Geopotensial

Geopotensial adalah suatu energi potensial yang berkaitan dengan gravitasi bumi dan suatu satuan massa relatif terhadap permukaan laut. Secara umum dinyatakan ke dalam bentuk ketinggian geopotensial yaitu ketinggian sebuah permukaan tekanan di atmosfer yang berlokasi di atas permukaan laut. Secara matematika, besarnya geopotensial didefinisikan sebagai besar tenaga yang harus dilakukan untuk mengangkat massa ke arah tegak lurus suatu ketinggian sebesar satu satuan massa dari permukaan laut.

Konsep

Keseimbangan antara gaya gravitasi dan gaya sentrifugal di permukaan bumi

Konsep geopotensial digunakan dalam ilmu atmosfer dan geosains secara umum. Geopotensial sangat berkaitan dengan gravitasi bumi. Akan tetapi, dalam pengaplikasian geofisika, gravitasi dan gaya gravitasi adalah dua hal yang berbeda. Gaya tarik-menarik sebuah benda menuju pusat benda tersebut disebut gaya gravitasi. Dimana itu berarti, gaya gravitasi bumi adalah gaya tarik-menarik sebuah benda ke pusat bumi. Sementara itu, gravitasi merupakan kekuatan yang dihasilkan dari gaya gravitasi dan gaya sentifrugal (menjauhi pusat putaran) yang disebabkan oleh rotasi bumi. Penggabungan antara potensial gaya berat (massa bumi) dan potensial rotasi (diakibatkan dari perputaran bumi pada porosnya) merupakan geopotensial total.

Permukaan iso geopotensial mirip dengan ketinggian rata-rata seluruh permukaan laut yang disebut global mean sea surface. Permukaan inilah yang disebut dengan geoid. Dimana permukaan rata-rata laut bidang ekuipotensial bumi dianggap saling berhimpit. Geoid disebut juga sebagai permodelan bumi yang mendekati sesungguhnya. Pendekatan model geoid yang digunakan secara global saat ini di antaranya adalah EGM 2008, 96, dan lain-lain. Model geoid EGM 2008 diindikasikan sebagai model geoid yang detail dan sesuai dengan kondisi sebenarnya. Model ini bersumber dari anomali gayaberat free-air dengan hasil dari kombinasi data terestrial, turunan altimetri, dan data gayaberat airborne yang disebut grid. Tergantung pada kuantitas gaya berat dan kondisi geografi, resolusi dan akurasi EGM 2008 senilai enam kali dan tiga-enam kali lebih berkembang dari EGM 96.

Sehubungan dengan tidak teraturnya persebaran massa di dalam bumi, geoid memiliki permukaan undulasi (ketinggian geoid) yang lembut. Hal tersebut dapat diperkirakan berdasarkan referensi ellipsoid (permukaan acuan dalam sistem koordinat geodetik). Dimana koordinat tersebut mengacu pada sistem koordinat World Geodetic System 1984 (WGS 84) yang dijadikan sebagai penentuan titik dalam ilmu geodesi. Parameter utama penggunaan referensi ellipsoid di dalam sistem koordinat WGS 84 tersebut di antaranya sumbu panjang (a), pegepengan (1/f), dan sumbu pendek (b). Referensi ellipsoid ini disebut ellipsoid geosentrik WGS 84.

Referensi ellipsoid lainnya, yaitu Geodetic Reference System 1980 (GRS80), adalah yang sering digunakan saat ini. Seseorang dapat membangun sebuah model yang disebut potensi normal, dimana itu adalah model geopotensial sederhana yang memiliki salah satu permukaan ekuipotensial dari referensi ellipsoid ini dan dijadikan sebagai potensi geoid sebenarnya. Sementara itu, anomali potensial atau gangguan potensial (potential disturbance) disimbolkan dengan T, di mana T merupakan perbedaan dari W (potensial gaya berat sebenarnya) dan U (potensial gaya berat normal). Sehingga dapat disimpulkan bahwa T=W-U. Anomali gaya berat adalah perbedaan dari segi besaran, sementara defleksi vertikal adalah sebutan untuk perbedaan dari segi arah.

Dalam praktik terestrial, versi alternatif dari geopotensial yang digunakan disebut nomor geopotensial C, yang mana penghitungannya dimulai dari geoid ke atas.

$C=-\left(W-W_{0}\right),$

$W_{0}$ adalah geopotensial dari geoid.

Rumus matematika

Geopotensial dideskripsikan berdasarkan beberapa seri ekspansi ke dalam spherical harmonics (representasi spektral) untuk tujuan mekanika orbit satelit. Artinya dalam hal ini geopotensial didefinisikan sebagai potensi medan gravitasi bumi yang meninggalkan potensi sentrifugral.

Penyelesaian rumus geopotensial secara sederhana:

$\Phi (h)=\int _{0}^{h}g\,dz$

$\Phi =\int _{0}^{z}\left[{\frac {Gm}{(a+z)^{2}}}\right]dz$

Untuk mendapatkan:$\Phi =Gm\left[{\frac {1}{a}}-{\frac {1}{a+z}}\right]$

Model geopotensial global

Terdapat beberapa aspek yang menentukan kualitas dari suatu model geopotensial. Aspek tersebut meliputi kerapatan, jenis, dan kualitas data serta algoritma hitungan. Istilah model geopotensial ini bersumber dari hasil estimasi sekumpulan koefisien-koefisien geopotensial.

Beberapa institusi telah mempublikasikan model-model geopotensial global. Di antaranya seperti:

1. ITU_GRACE16
2. ITU_GGC16
3. GOCO05c
4. GGM05C
5. GECO
6. GGMO5G
7. EIGEN-6C4
8. EIGEN-6c3stat
9. ITG_goce02
10. EGM2008
11. EGM96

Seiring dengan semakin majunya bidang teknik komputer dan persatelitan, gambaran potensial medan gaya berat bumi dengan data koefisien model potensial bumi turut berkembang pesat. Adanya proses kombinasi dari data-data yang berkaitan dengan potensial gaya berat bumi dan data-data analisis lintasan satelit memiliki tujuan untuk mendapatkan model koefisien potensial global yang mendetail.

Model geopotensial ini berperan penting dalam penentuan undulasi geoid yakni untuk mendapatkan nilai dari undulasi geoid (N) dengan metode gravimetrik. Apabila derajat Model Geopotensial Global bertambah besar, topografi yang dihasilkan akan lebih mendetail sebab gelombangnya semakin pendek.