Sumber : https://www.whoi.edu/oceanus/feature/the-waves-within-the-waves/
Penelitian oleh Golan Bel dan Eli Tziperman (2023) melakukan pengujian mendasar terhadap Resonant Wave Interaction Approximation (RWIA), sebuah kerangka kerja teoretis yang telah lama digunakan untuk menjelaskan transfer energi dalam spektrum gelombang internal lautan. Gelombang internal merupakan elemen krusial dalam dinamika laut karena pecahnya gelombang ini memicu pencampuran interior yang menggerakkan sirkulasi pembalikan massa air global dan memengaruhi penyimpanan karbon. Melalui penggunaan Simulasi Numerik Langsung (Direct Numerical Simulations/DNS) dua dimensi, penulis menemukan bahwa asumsi-asumsi utama RWIA tidak konsisten dengan dinamika aktual yang disimulasikan. Secara khusus, interaksi yang dianggap dominan menurut teori (triad resonansi) seringkali tidak memberikan kontribusi signifikan terhadap transfer energi, sementara interaksi non-resonansi justru menunjukkan peran yang lebih kuat. Temuan ini mengindikasikan bahwa model teoretis klasik mungkin gagal menangkap mekanisme fisik yang sebenarnya terjadi di kolom air yang mengalami stratifikasi.
Dekonstruksi Asumsi Slowness pada Stratifikasi Kolom Air
Asumsi fundamental dalam RWIA adalah bahwa amplitudo gelombang berubah pada skala waktu yang jauh lebih lambat daripada periode gelombang liniernya (slowness assumption). Namun, dalam simulasi yang merepresentasikan tingkat energi lautan yang mendekati observasi, amplitudo gelombang bervariasi secara cepat. Dari perspektif sirkulasi, ketidakkonsistenan ini sangat kritis karena kecepatan variasi amplitudo menentukan laju disipasi energi di kolom air. Penelitian lain menunjukkan bahwa variabilitas cepat dalam struktur kecepatan vertikal seringkali dipicu oleh geser arus (shear) yang tidak stabil, yang mempercepat pecahnya gelombang sebelum kondisi resonansi ideal tercapai. Fenomena ini menegaskan bahwa deskripsi fluida sebagai sekumpulan gelombang internal linier yang berinteraksi secara lemah mungkin tidak sepenuhnya akurat untuk menggambarkan turbulensi nyata di interior samudera.
Dinamika Spektrum Energi dan Inkonsistensi Model Garrett-Munk
Spektrum Garrett-Munk (GM) telah menjadi standar universal selama 50 tahun untuk menggambarkan distribusi energi gelombang internal. RWIA digunakan sebagai landasan untuk menurunkan persamaan kinetik yang menghasilkan spektrum ini. Namun, hasil simulasi mengungkapkan bahwa banyak interaksi dominan terjadi pada triad di mana dua vektor gelombang besar berinteraksi dengan satu vektor gelombang kecil, sebuah proses yang sering dikaitkan dengan induced diffusion. Ketidakmampuan RWIA untuk memvalidasi mekanisme ini secara konsisten menunjukkan bahwa spektrum energi di kolom air mungkin lebih dipengaruhi oleh proses hamburan (scattering) oleh aliran geostropik daripada interaksi gelombang-gelombang murni. Di perairan Indonesia yang memiliki topografi kompleks, distribusi energi ini seringkali menyimpang dari model GM karena adanya penguatan energi pada frekuensi pasang surut di dekat ambang laut (sills).
Implikasi Ketidakkonsistenan Teoretis terhadap Sirkulasi Termohalin Global
Pencampuran yang dipicu oleh gelombang internal merupakan mesin penggerak utama sirkulasi pembalikan meridional global (Global Meridional Overturning Circulation). Jika parameterisasi pencampuran dalam model iklim didasarkan pada asumsi RWIA yang cacat, maka prediksi mengenai transpor panas samudera dan penyerapan CO2 antropogenik dapat mengalami bias sistemik. Dalam konteks sirkulasi kolom air, efisiensi pencampuran vertikal sangat bergantung pada bagaimana energi merambat dari skala besar ke skala kecil (disipasi). Temuan bahwa interaksi non-resonansi dapat mendominasi transfer energi mengimplikasikan bahwa laju pencampuran di laut dalam mungkin lebih tinggi dan lebih heterogen daripada yang diperkirakan sebelumnya oleh model turbulensi lemah. Hal ini sangat relevan untuk memahami bagaimana massa air dalam diangkat kembali ke permukaan melalui proses diopycnal.
Fenomena ENSO dan Dampak Variabilitas Iklim terhadap Sirkulasi Lokal
Dinamika kolom air tidak hanya dipengaruhi oleh interaksi gelombang mikro, tetapi juga oleh variabilitas iklim skala besar seperti El Niño-Southern Oscillation (ENSO). Selama fase El Niño, terjadi anomali tinggi muka laut negatif di wilayah Pasifik Barat, termasuk Indonesia, yang mengubah stratifikasi densitas di kolom air atas. Perubahan stratifikasi ini secara langsung memengaruhi kecepatan fase gelombang internal dan efisiensi interaksi triad. Di wilayah pesisir seperti Pantai Utara Jawa Tengah, korelasi antara indeks Nino 3.4 dan curah hujan sangat kuat pada periode SON (September-Oktober-November), yang memengaruhi masukan air tawar dan stabilitas kolom air. Peningkatan anomali curah hujan dan perubahan suhu permukaan laut selama fase La Niña dapat memperkuat stratifikasi, sehingga membatasi pencampuran vertikal yang dipicu oleh gelombang internal. Integrasi antara dinamika gelombang internal dan variabilitas ENSO sangat penting untuk memahami anomali tinggi muka laut yang ekstrem.
Evaluasi Metodologi: Simulasi Numerik Langsung (DNS) dan Limitasi Grid
Penggunaan DNS dalam penelitian ini memberikan resolusi yang sangat tinggi untuk mengamati interaksi non-linear tanpa memerlukan model turbulensi tambahan. Namun, simulasi 2D memiliki keterbatasan dalam merepresentasikan vortisitas vertikal yang penting untuk hamburan gelombang internal. Dari sudut pandang pemodelan sirkulasi, diskritisasi vektor gelombang pada grid numerik yang terbatas dapat menghambat pembentukan resonansi yang sempurna, sehingga “pelebaran” (broadening) resonansi menjadi sangat penting untuk dipertimbangkan. Meskipun simulasi ini idealis, hasilnya memberikan peringatan keras bahwa ketergantungan pada penyederhanaan analitik seperti RWIA dapat mengaburkan pemahaman tentang turbulensi kolom air yang sebenarnya. Diperlukan simulasi 3D dengan resolusi yang lebih tinggi untuk memverifikasi apakah efek non-resonansi tetap dominan pada domain yang lebih luas.
Writer : Water Column and It’s Circulation Bureau
