Ilustrasi oleh Benjamin Storer ini menunjukkan sistem cuaca samudera (pusaran skala meso) dari data yang dilapisi dengan arus skala iklim yang didorong oleh atmosfer (garis hitam), yang dapat diekstraksi dengan teknik butiran kasar yang dikembangkan di laboratorium Hussein Aluie. Gambar tersebut menunjukkan bagaimana sistem cuaca laut ini diberi energi (merah) atau melemah (biru) ketika berinteraksi dengan skala iklim, yang mengikuti pola yang mencerminkan sirkulasi atmosfer global. Kredit: Universitas Rochester / Benjamin Storer
Tim ini memberikan kerangka kerja baru untuk memahami sistem iklim dengan menggunakan analisis mekanis, bukan analisis statistik.
Sekelompok ilmuwan internasional telah menemukan bukti langsung pertama yang menghubungkan sistem cuaca acak di lautan dengan iklim dalam skala global. Dipimpin oleh Hussein Aluie, seorang profesor di Departemen Teknik Mesin Universitas Rochester dan staf ilmuwan di Laboratorium Energi Laser Universitas, tim melaporkan temuan mereka di Kemajuan Ilmu Pengetahuan.
Lautan memiliki pola cuaca seperti yang kita alami di daratan, namun dalam skala waktu dan panjang yang berbeda, kata penulis utama Benjamin Storer, peneliti di Aluie’s Turbulence and Complex Flow Group. Pola cuaca di darat mungkin berlangsung selama beberapa hari dan lebarnya sekitar 500 kilometer, sedangkan pola cuaca di lautan seperti pusaran yang berputar-putar berlangsung selama tiga hingga empat minggu tetapi ukurannya sekitar seperlima.
Menghubungkan Gerakan Laut dengan Iklim
“Para ilmuwan telah lama berspekulasi bahwa pergerakan yang terjadi di mana-mana dan tampaknya acak di lautan berhubungan dengan skala iklim, namun hal ini masih belum jelas karena tidak jelas bagaimana menguraikan sistem kompleks ini untuk mengukur interaksinya,” kata Aluie. “Kami mengembangkan kerangka kerja yang dapat melakukan hal tersebut. Apa yang kami temukan tidak sesuai dengan harapan masyarakat karena memerlukan mediasi atmosfer.”
Tujuan kelompok ini adalah untuk memahami bagaimana energi melewati berbagai saluran di lautan di seluruh planet ini. Mereka menggunakan metode matematika yang dikembangkan oleh Aluie pada tahun 2019, yang kemudian diimplementasikan ke dalam kode lanjutan oleh Storer dan Aluie, yang memungkinkan mereka mempelajari transfer energi dalam berbagai pola mulai dari keliling bumi hingga 10 kilometer. Teknik-teknik ini kemudian diterapkan pada kumpulan data lautan dari model iklim tingkat lanjut dan dari observasi satelit.
Temuan dan Implikasi
Studi tersebut mengungkapkan bahwa sistem cuaca laut mendapat energi dan melemah ketika berinteraksi dengan skala iklim dan dalam pola yang mencerminkan sirkulasi atmosfer global. Para peneliti juga menemukan bahwa pita atmosfer di dekat khatulistiwa yang disebut “zona konvergensi intertropis”, yang menghasilkan 30 persen curah hujan global, menyebabkan perpindahan energi dalam jumlah besar, dan menghasilkan turbulensi laut.
Storer dan Aluie mengatakan bahwa mempelajari gerakan fluida kompleks yang terjadi pada berbagai skala tidaklah mudah, namun hal ini memiliki keunggulan dibandingkan upaya sebelumnya yang menghubungkan cuaca dengan perubahan iklim. Mereka percaya bahwa kerja tim ini menciptakan kerangka kerja yang menjanjikan untuk lebih memahami sistem iklim.
“Ada banyak perhatian mengenai bagaimana pemanasan global dan perubahan iklim mempengaruhi peristiwa cuaca ekstrem,” kata Aluie. “Biasanya, upaya penelitian semacam itu didasarkan pada analisis statistik yang memerlukan data yang luas untuk meyakini ketidakpastian. Kami mengambil pendekatan berbeda berdasarkan analisis mekanistik, yang meringankan beberapa persyaratan ini dan memungkinkan kami memahami sebab dan akibat dengan lebih mudah.”
Referensi: “Cascade global energi kinetik di lautan dan jejak atmosfer” oleh Benjamin A. Storer, Michele Buzzicotti, Hemant Khatri, Stephen M. Griffies dan Hussein Aluie, 20 Desember 2023, Kemajuan Ilmu Pengetahuan.
DOI: 10.1126/sciadv.adi7420
Tim yang memainkan peran sentral dalam penyelidikan ini juga termasuk Michele Buzzicotti, seorang ilmuwan peneliti di Universitas Roma Tor Vergata; Hemant Khatri, peneliti di Universitas Liverpool, dan Stephen Griffies, ilmuwan senior di Princeton.
Dukungan untuk proyek ini termasuk pendanaan dari National Science Foundation, Badan Penerbangan dan Antariksa Nasional, dan Departemen Energi.
