Pemodelan Interaksi Laut-Atmosfer dan Proses Mikrometeorologi di Selat Sunda serta Implikasinya terhadap Dinamika Arus Regional

Abstract

Selat Sunda merupakan perairan strategis yang menghubungkan Laut Jawa dengan Samudera Hindia, menjadikannya bagian penting dari sistem iklim regional dan global. Dinamika di wilayah ini sangat kompleks akibat interaksi laut-atmosfer yang dipengaruhi oleh fenomena seperti Indian Ocean Dipole (IOD), sistem monsun, serta arus laut utama yaitu South Java Current (SJC) dan Sunda Shelf Throughflow (SSTF). Berdasarkan kompleksitas tersebut, disertasi ini merumuskan empat (4) pertanyaan penelitian: (1) Bagaimana peran interaksi dinamis atmosfer-lautan di Selat Sunda?; (2) Bagaimana model kopling arus-gelombang beresolusi tinggi menjelaskan interaksi timbal baliknya?; (3) Bagaimana peran flux momentum terhadap flux energi memengaruhi skin SST?; dan (4) Bagaimana karakteristik dinamika arus SJC dan SSTF? Untuk menjawab pertanyaan tersebut, penelitian ini menggunakan pemodelan numerik terkopel beresolusi tinggi (spasial 1 km, temporal 1 jam) dengan sistem Coupled Ocean Atmosphere Wave Sediment Transport (COAWST). Sistem ini mengintegrasikan model arus Regional Ocean Model Sytems (ROMS) dan model gelombang Simulating Wave Nearshore (SWAN). Data pemaksaan meliputi HYCOM untuk kondisi laut, ERA5 untuk atmosfer, batimetri dari Badan Informasi Geospasial (BIG), dan data pasang surut TPXO9. Validasi model dilakukan menggunakan data High Frequency Radar (HFR) dan satelit altimetri. Untuk kajian interaksi laut-atmosfer, parameter luaran model diekstraksi untuk menghitung lapisan cool skin (?Tc) dan warm layer (?Tw). Metode regresi least square digunakan untuk membangun skema koreksi empiris guna mengubah bulk SST menjadi estimasi skin SST yang akurat. Sementara itu, untuk analisis dinamika arus, komponen arus ditransformasikan menjadi Along-Strait Current (ASC) dan Cross-Strait Current (CSC) guna menghitung Volume Transport (VT). Analisis variabilitas musiman dan koherensi antara SJC dan SSTF dikaji menggunakan analisis spektral Continuous Wavelet Transform (CWT) dan Cross Power Spectral Density (CPSD). Penjalaran Gelombang Kelvin pesisir dideteksi menggunakan diagram Hovmöller dari data Sea Level Anomaly (SLA) yang telah disaring dengan Low Pass Filter (LPF). Penelitian tahap pertama berfokus pada pengaruh fenomena iklim global seperti IOD, ITCZ, dan Monsun terhadap Selat Sunda. Dengan menggunakan analisis statistik deskriptif terhadap data observasi dan re-analisis (CMEMS, OISST, CMAP, dan NCEP), penelitian ini menemukan bahwa Selat Sunda merespons kuat kejadian IOD positif, seperti pada Oktober 2023 yang ditandai pendinginan SST (-2,28°C) dan defisit curah hujan (-5,60 mm/hari). Temuan baru menunjukkan bahwa Selat Sunda bukan zona pasif, melainkan zona transisi dengan rezim iklimnya sendiri yang lebih basah sepanjang tahun karena pengaruh orografis lokal, serta memiliki fluktuasi angin musiman yang ekstrem dibandingkan perairan sekitarnya. Penelitian tahap kedua mengkaji mekanika fisis interaksi arus-gelombang di Selat Sunda menggunakan model COAWST. Hasil simulasi menunjukkan variabilitas spasial kuat dalam keseimbangan momentum. Di Samudera Hindia (perairan-dalam), dinamika didominasi oleh gaya pusaran (vortex force), sementara di perairan transisi Selat Sunda, dinamika didominasi oleh gradien tekanan dan gaya Coriolis. Kebaruan riset ini adalah bukti kuantitatif bahwa interaksi kopel arus-gelombang mampu mereduksi energi gelombang rata-rata hingga 8,44 J/m²/Hz/deg. Ditemukan pula bahwa gradien tekanan terbesar dipicu oleh mekanisme wave set-up dan set-down. Penelitian tahap ketiga mengestimasi skin SST yang presisi, parameter krusial dalam keseimbangan fluks energi laut-atmosfer. Dengan menghitung cool skin dan warm layer dari luaran model, ditemukan bahwa cool skin memberikan kontribusi pendinginan persisten rata-rata -0,2°C dengan ketebalan lapisan ~55µm. Parameter gabungan (skin-bulk) menunjukkan ketergantungan non-linear yang kuat terhadap kecepatan angin. Temuan baru dalam studi ini adalah formulasi skema koreksi empiris baru untuk skin SST yang spesifik berlaku di perairan tropis Indonesia. Skema ini menghasilkan korelasi tinggi (hingga 0,88 di Laut Jawa) dan mampu menghilangkan bias bulk SST terhadap skin SST secara hampir sempurna, sehingga meningkatkan akurasi estimasi fluks energi. Terakhir, penelitian tahap keempat menganalisis interaksi dua sistem arus utama di Selat Sunda, SJC dan SSTF. Analisis menunjukkan bahwa secara rata-rata tahunan, sirkulasi Selat Sunda didominasi oleh transpor netto massa air yang mengarah ke Samudera Hindia dengan nilai VT ASC sebesar -0,48 Sv. Kebaruan studi ini adalah pembuktian adanya interaksi yang koheren antara SJC dan SSTF pada periode semidiurnal (12,41 jam), di mana fase SJC mendahului SSTF sekitar 2,96 jam. Selain itu, terdeteksi rambatan Gelombang Kelvin pesisir mode baroklinik kedua (kecepatan fase 1,13–1,67 m/s) yang berasal dari Samudera Hindia ekuator dan berperan dalam memodulasi kekuatan sirkulasi SJC lokal. Secara keseluruhan, disertasi ini menyajikan sintesis komprehensif tentang interaksi fisika atmosfer dan lautan di Selat Sunda. Analisis ini dibangun secara runut mulai dari (1) pengungkapan sensitivitas iklim regional terhadap anomali skala cekungan (IOD), (2) pembuktian mekanika modulasi perpindahan momentum melalui kopling arus-gelombang resolusi tinggi, (3) penemuan skema koreksi empiris baru untuk menghitung pertukaran fluks energi panas secara presisi di antarmuka laut-atmosfer, hingga (4) pemahaman mendalam tentang sirkulasi massa air tiga dimensi dan interaksi koheren sistem arus yang dimodulasi oleh penjalaran gelombang ekuator jarak jauh.