Makalah Atmosfer

ATMOSFER

       I.      Pengertian

Berasal dari bahasa Yunani, yaitu atmos (uap) dan shpaira (bola/bumi). Jadi, atmosfer mempunyai pengertian selubung berwujud gas yang mengelilingi bumi.

II.      Keadaan cuaca

Terdiri dari empat unsur pokok yang saling mempengaruhi:

• Matahari.
• Posisi suatu daerah terhadap garis lintang bumi.
• Atmosfer.
• Relief muka bumi.

III.      Kegunaan atmosfer

            Atmosfer mempunyai peranan dalam kehidupan di permukaan bumi antara lain.

·         Melindungi bumi dari jatuhnya benda angkasa seperti meteor, komet dll.

·         Menjaga temperatur udara  di permukaan bumi agar tetap bermanfaat untuk kehidupan

·         Memantulkan gelombang radio

·         Membantu menjaga stabilitas suhu udara siang dan malam

·         Menyerap radiasi dan sinar ultraviolet yang sangat berbahaya bagi manusia dan makhluk bumi lainnya.

·         Menciptakan cuaca, berupa hujan dan salju sehingga terjadilah musim panas dan musim dingin.

·         Sarana berlangsungnya proses pembakaran, tanpa udara kita tidak dapat menyalakan api, bernafas, dan sebagainya

Selain itu gas-gas yang ada di atmosfer mempunyai peran  masing-masing antara lain:

a.       Nitrogen untuk pertumbuhan tanaman

b.      Oksigen untuk pernafasan

c.       Karbondioksida untuk fotosintesis

d.      Neon untuk lampu listrik

e.       Ozon untuk menyerap sebagian radiasi matahari

IV.      Komposisi udara

Komposisi udara bersih sangat bervariasi dari satu tempat ke tempat yang lain di seluruh dunia. Rata-rata persentase (per volume) gas dalam udara bersih dan kering:

Nitrogen 78%

Oksigen 20,8%

Argon 0,9%

Gas lain 0,3%

Gas lain (helium, neon, krypton, xenon, hydrogen, dan methan) merupakan gas yang permanen. Gas yang tidak permanen misalnya karbondioksida, ozon, amoniak, uap air, karbonmonoksida, sulfurdioksida, dll.

Udara juga mengandung uap air yang jumlahnya bervariasi. Udara kering (misal di daerah gurun) mengandung sedikit uap air. Udara basah (misal di wilayah hutan tropis) bisa mengandung 6% uap air.

V.      Struktur vertikal atmosfer

1.      Lapisan troposfer

Gejala cuaca (awan, petir, topan, badai, dan hujan) terjadi di lapisan ini. Pada lapisan troposfer terdapat penurunan suhu yang terjadi karena troposfer menyerap sangat sedikit radiasi gelombang pendek dari matahari, sementara permukaan tanah memberikan panas pada lapisan troposfer yang terletak di atasnya (dapat melalui konduksi, konveksi, adveksi, dan turbulensi), serta ada proses kondensasi dan sublimasi yang dilepaskan oleh uap air atmosfer.

*        Konduksi  :  proses pemanasan secara merambat atau bersinggungan.

*        Konveksi   :  proses pemanasan secara vertikal.

*        Adveksi     :  proses pemanasan secara horizontal.

*        Turbulensi :  proses pemanasan secara tidak beraturan.

*        Kondensasi  : proses pendinginan yang mengubah wujud uap air menjadi air.

*        Sublimasi   :  proses perubahan wujud es menjadi uap air.

Ciri-ciri lapisan troposfer:

1.      Pertukaran panas banyak terjadi pada troposfer bawah, sehingga suhu turun dengan bertambahnya ketinggian pada situasi meteorologi (ilmu tentang cuaca). Nilainya berkisar antara 0,5°C dan 1°C tiap 100 meter dengan nilai rata-rata 0,65°C tiap 100 meter. Di wilayah dataran rendah setiap kenaikan 100 meter, suhu akan mengalami penurunan 0,5° C.

2.      Udara troposfer atas sangat dingin sehingga lebih berat dibandingkan dengan udara di atas tropopause yang menyebabkan udara troposfer tidak dapat menembus tropopause.

3.      Ketinggian tropopause lebih besar di ekuator daripada di daerah kutub. Di ekuator, tropopause terletak pada ketinggian 18 km dengan suhu -80°C. Sedangkan di kutub tropopause hanya mencapai ketinggian 6 km dengan suhu -40°C. Tropopause adsalah lapisan udara yang terdapat di antara troposfer dengan stratosfer.

2.      Lapisan stratosfer

Lapisan atmosfer di atas tropopause merupakan lapisan inversi, artinya suhu udara bertambah tinggi (panas) seiring dengan naiknya ketinggian. Disebut juga lapisan isothermis. Kenaikan suhu ini disebabkan oleh lapisan ozonosfer yang menyerap radiasi ultraviolet dari matahari. Bagian atas stratosfer dibatasi oleh permukaan diskontinuitas suhu yang disebut stratopause. Stratopause terletak pada ketinggian 60 km dengan suhu 0°C.

3.      Lapisan mesosfer

Lapisan mesosfer ditandai dengan penurunan orde suhu 0,4°C setiap 100 meter, karena lapisan ini mempunyai keseimbangan radiasi yang negatif. Bagian atas mesosfer dibatasi oleh mesopause yaitu lapisan di dalam atmosfer yang mempunyai suhu paling rendah (-100°C). Ketinggian sekitar 85 km.

4.      Lapisan termosfer

Lapisan ini terletak pada ketinggian 85-300 km yang ditandai dengan kenaikan suhu dari -100°C sampai ratusan bahkan ribuan derajad.

Bagian atas lapisan atmosfer dibatasi oleh termopauseyang meluas dari ketinggian 300-1000 km. Suhu termopause adalah konstan terhadap ketinggian, tetapi berubah menurut waktu, yaitu berhubungan dengan insolasi (incoming solar radiation). Suhu pada malam hari berkisar antara 300°-1200°C dan pada siang hari 700°-1700°C. Densitas termopause sangat kecil, kira-kira 10 kali densitas atmosfer permukaan tanah.

Weather and Climate

I.            Pengertian Cuaca dan Iklim

Cuaca adalah keadaan udara pada saat tertentu dan di wilayah tertentu yang relatif sempit dan pada jangka waktu yang singkat.

Iklim adalah keadaan cuaca rata-rata dalam waktu yang lama. Penyelidikannya 10-30 tahun dan meliputi wilayah yang luas.

II.            Unsur-Unsur Cuaca dan Iklim

1. Suhu udara

Suhu udara adalah keadaan panas atau dinginnya udara. Alat untuk mengukur suhu udara atau derajad panas disebut termometer. Pengukuran biasa dinyatakan dalam skala Celsius (C), Reamur (R), dan Fahrenheit (F). Suhu udara tertinggi di permukaan bumi adalah di daerah tropis (sekitar ekuator) dan makin ke kutub makin dingin.

Pada waktu kita mendaki gunung, suhu udara terasa dingin saat ketinggian bertambah. Tiap kenaikan bertambah 100 meter, suhu udara berkurang (turun) rata-rata 0,6°C. Penurunan suhu semacam ini disebut gradien temperatur vertikal atau lapse rate. Pada udara kering, besar lapse rate adalah 1°C.

Rumus gradien suhu untuk daerah tropis

Contoh

Berapakah suhu udara di Kota Wonosobo yang memiliki ketinggian 800 mdpl?

                                        800 m

= 26,3°C – { 0,65°C x ――― }

                                      100 m

= 26,3°C – { 0,65°C x 8 }

= 26,3°C – 5,2°C

= 21,1°C

Faktor-faktor yang mempengaruhi tinggi rendahnya suhu udara suatu daerah:

a.       Lama penyinaran matahari

·         Lamanya penyinaran matahari membuat tinggi temperatur.

·         Semakin miring sinar matahari semakin berkurang panasnya.

·         Semakin tinggi tempat semakin rendah suhunya.

·         Keadaan tanah, tanah yang licin dan putih banyak memantulkan panas. Tanah yang hitam dan kasar banyak menyerap panas.

·         Daratan cepat menerima dan melepaskan panas dibandingkan lautan.

b.      Sudut datang sinar matahari

c.       Relief permukaan bumi

d.      Banyak sedikitnya awan

e.       Perbedaan letak lintang

f.       Sifat permukaan bumi

Amplitudo suhu

*        Amplitudo suhu harian     : perbedaan suhu harian tertinggi dan terendah.

*        Amplitudo suhu bulanan   : perbedaan suhu rata-rata harian tertinggi dan terendah.

*        Amplitudo tahunan     :  perbedaan suhu rata-rata bulan terpanas dengan suhu rata-rata terdingin.

*        Jalan suhu harian         :  perubahan suhu naik atau turun dalam satu hari.

*        Besar kecilnya amplitudo suhu dipengaruhi oleh keadaan permukaan bumi, tinggi rendahnya kelembapan udara, dan sifat arus laut pada laut/samudera sekitarnya.

2. Tekanan udara

·         merupakan tenaga yang bekerja untuk menggerakkan massaudara dalam setiap satuan luas tertentu.

·         Diukur dengan menggunakan barometer.

·         Satuan tekanan udara adalah milibar (mb).

·         Garis yang menghubungkan tempat-tempat yang sama tekanan udaranya disebut sebagai isobar.

Variasi Tekanan Udara

Tekanan udara dibatasi oleh ruang dan waktu. Artinya pada tempat dan waktu yang berbeda, besarnya juga berbeda.

a.       Tekanan udara secara vertikal → makin ke atas semakin menurun. Hal ini dipengaruhi oleh:

·         Komposisi gas penyusunnya makin ke atas makin berkurang.

·         Sifat udara yang dapat dimampatkan, kekuatan gravitasi makin ke atas makin lemah.

·         Adanya variasi suhu secara vertikal di atas troposfer (>32 km) sehingga makin tinggi tempat suhu makin naik.

b.      Tekanan udara secara horizontal

yaitu variasi tekanan udara dipengaruhi suhu udara, bahwa daerah yang suhu udaranya tinggi akan bertekanan rendah dan daerah yang bersuhu udara rendah tekanannya tinggi.

Pola penyebaran tekanan udara horizontal dipengaruhi:

·         Lintang tempat.

·         Penyebaran daratan dan lautan.

·         Pergeseran posisi matahari tahunan.

Isobar di Selandia Baru dan Australia bagian timur

3. Kecepatan angin

Angin merupakan udara yang bergerak. Sifat angin meliputi kekuatan angin, arah angin, dan kecepatan angin. Arah dan kekuatan angin dapat diketahui dengan bermacam-macam cara, antara lain dengan bendera angin. Arah angin dinyatakan dalam derajad → 360° atau 0° (angin utara), 90° (angin timur), 180° (angin selatan), 270° (angin barat).Kecepatan angin diukur dengan anemometer.

Kecepatan angin ditentukan oleh:

a.       Gradien barometrik

yaitu angka yang menunjukkan perbedaan tekanan udara melalui dua garis isobar yang dihitung untuk tiap-tiap 111 km (= 1°) di ekuator.

Contoh

Bila garis isobar I tekanan udaranya 2010 mb, garis isobar II tekanan udaranya 2000 mb, serta jarak kedua garis isobar adalah 300 km tentukan gradient barometriknya!

Garis isobar I              =   2010 mb

Garis isobar II             =   2000 mb

Selisih tekanan            =   10 mb

Gradien barometriknya  =            10 : (300:111)

                                    =   10 : 2,702

                                    =   3,7 mb

Hukum Stevenson berbunyi “kecepatan angin bertiup berbanding lurus dengan gradien barometriknya.”

b.      Relief permukaan bumi → angin bertiup kencang pada daerah yang reliefnya rata.

c.       Tidak adanya pohon-pohon yang tinggi dan lebat.

d.      Letak lintang

Hukum Buys Ballot berbunyi “angin bertiup dari daerah yang bertekanan tinggi ke daerah yang bertekanan rendah dan mengalami pembiasan ke kanan di belahan bumi utara serta ke kiri di belahan bumi selatan.”

Macam-macam angin

a.       Angin tetap        →  angin pasat, angin barat, angin timur.

b.      Angin tidak tetap     →     angin darat dan angin laut, angin gunung dan angin lembah, angin jatuh atau terjun.

*        Angin siklon

adalah angin yang gerakannya berputar memusat. Gerakan angin di belahan bumi utara arah perputarannya berlawanan dengan arah jarum jam. Sedangkan di belahan bumi selatan searah dengan putaran jarum jam.

*        Angin antisiklon

adalah angin yang berputar meninggalkan daerah bertekanan udara maksimum. Di belahan bumi utara perputarannya searah dengan jarum jam, sedangkan di selatan berlawanan dengan perputaran jarum jam.

4. Awan

merupakan kumpulan tetesan air (kristal-kristal es) di dalam udara di atmosfer yang terjadi karena adanya pengembunan/pemadatan uap air yang terdapat di dalam udara setelah melampaui keadaan jenuh.

Pembagian awan yang diketahui sekarang adalah hasil kongres yang diadakan di Munchen tahun 1802 dan Uppsala(Swedia) tahun 1894.

*        Kabut adalah udara air yang terkondensasi berubah menjadi titik air yang melayang-layang dekat permukaan bumi. Di daerah industri kabut dapat bercampur dengan asap/gas sisa-sisa pembakaran, membentuk smog. Smog sangat menghalangi pemandangan kita.

5. Kelembapan udara

a.       Kelembapan mutlak (absolut) adalah bilangan yang menunjukkan berapa gram uap air yang tertampung dalam satu meter kubik udara.

b.      Kelembapan nisbi (relatif) adalah bilangan yang menunjukkan berapa persen perbandingan antara uap air yang ada dalam udara saat pengukuran dan jumlah uap air maksimum yang dapat ditampung oleh udara tersebut.

Rumus kelembapan nisbi

Contoh

Suatu udara di sebuah ruangan laboratorium dengan ukuran 3 x 3 x 3 m atau bervolume 27 m³ mengandung uap air dengan ukuran sebanyak 360 gram, dan pada suhu udara 21° C mengandung uap air sebanyak 18,5 gram, maka:

·         Kelembapan mutlaknya

360 gr / 27 m³= 13,33 gr/m³

·         Kelembapan relatifnya

(13,33 / 18,5) x 100% = 72%

6. Curah hujan

adalah jumlah air hujan yang turun pada suatu daerah dalam waktu tertentu. Faktor-faktor yang mempengaruhinya:

·         Letak DKAT (daerah konvergensi antar tropik).

·         Bentuk medan/topografi.

·         Arah lereng medan.

·         Jarak perjalanan angin di atas medan datar.

·         Posisi geografis daerahnya.

7. Radiasi matahari.

                        Energi radiasi matahari praktis merupakan satu-satunya energi yang mempengaruhi dinamika atmosfer dan bermacam-macam proses yang ada di dalam atmosfer dan permukaan bumi. Dinamika atmosfer dan bermacam-macam proses yang ada di dalamnya membentuk suatu kondisi atmosfer yang membangun iklim bumi.

                        Untuk mengerti iklim bumi dan mekanisme perubahannya maka data radiasi matahari merupakan salah satu data yang harus ada. Stasiun GAW Bukit Kototabang merupakan salah satu tempat pengamatan radiasi matahari yang cukup lengkap. Di tempat ini empat paramater dasar radiasi matahari diamati, yaitu radiasi global, baur, langsung dan infra merah dekat (near infra red).
                        Radiasi global adalah radiasi matahari yang diterima permukaan bumi, baik berupa radiasi langsung maupun radiasi baur. Sedangkan radiasi langsung adalah radiasi matahari yang diterima permukaan bumi yang berasal dari pusat dan daerah sekitar piringan matahari. Selanjutnya radiasi baur adalah radiasi matahari yang diterima permukaan bumi yang berasal dari hamburan molekul udara, partikel udara dan awan.