Afiq Mahasin 2605012013 0084 Ose A Laporan Resmi Arus Ekman PDF

Preview

Summary

TUGAS PENDAHULUAN PRAKTIKUM ARUS LAUTMODUL 1ARUS EKMANOleh: Afiq Mahasin 26050120130084 Oseanografi A Koordinator Praktikum: Dr. Kunarso, ST, MSi. NIP. 19690525 199603 1 002 Tim Asisten : Deera Herdi Mardhiyah 26050119130067 Ahmad Fai’q Indra Susilo 26050119130057 Ebenezer Michael Dave 2605011913011...

Description

TUGAS PENDAHULUAN PRAKTIKUM ARUS LAUT MODUL 1 ARUS EKMAN

Oleh: Afiq Mahasin 26050120130084 Oseanografi A Koordinator Praktikum: Dr. Kunarso, ST, MSi. NIP. 19690525 199603 1 002 Tim Asisten : Deera Herdi Mardhiyah Ahmad Fai’q Indra Susilo Ebenezer Michael Dave Riyanti Maharani Ilyas Siti Hamidah Petrik Siano Okta Prima L. Ferancha Retika Riska Widyah Ningrum Salma Nabila Khairunnisa Ramadoni Khirtin Eka Salma Afifah Putri Arij Kemala Yasmin R. Amalia Sekar A. Kurnia Fajar Hidayat

26050119130067 26050119130057 26050119130119 26050119120014 26050119120018 26050119130125 26050119130049 26050119120002 26050119130063 26050119130079 26050119120010 26050119140144 26050119130135 26050119130104

DEPARTEMEN OSEANOGRAFI FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG 2021

Lembar Pengesahan Modul 1 : Arus Ekman

No

Keterangan

1

Pendahuluan

2

Tinjauan Pustaka

3

Materi Metode

4

Hasil

5

Pembahasan

6

Penutup

7

Daftar pustaka

Nilai

Total

Malang, 14 September 2021 Asisten

Praktikan

Ebenezer Michael Dave NIM. 26050119130119

Afiq Mahasin NIM. 26050120130084

Mengetahui, Koordinator Mata Kuliah Arus Laut

Dr. Kunarso, ST, MSi. NIP. 19690525 199603 1 002

I.

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Arus laut merupakan gerakan massa air dari suatu tempat (posisi) ke tempat yang lain. Arus laut terjadi dimana saja di laut. Arus di permukaan laut disebabkan oleh tiupan angin,sedang arus di kedalaman laut disebabkan oleh perbedaan densitas massa air laut. Adanya perbedaan pemanasan matahari terhadap permukaan bumi menimbulkan pula perbedaan energi yang diterima permukaan bumi. Perbedaan ini menimbulkan fenomena arus laut dan angin yang menjadi mekanisme untuk menyeimbangkan energi di seluruh muka bumi. Kedua fenomena ini juga saling berkaitan erat satu dengan yang lain. Selain itu,arus di permukaan laut dapat juga disebabkan oleh gerakan pasang surut air laut atau gelombang. Arus memiliki beberapa jenis berdasarkan faktornya, yaitu berdasarkan proses terjadinya dan berdasarkan kedalaman. Salah satu arus berdasarkan proses terjadinya yaitu arus Ekman (Arus yang dipengaruhi oleh angin). Arus Ekman merupakan transport massa air yang disebabkan oleh angin. Arus ini timbul akibat keseimbangan gaya Coriolis dengan gaya gesekan. Meskipun pembangkitannya dipengaruhi oleh angin, arah pergerakan arus tidak sama dengan arah angin yang berhembus melainkan dibelokkan 45o ke kanan arah angin di Belahan Bumi Utara (BBU) dan ke kiri di Belahan Bumi Selatan (BBS). Arus Ekman ini dapat menimbulkan fenomena laut yang dikenal dengan Upwelling dan Downwelling. Upwelling terjadi karena adanya kekosongan massa di lapisan permukaan dan harus diganti oleh massa air di lapisan dalam. Downwelling terjadi karena adanya penumpukan massa di lapisan permukaan yang harus dialirkan ke lapisan dalam.dapat membawa nutrient yang dibutuhkan oleh fitoplankton sedangkan downwelling membawa kandungan oksigen yang besar. I.2 Tujuan Praktikum 1. Mahasiswa dapat mengetahui tentang definisi arus laut dan arus Ekman

2. Mahasiswa dapat mengetahui cara membuat grafik arus Ekman untuk mengetahui arah pergerakan 3. Mahasiswa dapat mengetahui cara menghitung arus Ekman dan spiral Ekman untuk mengetahui ciri-ciri arus tersebut

I.3 Manfaat Praktikum 1. Mahasiswa mampu mengetahui tentang definisi arus laut dan arus ekman 2. Mahasiswa mampu membuat grafik arus Ekman untuk mengetahui arah pergerakan 3. Mahasiswa mampu menghitung spiral Ekman dan arus Ekman

II.

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Arus Ekman Menurut Ginanjar et al. (2020), arus Ekman terjadi karena kecepatan arus yang ditimbulkan oleh pengaruh angin maksimum pada permukaan dan berkurang secara eksponensial ke arah lapisan dalam. Arus ekman merupakan salah satu parameter yang sangat dipengaruhi oleh kondisi angin. Saat siklon terjadi, kondisi dari arus ekman tersebut akan berubah dari kondisi normalnya. Menurut Hadi dan Radjwane (2009), Ekman ingin membuktikan secara kuantitatif pernyataan Nansen bahwa arah arus permukaan arahnya tidak sama dengan arah angin permukaan yang membangkitkannya akan tetapi dibelokkan kekanan angin sebesar 20°- 40°. Walaupun penyimpanan arus-arus ini tidak sama dengan pengamatan Nansen (20°- 40°), Ekman telah membuktikan secara kuantitatif bahwa arus permukaan tidak sama arahnya dengan arah angin permukaan. Arus permukaan dan kedalaman Ekman berbanding lurus dengan kecepatan angin dan berbanding terbalik dengan lintang. Makin besar kecepatan angin maka makin cepat kecepatan arus permukaan dan makin besar kedalaman Ekman. Makin ke arah ekuator kecepatan arus dan kedalaman Ekman makin besar Arus Ekman merupakan suatu arus yang memiliki kecepatan arus yang ditimbulkan oleh pengaruh dari angin maksimum di permukaan dan berkurang secara eksponensial ke arah lapisan dalam.Ada dua hal penting model arus Ekman : 1. Arus permukaan arahnya tidak sama dengan arah angin permukaan tapi disampingkan 45 derajat ke arah kanan atau kiri angin. 2. Angin yang berhembus di atas permukaan laut menimbulkan transport massa yang arahnya tegak lurus arah angin. (Wenegrath dan Thomas,2017)

Gambar 1.Arus Ekman (Sumber : http://mspusu2015.blogspot.com/) 2.2 Spiral Ekman Spiral Ekman merupakan tubrukan antar molekul udara dan tubrukan antar molekul diperairan lapisan permukaan laut karena angin menimbulkan gesekan dilapisan permukaan laut yang akhirnya menyebabkan pusaran Ekman. Pergerakan dari massa air yang berada pada lapisan bawah akibat adanya gaya fraksi yang bekerja disebabkan oleh angin mengalir secara konstan dan dalam waktu yang lama maka gerakan massa air ini menimbulkan gerakan pada kolom air laut yang paling dalam.Jika sumber angin melemah maka kekuatan arus juga melemah hal ini merupakan faktor dari penyebab Spiral Ekman,disamping kecepatan arus yang melemah ,arah arus juga mengalami perubahan dengan bertambahnya kedalaman.Deviasi ini diakibatkan oleh adanya gaya Koriolis.

(Parikeslan,2016)

Menurut Kasharjanto et al. (2017), arus laut (sea current) adalah gerakan massa air laut dari satu tempat ke tempat lain baik secara vertikal (gerak ke atas) maupun secara horizontal (gerakan ke samping). Contoh gerakan itu salah satunya adalah gaya Coriolis, yaitu gaya yang membelok arah arus dari tenaga rotasi bumi. Pembelokan itu akan mengarah ke kanan di belahan bumi utara dan mangarah ke kiri di belahan bumi selatan. Gaya ini yang mengakibatkan adanya aliran Gyre yang searah jarum jam (ke kanan) pada belahan bumi utara dan berlawanan dengan arah jarum jam di belahan bumi selatan. Perubahan

arah arus dari pengaruh angin ke pengaruh gaya Coriolis dikenal dengan spiral Ekman. Menurut Ginanjar et. Al. (2020), Arus Ekman terjadi karena kecepatan arus yang ditimbulkan oleh pengaruh angin maksimum pada permukaan dan berkurang secara eksponensial ke arah lapisan dalam. Arah arus yang ditimbulkan tidak searah dengan pergerakan angin karena adanya gaya coriolis yang ditimbulkan oleh rotasi bumi. Arus akan dibelokkan ke kanan pada Belahan Bumi Utara (BBU) dan dibelokkan ke kiri pada Belahan Bumi Selatan (BBS). Gaya gesekan molekul dari massa air membuat lapisan dalam dibelokkan oleh lapisan atasnya sampai pada kedalaman tertentu dimana gaya gesekan molekul ini tidak berpengaruh lagi. Fenomena pembelokan arus ini dikenal dengan Spiral Ekman.

Gambar 2.Spiral Ekman (Sumber : Wenegarth dan Thomas,2017)

2.3 Mekanisme Terbentuknya Arus Ekman Menurut Ginanjar et al. (2020), mengatakan arus ekman merupakan salah satu parameter yang sangat dipengaruihi oleh kondisi angin, sehingga saat siklon terjadi kondisi dari arus ekman tersebut akan berubah dari kondisi normalnya. Arus ekman terjadi karena kecepatan arus yang ditimbulkan oleh pengaruh

angin

maksimum pada permukaan

dan

berkurang

secara

eksponensial ke arah lapisan dalam. Arus yang mengalir diatas dasar laut akan

mengalami pengaruh gesekan dasar, seperti halnya lapisan permukaan laut dimana lapisan spiral ekman terbentuk oleh pengaruh gesekan angin. Salah satu faktor terbentuknya arus Ekman adalah angin. Lapisan atas air akan mengalami tekanan angin. Gesekan yang disebabkan oleh gesekan angin pada lapisan atas akan menggerakkan lapisan di bawahnya. Karena adanya pergerakan lapisan tersebut, lapisan kedua akan bergesekan karena gaya viskositas. Kemudian lapisan kedua akan menggerakkan lapisan ketiga dan berlanjut ke lapisan berikutnya. Hal tersebut terjadi karena adanya pengaruh viskositas air laut yang semakin membesar, maka kecepatan arus semakin kecil ke arah lapisan dalam.

Arus ekman dalam pergerakannya mendapatkan

pengaruh dari gaya coriolis yang membelokkan arus ke arah kanan di BBU dan ke arah kiri di BBS sebesar 45°, namun arah pergerakan arusnya tidak sama dengan arah angin yang bertiup (Prarikeslan, 2016). Menurut Aldrian (2008), arus Ekman sering kali mendorong adanya upwelling dan downwelling di tepi pantai.Terdapat empat faktor yang menyebabkan terjadinya efek spiral Ekman pada arus di laut. Faktor-faktor penyebabnya yaitu: angin, gaya antar lapisan dari atas, pengaruh arah terhadap aliran per lapisan, efek Coriolis. Secara lokal pergerakan Ekman dapat terjadi pada garis pantai karena hembusan angin darat dan laut, tergantung pada musim saat angin bertiup. Tapi pada kenyataannya angin monsoon yang bergerak sejajar dengan garis pantai sering memberikan efek Coriolis yang menyebabkan aliran menjauhi garis pantai pada muka laut dan menyebabkan proses upwelling.

Gambar 3.Proses Terbentuknya Arus Ekman (Sumber : Roisin dan Beckers,2011) 2.4 Persamaan pada Arus Ekman a. Persamaan Ekman di Permukaan Menurut Hadi dan Ivonne (2009), arus permukaan arahnya tidak sama dengan angin permukaan yang menimbulkan tapi dibelokkan 45o ke kanan angin di BBU dan ke kiri dari angin di BBS v = V0 sin

( π4 )

= V0 sin45o

b. Persamaan Ekman di Dasar Menurut Hadi dan Ivonne (2009), penyimpangan arah arus terhadap arah angin bertambah besara terhadap kedalaman V(z) = V0e-π = 0.04V0 = 4%V0 Menurut Shah et al. (2019), dimana A adalah difusivitas pusaran vertikal yang nilainya tetap pada 10^(-2) m^2/s untuk samudra hindia utara. Di sepanjang pantai barat daya India, komponen angin ke arah ekuator mengarah ke transportasi Ekman lepas pantai dan upwelling, sedangkan angin ke arah kutub mendukung transportasi darat dan downwelling. Oleh karena itu, transportasi massal Ekman lepas pantai dan darat diwakili oleh nilai negatif dan positif, berturut-turut . Dengan menggunakan metode konvensional, nilai positif dari pemompaan Ekman mewakili kecepatan ke atas dan nilai negatif mewakili kecepatan ke bawah. Konvergensi air permukaan ditandai dengan daerah downwelling pantai yang dibedakan oleh elevasi muka laut dibandingkan dengan perairan sekitarnya dan daerah upwelling ditandai dengan turunnya muka air laut karena adanya perairan bawah permukaan yang lebih dingin/padat. Divergensi horizontal yang dihitung dari komponen zonal dan meridional arus yang terintegrasi di atas permukaan hingga tingkat kedalaman 100 m juga digunakan untuk mengidentifikasi kemungkinan kekuatan pendorong upwelling dan downwelling selain dari gaya angin. D= (√2A)/(√f) c. Persamaan Transport Massa Ekman

Menurut Hadi dan Ivonne (2009), transpor Ekman atau biasa disebut arus netto memiliki arah tegak lurus kekanan arah angin di BBU dan kekiri di arah angin di BBS. fMx = τy dan fMy = -τx Keterangan : MEy

: komponen Ekman transpor tegak lurus pantai (kg/m dtk)

Mex

: Komponen Ekman transpor sejajar garis garis pantai (kg/m dtk)

f

: gaya coriolis (rad/dtk) => f= 2Ωθ

Ω

: kecepatan rotasi bumi pada porosnya (0.00007292 rad/dtk)

θ

: lintang/ posisi

d. Persamaan Transport Volume Ekman Menurut Sukoraharjo (2011), analisis transpor volume Ekman yaitu massa Ekman transport dibagi dengan densitas air dan dikalikan dengan lebar tegak lurus transport dan satuan transpor volume Ekman di laut dikonversi menjadi Sverdrup. Qx = (Y MEx)/�air Qy = (X MEy)/�air Keterangan : QX

: volume Ekman transport ke sejajar garis pantai (m^3/ dtk)

Qy

: volume Ekman transport ke tegak lurus pantai (m^3/ dtk)

ρair

: densitas air (1000 kg/ m^3)

Y

: Jarak utara – selatan yang dilewati (m)

X

: jarak timur – barat yang dilewati (m)

e. Persamaan Kecepatan Vertikal Menurut Sukoraharjo (2011), analisis kecepatan vertikal massa Ekman atau Ekman pumping dilakukan dengan pemahaman variabilitas horizontal angin yang bertiup di permukaan laut menyebabkan variabilitas horizontal dari Ekman transpor. Karena massa harus selalu ada, maka variabilitas spasial dari transpor harus mengarah ke kecepatan vertikal di bagian atas lapisan Ekman. (��Ex/��) + (��Ey/�� ) = - �air wE Keterangan :

WE : Kecepatan vertikal massa Ekman (m/dtk)

2.5 Penerapan Transport Ekman dalam Fenomena Upwelling dan Downwelling Menurut Aziz (2006), pengetahuan tentang transport Ekman ini dapat digunakan untuk menjelaskan mekanisme timbulnya fenomena laut yang dikenal dengan nama upwelling dan downwelling. Upwelling adalah naiknya air dingin dari lapisan dalam ke permukaan laut sedangkan downwelling merupakan turunnya air permukaan laut ke lapisan lebih dalam. Upwelling memperbesar jumlah plankton di laut, karenanya daerah Upwelling merupakan daerah perikanan yang kaya. Upwelling terjadi karena adanya kekosongan massa di lapisan permukaan dan harus diganti oleh massa air di lapisan dalam. Downwelling terjadi karena adanya penumpukan massa di lapisan permukaan yang harus dialirkan ke lapisan dalam.

Transpor ekman dapat digunakan untuk menerangkan fenomena upwelling dan downwelling di daerah pantai maupun lepas pantai, dan berhubungan juga dengan daerah konvergensi dan divergensi. Di belahan bumi utara, angin bergerak ke selatan terjadi transpor Ekman menjauhi pantai akibatnya terjadi peristiwa upwelling yang mana terjadi kekosongan massa air di permukaan yang dikenal dengan daerah divergensi dan nantinya akan diisi oleh air dari lapisan dalam yang masuk ke permukaan. Angin yang berhembus ke utara menimbulkan transpor Ekman ke arah pantai karena dihalangi pantai massa air akan bertumpuk di pantai (daerah konvergensi) akibatnya air akan turun ke lapisan yang lebih dalam. Fenomena turunnya massa

air

permukaan

downwelling.Upwelling ketidaksimetrisan

angin

ke

yang

lapisan terjadi

pasat terhadap

dalam di

disebut

ekuatar

ekuator,

terjadi

angin pasat

dengan akibat akan

menimbulkan transpor Ekman yang arahnya tegak lurus terhadap arah angin di mana di BBU transpor Ekman akan dibelokkan ke kanan sedangkan di BBS transpor Ekman akan dibelokkan ke kiri, akibat adanya transpor ekman ini akan menyebabkan adanya daerah konvergensi dan divergensi di mana pada daerah divergensi ini akan terjadi upwelling dan konvergensi menyebabkan downwelling (Prarikeslan, 2016).

Gambar 4.Proses Upwelling dan Downwelling (Sumber : Prarikeslan,2016) Menurut Hadi dan Radjawane (2009), fenomena transport Ekman dapat membantu kita menjelaskan mekanisme pembentukan upwelling dan downwelling yang terjadi baik di perairan pantai maupun lepas pantai. Upwelling di perairan pantai terjadi akibat angin yang bertiup ke arah selatan (angin utara) ini akan menimbulkan transpor Ekman yang arahnya tegak lurus angin ke arah kanan (barat). Akibat adanya transpor Ekman yang bergerak menjauhi pantai, maka terjadi kekosongan massa didekat pantai atau terjadi daerah divergensi di dekat pantai. Kekosongan massa ini akan diisi oleh massa air lapisan dalam yang bergerak ke permukaan. Gerakan massa air lapisan

dalam

yang

bergerak

menuju

permukaan

ini

dinamakan

upwelling.Sebaliknya, bila angin bertiup sejajar pantai ke arah Utara atau angin Selatan maka terbentuk transpor massa ke arah timur atau menuju pantai. Akibatnya, terjadi penumpukan massa di dekat pantai atau terbentuk daerah konvergensi di dekat pantai. Massa air yang bertumpuk di pantai ini

kemudian didorong ke lapisan dalam. Gerakan massa air permukaan yang turun atau tenggelam ke lapisan dalam ini disebut downwelling

Gambar 5. Upwelling dan downwelling di perairan pantai (Sumber: Hadi dan Radjawane, 2009)

III.

MATERI DAN METODE

3.1 Materi Hari dan tanggal

: Jumat, 17 September 2021

Waktu

: 19.00-21.00 WIB

Tempat

: Rumah Masing-masing (Platform Ms.Teams)

3.2 Metode Kalkulasi awal

A.

a) Nilai Faktor Coriolis (f) f =2 Ω∙ sin Φ

b) Nilai Stress Angin (Ʈ) Ʈ =ρudara ∙Cd ∙ W

2

c) Nilai Kecepatan Arus Permukaan (V0)

a.

b.

V 0=

0.0127 ∙W

√

|πϕ180|

sin

V O=0.03. W

d) Nilai Kedalaman Ekman (De) 2

De=

W ∙0.0000079 V 0 ∙ |f |

e) Nilai Koefisien Viskositas Eddy (Az) De ∙| f | 2 π2 2

Az=

B. Nilai Arus Ekman Pada Kedalaman Z a) Mencari Ue

( De z ) π π Ue=V 0 ∙ cos + z ∙e 4 De b) Mencari Ve

(

π

)

Ve=V 0 ∙ sin

(

( De z ) π π z ∙e + 4 De

)

π

c) Mencari V 2 2 V = √ Ue + Ve

d) Mencari alpha (α) α=arc tan

Ve Ue

C. Nilai Arus Ekman di Lapisan Dasar a) Mencari Ue

[

−πz [ ] πz Ue=V g ∙ 1−e De ∙ cos

b) Mencari Ve

[

[ ] ∙sin Ve =Ug∙ e −π z De

c) Mencari V

De

[ ]] π z De

2 2 V = √ Ue + Ve

d) Mencari alpha (α) α=arc tan

Ve Ue

D. Transpor Massa Transpor Massa= E. Transpor Volume Transpor Volume=

Ʈ ρ air ∙ f

Ʈ f

]

F. Kecepatan Vertikal KecepatanVertikal=

IV.

4.1

Transpor Volume L

HASIL DAN JAWABAN

Perhitungan Manual Diketahui: 1. Lintang

( ϕ) =45

2. Kecepatan Angin ( W )=20+0, (084) (W) = 20,084 3. Kecepatan Arus G 4.

ρudara=1.3

5.

ρair =1020

6.

C d=0.0014

( U g)=8

7. Rad ( Ω )=¿ 0.0000729 8. Arah Angin = searah dengan sumbu Y

9. Kedalaman Total = 500 A. Kalkulasi awal 1. Faktor coriolis (f) f =2 Ωsin ϕ 1,03E-04

f =¿

2. Stress Angin 2 τ =ρudara .C d . W τ =¿ 7,34E-01 3. Kecepatan Arus Permukaan (Vo) 0.0127 . W V O= a. πϕ sin 180

√

| |

V O=¿ 3,03E-01

V O=0.03. W V O=¿ 6,03E-01

b.

4. Kedalaman Ekman (De) W 2 . 0, 0000079 De= V O .|f | D e =¿

1,02E+02

5. Koefisien Ekman (Az) 2 D .|f | A z= e2 π .2 A z=¿ 1,70E-01

B. Arus Ekman Pada Kedalaman z (sesuai nim) Z = -6 1. Ue U e =V O cos

[

]

[ ] π z

π π D z .e + 4 De

e

U e =¿ 2,08E-01

2. Ve V e =V O sin

[

]

π π + z .e 4 De

[ ] π z De

V e =¿ 1,42E-01

3. V 2 2 V = √U e +V e

V =¿

4.