MODEL CUACA REGIONAL WRF UNTUK ANALISA DINAMIKA AWAN KEJADIAN HUJAN EKSTREM DKI-JAKARTA

; Studi Kasus Februari 2007

oleh:

Rahmat Gernowo *; The H.L.**; Tri W.H. ***; N.J. Trilaksono ****

Abstract

The WRF (Weather Research and Forecast) model usage to simulated the most of atmosphere dynamics at the same time cumulus parameter through to the condition of rainfall cumulus simulation when floods on February 2007 in DKI-JAKARTA.

The Result of this research is a numerical simulation dynamics of cloud rain especially in area of Jakarta represent to important matter in seeking of step solution the prevention of floods especially in Jakarta. The research of convection pattern above area of DKI Jakarta based on to existing perception data, especially high resolution satellite image which is expected will give the understanding of pattern growth of convection cloud yield torrential rains and deliver floods in DKI-JAKARTA.

Key Words: Flood, cloud dynamics and satellite image.

Sari

Penggunaan model WRF (Weather Research and Forecast) untuk mensimulasikan sebagian besar dinamika atmosfer sekaligus parameterisasi cumulus dan simulasi kondisi curah hujan cumulus saat banjir Bulan Februari 2007 di DKI-Jakarta.

Hasil penelitian ini adalah simulasi numerik dinamika awan hujan khususnya daerah Jakarta, merupakan hal penting dalam pencarian salah satu solusi langkah penanggulangan banjir khususnya daerah Jakarta. Pengkajian terhadap pola konveksi di atas daerah DKI Jakarta berdasarkan data pengamatan yang ada, terutama citra satelit resolusi tinggi hal mana diharapakan akan memberikan pemahaman mengenai pola pertumbuhan awan konveksi yang menghasilkan hujan lebat dan mendatangkan banjir di wilayah DKI-Jakarta.

Kata Kunci : Banjir, dinamika awan dan citra satelit.

* Fakultas MIPA Jurusan Fisika Universitas Diponegoro Semarang**Fakultas MIPA Jurusan Fisika Institut Teknologi Bandung***,**** Kelompok Keahlian Sains Atmosfer, Instiut Teknologi Bandung

1. Jurnal JTM Vol. XIV No.4/2008, FIKTM-ITB Bandung. 1

JTM

I. PENDAHULUAN

Wilayah DKI-Jakarta sejak tanggal 30 Januari sampai dengan tanggal 5 Pebruari 2007 diguyur hujan yang cukup lebat, bahkan pada tanggal 1 sampai 2 Februari tercatat hujan ekstrim (> 100 mm), kejadian tersebut membawa dampak yang cukup besar yaitu banjir di sebagian besar wilayah DKI-Jakarta. Bencana alam banjir, yang melanda hampir 70 % seluruh wilayah di DKI Jakarta, dengan tinggi genangan berkisar antara 10-250 cm (Sasmito et al, 2007). Anomali perubahan atmosfer dari curah hujan, sebagaimana dalam gambar 1 distribusi curah hujan Jakarta, dengan periodisitas waktu curah hujan maksimum terjadi pada tanggal 1-2 Februari 2007. curah hujan terbesar diistilahkan sebagai ’hujan ekstrim’ Kejadian anomali curah hujan dapat disebabkan oleh perubahan atmosfer baik karena faktor sinoptik maupun faktor lokal. Karena siklus curah hujan tropis ini melibatkan peningkatan panas laten penguapan dan energi skala besar sedemikian sehingga wilayah ekuatorial menjadi pembangkit sirkulasi umum di atmosfer (Mori et al.2004).

1.1.Tujuan Penelitian.Sebagai kajian awal untuk evaluasi iklim

tropis dan mendapatkan mekanisme serta simulasi numerik dinamika awan terhadap fenomena terjadinya hujan ekstrem banjir DKI Jakarta tahun 2007.

II. METODOLOGIDalam penelitian ini dilakukan pengkajian

terhadap pola konveksi di atas daerah DKI Jakarta berdasarkan data pengamatan yang ada, terutama citra satelit resolusi tinggi hal mana diharapkan akan memberikan pemahaman mengenai pola pertumbuhan awan konveksi yang menghasilkan hujan lebat dan mendatangkan banjir di wilayah DKI-Jakarta. Analisa perubahan atmosfer dari faktor lokal yaitu tipe-tipe awan berdasarkan data visible satelit yang diperoleh dari pusat data (http://www.ssec.wisc.edu/datacenter/) University of Wisconsin-Madison Space Science and Engineering Center (SSEC) serta data AVN (Aviation Run) di (http://dss.ucar.edu) DSS Research Data Archive.

Penerapan dan validasi model WRF untuk analisa dinamika awan hujan DKI Jakarta, dimana model WRF telah mengembangkan suatu generasi lanjutan (next-generation) model peramalan sistem asimilasi skala meso untuk membantu dalam pemahaman dan peramalan sistem skala meso tentang hujan. Dimana model WRF diaplikasikan dalam berbagai permasalahan yang mencakup antara lain meliputi analisa Fisik meliputi (Skamarock et al., 2005) :

- Mikrofisik (microphysics) - Parameterisasi awan kumulus (cumulus

parameterization)

Model WRF memerlukan input yaitu data NCEP global analyses (AVN) dan data terrain. Ada beberapa program berikutnya, yang diperlukan untuk membuat domain-domain (batas) daerah penelitian baik dalam program WPS (WRF Pre-Processing System)maupun WRF dengan menu Ndown.exe dalam Namelist editor program tersebut. Sebagaimana dalam gambar.2 merupakan diagram alir program yang tergabung dalam dua program yaitu WPS dan WRF kemudian diperoleh hasil outputWRF. Selanjutnya dari output tersebut diolah dengan program convert to grads, untuk memperoleh hasil numerik yang diharapkan.

III. HASIL & PEMBAHASAN

3.1.Analisa data pengukuranFenomena hujan ekstrim tersebut jika

dianalisa berdasarkan pola dinamika awan (data IR1 temperature) sebagaimana pada (gambar 3) di DKI-Jakarta pola pertumbuhan awan dimulai tanggal 31-1-2007, namun pertumbuhan awan maksimum terjadi pada tanggal 1 Februari 2007 yang terjadi pada 16.00 dan 18.00 UTC (23.00-01.00 WIB).

Kejadian siklon tropis (Vortex) tanggal 28-1-2007 pada waktu 00 dan 06 UTC serta tanggal 1-2-2007 waktu 06 dan 12 UTC sebagaimana dalam gambar 4, dengan hasil analisis menunjukan kejadian siklon tropis (vortex) diwilayah selatan Indonesia terjadi rata-rata tujuh kejadian pertahun dengan curah hujan bulanan berada diatas nilai rata-rata dengan anomaly 12,6 mm (Nasrul, 2004). Hal mana jika efek sinoptik yang mendominasi maka curah hujan akan terjadi secara menyeluruh sebagai dampak dari efek tersebut (Roxana and Wajsowicz, 2005).

Kajian lebih lanjut dalam penelitian ini akan dianalisa dari data AVN untuk tanggal 1 hingga 3-2-2007 daerah DKI-Jakarta, meliputi divergensi angin, Absolute Vorticity, untuk kejadian banjir periode 2007 yang diperoleh dari data NCEP/NCAR (gambar 5). Gambar 5a, b dan c terlihat pola konvergen di atas laut sekitar daerah DKI Jakarta dan laut Hindia, pola pergeseran dimulai dari tanggal 1-2-2007, mencapai maksimum di atas Pulau Jawa dan berakhir tanggal 3-2-2007. Dalam gambar 5d, e dan f, Absolute Vorticity negatif tanggal 1 Februari 2007 diantara laut Jawa dan laut Hindia, kemudian untuk tanggal 2-2-2007 di atas Pulau Jawa bagian Barat anomali vortisitas negatif terjadi dan berakhir untuk tanggal 3-2-2007.

3.2. Analisa data Numerik Kajian terhadap dinamika awan di Indonesia

akan dilakukan berdasarkan penerapan model cuaca numerik Weather Research and Forecasting yang merupakan software open source dikembangkan oleh National Center for Atmospheric Research (NCAR) di Amerika Serikat (Skamarock 2005). Studi numerik ini adalah merupakan penelitian simulasi kwantitatip untuk menjelaskan kejadian curah hujan ekstrim bulan

Journal JTM Vol. …. No. ….. 2

January/February 2007 dalam peristiwa banjir Jakarta Dalam penelitian ini digunakan WRF Modeling System versi 2, skala regional non hidrostatis atau model cuaca kwantitatip skala meso yang dikembangkan oleh Pennsylvania State University / National Center untuk Atmospheric Research (PSU/NCAR) seperti yang digambarkan oleh Dudhia et al. (2005).

Aplikasi model WRF menurut Michalakes et al.(1999) dan Skamarock et al.(2005) pertama adalah penentuan daerah domain, hal ini untuk melakukan downscaling daerah penelitian (gambar 6). Penerapan model dalam penelitian ini, yaitu mencakup :proses mikrofisik (microphysics), parameterisasi awan kumulus (cumulus parameterization), pemilihan luasan atau area daerah penelitian dimaksudkan untuk dapat diperoleh hasil yang cukup realistis mewakili kondisi yang sebenarnya. Dalam penentuan batasan daerah penelitian digunakan tiga tingkatan nesting untuk downscaling data global NCEP-FNL, hal ini untuk menjangkau suatu pertumbuhan awan dalam radius 3 km arah horisontal yang menghubungkan daerah yang paling kecil. Proses simulasi domain 1 dan 2 dilakukan secara bersamaan dalam satu sistem model WRF (WPS), adapun untuk domain 3 dilakukan dengan menggunakan perintah Ndown.exe dari model WRF. Perlakukan diatas diharapkan akan diperoleh hasil yang optimal dengan mengurangi kebutuhan waktu simulasi tanpa mempengaruhi pola dinamika mesoscale dan pemenuhan keterwakilan syarat batas dan syarat awal daerah penelitian. (Black et al., 2002, De Beauville and Pontikis, 1998, Staudenmaier, 1996).

Penerapan model ini dapat dilakukan dengan teknologi PC-Cluster yang memungkinkan fitur komputasi paralel pada model dapat dijalankan. Hasil dari penelitian ini dapat diterapkan sebagai model dinamika awan untuk menentukan dan menganalisa proses fisis kejadian iklim ekstrem. Pengkajian terhadap pola konveksi di atas daerah DKI Jakarta berdasarkan data pengamatan yang ada, terutama citra satelit resolusi tinggi hal mana diharapkan akan memberikan pemahaman mengenai pola pertumbuhan awan konveksi yang menghasilkan hujan lebat dan mendatangkan banjir di wilayah DKI-Jakarta (Tri et. al. 2006)

Sebagaimana dalam gambar 7 diperoleh perbandingan hasil data AVN untuk tanggal 1-2-2007, 00 UTC (Universal Time Coordínate) dengan hasil simulasi model WRF utuk vektor angin 2m. Hasil yang diperoleh berupa vektor angin reanalisis model dari data input tersebut, sedemikian sehingga diperoleh vektor angin yang lebih rapat, dan mewakili data input. Dari hasil simulasi model untuk curah hujan gambar 8 dan tutupan awan horizontal dan vertikal gambar 9 dan gambar 10, dapat dianalisa bahwa kondisi maksimum terjadi sesuai dengan data tanggal 1-2-2007 sebagai data masukan model. Pola tutupan awan terjadi pertumbuhan awan konvektif yang secara fisis kejadian tersebut merupakan proses

penyimpanan energi total diatmosfer, kemudian dilepas secara serentak sehingga mengakibatkan pulsa energi yang besar sekali. Pulsa energi, dalam hal ini berupa curah hujan yang sangat tinggi. Berdasarkan hal tersebut, maka curah hujan ekstrim penyebab banjir DKI-Jakarta lebih didominasi oleh faktor lokal yang merupakan peran aktif perubahan faktor regional maupun global.

IV. KESIMPULANFenomena hujan ekstrim di wilayah DKI

Jakarta untuk kejadian banjir periode 2007, berdasarkan analisa data serta fenomena (Vortex) siklon tropis, hal ini sebagai kajian pengaruh efek global dan regional terhadap kejadian hujan ekstrem pada periode tersebut. Adapun dari dinamika awan terlihat pola perubahan awan dari data IR1 Temperature di DKI Jakarta, berupa pertumbuhan awan maksimum pada periode 2007, sebagaimana terlihat pola pertumbuhan awan di DKI Jakarta diakibatkan oleh faktor sirkulasi atmosfer lokal terlihat dari analisa data AVN saat terjadi hujan ekstrem, pola data AVN menunjukan perubahan kearah efek untuk terjadinya konveksi.

Simulasi dinamika awan banjir DKI-Jakarta tahun 2007 dengan menggunakan model WRF (weather research and forecast) berdasarkan data pengamatan satelit dan data analisa global, ditemukan bahwa ada kondisi sinoptik baik untuk curah hujan konvektif terjadi lintasan migrasi angin monsun selatan di atas Pulau Jawa. Hasil simulasi diperoleh bahwa konsentrasi curah hujan konvektif di atas DKI Jakarta dikendalikan oleh pengaruh yang dikombinasikan dari adveksi dingin, pengembangan lapisan pencampuran, dan topografi. Dengan data masukan yang sesuai, suatu model cuaca yang regional seperti WRF berguna untuk analisa cakupan pendek (prediksi Jangka Pendek; hari) yang diperlukan mengantisipasi peristiwa banjir atau cuaca ekstrem yang lain berhubungan bencana alam.

V. DAFTAR PUSTAKABlack, T., E. Rogers, Z. Janjic, H. Chuang, and G.

DiMego., 2002,: Forecast guidance from NCEP's high resolution nonhydrostatic mesoscale model,’ Preprints 15th Conference on Numerical Weather Prediction, San Antonio, TX, Amer. Meteor. Soc., J23-J24.

De Beauville C.A. and Pontikis C.,1998.,: Precipitation rate of Tropical Maritime Convective Clouds as Related to The Coldest Cloud Top Temperatures ‘.Atmospheric Research 47 -48, 405 – 413 p.

Dudhia, J. and Co-author, 2005,: PSU/NCAR Mesoscale Modeling system Tutorial Class Notes and User Guide’, Mesoscale and Micro scale Meteorology Division NCAR

Mori S., Jun-Ichi H., Yudi Iman T., Yamanaka M.D., Okamoto N., Murata F., Sakurai N.,

Journal JTM Vol. …. No. ….. 3

Hashiguchi H., and Sribimawati T., 2004. ,: Diurnal Land-Sea Rainfall Peak Migration over Sumatra Island, Indonesia Maritime Continent, Observed by TRMM Satellite and Intensive Rawinsonde soundings ‘, American Meteorological Society, pp 2021-2039.

Michalakes, J., J. Dudhia, D. Gill, J. Klemp, and Skamarock W., 1999,: Design of a Next-Generation Regional Weather Research and Forecast Model ’, Towards Teracomputing, World Scientific, River Edge, New Jersey, pp. 117-124.

Nasrul I., 2004,: Studi Siklon Tropis Diselatan Indonesia dan Pengaruhnya Terhadap Curah Hujan Jakarta ‘, FIKTM ITB Bandung.

Roxana C., and Wajsowicz, 2005,: Forecasting extreme events in the tropical Indian Ocean Sector Climate’, Journal Dynamics of Atmospheres and Ocean pp.1-15.

Sasmito A., Haryoko U., dan Widiatmoko H., 2007,: Weather Phenomena during Flood Event Over JABODETABEK Area ’, Workshop Harimau, BPPT, Jakarta.

Skamarock W.C., Klemp J.B., Dudhia J., Gill D.O., Barker D.M., Wang W., and Powers J.G., 2005,: A Description of the Advanced Research WRF Version 2 ‘, Mesosscale and Microscale Meteorology Division, National Center for Atmospheric Research Colorado USA.

Staudenmaier, M 1996,: The Convective Parameterization Scheme in The Meso Eta Model ’, Western Region Technical Attachment pp. 96-23.

Tri W.H., Trilaksono N.J. and Junnaedhi ID.G.A, 2006,: A Numerical Study of The Jakarta Flood Event of January/February 2002 : Simulation of Convective Rainfall Using Regional Weather Model ‘, Progress report ITB Research 2006.

Gambar 1. Distribusi curah hujan (mm) spasial wil. Jabodetabek (Sasmito et. al. 2007)

Journal JTM Vol. …. No. ….. 4

Gambar 2. Diagram alur Model WRF (Weather Research Forecast), (Sumber: Dudhia et. al, 2004).

Gambar 3. Data IR1 Inframerah tanggal 31-1-2007 dan 1-2-2007, pukul 16.00 dan 18.00 UTC (23.00 WIB – 01.00 WIB)

Journal JTM Vol. …. No. …..

Data Terrain

Data AVN

Terrain

Pregrid

Regridder Interpf.

WRF

5

28-1-2007, 00 UTC 28-1-2007, 06 UTC

1-2-2007, 06 UTC 1-2-2007, 12 UTC

4-2-2007, 00 UTC 4-2-2007, 12 UTC

31-1-2007, 16.00 UTC 1-2-2007, 18.00 UTC

Gambar 4. Streamline Vortex data AVN sebelum, saat dan sesudah kejadian Hujan ekstrem DKI-Jakarta tahun 2007.

Gambar 5. a, b, c) Divergensi angin DKI Jakarta Tanggal 1-2-3 Februari 2007. d, e, f) Absolute Vorticity [/s] DKI Jakarta Tanggal 1-2-3 Februari 2007dari data NCEP/NCAR.

Journal JTM Vol. …. No. ….. 6

a)

d) e) f)

Gambar 6. a. Cross-section daerah penelitian pada 106.85 E b. Down scaling daerah penelitian menjadi 3 domain

Gambar 7. a)Perbandingan vektor angin data AVN (input model) dan b) hasil simulasi WRF angin 2m (output model)

Journal JTM Vol. …. No. ….. 7

a. b.

106,8E

1-2-2007, 00 UTC

1-2-2007, 00 UTC

a

b.

Gambar 8. Simulasi 3 jam-an 03.00 – 18.00 UTC curah hujan data tanggal 1-2-2007.

Gambar 9. Simulasi 3 jam-an 03.00 – 18.00 UTC awan hujan horizontal data tanggal 1-2-2007 Pola pertumbuhan awan konvektif terlihat dalam simulasi mulai 03.00 UTC terjadi diatas DKI-Jakarta dan sekitarnya sampai waktu 12.00UTC, simulasi dilakukan ingá waktu 18.00 UTC untuk periode 3 jam.an.

Journal JTM Vol. …. No. ….. 8

1-2-2007, 03.00 UTC 1-2-2007, 06.00 UTC

1-2-2007, 12.00 UTC 1-2-2007, 18.00 UTC

1-2-2007, 03.00 UTC 1-2-2007, 06.00 UTC

1-2-2007, 12.00 UTC 1-2-2007, 18.00 UTC

1-2-2007, 03.00 UTC 1-2-2007, 06.00 UTC

1-2-2007, 12.00 UTC 1-2-2007, 18.00 UTC

Gambar 10. Simulasi 3 jam-an 03.00 – 18.00 UTC awan hujan vertikal tanggal 1-2-2007. Hal yang sama untuk pertumbuhan awan konvektif arah vertical.

Journal JTM Vol. …. No. ….. 9