GELOMBANG

 GELOMBANG

Oleh: Veri Yulianto 

  (Mahasiswa Fakultas Perikanan Dan Ilmu Kelautan Jurusan Ilmu Kelautan Program Studi Oseanografi Universitas Diponegoro Semarang)

Definisi dan Faktor Terjadinya Gelombang

Gelombang adalah suatu getaran yang merambat, dalam perambatannya gelombang membawa energi. Dengan kata lain, gelombang merupakan getaran yang merambat dan getaran sendiri merupakan sumber gelombang. Jadi, gelombang adalah getaran yang merambat dan gelombang yang bergerak akan merambatkan energi (tenaga). Gelombang juga dapat dikatakan sebagai deretan pulsa-pulsa yang berurutan yang terlihat sebagai perubahan ketinggian permukaan air laut, dari elevasi maximum ke minimum.

                                                                    (Diktat Osfis, Nining. 2002)

Mekanisme Terbentuknya Gelombang Oleh Angin

·         Bila di atas permukaan laut yang tenang terdapat angin yang bertiup maka mula-mula akan ternentuk gelombang-gelombang kecil yang disebut rippless (riak).

·         Ripples disini berperan dalam membentuk kekasaraan muka laut yang dapat membantu mentaransferkan energi dari angin.

·         Bila angin terus berhembus maka akan terbentuk gelombang-gelombang yang lebih panjang (besar) dan memiliki tinggi yang semakin membesar yang disebabkan adanya transfer energi dari angin,

·         Pada saat tertentu tinggi gelombang tidak dapat terus bertambah walupun angin terus berhembus, karena tercapai suatu kondisi dimana tinggi gelombang berhenti untuk bertambah diakibatkan tercapainya keseimbangan antara energi yang di transferkan dengan energi yang terdissipasi oleh peristiwa pecahnya gelombang. Gelombang yang terbentuk dalam kondisi ini disebut “fully developed sea”

(Diktat Osfis, Nining. 2002)

Parameter Gelombang

η= a cos (kx-σt)         : elevasi muka air yang merupakan fungsi ruang dan waktu

a = H/2                                    : ampiltudo gelombapng ; elevasi maksimum dari muka air      terhadap permukaan yang diam.

H                                 : Tinggi gelombang; jarak antara puncak dan lembah = 2a

L                                  : panjang gelombang ; jarak dari suatu puncak dengan puncak yang lain

T                                  : Periode gelombang

D                                 : kedalaman perairan dihitung dari SWL (still water level), yaitu z=0 sampai dasar perairan.

T                                  : waktu

K= 2π/L                       : Jumlah gelombang

σ = 2π/T                      : Frekuensi sudut gelombang

C                                 : kecepatan rambat gelombang (kecepatan fasa )

K                                  : bilangan gelomabang (2π/L)

(Diktat Osfis, Nining. 2002)

 Klasifikasi Gelombang

            Klasifikasi gelombang berdasarkan kedalaman relatif yaitu:

·         d/L < 0,05 adalah gelombang perairan dangkal (gelombang panjang)

·         0,05 < d/L < 0,5 adalah gelombang perairan menengah

·         d/L > 0,5 adalah gelombang perairan dalam (gelombang pendek)

Klasifikasi gelombang berdasar periodenya

Nama Gelombang	Waktu
Gelombang Kapiler	< 0,1 dtk
Gelombang Ultra Gravitasi	0,1 – 1 dtk
Gelombang Gravitasi	1 – 30 dtk
Gelombang Infra Gravitasi	30 dtk – 5 menit
Gelombang Periode Panjang	5 menit – 12 jam
Gelombang Pasang Surut	12 – 24 jam
Gelombang Trans-Tidal	24 jam

Klasifikasi gelombang berdasarkan gaya pemulih (restoring force)

·         Dalam hal ini gaya pemulih berusaha untuk mengembalikan permukaan air yang terganggu (akibat terbentuknya gelombang) ke posisi semula (pada waktu laut dalam keadaan tenang).

·         Untuk gelombang-gelombang kecil yang panjang gelombangnya <1,63 cm, gaya pemulihnya adalah tegangan permukaan.

·         Untuk gelombang dengan panjang gelombangnya > 5 cm , gaya pemulihnya adalah gravitasi.

·         Gelombang dengan panjang gelombang antara 1,63-5cm , tegangan permukaan dan gravitasi kedua-duanya berperan sebagai gaya pemulih.

·         Gelombang yang gaya pemulihnya tegangan permukaan di sebut gelombang kapiler, sedangkan gelombang yang gaya pemulihnya gravitasi disebut gelombang gravitasi.

·         Gelombang yang gaya pemulihnya tegangan permukaan disebut gelombang campuran.

(Diktat Osfis, Nining. 2002)

Kecepatan Rambat Gelombang

Kecepataan rambat gelombang adalah kecepatan rambat suatu gelombang dari titik satu ke titik yang lainnya. Rumus kecepatan rambat gelombang ialah:

 σ² = gk tanh kd

Diketahui :

σ²                           = frekuensi sudut

g                      = percepatan gravitasi

tanh                 = tan hiperbolik

k                      = bilangan

d                      = kedalaman perairan

Energi Gelombang

Energi yang terkandung di dalam gelombang dengan panjang L dari permukaan sampai dengan dasar merupakan jumlah dari energi kinetik dan energi potensial.

Energi kinetik timbul akibat gerak partikel air dengan kecepatan u dan w :  mv².

Energi potensial timbul akibat gerak partikel air terhadap permukaan yang tidak terganggu (z=0) yang di akibatkan gelombang: Ep = m.g.h.

Energi total rata-rata persatuan luas permukaan gelombang: Etot = Ep + Ek = .  Atau Etot =1/8 ρ.g.H² .

Dimana :

H = tinggi gelombang = 2a

Disini terlihat bahea energi gelombang berbanding lurus dengan tinggi gelombang makin besar tinggi gelombangnya, makin besar energinya.

(Diktat Osfis, Nining. 2002)

Transformasi Gelombang

Gelombang yang menjalar dari laut lepas memasuki perairan pantai akan mengalami transformasi, yaitu:

1.      Kecepatan gelombang akan berkurang karena pengaruh gesekan dasar.

2.      Panjang gelombang menjadi pendek.

3.      Gelombang akn mengalami pembelokan arah penjalaran atau gelombang mengalami refraksi. Refraksi gelombang terjadi karena perubahan kecepatan gelombang ketika memasuki perairan pantai.

4.      Bila gelombang membentur ujung dari pemecah gelombang (break water) atau bangunan pantai lainnya, maka akan terjadi difraksi gelombang.

5.      Bila gelombang membentur suatu dinding penghalang, akan terjadi pemantulan gelombang (refraksi gelombang).

6.      Tinggi gelombang akan membesar sebelum ia pecah.

(Diktat Osfis, Nining. 2002)

ARUS LAUT

 ARUS LAUT

Oleh: Veri Yulianto 

  (Mahasiswa Fakultas Perikanan Dan Ilmu Kelautan Jurusan Ilmu Kelautan Program Studi Oseanografi Universitas Diponegoro Semarang)

BAB I

TUJUAN

Adapun tujuan dari praktikum modul arus permukaan dan sirkulasi laut ini diharapkan praktikan dapat :

1.    Memahami, mengerti serta membedakan antara arus pasut dan arus residu

2.    Menggambarkan penentuan sistem koordinat yang akan digunakan dalam perhitungan

3.    Memahami dan mengerti metode pengukuran, pengolahan data, serta analisisnya untuk penelitian tentang arus permukaan

 

BAB II

TEORI DASAR

2.1 Definisi Arus

Arus adalah proses pergerakan massa air menuju kesetimbangan yang menyebabkan perpindahan horizontal dan vertikal massa air. Gerakan tersebut merupakan resultan dari beberapa gaya yang bekerja dan beberapa factor yang mempengaruhinya. 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-contoh gerakan itu seperti 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.                                                 (Pond dan Pickard, 1983)

2.2 Karakteristik Arus

                        Di laut terbuka, air laut digerakan oleh dua sistem angin. Di dekat khatulistiwa, angin pasat (trade wind) menggerakkan permukaan air ke arah barat. Sementara itu, di daerah lintang sedang (temperate), angin baratan (westerlies wind) menggerakkan kembali permukaan air ke timur. Akibatnya di samudera-samudera akan ditemukan sebuah gerakan permukaan air yang "membundar". Di belahan bumi utara, angin ini membangkitkan arus yang bergerak searah jarum jam, sementara itu di belahan bumi selatan dia bergerak berlawanan arah jarum jam. Arus laut, baik yang di permukaan maupun di kedalaman, berperan dalam iklim di Bumi dengan cara menggerakkan air dingin dari kutub ke daerah tropis dan sebaliknya. Sistem arus global yang mempengaruhi iklim di Bumi ini biasa disebut sebagai "Great Ocean Conveyor Belt" atau dalam bahasa Indonesia saya biasa menyebut sebagai "Sabuk Arus Laut Dunia". Air laut selalu dalam keadaan bergerak. Arus laut bergerak tak ubahnya arus di sungai, gelombang laut bergerak dan menabrak pantai, dan gaya gravitasi bulan dan matahari mengakibatkan naik turunnya air laut dan biasa disebut sebagai fenomena pasang surut laut.

Arus laut tercipta karena adanya pemanasan di beberapa bagian Bumi oleh radiasi sinar matahari. Air yang lebih hangat akan "mengembang", membuat sebuah kemiringan (slope) terhadap daerah sekitarnya yang lebih dingin, dan akibatnya air hangat tersebut akan mengalir ke arah yang lebih rendah yaitu ke arah kutub yang lebih dingin daripada ekuator.                                                                                                    (Gross,M.G.1990)

2.3  Faktor Penggerak Arus

          Faktor-faktor penggerak arus yaitu:

a.    Gerakan dorongan angin

Angin adalah faktor yang membangkitkan arus, arus yang ditimbulkan oleh angin mempunyai kecepatan yang berbeda menurut kedalaman. Kecepatan arus yang dibangkitkan oleh angin memiliki perubahan yang kecil seiring pertambahan kedalaman hingga tidak berpengaruh sama sekali.

a.     Gerakan termohalin

Perubahan densitas timbul karena adanya perubahan suhu dan salinitas anatara 2 massa air  yang densitasnya tinggi akan tenggelam dan menyebar dibawah permukaan air sebagai arus dalam dan sirkulasinya disebut arus termohalin.

b.    Arus Pasut

Arus yang disebabkan oleh gaya tarik menarik antara bumi dan benda benda angkasa. Arus pasut ini merupakan arus yang gerakannya horizontal.

c.    Turbulensi

Suatu gerakan yang terjadi pada lapisan batas air dan terjadi karena adanya gaya gesekan antar lapisan.

d.    Tsunami

Sering disebut sebagai gelombang seismic yang dihasilkan dari pergeseran dasar laut saat etrjadi gempa.

e.    Gelombang lain ; Internal, Kelvin dan Rossby / Planetary.

                                                            

2.4 Arus Pasut

               Arus pasut adalah pergerakan massa air laut secara horizontal yang dihubungkan dengan naik turunnya permukaan air laut. Arus pasang surut ini disebabkan oleh adanya fenomena pasang surut air laut. Pada waktu pasang surut disuatu perairan, maka arus laut akan bergerak menuju arah pasang, sebaliknya arus bergerak dari daerah yang mengalami pasang pada saat surut. Arus pasut akan mengalami perubahan pergerakan pada saat elevasi maksimum maupun minimum.

Gerakan arus pasut ada dua tipe, yaitu gerak rotasi dan gerak yang berubah arah (belok). Dilaut lepas, gerak arus pasut adalah gerak rotasi yang berbentuk elips, dimana arah rotasi adalah searah dengan putaran jarum jam di BBU dan berlawanan arah dengan jarum jam di BBS

                                               

2.5 Arus Non Pasut

Arus non-pasut, yaitu:

-       arus angin

-       arus barogradient

-       arus konveksi adalah arus yg timbul akibat perbedaan temperatur atau akibat perbedaan kadar garam dl laut

2.6 Metode Perolehan Data Arus

Gerakan massa air di laut dapat diketahui dengan tiga cara, yakni melakukan pengukuran langsung di laut, melalui pengamatan topografi muka laut dengan satelit, dan model hidrodinamik

Pengukuran arus secara insitu

            Pengukuran arus secara insitu dapat dilakukan dengan dua metode, yakni metode Lagrangian dan Euler. Metode Lagrangian adalah suatu cara mengukur aliran massa air dengan melepas benda apung atau drifter ke laut, kemudian mengikuti gerakan aliran massa air laut

      

Gambar 1. menunjukkan salah satu alat ukur atau drifter yang ditaruh di laut, pada bagian atas dilengkapi seperangkat elektronik yang mampu mentranfer data posisi ke stasiun kontrol di darat melalui satelit. Sehingga secara terus menerus posisinya dapat diplotkan dan akhirnya lintasan arus dapat diketahui.

                  Cara lain mengukur arus insitu adalah dengan metode Euler. Pengukuran arus yang dilakukan pada satu titik tetap pada kurun waktu tertentu. Cara ini biasanya menggunakan alat yang disebut dengan Current Meter. Salah satu alat ukur arus dengan metode Euler ditampilkan pada Gamb 2. Pada alat tersebut dilengkapi dengan sensor suhu, conductivitas untuk mengukur salinitas, rotor untuk kecepatan dan kompas magnetik untuk menentukan arah

 

Gambar 2.

Current Meter Aandera Type RCM-7

Gambar 3. menunjukkan salah satu contoh hasil rekaman arus di tiga lapisan kedalaman pada periode 15 April-15 Juni 1997 di perairan lepas pantai Cilacap. Panel (a) paling atas merupakan stik plot data angin rata-rata harian selama periode yang sama seperti pengukuran arus. Panel (b) sampai (d) merupakan vektor arus pada kedalaman 55m, 115m dan 175m. Secara umum kecepatan arus semakin menurun dengan bertambahnya kedalaman. Panel (e) paling bawah merupakan plot data salinitas pada lapisan kedalaman 55m (garis utuh), 155m (garis putus-putus) dan 175m (garis titik). Pada periode 15 Mei dan 10 Juni nampak perbedaan salinitas yang cukup signifikan, dimana pada lapisan kedalaman 55m salinitas drop menjadi 34,00 psu.

Gambar 3.

Contoh hasil rekaman mooring dengan alat ukur Current Meter type Aandera

Pengukuran arus dengan satelit altimetri

Adanya perkembangan teknologi satelit dewasa ini sangat memungkinkan untuk mengetahui tinggi muka laut atau topografi muka laut. Salah satu satu satelit yang mampu untuk membedakan perbedaan tinggi muka laut adalah Topex/Poseidon (Gambar. 4a).

Satelit altimetri pada prinsipnya mentransmisikan gelombang dengan panjang tertentu, kemudian dicatat waktu yang dibutuhkan untuk menempuh jarak dari satelit ke permukaan laut dan kembali ke reciever di satelit, sehingga jarak dari lintasa satelit ke muka laut diketahui. Jarak yang lebih dekat saat muka laut lebih tinggi akan membutuhkan waktu yang lebih pendek bila dibandingkan dengan saat muka laut lebih rendah. Gambar. 4b menggambarkan tinggi rendah muka laut dan hasil analisis gerakan massa air permukaan.

                                     

Gambar 4.

(a) Satelit Topex-Poseidon, (b) hasil rekaman satelit Topex-Posaidon berupa peta topografi uka laut

Pengukuran arus dengan membangun model hidrodinamika

 Seiring dengan perkembangan teknologi komputer, para pakar oseanografi fisika mengembangkan model-model hidrodinamika untuk memprediksi gerak massa air di laut. Dengan memahami prinsip-prinsip fisika dan dengan alat bantu matematika dan komputer beberapa permasalahan yang secara analitik sulit dipecahkan dapat dipecahkan dengan metode numerik. Sampai saat ini banyak sekali model dikembangkan, misalnya POM (Princeton Ocean Modeling). Bahkan beberapa institusi kelautan dunia membuat paket-paket model yang bisa di-running dalam personal komputer berbasis windows, misalnya SMS 8.0 (Surface water Modelling System)

Gambar 5. merupakan salah satu contoh model arus yang dihasilkan dari program SMS 8.0 dengan memasukkan data kedalaman, komponen pasang-surut M2, S2, N2. O1 dan K1.

Gambar 5.

Pola arus di pantai Aceh Timur, hasil simulasi dengan SMS 8.0

(Hutabarat, Sahala.dkk. 1985. Pengantar.Oseanografi. Jakarta: Penerbit Universitas Indonesia UI-Press)