UNSUR – UNSUR METEOROLOGI

 1. Pengantar 

Meteorologi berasal dari kata “meteoro”yang berarti udara atau iklim/cuaca dan “logos”yang berarti ilmu. Jadi “meteorologi” berarti ilmu yang mempelajari tentang udara atau iklim/cuaca. Dalam meteorologi, terdapat beberapa peralatan yang umum digunakan untuk pengukuran/pengamatan meteorologi, yaitu : - Anemometer, alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan angin. - Thermometer, digunakan untuk mengukur suhu udara. - Barometer, alat pengukur tekanan atmosfer/udara. Diukur dalam satuan milibar (mb). Ada 2 tipe barometer, yaitu barometer merkuri dan barometer aneroid. 

2. Unsur-Unsur Meteorologi 

2.1. Suhu/Temperatur 

Suhu / temperatur udara diukur dengan alat termometer dengan satuan derajat (Celcius, Fahrenheit, Reamur, dan derajat Kelvin). Beberapa jenis termometer yang sering digunakan adalah : - termometer air raksa (Hg) atau termometer alkohol ; - termograf, yang dilengkapi dengan alat pencatat suhu secara otomatis ; - termometer maksimum dan minimum. 

2.2. Tekanan Udara 

Udara tersusun dari berbagai gas, dan mempunyai berat. Karenanya udara mempunyai tekanan. Tekanan udara adalah tekanan yang diberikan oleh udara karena beratnya terhadap setiap 1 cm2 bidang di permukaan laut hingga batas atmosfer. Satuan tekanan udara adalah atmosfer (atm) atau milibar (mb). Tekanan udara 1 atm adalah gaya yang diberikan oleh udara pada setiap 1 cm2 bidang di permukaan laut. Gaya tersebut sama dengan tekanan air raksa (Hg) dalam kolom setinggi 76 cm. Besarnya tekanan udara di setiap tempat pada suatu saat berubah-ubah. Makin tinggi suatu tempat dari permukaan laut, makin rendah tekanan udaranya. Hal ini disebabkan karena makin berkurangnya udara yang menekan. Tekanan udara diukur dengan alat barometer. 

Barometer terdiri dari berbagai macam : 

1. Barometer air raksa, yang menggunakan skala milimeter air raksa (mm Hg). Barometer ini diciptakan oleh Torriceli (1643).
2. Barometer Aneroid, yang menggunakan skala milibar (mb).
3. Barograf, yaitu barometer yang secara otomatis mencatat sendiri tekanan udara setiap saat dalam jangka waktu tertentu dalam barogram dengan menggunakan skala milibar (mb).

Sementara itu tekanan udara dapat dibedakan menjadi 3 macam, yaitu:
1) Tekanan udara tinggi, lebih dari 1013 mb.
2) Tekanan udara rendah, kurang dari 1013 mb.
3) Tekanan di permukaan laut, sama dengan 1013 mb.

2.3. Angin 

Angin terjadi karena adanya pergerakan udara kearah horisontal. Sedangkan pergerakan udara ke arah vertikal dinamakan aliran udara. Angin selalu bertiup dari udara tekanan tinggi ke arah udara tekanan rendah. Pergerakan ini mengikuti hukum Buys-Balot, yaitu di belahan bumi Utara angin berbelok kekanan, dan dibelahan bumi Selatan angin berbelok kekiri. Angin diberi nama berdasarkan arah darimana angin bertiup. Misalnya angin Barat, berarti angin yang bertiup dari barat. Angin Timur berarti angin yang bertiup dari Timur, Angin laut berarti angin yang bertiup dari laut, dan sebagainya. 

2.4. Awan 

Awan adalah kumpulan titik-titik air atau kristal es yang melayang-layang di atmosfer. Awan terjadi akibat proses kondensasi (berubahnya air dalam bentuk gas menjadi bentuk cair). Mula-mula udara yang mengandung uap air memiliki temperatur tinggi akan membumbung keatas (ke atmosfer), selanjutnya temperaturnya akan turun mencapai titik kondensasi atau melampaui titik kondensasi. Selanjutnya uap air akan menjadi awan. Awan yang terlihat dapat berwarna putih, coklat atau hitam tergantung dari materi apa yang terkandung dalam uap air tersebut. Butir-butir awan sangat halus, berdiameter sekitar 2 – 40 mikron. Pendinginan uap air dapat terjadi karena : - Adiabatis, yaitu penurunan suhu udara karena letak ketinggian ; - Adveksi, yaitu penurunan suhu udara yang sedang bergerak horisontal. 

2.5. Uap Air 

Penguapan merupakan proses perubahan air atau es menjadi uap (uap air) karena adanya pemanasan. Penguapan terjadi karena adanya radiasi matahari yang memanasi benda-benda zat cair di permukaan bumi, seperti laut, sungai, tanah dan tanaman yang mengandung air. Uap tersebut akan bergerak keatas menuju atmosfer, yang selanjutnya akan membentuk awan, embun, kabut, dan lain lain. Beberapa istilah yang terkait dengan penguapan air adalah : - Evaporasi, ialah penguapan air dari benda-benda cair atau padat. - Transpirasi, ialah penguapan air yang berlangsung melalui pori-pori tumbuhan. - Evapotranspirasi, ialah gabungan penguapan air yang terjadi melalui tanah dan massa air di perairan dengan penguapan air melalui tumbuhan. 

2.6. Kelembaban Udara 

Kelembaban udara adalah banyaknya uap air dalam udara. Uap air dalam atmosfer hanya sekitar 0 % - 5 % dari jumlah massa udara, namun uap air merupakan komponen udara yang sangat penting ditinjau dari segi cuaca dan iklim. Kelembaban udara diukur dengan alat psikrometer, yang diletakkan dalam sangkar cuaca. Beberapa istilah kelembaban udara adalah : - Kelembaban mutlak (absolut), ialah angka yang menunjukkan berat uap air per satuan volume udara dan dinyatakan sebagai gram/m3 udara. Ukuran ini kurang digunakan dalam meteorologi, karena volume udara selalu berubah-ubah jika suhu udara naik. - Kelembaban relatif atau nisbi (Relative humidity, disingkat RH). Yaitu perbandingan antara uap air yang betul-betul ada di udara dengan jumlah uap air dalam udara tersebut jika pada suhu dan tekanan yang sama udara tersebut jenuh dengan uap air. Kelembaban ini dinyatakan dengan persen (%). 

2.7. Presipitasi 

Presipitasi (hujan) adalah air dalam bentuk cair padat yang jatuh dari atmosfer sampai permukaan bumi. Terjadinya presipitasi selalu didahului oleh proses kondensasi dan atau pembekuan uap air. Uap yang terkondensasi akan menjadi awan. Selama buir-butir uap air belum bersatu, ia akan tetap melayang-layang di udara dan tidak akan terjadi presipitasi. Sebaliknya jika butir-butir awan bersatu sehingga menjadi lebih besar dan berat maka awan menjadi tidak kekal dan akan terjadi presipitasi atau turun air hujan ke permukaan bumi. 

Beberapa Istilah dalam Meteorologi 

Atmosfer, atmosfer atau ruang di atas permukaan bumi yang berisi percampuran berbagai macam gas sampai ketinggian sekitar 10.000 km dari permukaan bumi. Komposisi atmosfer terbesar adalah gas nitrogen (78%) dan gas Oksigen (21 %), sisanya yang 1 % terdiri dari gas Argon, Karbondioksida, dan lain lain. Isoterm, adalah garis-garis imajiner pada peta yang menghubungkan titik-titik yang memiliki suhu yang sama. 

Isovent, adalah garis-garis imajiner pada peta yang menghubungkan titik-titik yang memiliki kecepatan angin yang sama. 

Isohyet, adalah garis-garis imajiner pada peta yang menghubungkan titik-titik yang memiliki curah hujan yang sama. 

Isogonik, adalah garis-garis imajiner pada peta yang menghubungkan titik-titik yang memiliki penyimpangan magnetik sama. 

Isobar, adalah garis-garis imajiner pada peta yang menghubungkan titik-titik yang memiliki tekanan barometrik yang sama. 

Monsoon, berasal dari bahasa Arab, yang berarti angin yang berubah secara musiman. Angin di Laut Arab yang berhembus dari lautan ke daratan selama musim panas dan dari daratan kearah lautan pada musim dingin. 

Typhoon, nama untuk siklon tropis yang berkembang di Pasifik Utara bagian Barat dan perairan Asia Tenggara.

KOMPOSISI DAN SIFAT FISIS ATMOSFER

Lampiran  Pertemuan 4

KOMPOSISI DAN SIFAT FISIS ATMOSFER

Komposisi Atmoster

Meteorologi Fisis merupakan ilmu tentang keadaan atmosfer yang dihubungkan dengan metode fisika (fisis). Dalam mempelajari ilmu ini akan sangat membantu kita dalam beberapa pelajaran yang lain. Hal ini karena meteorologi fisis sangat berkaitan erat dengan : Meteorologi Umum, Meteorologi Synoptik, Fisika Atmosfer dan Fisika Awan.

Atmosfer adalah lapisan gas yang melingkupi sebuah planet, termasuk bumi, dari permukaan planet tersebut sampai jauh di luar angkasa. Di Bumi, atmosfer terdapat dari ketinggian 0 km di atas permukaan tanah, sampai dengan sekitar 560 km dari atas permukaan Bumi. Atmosfer tersusun atas beberapa lapisan, yang dinamai menurut fenomena yang terjadi di lapisan tersebut. Transisi antara lapisan yang satu dengan yang lain berlangsung bertahap. Studi tentang atmosfer mula-mula dilakukan untuk memecahkan masalah cuaca, fenomena pembiasan sinar matahari saat terbit dan tenggelam, serta kelap-kelipnya bintang. Dengan peralatan sensitif yang dipasang di wahana luar angkasa, kita dapat memperoleh pemahaman yang lebih baik mengenai atmosfer termasuk fenomena-fenomena yang terjadi di dalamnya.

Atmosfer Bumi terdiri atas nitrogen (78.17%) dan oksigen (20.97%), dengan sedikit argon (0.9%), karbondioksida (variabel, tetapi sekitar 0.0357%), uap air, dan gas lainnya. Atmosfer melindungi kehidupan di bumi dengan menyerap radiasi sinar ultraviolet dari Matahari dan mengurangi suhu ekstrem antara siang dan malam. 75% dari atmosfer ada dalam 11 km dari permukaan planet. Berbagai macam gas yang terdapat di dalam atmosfer adalah Nitrogen, Oksigen, Carbondioksida, Argon, dan beberapa gas lainnya. Untuk komposisi gas terbanyak di atmosfer bumi adalah Nitrogen. Setelah itu gas terbanyak kedua adalah Oksigen. Namun mengapa oksigen ini sangat berpengaruh dalam proses di alam ini.? Hal ini karena senyawa oksigen ini mampu dengan mudah berinteraksi dengan gas-gas lain. Untuk melihat jumlah kandungan tiap gas di dalam atmosfer bumi kita ini, mari kita lihat gambar dibawah ini.

Susunan Atmosfer

1. Troposfer

Trofosfer adalah lapisan paling rendah dalam struktur atmosfer. Karena keistimewaannya lapisan ini kehidupan di bumi terindung dari radiasi yang berbahaya bagi kehidupan. Namun disamping itu lapisan ini adalah lapisan paling tipis diantara lapisan-lapisan atmosfer lain. Lapisan ini berada kurang lebih 15KM dari permukaan bumi. Pada lapisan troposfer terjadi berbagai macam perubahan cuaca, suhu udara, perubahan angin, dan lain sebagainya. Suhu dalam lapisan troposfer cenderung hangat, jika kita menambah ketinggian setiap 100meter maka suhu akan semakin turun 0,61℃elcius.

2. Stratosfer

Stratosfer adalah lapiasan ke dua dari atmosfer bumi. Stratofer memiliki ketebalan 15-55KM dari permukaan tanah. Stratosfer terletak di atas troposfer. Pada lapisan ini terdapat lapisan ozon. Lapisan ozon sendiri berada pada ketinggian 20KM dari permukaan tanah. Lapisan ozon berfungsi menyerap sinar ultraviolet dan melindungi bumi dari pancaran radiasi yang berbahaya bagi kehidupan di bumi. Pada ketinggian pertama pada lapisan strstosfer ini suhu cenderung turun secara signifikan, awan jenis cirrus biasanya berada pada 15KM pertama dari lapisan ini. Suhu pada lapisan ini relatif stabil mulai dari -17 F sampai -57℃. Suhu pada lapisan ini sangat dingin.

3. Mesosfer

Mesosfer adalah lapisan udara ketiga dari atmosfer bumi. Suhu yang terdapat pada lapisan ini sangat dingin. Pada lapisan ini sering terjadi pergesekan anatara meteor dan lapisan mesosfer, sehingga meteor yang akan sedang beraktivitas tidak akan jatuh ke bumi. Mesosfer terletak diantara 50KM hingga 85KM di atas permukaan bumi. Suhu pada lapisan ini mencapai – 73℃. Diantara mesosfer dan termosfer terdapat lapisan perantara yang dinamakan lapisan mesopause.

4. Termosfer dan Ionosfer

Termosfer adalah lapisan atmosfer yang berada pada urutan ke empat diatas mesosfer. Termosfer berada diantara mesosfer dan ekssosfer. pada lapisan ini terdapat atom-atom yang terionisasi sehigga lapisan termosfer disebut juga lapisan ionosfer. Lapisan ini terletak kurang lebih 85KM-650KM diatas permukaan bumi. Pada lapisan ini terdapat partikel-partikel ion yang berfungsi sebagai pemantul gelombang radio. Partikel tersebut sangat berguna bagi manusia terutama sebagi perkembangan teknologi komunikasi. Pada lapisan ini terdapat lapisan inversi yaitu kondisi dimana jika ketinggian dinaikkan suhunya akan semakin tinggi. Karena adanya lapisan inversi inilah lapisan termosfer ini mempunyai terperatur yang cukup tinggi hingga mencapai ratusan derajat celcius. Karena keadaannya yang panas ini pula, maka lapisan ini disebut juga dengan lapisan termos yang mempunyai arti panas.

5. Eksosfer

Eksosfer adalah lapisan terluar dari atmosfer bumi. Lapisan ini merupakan lapisan yang paling jauh dari permukaan bumi. Selain menjadi lapisan terluat dari atmosfer bumi, lapisan ini juga sangat panas, dan terjadi pergerakan pertikel udara yang tidak beraturan. Pada lapisan ini terdapat refleksi cahaya matahari yang dipantulkan oleh debu dan materi meteorik. Lapisan ini berad pada ketinggian 800-1000KM dari permukaan bumi. Karne sangat panasnya lapisan ini sangat berbahaya untuk para astronot. Lapisan ini menjadi benteng utama untuk melindungi bumi dari aktivitas-aktivitas meteor. Lapisan eksosfer disebut juga lapisan geostasioner yang merupakan ruang antar planet. Lapisan ini tidak memiliki tekanan udara sama sekali.

Berikut ini merupakan gambar ilustrasi tentang karakteristik suhu di tiap-tiap lapisan

Mari kita perhatikan garis yang berwarna merah. pada lapisan troposfer, profil suhu maksimum berada di lapisan bawah kemudian semakin tinggi tempat tersebut maka suhunya akan turun. Kemudian sebelum mencapai lapisan stratosfer, suhu udara menjadi konstan. Setelah itu saat mencapai lapisan stratosfer, suhu udara akan meningkat lagi hingga lapisan stratosfer atas. Kemudian suhunya akan tetap pada ketinggian tertentu. Lalu saat mencapai lapisan Mesosfer maka suhu udara akan turun kembali seiring bertambahnya ketinggian. Saat hampir mencapai lapisan Thermosfer/Ionosfer maka suhu udara juga akan tetap pada ketinggian tertentu. Setelah itu suhu udara akan naik seiring dengan bertambahnya ketinggiannya. Pada lapisan thermosfer suhu udara bisa mencapai suhu sangat tinggi hingga lebih dari 1000ºC.

Radiasi Matahari

Jarak eksentrisnya dari lintasan bumi adalah jarak antara matahari dan bumi dengan variasi 1,7%. Dari hasil pengukuran astronomi didapat jarak rata-rata bumi matahari adalah 1,495 x 1011 m dengan sudut kecenderungan matahari 320. Radiasi yang diemisikan oleh matahari dan ruang angkasa yang berhubungan dengannya ke bumi menghasilkan intensitas radiasi matahari yang hampir konstan di luar atmosfer bumi. Konstanta matahari (Gsc) adalah energi dari matahari per unit waktu yang diterima pada satu unit luasan permukaan yang tegak lurus arah radiasi matahari pada jarak rata-rata matahari-bumi di luar atmosfer. World Radiation Center (WRC) mengambil nilai konstanta matahari (Gsc) sebesar 1367 W/m2 dengan ketidakpastian sebesar 1%.

Intensitas radiasi matahari di luar atmosfer bumi bergantung pada jarak antara matahari dengan bumi. Tiap tahun, jarak ini bervariasi antara 1,47 x 108 km dan 1,52 x 108 km dan hasilnya besar pancaran E0 naik turun antara 1325 W/m2 sampai 1412 W/m2. Nilai rata-ratanya disebut sebagai konstanta matahari dengan nilai E0 = 1367 W/m2. Pancaran ini tidak dapat mencapai ke permukaan bumi. Atmosfer bumi mengurangi insolation yang melewati pemantulan, penyerapan (oleh ozon, uap air, oksigen, dan karbon dioksida), serta penyebaran (disebabkan oleh molekul udara, partikel debu atau polusi). Di cuaca yang bagus pada siang hari, pancaran bisa mencapai 1000 W/m2 di permukaan bumi. Insolation terbesar terjadi pada sebagian hari-hari yang berawan dan cerah. Sebagai hasil dari pancaran matahari yang memantul melewati awan, maka insolation dapat mencapai hingga 1400 W/m2 untuk jangka pendek.

Radiasi Matahari Pada Permukaan Bumi

Ada tiga macam cara radiasi matahari sampai ke permukaan bumi, yaitu :

a. Radiasi langsung (Beam/Direct Radiation)

Adalah radiasi yang mencapai bumi tanpa perubahan arah atau radiasi yang diterima oleh bumi dalam arah sejajar sinar datang.

b. Radiasi hambur (Diffuse Radiation)

Adalah radiasi yang mengalami perubahan akibat pemantulan dan penghamburan.

c. Radiasi total (Global Radiation)

Adalah penjumlahan radiasi langsung (direct radiation) dan radiasi hambur (diffuse radiation).

Daftar Pustaka :

Dayan. 2018. Sifat Fisis Atmosfer, Uap Air dan Laju Penurunan Suhu Udara di Atmosfer. https://www.climate4life.info/2018/07/sifat-fisis-atmosfer-uap-air-dan-laju.html diakses pada hari Rabu, 4 Desember 2019 pukul 11. 54 WIB

Malik. 2017. 5 Lapisan Atmosfer Bumi dan Penjelansannya. https://mengakujenius.com/5-lapisan-atmosfer-bumi-dan-penjelasannya/ diakses pada hari Rabu, 4 Desember 2019 pukul 11. 00 WIB

Anonim. 2019. Atmosfer Bumi. https://id.wikipedia.org/wiki/Atmosfer_Bumi diakses pada hari Kamis, 5 Desember 2012 pukul 11.03 WIB