Selasa, 24 Maret 2009

MADDEN-JULIAN OSCILLATION (MJO)

Berikut ini adalah terjemahan manual saya tentang artikel Madden-Julian Oscillation (MJO) semoga bisa berguna bagi pembaca sekalian. Kalau ada terjemahan yang kurang tepat tolong berikan komentar dan kritik anda.

MADDEN-JULIAN OSCILLATION

Oleh B. Geerts dan M. Wheeler

Penemuan

Cuaca di daerah tropis tak dapat diprediksi seperti halnya di daerah lintang sedang. Hal ini disebabkan di daerah lintang sedang variabel-variabel cuaca (awan, presipitasi, angin, suhu dan tekanan) sebagian besar ditentukan oleh gelombang Rossby troposfer atas (upper-tropospheric) yang berinteraksi dengan cuaca permukaan dalam suatu proses yang disebut instabilitas baroklinik (Catatan 13.B). Di daerah tropis ini tak ada suatu instabilitas yang dominan atau pergerakan gelombang dan karena itu cuaca dapat diprediksi tak lebih pada periode 1-10 hari. Sampai sekarang dipercaya bahwa variasi cuaca daerah tropis dalam skala waktu pada dasarnya acak.

Di tahun 1971 Rolland Madden dan Paul Julian (1) menemukan secara tiba-tiba suatu osilasi 40-50 hari ketika menganalisa anomali zona angin di daerah tropis Pasifik. Mereka menggunakan pencatatan 10 tahunan tekanan di Kanton (pada 2,8°S di Pasifik) dan angin upper-level di Singapura. Osilasi permukaan dan angin upper-level yang ditandai selesai di Singapura. Hingga awal 1980-an perhatian sedikit terbayar dengan osilasi ini, yang menjadi terkenal sebagai Madden-Julian Oscillation (MJO) dan beberapa ilmuwan mempertanyakan kesignifikanannya secara global. Sejak peristiwa El-Nino 1982-1983, ada variasi frekuensi rendah di daerah tropis, keduanya dalam skala waktu intra-musiman (kurang dari satu tahun) dan inter-musiman (lebih dari satu tahun), telah mendapatkan lebih banyak perhatian, dan jumlah publikasi yang berkaitan dengan MJO meningkat drastis.

MJO juga berkenaan sebagai osilasi hari 30-60 atau hari 40-50, menghasilkan fluktuasi utama intra-musiman yang menjelaskan variasi-variasi cuaca di daerah tropis. MJO mempengaruhi seluruh troposfer daerah tropis bahkan lebih jelas di Samudera Hindia dan di barat Samudera Pasifik. MJO meliputi variasi-variasi dalam hal angin, suhu permukaan laut (SST), perawanan dan curah hujan. Dikarenakan kebanyakan curah hujan di tropis konvektif, dan awan tinggi konvektif sangat dingin (emitting little longwave radiation), serta MJO paling jelas dalam variasi outgoing longwave radiation (OLR) setara ukurannya dengan suatu sensor infra-merah di sebuah satelit.

Gambar 1. (dari Elleman, 1997) menunjukkan bagaimana anomali OLR di timur menyebar ke timur pada kecepatan sekitar 5 m/detik. Sinyal OLR di belahan bumi barat lebih lemah dan interval yang berulang-ulang untuk arah ke timur menyebarkan anomali OLR di belahan bumi timur sekitar 30 sampai 60 hari. Bagaimana pastinya penyebaran anomali dari garis penanggalan (dateline) ke Afrika (yaitu melalui belahan bumi barat) tak begitu dimengerti. Terlihat di dekat garis penanggalan (dateline) suatu gelombang Kelvin yang lemah menyebar ke arah timur dan ke arah kutub pada kecepatan melebihi 10 m/detik.

Sehubungan dengan penyebaran anomali konvektif, MJO meliputi variasi-variasi dalam sirkulasi global. MJO mempengaruhi intensitas dan periode perubahan angin monsoon Asia dan Australia dan berinteraksi dengan El-Nino. Musim hujan dalam monsoon Australia terjadi sekitar 40 hari yang terpisah. Berhampiran dengan korelasi lemah dengan pola curah hujan daerah lintang sedang dan karakteristik arus jet (jet stream) juga ditemukan (2).


Gambar 1. Permukaan dari radiasi outgoing longwave di sekitar globe antara 5° S dan 5° U selama 6 bulan (10/1991 hingga 3/1992). Interval kontur adalah 5 Wm-2. Area yang biru mempunyai anomali negatif melebihi 5 Wm-2. Data telah disaring untuk memindahkan variasi frekuensi tinggi (< class="fullpost">

Struktur dari gelombang Madden-Julian

Di pusat konvensi tekanan, langit yang bersih diasosiasikan dengan suatu inversi angin pasat (trade wind) yang lebih kuat daripada normal memberikan radiasi gelombang pendek yang menjangkau permukaan lautan (Gambar 2), menyebabkan suatu peningkatan SST yang kecil meningkat dengan gelombang bergerak ke arah timur (3). Angin pasat (trade wind) sangat kuat daripada normal, menjelaskan evaporasi yang tinggi dari permukaan laut.


Gambar 2. Skema MJO. Bagian silang mewakili sabuk ekuatorial di sekitar globe, atau tepat pada belahan bumi timur. E berdiri untuk evaporasi, SW untuk radiasi gelombang pendek yang diserap oleh lautan. Panah hijau penuh menunjukkan lokasi konvergensi kelembapan terkuat. Panah hijau berlubang menunjukkan siklus anomali yang dihubungkan dengan MJO. Area konveksi lemah (enhanced convection) dindikasikan sebagai skema kuning hujan badai (thunderstrom) (diadaptasi dari Elleman,1997).

Angin dari arah timur (dan angka evaporasi) melemah di dekat tepi kawasan konveksi tekanan, dan menuju pada konvergensi tekanan tingkat rendah (low-level moisture convergence). Hal ini memicu konveksi yang dalam, menuju paruh lain dari osilasi OLR, yaitu kawasan enhanced convection. Kawasan ini terdiri dari satu atau lebih kumpulan awan yang besar (super cloud clusters/SCCs) yang bergerak ke arah timur sepanjang gelombang MJ. Dalam SCCs, pergerakan ke barat kumpulan awan membentuk tepian timur SCC dan berhenti di tepi barat. Kelompok-kelompok kecil tersendiri bergerak ke timur, biasanya dengan sebaran diskret dan mempunyai usia 6-12 jam. Perjalanan SCCs ke arah timur pada kecepatan 5-10 m/detik, tak selama badai yang kompleks (storm complex) tapi lebih dari pergerakan suatu gelombang atau osilasi, yaitu MJO. MJO mempunyai jumlah gelombang 1-2, pada waktu sedikit ada satu atau dua daerah sekitar ekuator dengan konveksi kuat (enhanced convection) dan satu atau dua dengan konveksi lemah (suppressed convection).

Pergerakan MJO

Ekuator menangkap gelombang (gelombang Kelvin dan Rossby) yang menjelaskan perkembangan peristiwa El-Nino (Catatan 11.C) juga mekanisme pergerakan dari MJO. Gelombang-gelombang ini terjadi di segenap troposfer dari 30° U ke 30° S, sebagian besar pada belahan bumi timur. Permukaan udara mengalir dari konveksi di kedua arah zona terhadap kawasan enhanced convection. Di atas troposfer, anomali ke timur keluar dari sisi barat konveksi kuat (enhanced convection) (Gambar 2). Yang kuat dari barat berasal dari sisi timur konveksi kuat (enhanced convection) mengalir menuju konveksi lemah (suppressed convection). (Gambar 3 dari 4). Ketika suppressed convection dari Samudera Hindia di pertengahan Samudera Pasifik, siklon anomali berputar pada 200 mb mengikuti kawasan konveksi lemah (suppressed convection). Demikian pula, antisiklon berputar pada 200 mb mengikuti kawasan konveksi lemah (suppressed convection) ketika itu menjadi kuat di Samudera Hindia dan barat Pasifik. Perputaran pada artian berlawanan dibuat pada permukaan, tapi mereka lebih lemah daripada ketika di tropopause. Sirkulasi zona dan perputaran horizontal adalah proses penting daripada massa berjalan MJO di sekitar daerah tropis.

Penjelasan di atas sederhana, pada keadaan ideal osilasi, sebagaimana terisolasi dari variasi-variasi lain. Sebagaimana yang dimaksudkan sebelumnya, kecepatan dan ukuran bervariasi, dan MJO sebagian besar menyebabkan pola curah hujan di Indonesia dan area sekitarnya. Tak semua bagian dari MJO: konveksi, zona angin, konvergensi kelembapan dan anomali SST selalu dapat dilihat (5). Hal ini hanya ketika hari 30-60 dikutip dari suatu rangkaian peristiwa MJO yang merupakan gambaran ideal kemunculan MJO. Urutan osilasi mempunyai variasi amplitudo, periode dan panjang gelombang campuran Kelvin-Rossby di sepanjang belahan bumi timur, tapi di sepanjang belahan bumi barat hanya menunjukkan suatu struktur gelombang Kelvin. Gelombang itu bergerak melalui belahan bumi barat pada kecepatan lebih tinggi (setidaknya 10 m/detik). Osilasi lebih kuat di musim dingin belahan bumi utara. Di musim ini juga anomali negatif OLR paling mungkin menyebar di sepanjang ekuator dari Samudera Hindia ke pusat Samudera Pasifik. Di musim panas belahan bumi utara, banyak dari anomali berbelok dari daerah tropis sebelum mereka jadi di pusat Samudera Pasifik (6).


Meskipun kompleksitas dan ketergantungannya pada konveksi, inti dari MJO (periodesitas, struktur dan zona asimetri) dapat disimulasikan dalam suatu GCM (7).

Referensi :
1. Madden, R.A., dan P.R. Julian, 1971: Detection of a 40-50 day oscillation in the wind in the tropical Pasific. J. Atmos. Sci., 28, 702-708
2. Madden, R.A., dan P.R. Julian, 1994: Observation of a 40-50 day tropical oscillation: a review in the wind in the tropical Pasific. J. Atmos. Sci., 28, 702-708
3. Jones, C., D.E. Waliser dan C. Gautier, 1998. The Influence of the Madden-Julian Oscillation on ocean surface heat fluxes and sea-surface temperatures. J. Climate 11, 1057-72 (juga di web: Coupled modes of air-sea interaction and Madden-Julian Oscillation.)
4. Rui, H., dan B, Wang, 1990: Development characteristics and dynamic structure of tropical intaseasonal convection anomalies. . J. Atmos. Sci., 47, 357-379.
5. Jones, C. dan B.C. Weare, 1996. The role of low-level moisture convergence and ocean latent-heat fluxes in the Madden-Julian Oscillation. J. Climate, 9, 3086-104.
6. Elleman, R. 1997: Predicting the Madden and Julian Oscillation Using a Statistical Model. (tidak dipublikasikan).
7. Hayashi, Y dan D.G. Golder 1993. Tropical 40-50 and 25-30 day oscillations. J. Atmos. Sci., 50, 464-94.