum
Angin memberikan tekanan pada permukaan laut melalui gesekan, sebagian besar menggerakkan arus laut permukaan dan menjelaskan pola sirkulasi yang diwujudkan dalam gyre laut berukuran cekungan. |
Sketsa interaksi tegangan-gelombang angin dan kekekalan fluks momentum udara-laut Gambar: Zheng, Peng dkk. (2023). Development of a fully coupled wind stress-wave-ocean coastal model system. Coastal Engineering Journal. 65. 1-18. 10.1080/21664250.2023.2179791. |
Interaksi antara angin, arus laut, dan pemanasan radiatif dapat memberlakukan pola sirkulasi regional yang penting baik di atmosfer maupun di laut.
Misalnya, suhu permukaan laut dapat mengubah pola tekanan regional di atmosfer dan dengan demikian menyebabkan perubahan angin, memindahkan daerah konveksi, dan mengubah arah jalur badai dan jet stream.
Angin, pada gilirannya, memberikan umpan balik pada laut dengan mengubah arah arus laut dan mempengaruhi transfer energi antara atmosfer dan laut.
Pertukaran energi, massa, dan momentum bersama-sama menerangkan seberapa erat laut dan atmosfer terhubung melalui interaksi fisik dan kimia.
Interaksi ini sangat mendasar untuk mendorong proses dalam iklim yang menghasilkan spektrum variabilitas yang luas dan kompleks yang tetap berada di pusat upaya kita untuk memahami dan menggambarkan sistem ini.
Dengan memahami secara mendalam interaksi laut-atmosfer, kita dapat mengungkap kompleksitas sistem iklim dan mengidentifikasi kontribusi berbagai fenomena iklim terhadap variabilitas dan perubahan iklim.
Fenomena Global Interaksi Laut - Atmosfer
Keterkaitannya dengan atmosfer dan samudra, memainkan peran krusial dalam variasi dan perubahan iklim.
Interaksi kolektif ini terungkap dalam berbagai bentuk, dari ENSO, musim monsun, AO dan NAO, hingga PDO dan AMO—semua fenomena yang berayun pada rentang waktu yang semakin panjang dan memberikan sumbangsih pada fluktuasi cuaca dan iklim global melalui jaringan telekoneksi yang kompleks.
Diantara semuanya, ENSO menonjol dengan jangkauannya yang merentang secara global dan, selain dari musim, menjadi perubahan berulang paling signifikan dalam iklim. Serta, ada osilasi lain yang juga memberi kontribusi pada variabilitas alami sistem iklim, seperti Indian Ocean Dipole, Southern Annular Mode, dan Madden-Julian Oscillation.
Setiap osilasi ini menjadi penggerak dari dinamika alami sistem iklim, memberikan dampak pada masyarakat dan ekosistem di tingkat regional. Beberapa osilasi dapat dimodelkan dan diprediksi sebagian pada rentang waktu tertentu, sementara yang lain tetap menjadi misteri yang kompleks. Semua ini berinteraksi satu sama lain dengan cara yang rumit.
Meskipun pemanasan global diyakini memengaruhi ritme iklim alami ini, memisahkan efek gas rumah kaca yang terus meningkat dari proses alami yang menciptakan osilasi tetap menjadi tantangan yang menarik.
Dikarenakan perbedaan densitasnya, samudra dan atmosfer tidak saling mencampur secara signifikan. Oleh karena itu, keduanya berinteraksi melalui pertukaran energi, massa, dan momentum di batas antara samudra dan atmosfer.
ENSO
Fenomena utama dari interaksi samudra–atmosfer adalah El Niño–Southern Oscillation (ENSO), hasil dari dinamika terkait antara samudra dan atmosfer di sepanjang Samudra Pasifik tropis.
Selama keadaan netral ENSO, angin pasat berkonvergensi di khatulistiwa di seluruh Samudra Pasifik dan menyebabkan penumpukan air hangat di Western Warm Pool (WWP), sementara upwelling membawa air dingin ke permukaan laut di timur. Ini menghasilkan gradien suhu permukaan laut (SST) timur–barat yang membantu membentuk tekanan atmosfer rendah di barat dan tekanan tinggi di timur, meningkatkan angin timur.
Konveksi tropis kuat di atas WWP menghasilkan presipitasi, sementara aliran balik troposfer atas turun di timur, menambah tekanan tinggi di sana dan menyelesaikan sirkulasi Walker.
Selama El Niño, angin pasat berkurang, dan air di WWP mengalir kembali ke timur. Pusat konveksi atmosfer pindah ke Samudra Pasifik tengah dan timur, membawa presipitasi ke wilayah tersebut. Kekeringan terjadi di atas Pasifik barat, termasuk sebagian Australia dan Indonesia.
Selama La Niña, kondisi netral di Samudra Pasifik tropis menguat dan kontras SST timur–barat di Samudra Pasifik tropis menjadi lebih besar. Presipitasi diperkuat terjadi di Pasifik barat, sementara kondisi lebih kering dan lebih dingin terjadi di atas Pasifik timur.
Baik El Niño maupun La Niña membawa perubahan dramatis dalam suhu dan curah hujan ke berbagai wilayah di seluruh dunia melalui telekoneksi. Mereka juga mempengaruhi cuaca ekstrem, seperti kejadian badai di Samudra Atlantik dan intensitasnya di Pasifik.
Keadaan ENSO dicirikan dengan menggunakan Indeks Osilasi Selatan (SOI) dan indeks Niño, tetapi juga diukur lebih detail menggunakan instrumen pada satelit, pelampung samudra, kapal, dan radiosondes. Pengukuran ini digunakan dalam model matematika yang terbukti cukup baik dalam memprediksi El Niño dan La Niña sekitar enam bulan sebelumnya.
Monsun
Monsun mempengaruhi beberapa wilayah di seluruh dunia. Pada dasarnya, mereka adalah konsekuensi dari pemanasan diferensial permukaan tanah dan laut. Kontras suhu berkembang di musim panas, ketika daratan lebih panas daripada laut sekitarnya.
Monsun membawa hujan bagi miliaran orang, yang bergantung pada pengiriman kelembaban untuk pertanian dan sumber daya air lainnya.
Arctic Oscillation (AO) dan North Atlantic Oscillation (NAO)
Arctic Oscillation (AO) dan North Atlantic Oscillation (NAO) adalah ukuran kekuatan wilayah tekanan tinggi yang terjadi di lintang utara tinggi di musim dingin.
Saat tekanan ini bervariasi, demikian juga kekuatan dan stabilitas jet stream di lintang sedang, yang memperkenalkan fluktuasi penting dalam cuaca. AO dan NAO bervariasi dalam skala waktu harian, tetapi kondisi rata-rata tahunannya menunjukkan variasi dalam skala dekadal.
Pacific Decadal Oscillation
Pacific Decadal Oscillation (PDO) adalah pemanasan dan pendinginan SST di Samudra Pasifik utara 20°LU.
Selama fase positif PDO, suhu di bagian pusat dan timur Pasifik utara dingin, sementara suhu di sepanjang pantai barat Amerika Utara hangat. Pola ini berbalik selama fase negatif PDO.
Atlantic Multidecadal Oscillation
Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO) adalah pemanasan dan pendinginan SST di seluruh cekungan Samudra Atlantik di Belahan Bumi Utara.
Seluruh siklus tampaknya terjadi dalam empat hingga delapan dekade, meskipun catatan iklim AMO terlalu pendek untuk menggambarkan dengan tepat.
Referensi:
Climate change : the science of global warming and our energy future, Edmond A. Mathez and Jason E. Smerdon. Second edition. | New York : Columbia University Press, 2018
0 Comments
Terima kasih atas komentarnya. Mohon tidak meletakkan link hidup yah.