SlideShare a Scribd company logo
1 of 54
Interaction between Cloud Microphysics and
Cumulus Convection in a General Circulation Model
Laura D. Fowler and David A. Randall
(Journal of the Atmospheric Sciences, 2002)
Direview oleh
Andi S. Muttaqin (22412004)
Riza Adriat (22412008)
MK. Mikrofisika Awan dan Hujan
Sains Kebumian
2013
POKOK BAHASAN
Pengaruh Sirkulasi Umum Atmosfer
Pengaruh terhadap Konveksi
Percobaan Sensitivitas
Model Awan Kumulus
Persamaan Budget Skala-Besar
Pendahuluan
Pengaruh terhadap Proses Skala-Besar
Kesimpulan
PENDAHULUAN
Beberapa dekade terakhir parameterisasi dari moist proses dalam GCM
difokuskan dalam pengembangan interaksi realistik antara awan konvektif
dan awan stratiform.
Banyak usaha yang dilakukan untuk membuat persamaan prognostik yang
digunakan dalam menggambarkan perkembangan spasial dan temporal
dari uap air yang digunakan sebagai parameterisasi konveksi untuk
merepresentasikan formasi awan yang disebabkan oleh konveksi.
Tiedke (1993) menyatakan bahwa : “representasi formasi awan oleh
konveksi lebih mudah jika konveksi kumulus diparameterisasi
menggunakan skema flux massa”.
Colorado State University (CSU) General Circulation Model (GCM) menggunakan
parameterisasi konveksi yang berbasis AS74 (Arakawa and Schubert, 1974) dan
model awan Lord (1978) yang telah dimodifikasi.
http://www.egu.eu/awards-
medals/vilhelm-bjerknes/2010/akio-
arakawa/
Akio Arakawa
http://schubert.atmos.colostate.edu/pers
onnel/schubert.jpg
Schubert
http://www.ametsoc.org/boardpges/cwc
e/docs/profiles/LordStephenJ/profile.ht
ml
Lord
Tujuan dari studi ini adalah untuk mendapatkan
langkah awal dalam menggambarkan konvektif
dan proses mikrofisika awan dan hujan skala besar
dengan sebuah parametererisasi tunggal dengan
harapan mendapatkan parameterisasi yang lebih
realistik untuk interaksi antara awan konvektif dan
awan stratiform.
Selain itu kajian ini fokus terhadap sensitivitas dari model CSU GCM dengan
memperbolehkan adanya salju konvektif yang terbentuk didalam fase dingin
awan kumulus. Parameterisasi yang baru dibentuk disebut “EAUCUP”.
Aspek mikrofisika dari parameterisasi konveksi yang digunakan dalam model - model
iklim masih belum terlalu diperhatikan (Emanuel and Pierrehumbert, 1996). Padahal
kandungan uap air atmosfer sangat bergantung pada proses mikrofisika di dalam
konvektif dan awan stratiform.
http://kamusmeteorology.blogspot.com
Gambar 1. menunjukkan dua awan skala besar yang dibentuk dari proses
detrainment pada masing-masing puncaknya.
Dimana E adalah Entrainment yang merepresentasikan laju massa yang masuk dari
lingkungan baik yang bebas awan maupun berawan kedalam konvektif updraft. Jika
lingkungan adalah bebas awan, hanya moist statik energi dan uap air yang
mengalami entrainment. Sedangkan apabila lingkungan berawan maka moist statik
energy, uap air, cloud water dan cloud ice.
Detrainment merepresentasikan penyebaran massa pada puncak konvektif updraft
dilambangkan D.
Cloud water dan cloud ice yang
mengalami detrainment bertindak
sebagai sumber dari cloud water dan
cloud ice untuk parameterisasi
mikrofisika awan skala besar
(EAULIQ).
Pengaruh Sirkulasi Umum Atmosfer
Pengaruh terhadap Konveksi
Percobaan Sensitivitas
Model Awan Kumulus
Pendahuluan
Pengaruh terhadap Proses Skala-Besar
Kesimpulan
Persamaan Budget Skala-Besar
Persamaan kontinuitas pada permukaan sigma untuk konvektif, kondensasi skala besar
dan proses radiatif, bisa ditulis :
vq = mixing ratio uap air skala besar
= mixing rasio cloud water skala besar
= mixing rasio cloud ice skala besar
= mixing rasio rain skala besar
= mixing rasio snow skala besar
= laju perubahan didalam konveksi updraft
= kecenderungan proses kondensasi
cq
iq
rq
sq
      xxxxxx
SLSPqwgSCUPqqVq
t








 '***
'



  .....(1)
xSLSP
xSCUP
  = operator divergen di permukaan
= skala tekanan
= vektor angin horizontal
= kecepatan vertikal skala besar
= energi statis kering skala besar
= kecenderungan proses radiasi gelombang panjang dan pendek
*

V

      TTT
SRADSLSPswgSCUPssVs
t









''***




 
s
.....(2)
TSRAD
Transpor vertikal eddy dari spesies air dari awan kumulus untuk tipe
awan tunggal dan energi statis kering masing-masing dapat
ditunjukkan dengan
 xxccx
qqMqw '
'
vc
q = mixing rasio uap air di dalam awan
= mixing rasio cloud water di dalam awan
= mixing rasio cloud ice di dalam awan
= mixing rasio rain di dalam awan
= mixing rasio snow di dalam awan
= flux massa konvektif
= energi statis kering di dalam awan
cc
q
ic
q
rc
q
sc
q
c
M
c
s
 ssMsw cc
''
.....(3)
.....(4)
Profil vertikal flux massa η(λ) yang digunakan didalam AS74 yang awalnya
eksponensial dalam kajian ini diganti oleh profil linier :
untuk
dimana z = ketinggian updraft kumulus
= tinggi dasar awan
= level detrainment dari masing-masing awan kumulus
= jumlah entrainment pada puncak awan
     TOPB
zzz  1,
 DB
zzz 
Bz
 Dz
 TOP
.....(7)
Konveksi tidak dibatasi hanya dimulai dari puncak Planetary Boundary Layer (PBL),
tapi juga dimungkinkan mulai terjadi pada semua level di troposfer bebas
Flux massa konvektif diperoleh menggunakan persamaan ini :
      Bc
MzzM ,,  .....(8)
= flux massa dasar awan
= Profil vertikal flux massa
= laju entrainment fraksional
 BM
  ,z

Persamaan untuk mencari energi kinetik vertikal kumulus adalah :
       
 


D
B
K
AMK
dt
d
 .....(5)

 K
 BM
 D
Dimana, = laju entrainment fraksional
= integrasi vertikal energi kinetik kumulus
= flux massa dasar awan
= skala waktu disipasi
= fungsi kerja awan
Kemudian diasumsikan
dimana α adalah faktor konversi yang menghubungkan flux massa dasar awan
kumulus dengan energi kinetik kumulus.
    2
B
MK  .....(6)
 A
Pengaruh Sirkulasi Umum Atmosfer
Pengaruh terhadap Konveksi
Percobaan Sensitivitas
Model Awan Kumulus
Persamaan Budget Skala-Besar
Pendahuluan
Pengaruh terhadap Proses Skala-Besar
Kesimpulan
Lord (1978) mengasumsikan untuk tiap tipe awan konvergensi flux dari total air (uap
air ditambah cloud water dan cloud ice) bergantung pada entrainment total dari
lingkungan dan detrainment total pada puncak konvektif updraft dan produksi
hujan.
Lord (1978) mengasumsikan cloud water dan cloud
ice skala besar adalah nol maka entrainment total
dari lingkungan akan mengurangi: uap air, cloud
water dan cloud ice di dalam awan, sehingga
detrainment pada puncak awan dengan seketika
mengalami evaporasi.
Lord juga mengasumsikan fraksi air yang dibentuk dari konvektif updraft adalah
supercooled jadi akan meningkatkan produksi cloud ice. Fraksi air supercooled
tersebut bergantung dengan temperatur didalam awan dan jumlah air didalam
awan. Fraksi sisa dari cloud water itu terkonveksi menjadi hujan, yang akan jatuh
seketika ke permukaan.
Kehadiran EAUCUP dan EAULIQ memungkinkan entrainment, tidak hanya uap air
skala besar tapi juga cloud water dan cloud ice skala besar masuk kedalam konvektif
updraft. Ini juga diikuti detrainment tidak hanya dari konvektif uap air tapi juga
konvektif cloud water dan cloud ice yang membentuk anvil skala besar.
Ketika uap air, cloud water dan cloud ice naik keatas menuju puncak awan, disini
terjadi proses mikrofisika. Cloud water dan cloud ice yang berlebihan keluar dalam
bentuk hujan konvektif atau salju konvektif. EAUCUP mengizinkan adanya fraksi
kandungan es di dalam awan yang akan menjadi presipitasi dalam bentuk salju
konvektif.
Kemudian dihitung secara terpisah profil vertikal dari uap air, cloud water dan cloud
ice menggunakan :
   xcxxc
CUPqqz
z



 , .....(9)
Didefinisikan energi statis kering sebagai :s
gzTcs p

= temperatur skala besar
= ketinggian geopotensial
= kelembaban spesifik udara kering
T
gz
pc
.....(10)
dan menunjukkan energi statis virtual skala besar dan
generalisasi moist static energy, didefinisikan :
vs h
 sircvpv
qqqqqTcss  608.0 dan
 sifvc
qqLqLsh 
= Panas laten kondensasi
= Panas laten fusi
cL
fL
.....(11)
.....(12)
Ketika
L diinterpolasi linier sebagai fungsi
dan . Ketika temperatur
berada di ambang batas,
ditetapkan konsistensi digunakan
parameterisasi mikrofisika awan
skala besar (Fowler,1996).
CTC  020
cL
sL
Didefinisikan dan sebagai saturation moist static energi dan saturation
mixing ratio. Dimana : ,
adalah saturation mixing ratio yang berhubungan dengan dengan air ketika
dan ketika .
Pada temperature diantara , saturasi uap air diperoleh dari
interpolasi linear antara saturasi tekanan uap dengan hubungan antara air dan es.
dihitung menggunakan , dan L menjadi ketika dan menjadi
panas laten sublimasi ketika
sh vsq
vsq
CT  0
CTC  020 )(Tes
vsq
cL CT  0
sL
)(Tes
vsps
qLTch  .....(13)
CT  20
CT  20
Di dasar dari konvektif updraft diasumsikan :
0===
===
scrciic
cccvvcc
qqqq
qqqqhh
;
;;; .....(14)
  
 BiK
kkickBiK
ick
zz
hzhzz
h






,2/1
,2/1,2/1
,2/1
1
1


dan
  
  xc
BiK
xkkixckBiK
ixck SCUP
zz
qzqzz
q 






,2/1
,2/1,2/1
,2/1
1
1


.....(15)
.....(16)
Normalisasi flux massa dilakukan pendekatan dengan :
     kkickBiKickBiK hzhzzhzz    ,2/1,2/1,2/1,2/1 11
     xcxkkixckBiKixckBiK SCUPqzqzzqzz    ,2/1,2/1,2/1,2/1 11
Temperatur di dalam awan dapat dituliskan
  scicfc
p
c
qqLhh
c
TT 


1
11
.....(20)
 



1
vscvc
vc
qq
dq
Mixing ratio saturasi dihitung dengan pendekatan deret Taylor yaitu :
  scicfsc
c
vsvs
qqLhh
L
qq 


1
1 
 Dimana
P
vs
T
q









.....(19)
.....(18)
.....(17)
Laju perubahan mixing rasio :
Berikutnya akan dibagi jumlah dari air kondensat yang terbentuk didalam konvektif
updraft menjadi cloud water dan cloud ice sebagai fungsi ,kemudian
diperolehlah parameterisasi dari mikrofisika awan skala besar (Fowler et al,1996)
vcdq ccdq icdq cT
Diasumsikan
dimana didefinisikan :
jadi untuk dan, untuk
Didalam persamaan diatas adalah temperatur beku
dan batas terendah untuk supercooled cloud water
vccc
dqdq 
  vcic
dqdq  1

000
00
TT
TTc



0 00TTc  1 0TTc 
0T CT  00
00T CT  2000
.....(22)
.....(21)
.....(23)
Jumlah air dan es di dalam awan yang berubah menjadi hujan dihitung dengan
asumsi laju perubahan konversi adalah
 zc
zc
P



0
0
1
= ketebalan lapisan updraft
= 2 x 10-3 m-1
0c
z
.....(24)
  vccc
dqPdq  1
   vcic
dqPdq  11
vcrc
dqPdq 
  vcsc
dqPdq  1
.....(27)
.....(26)
.....(25)
.....(28)
Setelah terjadi hujan
Pengaruh Sirkulasi Umum Atmosfer
Pengaruh terhadap Konveksi
Percobaan Sensitivitas
Model Awan Kumulus
Persamaan Budget Skala-Besar
Pendahuluan
Pengaruh terhadap Proses Skala-Besar
Kesimpulan
Sebelumnya deskripsi dari model parameterisasi AS74 menjelaskan bahwa
hujan konvektif diasumsikan seketika jatuh ke tanah sedangkan asumsi
alternatif (EAUCUP) yang dibuat pada kajian ini adalah dengan
memperhatikkan salju yang terbentuk pada konvektif updraft.
Disini akan diinvestigasi sensitivitas siklus hidrologi dan sirkulasi umum
atmosfer untuk mendapatkan asumsi alternatif di dalam tiga percobaan
berikut :
1. Detsnow
2. Fallout
3. Fallin
Disini tidak ada proses kehilangan salju baik diluar maupun didalam updraft atau
mendapat tambahan salju dari entrainment dari pinggir updraft, didalam awan
moist static energy dipertahankan selama pertumbuhan awan.
Asumsi salju tersebut tumbuh di
puncak awan tanpa presipitasi,
ini sungguh ekstreme namun
tidak sepenuhnya tidak beralasan
sejak kita ketahui kecepatan
terminal dari salju pada
umumnya lebih kecil dari
kecepatan vertikal updraft jadi
salju tersebut akan tertekan
keatas menuju puncak awan.
Pada percobaan ini diasumsikan semua salju naik dan mengalami detrainment
pada puncak updraft. Salju yang mengalami detrainment digunakan sebagai
sumber parameterisasi mikrofisika awan skala besar
   scsc
CUPqz
z



 , = konversi cloud ice menjadi saljusc
CUP
DETSNOW
Disini diasumsikan suatu bentuk dimana salju konvektif dengan seketika jatuh
keluar dari konvektif updraft dimana salju tersebut menjadi sumber dari salju
untuk mikrofisika awan skala besar.
Suatu yang berbeda dengan Detsnow yang mana didalam awan moist static
energinya dipertahankan. Fallout meningkatkan moist static energi didalam
awan ketika kehilangan salju selama pertumbuhan updraft.
0' '








s
qw

FALLOUT
Pada percobaan terakhir salju konvektif diasumsikan jatuh seketika ke dasar updraft.
Dibawah dari dasar awan konvektif presipitasi salju mungkin menguap atau mencair.
Jika temperatur dasar awan lebih hangat dari es, salju akan mencair dan menjadi
hujan konvektif yang akan jatuh seketika ke permukaan.
Sama dengan fallout, disini tidak ada transpor vertikal dari sirkulasi konvektif dan
didalam awan moist static energi meningkat.
FALLIN
Detsnow dan Fallin adalah simulasi yang
memiliki batas ekstrem dari formasi dan
presipitasi hujan dan salju didalam konvektif
updraft yang sebenarnya. Asumsi salju tersebut
menjadi ekstrem karena detrainment tanpa
presipitasi atau hujan tanpa evaporasi seperti
tidak realistik.
Meskipun demikian ini dapat membantu untuk
penyelidikan terhadap sensitivitas dari simulasi
siklus hidrologi oleh CSU GCM dibawah asumsi
yang ekstrem.
a) Simulasi kolom-tunggal
b) Presipitasi
c) Kecenderungan konvektif
Pengaruh terhadap Sirkulasi Umum Atmosfer
Pengaruh terhadap Konveksi
Percobaan Sensitivitas
Model Awan Kumulus
Persamaan Budget Skala-Besar
Pendahuluan
Pengaruh terhadap Proses Skala-Besar
Kesimpulan
Sumber: www.cs.toronto.edu
a) Simulasi Kolom-Tunggal
Sebelum menerapkan pada model GCM, parameterisasi EAUCUP
diuji terlebih dahulu menggunakan versi model
kolom-tunggal dalam CSU GCM (SCM).
Salah satu masukan SCM adalah
kecenderungan advektif total yang didapat
dari observasi.
Observasi dilakukan pada Periode Observasi
Intensif (IOP) Juli 1995 di Southern Great Plains
(SGP) di bawah proyek Atmospheric Radiation
Measurement (ARM) (Stokes dan Schwartz,
1994).
IOP berlangsung selama 18 hari, bermula
00.00 UTC 18 Juli 1995 hingga 23.00 UTC pada
4 Agustus 1995.Sumber: http://library.ndsu.edu/
SCM merupakan model yang berguna untuk
menguji parameterisasi yang dikembangkan
untuk digunakan dalam model-model skala besar
(Randall et al, 1996).
ARM Climate Research Facility
o Kecenderungan advektif (temperatur
dan uap air)  ditentukan
menggunakan metode Revealed
forcing (Randall dan Cripe, 1999).
Penentuan Kecenderungan Advektif
(Randall dan Cripe, 1999)
Revealed
forcing
Horizontal
advective
forcing
Relaxation
forcing
Top of the
prognostic PBL
TooWARM
TooDRY
Perbedaanantara
FALLINdan
DETSNOW:kecil
b) Presipitasi
Global mean
January
DETSNOW FALLOUT FALLIN
Cumulus
precip.
0.81 0.75 1.33
Large-scale
precip.
2.15 2.17 1.62
Total precip. 2.96 2.92 2.95
Cumulus
incidence (%)
24.3 23.8 22.3
Global mean
July
DETSNOW FALLOUT FALLIN
Cumulus
precip.
0.93 0.87 1.49
Large-scale
precip.
2.22 2.25 1.66
Total precip. 3.15 3.12 3.15
Cumulus
incidence (%)
26.8 26.4 24.7
Table 1. Global means of cumulus, large-scale,
total precipitations, and cumulus
incidence simulated by DETSNOW,
FALLOUT, and FALLIN. Units are
millimeter per day for precipitation, and
percent for cumulus incidence.
25%
45%
75%
55%
Tujuan dari TRMM adalah menyediakan estimasi
global dari presipitasi kumulus dan skala-besar
(Kummerow et al, 1998, Simpson et al, 1996).
Partisi antara hujan konvektif dan skala-besar
dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu:
1. Brightness temperature (TRMM Microwave
Imager, TMI)
2. Reflectivity (Precipitation Radar, PR)
Gambar 10 menunjukkan data TRMM PR versi 5
yang dirata-rata antara Desember 1999 hingga
Februari 2000.
Total > (Convective + Stratiform) + Warm Rain
c) Kecenderungan Konvektif
      xxxxxx
SLSPqwgSCUPqqVq
t








 '***
'



 
      TTT
SRADSLSPswgSCUPssVs
t









''***




 
Heating
Moist static energy
Cloud ice +salju
Uap air
Pengaruh terhadap Sirkulasi Umum Atmosfer
Pengaruh terhadap Konveksi
Percobaan Sensitivitas
Model Awan Kumulus
Persamaan Budget Skala-Besar
Pendahuluan
Pengaruh terhadap Proses Skala-Besar
Kesimpulan
Seperti telah dijelaskan pada Bab 3 (Model Awan Kumulus), terdapat dua cara
interaksi antara proses EAUCUP dan EAULIQ.
EAUCUP memodifikasi EAULIQ
EAULIQ memodifikasi
EAUCUP
• Cloud water
• Cloud ice
• Snow
• Cloud water
• Cloud ice
• Snow
Large-scale
Selanjutnya akan dikaji mengenai kecenderungan skala besar dari temperatur
(large-scale heating rate), uap air (large-scale moistening rate), dan cloud ice +
snow, untuk simulasi DETSNOW, FALLOUT, dan FALLIN.
Convective Heating
Large-scale Cooling
Convective Drying
Large-scale Moistening
Convective Moistening
Large-scale Warming
Pengaruh terhadap Sirkulasi Umum Atmosfer
Pengaruh terhadap Konveksi
Percobaan Sensitivitas
Model Awan Kumulus
Persamaan Budget Skala-Besar
Pendahuluan
Pengaruh terhadap Proses Skala-Besar
Kesimpulan
Table 2. Global mean of vertically integrated cloud fraction (%), TOA outgoing longwave radiation,
and planetary albedo (%)
Global mean
January
DETSNOW FALLOUT FALLIN
Cloud
fraction (%)
83.3 81.5 78.4
OLR 207.2 209.3 214.0
Planetary
albedo (%)
35.9 34.9 32.8
Global mean
July
DETSNOW FALLOUT FALLIN
Cloud
fraction (%)
78.6 76.5 73.6
OLR 216.0 218.3 222.5
Planetary
albedo (%)
34.9 34.6 32.8
Pada bagian ini, akan dibahas pengaruh EAUCUP terhadap sirkulasi umum atmosfer.
Merubah kecenderungan cloud ice dan salju dari EAUCUP dan EAULIC akan secara
langsung mempengaruhi distribusi vertikal dari laju pemanasan gelombang panjang
dan pendek melalui perubahan keawanan troposfer-atas di antara tiga eksperimen
iklim.
Warming below
cloud-base
Cooling above
cloud-top
Net Warming
Net Cooling
Perbedaan hasil
simulasi terbesar
Iklim:
lebih basah Iklim:
lebih dingin
Too cold
Too Warm
Unrealistically
Strong westerly jet
Pengaruh terhadap Sirkulasi Umum Atmosfer
Pengaruh terhadap Konveksi
Percobaan Sensitivitas
Model Awan Kumulus
Persamaan Budget Skala-Besar
Pendahuluan
Pengaruh terhadap Proses Skala-Besar
Kesimpulan
Di dalam skema parameterisasi EAUCUP,
penulis telah mengambil langkah awal ke
arah peningkatan simulasi interaksi antara
proses skala-besar dan konvektif dengan
membiarkan cloud water dan cloude ice
skala-besar dapat masuk (entrained) ke
dalam updraft konvektif.
Unsur kunci untuk meningkatkan interaksi antara proses
konvektif dan proses-proses skala-besar (khususnya melalui
proses pembentukan anvil skala-besar) adalah:
 Menyertakan proses mikrofisika awan dan presipitasi yang sudah
ditingkatkan (improved) ke dalam parameterisasi konveksi.
Proses subsidensi dari cloud water, cloud ice, dan snow skala-besar
dimasukkan ke dalam perhitungan dari kecenderungan konvektif.
Selanjutnya, penulis menyelidiki bagaiman perlakuan terhadap salju
mengubah iklim dari model CSU GCM dengan membiarkan salju tersebar di
puncak awan, atau jatuh seketika di dalam atau di luar updraft konvektif.
Penulis juga telah mengambil langkah awal ke arah peningkatan proses
presipitasi dengan membiarkan fraksi dari cloud ice (yang terbentuk dalam
updraft konvektif) untuk menjadi salju, sebagai pengganti dari proses yang
hanya membiarkan semua cloud ice tersebar (detrained) di puncak awan.
o Hasil yang didapat dalam kajian ini mendukung
kesimpulan dari Emanuel dan Pierrehumbert
(1996) dan Emanuel dan Zivkovic-Rothman
(1999) bahwa skema konveksi kumulus yang
digunakan di dalam model-model iklim harus
menggambarkan proses mikrofisik dari
pembentukan presipitasi secara lebih detail,
khususnya untuk fase (awan) dingin.
o Pentingnya parameterisasi yang tepat dari fraksi
air terkondensasi yang menjadi presipitasi atau
tersebar (detrained) pada puncak awan
ditekankan dari hasil simulasi yang menunjukkan
perbedaan suhu dan RH (rata-rata zonal) antara
FALLOUT dan DETSNOW dan antara FALLIN dan
DETSNOW.
o Hasil utama yang didapat dalam kajian ini
menunjukkan bahwa iklim yang disimulasikan
dengan model CSU GCM sangat sensitif terhadap
perlakuan dari presipitasi untuk fase es.
o Penurunan presipitasi konvektif menghasilkan iklim yang lebih lembab namun lebih
dingin, seperti dalam perlakuan DETSNOW.
o Penulis mengusulkan bahwa perbedaan skala-waktu antara parameterisasi konveksi
dan kondensasi skala-besar, dan jumlah dari kondensat yang tersebar (detrained)
pada puncak updraft relatif terhadap jumlah yang menjadi presipitasi ke permukaan
menjelaskan perbedaan utama antara FALLIN dan DETSNOW.
Steve Platnick, NASA
o Entrainment dari cloud water dan cloud ice
skala-besar ke dalam updraft konvektif
mensimulasikan pertukaran massa antara
awan stratiform dan konvektif di dalam
sebuah kotak grid model.
o Perbaikan parameterisasai mikrofisika awan skala-besar (EAULIQ) yang saat ini
digunakan dengan parameterisasi lain yang memasukan persamaan prognostik
untuk fraksi awan horizontal akan membantu menghasilkan simulasi OLR dan
albedo planeter di puncak atmosfer (TOA) lebih dekat dengan nilai observasi.
o Menggunakan paramaeterisasi EAUCUP sebagai titik awal, beberapa hal dapat
diselidiki. Khususnya, peningkatan interaksi antara proses-proses skala-besar dan
konvektif melalui proses entrainment dari uap air, cloud water, dan cloud ice skala-
besar ke dalam updraft konvektif, dan subsidensi skala-besar, merupakan salah
satu unsur kunci dari parameterisasi fraksi keawanan
(EAULIQNG, Randall dan Fowler 1999).
www2.ucar.edu
Daftar Pustaka
Fowler, L.D., dan Randall, D.A. (2002) : Interactions between cloud
microphysics and cumulus convection in a GCM, J. of the Atm. Sci.,
59, 3074 – 3098 .
Terima Kasih
LAMPIRAN
Fowler et.al. (1996)
Fowler et.al. (1996)

More Related Content

What's hot

Bab 3 Sifat Volumetris
Bab 3 Sifat VolumetrisBab 3 Sifat Volumetris
Bab 3 Sifat Volumetris
galih
 
Laporan kimfis 1 kelompok i
Laporan kimfis 1 kelompok i Laporan kimfis 1 kelompok i
Laporan kimfis 1 kelompok i
Dede Suhendra
 
Evaporasi, transpirasi, evapotranspirasi
Evaporasi, transpirasi,  evapotranspirasiEvaporasi, transpirasi,  evapotranspirasi
Evaporasi, transpirasi, evapotranspirasi
Julia Maidar
 
Ppt.2. gas ideal & gas nyata
Ppt.2. gas ideal & gas nyataPpt.2. gas ideal & gas nyata
Ppt.2. gas ideal & gas nyata
revy44
 
1. new menerapkan hukum termodinamika
1. new menerapkan hukum termodinamika1. new menerapkan hukum termodinamika
1. new menerapkan hukum termodinamika
Ainia D'forezth
 

What's hot (20)

Persamaan gas ideal
Persamaan gas ideal Persamaan gas ideal
Persamaan gas ideal
 
Agroklimatologi Kelembaban udara
Agroklimatologi Kelembaban udaraAgroklimatologi Kelembaban udara
Agroklimatologi Kelembaban udara
 
Persamaan keadaan pertemuan iii)
Persamaan keadaan pertemuan iii)Persamaan keadaan pertemuan iii)
Persamaan keadaan pertemuan iii)
 
Isoterm gas 2
Isoterm gas 2Isoterm gas 2
Isoterm gas 2
 
Bab 3 Sifat Volumetris
Bab 3 Sifat VolumetrisBab 3 Sifat Volumetris
Bab 3 Sifat Volumetris
 
Ii.gas ideal
Ii.gas idealIi.gas ideal
Ii.gas ideal
 
Tugas resume termo
Tugas resume termoTugas resume termo
Tugas resume termo
 
Taqur latihan ukk 20142015 fisika xi
Taqur latihan ukk 20142015 fisika xiTaqur latihan ukk 20142015 fisika xi
Taqur latihan ukk 20142015 fisika xi
 
Kelembaban udara
Kelembaban udaraKelembaban udara
Kelembaban udara
 
Sistem Pengukuran Suhu dan Kelembaban Udara
Sistem Pengukuran Suhu dan Kelembaban UdaraSistem Pengukuran Suhu dan Kelembaban Udara
Sistem Pengukuran Suhu dan Kelembaban Udara
 
Iv suhu gtr
Iv suhu gtrIv suhu gtr
Iv suhu gtr
 
Design ac
Design acDesign ac
Design ac
 
Pengeringan (lanjutan)
Pengeringan (lanjutan)Pengeringan (lanjutan)
Pengeringan (lanjutan)
 
Termodinamika
TermodinamikaTermodinamika
Termodinamika
 
Laporan kimfis 1 kelompok i
Laporan kimfis 1 kelompok i Laporan kimfis 1 kelompok i
Laporan kimfis 1 kelompok i
 
Evaporasi, transpirasi, evapotranspirasi
Evaporasi, transpirasi,  evapotranspirasiEvaporasi, transpirasi,  evapotranspirasi
Evaporasi, transpirasi, evapotranspirasi
 
Ppt.2. gas ideal & gas nyata
Ppt.2. gas ideal & gas nyataPpt.2. gas ideal & gas nyata
Ppt.2. gas ideal & gas nyata
 
Makalah Gas Tidak Ideal (Real Gas)
Makalah Gas Tidak Ideal (Real Gas)Makalah Gas Tidak Ideal (Real Gas)
Makalah Gas Tidak Ideal (Real Gas)
 
1. new menerapkan hukum termodinamika
1. new menerapkan hukum termodinamika1. new menerapkan hukum termodinamika
1. new menerapkan hukum termodinamika
 
Kelompok 3
Kelompok 3Kelompok 3
Kelompok 3
 

Similar to Interaksi Mikrofisika Awan dan Konveksi Kumulus dalam model GCM

3.a awan dan-presipitasi
3.a awan dan-presipitasi3.a awan dan-presipitasi
3.a awan dan-presipitasi
selona
 
Soal meteo
Soal meteoSoal meteo
Soal meteo
nawridha
 
KESTABILAN ATMOSFERA DAN KERPASAN
KESTABILAN ATMOSFERA DAN KERPASANKESTABILAN ATMOSFERA DAN KERPASAN
KESTABILAN ATMOSFERA DAN KERPASAN
Asmawi Abdullah
 
1. Sharing-session-ESDM-_4.pdf
1. Sharing-session-ESDM-_4.pdf1. Sharing-session-ESDM-_4.pdf
1. Sharing-session-ESDM-_4.pdf
Dede Mulyaman
 

Similar to Interaksi Mikrofisika Awan dan Konveksi Kumulus dalam model GCM (20)

Konsolidasi primer pau
Konsolidasi primer pauKonsolidasi primer pau
Konsolidasi primer pau
 
Mektan bab 7
Mektan bab 7Mektan bab 7
Mektan bab 7
 
Dairi Atmos dan Hidrologi - KONSEP.docx
Dairi Atmos dan Hidrologi   - KONSEP.docxDairi Atmos dan Hidrologi   - KONSEP.docx
Dairi Atmos dan Hidrologi - KONSEP.docx
 
Tugas Review - Analysis of Rainfall Climate Variability in Saudi Arabia by U...
Tugas Review - Analysis of Rainfall Climate Variability in Saudi Arabia by U...Tugas Review - Analysis of Rainfall Climate Variability in Saudi Arabia by U...
Tugas Review - Analysis of Rainfall Climate Variability in Saudi Arabia by U...
 
Materi Evapotranspirasi Mata Kuliah Hidrlogi
Materi Evapotranspirasi Mata Kuliah HidrlogiMateri Evapotranspirasi Mata Kuliah Hidrlogi
Materi Evapotranspirasi Mata Kuliah Hidrlogi
 
FISIKA AWAN (1).pptx
FISIKA AWAN (1).pptxFISIKA AWAN (1).pptx
FISIKA AWAN (1).pptx
 
Sejatan, hujan, awan
Sejatan, hujan, awanSejatan, hujan, awan
Sejatan, hujan, awan
 
Gejala pasang dan drainase daerah rendah
Gejala pasang dan drainase daerah rendahGejala pasang dan drainase daerah rendah
Gejala pasang dan drainase daerah rendah
 
3.a awan dan-presipitasi
3.a awan dan-presipitasi3.a awan dan-presipitasi
3.a awan dan-presipitasi
 
K-4_GeoStudio_Solnum 3.pptx
K-4_GeoStudio_Solnum 3.pptxK-4_GeoStudio_Solnum 3.pptx
K-4_GeoStudio_Solnum 3.pptx
 
Tugas 1 ipba
Tugas 1 ipbaTugas 1 ipba
Tugas 1 ipba
 
Bab_5_Pembentukan_Awan.pptx
Bab_5_Pembentukan_Awan.pptxBab_5_Pembentukan_Awan.pptx
Bab_5_Pembentukan_Awan.pptx
 
Mtkpelangi
MtkpelangiMtkpelangi
Mtkpelangi
 
Pertemuan 8.pptx
Pertemuan 8.pptxPertemuan 8.pptx
Pertemuan 8.pptx
 
Soal meteo
Soal meteoSoal meteo
Soal meteo
 
KESTABILAN ATMOSFERA DAN KERPASAN
KESTABILAN ATMOSFERA DAN KERPASANKESTABILAN ATMOSFERA DAN KERPASAN
KESTABILAN ATMOSFERA DAN KERPASAN
 
perpan 2
perpan 2perpan 2
perpan 2
 
1. Sharing-session-ESDM-_4.pdf
1. Sharing-session-ESDM-_4.pdf1. Sharing-session-ESDM-_4.pdf
1. Sharing-session-ESDM-_4.pdf
 
Bab ii sistem_vakum
Bab ii sistem_vakumBab ii sistem_vakum
Bab ii sistem_vakum
 
Bab ii sistem_vakum
Bab ii sistem_vakumBab ii sistem_vakum
Bab ii sistem_vakum
 

Recently uploaded

Analisis varinasi (anova) dua arah dengan interaksi
Analisis varinasi (anova) dua arah dengan interaksiAnalisis varinasi (anova) dua arah dengan interaksi
Analisis varinasi (anova) dua arah dengan interaksi
MemenAzmi1
 

Recently uploaded (11)

tranformasi energi atau perubahan energi
tranformasi energi atau perubahan energitranformasi energi atau perubahan energi
tranformasi energi atau perubahan energi
 
Uji hipotesis, prosedur hipotesis, dan analisis data
Uji hipotesis, prosedur hipotesis, dan analisis dataUji hipotesis, prosedur hipotesis, dan analisis data
Uji hipotesis, prosedur hipotesis, dan analisis data
 
e-Book Persepsi dan Adopsi-Rachmat Hendayana.pdf
e-Book Persepsi dan Adopsi-Rachmat Hendayana.pdfe-Book Persepsi dan Adopsi-Rachmat Hendayana.pdf
e-Book Persepsi dan Adopsi-Rachmat Hendayana.pdf
 
bagian 2 pengujian hipotesis deskriptif 1 sampel
bagian 2 pengujian hipotesis deskriptif 1 sampelbagian 2 pengujian hipotesis deskriptif 1 sampel
bagian 2 pengujian hipotesis deskriptif 1 sampel
 
Analisis varinasi (anova) dua arah dengan interaksi
Analisis varinasi (anova) dua arah dengan interaksiAnalisis varinasi (anova) dua arah dengan interaksi
Analisis varinasi (anova) dua arah dengan interaksi
 
Dana Setiawan (Paparan terkait Konstruksi Jalan )
Dana Setiawan   (Paparan terkait Konstruksi Jalan )Dana Setiawan   (Paparan terkait Konstruksi Jalan )
Dana Setiawan (Paparan terkait Konstruksi Jalan )
 
PERCOBAAN 3 Dissolved Oxygen-Kimia Lingkungan.docx
PERCOBAAN 3 Dissolved Oxygen-Kimia Lingkungan.docxPERCOBAAN 3 Dissolved Oxygen-Kimia Lingkungan.docx
PERCOBAAN 3 Dissolved Oxygen-Kimia Lingkungan.docx
 
Petunjuk Teknis Penggunaan Aplikasi OSNK 2024
Petunjuk Teknis Penggunaan Aplikasi OSNK 2024Petunjuk Teknis Penggunaan Aplikasi OSNK 2024
Petunjuk Teknis Penggunaan Aplikasi OSNK 2024
 
PPT KLONING (Domba Dolly), perkembangan kloning hewan, mekanisme kloning hewa...
PPT KLONING (Domba Dolly), perkembangan kloning hewan, mekanisme kloning hewa...PPT KLONING (Domba Dolly), perkembangan kloning hewan, mekanisme kloning hewa...
PPT KLONING (Domba Dolly), perkembangan kloning hewan, mekanisme kloning hewa...
 
MATERI IPA KELAS 9 SMP: BIOTEKNOLOGI ppt
MATERI IPA KELAS 9 SMP: BIOTEKNOLOGI pptMATERI IPA KELAS 9 SMP: BIOTEKNOLOGI ppt
MATERI IPA KELAS 9 SMP: BIOTEKNOLOGI ppt
 
Lampiran 4 _ Lembar Kerja Rencana Pengembangan Kompetensi DIri_Titin Solikhah...
Lampiran 4 _ Lembar Kerja Rencana Pengembangan Kompetensi DIri_Titin Solikhah...Lampiran 4 _ Lembar Kerja Rencana Pengembangan Kompetensi DIri_Titin Solikhah...
Lampiran 4 _ Lembar Kerja Rencana Pengembangan Kompetensi DIri_Titin Solikhah...
 

Interaksi Mikrofisika Awan dan Konveksi Kumulus dalam model GCM

  • 1. Interaction between Cloud Microphysics and Cumulus Convection in a General Circulation Model Laura D. Fowler and David A. Randall (Journal of the Atmospheric Sciences, 2002) Direview oleh Andi S. Muttaqin (22412004) Riza Adriat (22412008) MK. Mikrofisika Awan dan Hujan Sains Kebumian 2013
  • 2. POKOK BAHASAN Pengaruh Sirkulasi Umum Atmosfer Pengaruh terhadap Konveksi Percobaan Sensitivitas Model Awan Kumulus Persamaan Budget Skala-Besar Pendahuluan Pengaruh terhadap Proses Skala-Besar Kesimpulan
  • 3. PENDAHULUAN Beberapa dekade terakhir parameterisasi dari moist proses dalam GCM difokuskan dalam pengembangan interaksi realistik antara awan konvektif dan awan stratiform. Banyak usaha yang dilakukan untuk membuat persamaan prognostik yang digunakan dalam menggambarkan perkembangan spasial dan temporal dari uap air yang digunakan sebagai parameterisasi konveksi untuk merepresentasikan formasi awan yang disebabkan oleh konveksi. Tiedke (1993) menyatakan bahwa : “representasi formasi awan oleh konveksi lebih mudah jika konveksi kumulus diparameterisasi menggunakan skema flux massa”.
  • 4. Colorado State University (CSU) General Circulation Model (GCM) menggunakan parameterisasi konveksi yang berbasis AS74 (Arakawa and Schubert, 1974) dan model awan Lord (1978) yang telah dimodifikasi. http://www.egu.eu/awards- medals/vilhelm-bjerknes/2010/akio- arakawa/ Akio Arakawa http://schubert.atmos.colostate.edu/pers onnel/schubert.jpg Schubert http://www.ametsoc.org/boardpges/cwc e/docs/profiles/LordStephenJ/profile.ht ml Lord
  • 5. Tujuan dari studi ini adalah untuk mendapatkan langkah awal dalam menggambarkan konvektif dan proses mikrofisika awan dan hujan skala besar dengan sebuah parametererisasi tunggal dengan harapan mendapatkan parameterisasi yang lebih realistik untuk interaksi antara awan konvektif dan awan stratiform. Selain itu kajian ini fokus terhadap sensitivitas dari model CSU GCM dengan memperbolehkan adanya salju konvektif yang terbentuk didalam fase dingin awan kumulus. Parameterisasi yang baru dibentuk disebut “EAUCUP”. Aspek mikrofisika dari parameterisasi konveksi yang digunakan dalam model - model iklim masih belum terlalu diperhatikan (Emanuel and Pierrehumbert, 1996). Padahal kandungan uap air atmosfer sangat bergantung pada proses mikrofisika di dalam konvektif dan awan stratiform. http://kamusmeteorology.blogspot.com
  • 6. Gambar 1. menunjukkan dua awan skala besar yang dibentuk dari proses detrainment pada masing-masing puncaknya. Dimana E adalah Entrainment yang merepresentasikan laju massa yang masuk dari lingkungan baik yang bebas awan maupun berawan kedalam konvektif updraft. Jika lingkungan adalah bebas awan, hanya moist statik energi dan uap air yang mengalami entrainment. Sedangkan apabila lingkungan berawan maka moist statik energy, uap air, cloud water dan cloud ice. Detrainment merepresentasikan penyebaran massa pada puncak konvektif updraft dilambangkan D. Cloud water dan cloud ice yang mengalami detrainment bertindak sebagai sumber dari cloud water dan cloud ice untuk parameterisasi mikrofisika awan skala besar (EAULIQ).
  • 7. Pengaruh Sirkulasi Umum Atmosfer Pengaruh terhadap Konveksi Percobaan Sensitivitas Model Awan Kumulus Pendahuluan Pengaruh terhadap Proses Skala-Besar Kesimpulan Persamaan Budget Skala-Besar
  • 8. Persamaan kontinuitas pada permukaan sigma untuk konvektif, kondensasi skala besar dan proses radiatif, bisa ditulis : vq = mixing ratio uap air skala besar = mixing rasio cloud water skala besar = mixing rasio cloud ice skala besar = mixing rasio rain skala besar = mixing rasio snow skala besar = laju perubahan didalam konveksi updraft = kecenderungan proses kondensasi cq iq rq sq       xxxxxx SLSPqwgSCUPqqVq t          '*** '      .....(1) xSLSP xSCUP   = operator divergen di permukaan = skala tekanan = vektor angin horizontal = kecepatan vertikal skala besar = energi statis kering skala besar = kecenderungan proses radiasi gelombang panjang dan pendek *  V        TTT SRADSLSPswgSCUPssVs t          ''***       s .....(2) TSRAD
  • 9. Transpor vertikal eddy dari spesies air dari awan kumulus untuk tipe awan tunggal dan energi statis kering masing-masing dapat ditunjukkan dengan  xxccx qqMqw ' ' vc q = mixing rasio uap air di dalam awan = mixing rasio cloud water di dalam awan = mixing rasio cloud ice di dalam awan = mixing rasio rain di dalam awan = mixing rasio snow di dalam awan = flux massa konvektif = energi statis kering di dalam awan cc q ic q rc q sc q c M c s  ssMsw cc '' .....(3) .....(4)
  • 10. Profil vertikal flux massa η(λ) yang digunakan didalam AS74 yang awalnya eksponensial dalam kajian ini diganti oleh profil linier : untuk dimana z = ketinggian updraft kumulus = tinggi dasar awan = level detrainment dari masing-masing awan kumulus = jumlah entrainment pada puncak awan      TOPB zzz  1,  DB zzz  Bz  Dz  TOP .....(7) Konveksi tidak dibatasi hanya dimulai dari puncak Planetary Boundary Layer (PBL), tapi juga dimungkinkan mulai terjadi pada semua level di troposfer bebas Flux massa konvektif diperoleh menggunakan persamaan ini :       Bc MzzM ,,  .....(8) = flux massa dasar awan = Profil vertikal flux massa = laju entrainment fraksional  BM   ,z 
  • 11. Persamaan untuk mencari energi kinetik vertikal kumulus adalah :             D B K AMK dt d  .....(5)   K  BM  D Dimana, = laju entrainment fraksional = integrasi vertikal energi kinetik kumulus = flux massa dasar awan = skala waktu disipasi = fungsi kerja awan Kemudian diasumsikan dimana α adalah faktor konversi yang menghubungkan flux massa dasar awan kumulus dengan energi kinetik kumulus.     2 B MK  .....(6)  A
  • 12. Pengaruh Sirkulasi Umum Atmosfer Pengaruh terhadap Konveksi Percobaan Sensitivitas Model Awan Kumulus Persamaan Budget Skala-Besar Pendahuluan Pengaruh terhadap Proses Skala-Besar Kesimpulan
  • 13. Lord (1978) mengasumsikan untuk tiap tipe awan konvergensi flux dari total air (uap air ditambah cloud water dan cloud ice) bergantung pada entrainment total dari lingkungan dan detrainment total pada puncak konvektif updraft dan produksi hujan. Lord (1978) mengasumsikan cloud water dan cloud ice skala besar adalah nol maka entrainment total dari lingkungan akan mengurangi: uap air, cloud water dan cloud ice di dalam awan, sehingga detrainment pada puncak awan dengan seketika mengalami evaporasi. Lord juga mengasumsikan fraksi air yang dibentuk dari konvektif updraft adalah supercooled jadi akan meningkatkan produksi cloud ice. Fraksi air supercooled tersebut bergantung dengan temperatur didalam awan dan jumlah air didalam awan. Fraksi sisa dari cloud water itu terkonveksi menjadi hujan, yang akan jatuh seketika ke permukaan.
  • 14. Kehadiran EAUCUP dan EAULIQ memungkinkan entrainment, tidak hanya uap air skala besar tapi juga cloud water dan cloud ice skala besar masuk kedalam konvektif updraft. Ini juga diikuti detrainment tidak hanya dari konvektif uap air tapi juga konvektif cloud water dan cloud ice yang membentuk anvil skala besar. Ketika uap air, cloud water dan cloud ice naik keatas menuju puncak awan, disini terjadi proses mikrofisika. Cloud water dan cloud ice yang berlebihan keluar dalam bentuk hujan konvektif atau salju konvektif. EAUCUP mengizinkan adanya fraksi kandungan es di dalam awan yang akan menjadi presipitasi dalam bentuk salju konvektif. Kemudian dihitung secara terpisah profil vertikal dari uap air, cloud water dan cloud ice menggunakan :    xcxxc CUPqqz z     , .....(9) Didefinisikan energi statis kering sebagai :s gzTcs p  = temperatur skala besar = ketinggian geopotensial = kelembaban spesifik udara kering T gz pc .....(10)
  • 15. dan menunjukkan energi statis virtual skala besar dan generalisasi moist static energy, didefinisikan : vs h  sircvpv qqqqqTcss  608.0 dan  sifvc qqLqLsh  = Panas laten kondensasi = Panas laten fusi cL fL .....(11) .....(12)
  • 16. Ketika L diinterpolasi linier sebagai fungsi dan . Ketika temperatur berada di ambang batas, ditetapkan konsistensi digunakan parameterisasi mikrofisika awan skala besar (Fowler,1996). CTC  020 cL sL Didefinisikan dan sebagai saturation moist static energi dan saturation mixing ratio. Dimana : , adalah saturation mixing ratio yang berhubungan dengan dengan air ketika dan ketika . Pada temperature diantara , saturasi uap air diperoleh dari interpolasi linear antara saturasi tekanan uap dengan hubungan antara air dan es. dihitung menggunakan , dan L menjadi ketika dan menjadi panas laten sublimasi ketika sh vsq vsq CT  0 CTC  020 )(Tes vsq cL CT  0 sL )(Tes vsps qLTch  .....(13) CT  20 CT  20
  • 17. Di dasar dari konvektif updraft diasumsikan : 0=== === scrciic cccvvcc qqqq qqqqhh ; ;;; .....(14)     BiK kkickBiK ick zz hzhzz h       ,2/1 ,2/1,2/1 ,2/1 1 1   dan      xc BiK xkkixckBiK ixck SCUP zz qzqzz q        ,2/1 ,2/1,2/1 ,2/1 1 1   .....(15) .....(16) Normalisasi flux massa dilakukan pendekatan dengan :      kkickBiKickBiK hzhzzhzz    ,2/1,2/1,2/1,2/1 11      xcxkkixckBiKixckBiK SCUPqzqzzqzz    ,2/1,2/1,2/1,2/1 11
  • 18. Temperatur di dalam awan dapat dituliskan   scicfc p c qqLhh c TT    1 11 .....(20)      1 vscvc vc qq dq Mixing ratio saturasi dihitung dengan pendekatan deret Taylor yaitu :   scicfsc c vsvs qqLhh L qq    1 1   Dimana P vs T q          .....(19) .....(18) .....(17) Laju perubahan mixing rasio :
  • 19. Berikutnya akan dibagi jumlah dari air kondensat yang terbentuk didalam konvektif updraft menjadi cloud water dan cloud ice sebagai fungsi ,kemudian diperolehlah parameterisasi dari mikrofisika awan skala besar (Fowler et al,1996) vcdq ccdq icdq cT Diasumsikan dimana didefinisikan : jadi untuk dan, untuk Didalam persamaan diatas adalah temperatur beku dan batas terendah untuk supercooled cloud water vccc dqdq    vcic dqdq  1  000 00 TT TTc    0 00TTc  1 0TTc  0T CT  00 00T CT  2000 .....(22) .....(21) .....(23)
  • 20. Jumlah air dan es di dalam awan yang berubah menjadi hujan dihitung dengan asumsi laju perubahan konversi adalah  zc zc P    0 0 1 = ketebalan lapisan updraft = 2 x 10-3 m-1 0c z .....(24)   vccc dqPdq  1    vcic dqPdq  11 vcrc dqPdq    vcsc dqPdq  1 .....(27) .....(26) .....(25) .....(28) Setelah terjadi hujan
  • 21. Pengaruh Sirkulasi Umum Atmosfer Pengaruh terhadap Konveksi Percobaan Sensitivitas Model Awan Kumulus Persamaan Budget Skala-Besar Pendahuluan Pengaruh terhadap Proses Skala-Besar Kesimpulan
  • 22. Sebelumnya deskripsi dari model parameterisasi AS74 menjelaskan bahwa hujan konvektif diasumsikan seketika jatuh ke tanah sedangkan asumsi alternatif (EAUCUP) yang dibuat pada kajian ini adalah dengan memperhatikkan salju yang terbentuk pada konvektif updraft. Disini akan diinvestigasi sensitivitas siklus hidrologi dan sirkulasi umum atmosfer untuk mendapatkan asumsi alternatif di dalam tiga percobaan berikut : 1. Detsnow 2. Fallout 3. Fallin
  • 23. Disini tidak ada proses kehilangan salju baik diluar maupun didalam updraft atau mendapat tambahan salju dari entrainment dari pinggir updraft, didalam awan moist static energy dipertahankan selama pertumbuhan awan. Asumsi salju tersebut tumbuh di puncak awan tanpa presipitasi, ini sungguh ekstreme namun tidak sepenuhnya tidak beralasan sejak kita ketahui kecepatan terminal dari salju pada umumnya lebih kecil dari kecepatan vertikal updraft jadi salju tersebut akan tertekan keatas menuju puncak awan. Pada percobaan ini diasumsikan semua salju naik dan mengalami detrainment pada puncak updraft. Salju yang mengalami detrainment digunakan sebagai sumber parameterisasi mikrofisika awan skala besar    scsc CUPqz z     , = konversi cloud ice menjadi saljusc CUP DETSNOW
  • 24. Disini diasumsikan suatu bentuk dimana salju konvektif dengan seketika jatuh keluar dari konvektif updraft dimana salju tersebut menjadi sumber dari salju untuk mikrofisika awan skala besar. Suatu yang berbeda dengan Detsnow yang mana didalam awan moist static energinya dipertahankan. Fallout meningkatkan moist static energi didalam awan ketika kehilangan salju selama pertumbuhan updraft. 0' '         s qw  FALLOUT
  • 25. Pada percobaan terakhir salju konvektif diasumsikan jatuh seketika ke dasar updraft. Dibawah dari dasar awan konvektif presipitasi salju mungkin menguap atau mencair. Jika temperatur dasar awan lebih hangat dari es, salju akan mencair dan menjadi hujan konvektif yang akan jatuh seketika ke permukaan. Sama dengan fallout, disini tidak ada transpor vertikal dari sirkulasi konvektif dan didalam awan moist static energi meningkat. FALLIN Detsnow dan Fallin adalah simulasi yang memiliki batas ekstrem dari formasi dan presipitasi hujan dan salju didalam konvektif updraft yang sebenarnya. Asumsi salju tersebut menjadi ekstrem karena detrainment tanpa presipitasi atau hujan tanpa evaporasi seperti tidak realistik. Meskipun demikian ini dapat membantu untuk penyelidikan terhadap sensitivitas dari simulasi siklus hidrologi oleh CSU GCM dibawah asumsi yang ekstrem.
  • 26. a) Simulasi kolom-tunggal b) Presipitasi c) Kecenderungan konvektif Pengaruh terhadap Sirkulasi Umum Atmosfer Pengaruh terhadap Konveksi Percobaan Sensitivitas Model Awan Kumulus Persamaan Budget Skala-Besar Pendahuluan Pengaruh terhadap Proses Skala-Besar Kesimpulan
  • 27. Sumber: www.cs.toronto.edu a) Simulasi Kolom-Tunggal Sebelum menerapkan pada model GCM, parameterisasi EAUCUP diuji terlebih dahulu menggunakan versi model kolom-tunggal dalam CSU GCM (SCM). Salah satu masukan SCM adalah kecenderungan advektif total yang didapat dari observasi. Observasi dilakukan pada Periode Observasi Intensif (IOP) Juli 1995 di Southern Great Plains (SGP) di bawah proyek Atmospheric Radiation Measurement (ARM) (Stokes dan Schwartz, 1994). IOP berlangsung selama 18 hari, bermula 00.00 UTC 18 Juli 1995 hingga 23.00 UTC pada 4 Agustus 1995.Sumber: http://library.ndsu.edu/ SCM merupakan model yang berguna untuk menguji parameterisasi yang dikembangkan untuk digunakan dalam model-model skala besar (Randall et al, 1996).
  • 29. o Kecenderungan advektif (temperatur dan uap air)  ditentukan menggunakan metode Revealed forcing (Randall dan Cripe, 1999). Penentuan Kecenderungan Advektif (Randall dan Cripe, 1999) Revealed forcing Horizontal advective forcing Relaxation forcing
  • 30. Top of the prognostic PBL TooWARM TooDRY Perbedaanantara FALLINdan DETSNOW:kecil
  • 31. b) Presipitasi Global mean January DETSNOW FALLOUT FALLIN Cumulus precip. 0.81 0.75 1.33 Large-scale precip. 2.15 2.17 1.62 Total precip. 2.96 2.92 2.95 Cumulus incidence (%) 24.3 23.8 22.3 Global mean July DETSNOW FALLOUT FALLIN Cumulus precip. 0.93 0.87 1.49 Large-scale precip. 2.22 2.25 1.66 Total precip. 3.15 3.12 3.15 Cumulus incidence (%) 26.8 26.4 24.7 Table 1. Global means of cumulus, large-scale, total precipitations, and cumulus incidence simulated by DETSNOW, FALLOUT, and FALLIN. Units are millimeter per day for precipitation, and percent for cumulus incidence.
  • 32.
  • 34.
  • 35. Tujuan dari TRMM adalah menyediakan estimasi global dari presipitasi kumulus dan skala-besar (Kummerow et al, 1998, Simpson et al, 1996). Partisi antara hujan konvektif dan skala-besar dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu: 1. Brightness temperature (TRMM Microwave Imager, TMI) 2. Reflectivity (Precipitation Radar, PR) Gambar 10 menunjukkan data TRMM PR versi 5 yang dirata-rata antara Desember 1999 hingga Februari 2000. Total > (Convective + Stratiform) + Warm Rain
  • 36. c) Kecenderungan Konvektif       xxxxxx SLSPqwgSCUPqqVq t          '*** '            TTT SRADSLSPswgSCUPssVs t          ''***      
  • 37. Heating Moist static energy Cloud ice +salju Uap air
  • 38.
  • 39. Pengaruh terhadap Sirkulasi Umum Atmosfer Pengaruh terhadap Konveksi Percobaan Sensitivitas Model Awan Kumulus Persamaan Budget Skala-Besar Pendahuluan Pengaruh terhadap Proses Skala-Besar Kesimpulan
  • 40. Seperti telah dijelaskan pada Bab 3 (Model Awan Kumulus), terdapat dua cara interaksi antara proses EAUCUP dan EAULIQ. EAUCUP memodifikasi EAULIQ EAULIQ memodifikasi EAUCUP • Cloud water • Cloud ice • Snow • Cloud water • Cloud ice • Snow Large-scale Selanjutnya akan dikaji mengenai kecenderungan skala besar dari temperatur (large-scale heating rate), uap air (large-scale moistening rate), dan cloud ice + snow, untuk simulasi DETSNOW, FALLOUT, dan FALLIN.
  • 41. Convective Heating Large-scale Cooling Convective Drying Large-scale Moistening Convective Moistening Large-scale Warming
  • 42. Pengaruh terhadap Sirkulasi Umum Atmosfer Pengaruh terhadap Konveksi Percobaan Sensitivitas Model Awan Kumulus Persamaan Budget Skala-Besar Pendahuluan Pengaruh terhadap Proses Skala-Besar Kesimpulan
  • 43. Table 2. Global mean of vertically integrated cloud fraction (%), TOA outgoing longwave radiation, and planetary albedo (%) Global mean January DETSNOW FALLOUT FALLIN Cloud fraction (%) 83.3 81.5 78.4 OLR 207.2 209.3 214.0 Planetary albedo (%) 35.9 34.9 32.8 Global mean July DETSNOW FALLOUT FALLIN Cloud fraction (%) 78.6 76.5 73.6 OLR 216.0 218.3 222.5 Planetary albedo (%) 34.9 34.6 32.8 Pada bagian ini, akan dibahas pengaruh EAUCUP terhadap sirkulasi umum atmosfer. Merubah kecenderungan cloud ice dan salju dari EAUCUP dan EAULIC akan secara langsung mempengaruhi distribusi vertikal dari laju pemanasan gelombang panjang dan pendek melalui perubahan keawanan troposfer-atas di antara tiga eksperimen iklim.
  • 47. Pengaruh terhadap Sirkulasi Umum Atmosfer Pengaruh terhadap Konveksi Percobaan Sensitivitas Model Awan Kumulus Persamaan Budget Skala-Besar Pendahuluan Pengaruh terhadap Proses Skala-Besar Kesimpulan
  • 48. Di dalam skema parameterisasi EAUCUP, penulis telah mengambil langkah awal ke arah peningkatan simulasi interaksi antara proses skala-besar dan konvektif dengan membiarkan cloud water dan cloude ice skala-besar dapat masuk (entrained) ke dalam updraft konvektif. Unsur kunci untuk meningkatkan interaksi antara proses konvektif dan proses-proses skala-besar (khususnya melalui proses pembentukan anvil skala-besar) adalah:  Menyertakan proses mikrofisika awan dan presipitasi yang sudah ditingkatkan (improved) ke dalam parameterisasi konveksi. Proses subsidensi dari cloud water, cloud ice, dan snow skala-besar dimasukkan ke dalam perhitungan dari kecenderungan konvektif. Selanjutnya, penulis menyelidiki bagaiman perlakuan terhadap salju mengubah iklim dari model CSU GCM dengan membiarkan salju tersebar di puncak awan, atau jatuh seketika di dalam atau di luar updraft konvektif. Penulis juga telah mengambil langkah awal ke arah peningkatan proses presipitasi dengan membiarkan fraksi dari cloud ice (yang terbentuk dalam updraft konvektif) untuk menjadi salju, sebagai pengganti dari proses yang hanya membiarkan semua cloud ice tersebar (detrained) di puncak awan.
  • 49. o Hasil yang didapat dalam kajian ini mendukung kesimpulan dari Emanuel dan Pierrehumbert (1996) dan Emanuel dan Zivkovic-Rothman (1999) bahwa skema konveksi kumulus yang digunakan di dalam model-model iklim harus menggambarkan proses mikrofisik dari pembentukan presipitasi secara lebih detail, khususnya untuk fase (awan) dingin. o Pentingnya parameterisasi yang tepat dari fraksi air terkondensasi yang menjadi presipitasi atau tersebar (detrained) pada puncak awan ditekankan dari hasil simulasi yang menunjukkan perbedaan suhu dan RH (rata-rata zonal) antara FALLOUT dan DETSNOW dan antara FALLIN dan DETSNOW. o Hasil utama yang didapat dalam kajian ini menunjukkan bahwa iklim yang disimulasikan dengan model CSU GCM sangat sensitif terhadap perlakuan dari presipitasi untuk fase es. o Penurunan presipitasi konvektif menghasilkan iklim yang lebih lembab namun lebih dingin, seperti dalam perlakuan DETSNOW. o Penulis mengusulkan bahwa perbedaan skala-waktu antara parameterisasi konveksi dan kondensasi skala-besar, dan jumlah dari kondensat yang tersebar (detrained) pada puncak updraft relatif terhadap jumlah yang menjadi presipitasi ke permukaan menjelaskan perbedaan utama antara FALLIN dan DETSNOW. Steve Platnick, NASA
  • 50. o Entrainment dari cloud water dan cloud ice skala-besar ke dalam updraft konvektif mensimulasikan pertukaran massa antara awan stratiform dan konvektif di dalam sebuah kotak grid model. o Perbaikan parameterisasai mikrofisika awan skala-besar (EAULIQ) yang saat ini digunakan dengan parameterisasi lain yang memasukan persamaan prognostik untuk fraksi awan horizontal akan membantu menghasilkan simulasi OLR dan albedo planeter di puncak atmosfer (TOA) lebih dekat dengan nilai observasi. o Menggunakan paramaeterisasi EAUCUP sebagai titik awal, beberapa hal dapat diselidiki. Khususnya, peningkatan interaksi antara proses-proses skala-besar dan konvektif melalui proses entrainment dari uap air, cloud water, dan cloud ice skala- besar ke dalam updraft konvektif, dan subsidensi skala-besar, merupakan salah satu unsur kunci dari parameterisasi fraksi keawanan (EAULIQNG, Randall dan Fowler 1999). www2.ucar.edu
  • 51. Daftar Pustaka Fowler, L.D., dan Randall, D.A. (2002) : Interactions between cloud microphysics and cumulus convection in a GCM, J. of the Atm. Sci., 59, 3074 – 3098 .