RADIASI MATAHARI NUR AZIZAH

Contents 1 2 3 4 5 6 Karakteristik matahari Hukum-hukum radiasi (Radiation lows) 2 Radiasi matahari di permukaan bumi 3 Keseimbangan energy 4 Unsur-unsur radiasi matahari 5 Faktor-faktor yang mempengaruhi penerimaan energy matahari 6

KARAKTERISTIK RADIASI MATAHARI Matahari adalah gas zat asam yang sangat besar dan menyala. Naufal (1983) : Garis tengah matahari >3 juta km, Luas permukaannya = 325 x luas Permukan Bumi (luas Permukaan Bumi = 509.951 x 106 km2) Beratnya diperkirakan = 332 x berat bumi. Suhu bagian dalam matahari = 20 juta º C & bagian terluarnya = 6.000º K. Memancarkan kilatan api setinggi 500.000 km

PANCARAN RADIASI MATAHARI gelombang elektromagnitik yang dibangkitkan dari fusi nuklir dengan mengubah atom hidrogen - Helium setiap permukaan matahari yang bersuhu sekitar 6000 K adalah sebesar 73,5 juta watt m-2.  RM   1360 watt m-2 ATM  50% = 680 watt m-2 penguapan (E) Pemanasan udara (H) BMI Pemanasan tanah dan lautan (G) fotosintesis tanaman (P) menentukan keadaan cuaca dan iklim

KARAKTERISTIK RADIASI MATAHARI Energi yang dihasilkan = 1.674.000 tenaga kuda per m2 Energi yang dipancarkan = 56 x 1021 cal/menit atau = 29 x 1032 cal/tahun Energi yang sampai di Permukaan Bumi = ± 2 x 10-9 bagian.

RADIATION PHYSICS The chief radiation or energy source for the earth is the sun electromagnetic radiation It travels at the speed of light in the form of waves

RADIATION LAWS These radiation laws are based on the blackbody concept The characteristic of a blackbody is that all radiation falling on the blackbody is absorbed and that maximum possible emission occurs in all wavelengths and directions (Wallace and Hobbs, 1977).

Planck's law Particle concept E = h x v v= E/h Radiasi elektromagnetik terdiri atas aliran partikel atau kuantum, setiap kuantum memiliki energi Contoh : Proses fotosintesis

2. Kirchoff’s law a = absorptivity r = reflectivity t = transmissivity Reflectivity is defined as the ratio of the radiant energy reflected to the total that is incident upon that surface Transmissivity is defined as the ratio of transmitted radiation to the total radiation incident upon the medium

3. Stefan-Boltzman’S law

4. Wein's displacement law The range of the solar spectrum is about 0.15 - 4.0 µm (shortwave radiation) The range of the earth’s radiation is about 3-80 µm (long wave radiation)

5. Beer’s law I = flux density after passage through a depth x of medium I0 = flux density

RADIASI MATAHARI DI PERMUKAAN BUMI Radiasi matahari sebelum mencapai permukaan bumi mengalami beberapa hambatan: Di atmosfer, radiasi matahari mengalami pengurangan melalui : absorbsi refleksi. Di permukaan bumi, kehilangan energi terjadi, melalui: refleksi, konveksi, konduksi dan untuk evaporasi

The shortwave radiation balance 25% absorbed by the atmosphere clouds : 5%, atmospheric gases and particulate matter :20% 28% is lost due to reflection clouds : 19% atmospheric gases and particulates : 6% earth's surface 3% 47% of the original extra-terrestrial radiation available to be absorbed at the earth's surface

KESEIMBANGAN ENERGI Penerimaan Energi Kehilangan Energi Di Permukaan Bumi Radiasi Langsung 27% Radiasi dari Permukaan Bumi 23% Radiasi Tak Langsung 16% Proses Konveksi dan Evaporasi 23% Transfer Turbulensi 3% Jumlah 46% Jumlah 46% Di Atmosfer Absorbsi Radiasi Matahari 15% Radiasi Atmosfer 51% Absorbsi Radiasi Bumi 16% Transfer Turbulensi 3% Konveksi dan Evaporasi 23% Jumlah 54% Jumlah 54% Di Luar Atmosfer Refleksi Atmosfer 40% Radiasi dari Matahari 100% Refleksi Radiasi Bumi 2% Radiasi Atmosfer 51% Radiasi Permukaan bumi 7% Jumlah 100% Jumlah 100%

UNSUR-UNSUR RADIASI MATAHARI Intensitas radiasi matahari Periodisitas radiasi matahari Kualitas radiasi matahari

1. Intensitas radiasi matahari Σ energi matahari yang sampai suatu luasan tertentu dari suatu permukaan pada waktu yang tertentu Satuan : Calori, Joule, Lux atau Watt. m-2 Faktor –faktor yang mempengaruhi: Sudut datang sinar Letak lintang Ketinggian tempat

2. Periodisitas radiasi matahari Adalah lamanya matahari bersinar cerah dalam kurun waktu 24 jam, Lama penyinaran sangat dipengaruhi oleh tingkat keawanan

Lama Penyinaran berpengaruh terhadap aktivitas makhluk hidup: Meningkatkan laju fotosintesis pada tumbuhan Mempengaruhi aktivitas hormon pada tumbuhan, terutama hormon yang berperan dalam inisiasi bunga. Beberapa jenis tumbuhan perkembangannya sangat dipengaruhi oleh lama penyinaran, terutama sehubungan dengan kapan tumbuhan tsb akan memasuki fase generatifnya.

Berdasarkan responnya terhadap variasi panjang hari, maka dikenal : 1. Tumbuhan Hari Panjang (Long day plant) : kelompok tumbuhan yg akan memasuki fase generatifnya (membentuk organ reproduktif) hanya jika tumbuhan tsb menerima penyinaran yang panjang (> 14 jam), contoh : spinasi, beberapa jenis radis dan sawi. 2. Tumbuhan Hari Pendek (Short day plant) : kelompok tumbuhan yg akan memasuki fase generatif (membentuk organ reproduktif) hanya jika tumbuhan tersebut menerima penyinaran yang pendek (< 10 jam) contoh : labu siam, kecipir dan bayam. 3. Tumbuhan Hari Netral (Neutral day plant) : kelompok tumbuhan yg fase perkembangannya tidak dipengaruhi oleh lama penyinaran. Kelompok tumbuhan ini tetap akan memasuki fase generatif baik jika menerima yg panjang/ pendek contoh : tomat, blewah, kacang-kacangan dll.

3. Kualitas radiasi matahari Menggambarkan spektrum cahaya yang dipancarkan oleh matahari yang terdiri dari berbagai gelombang

Kisaran panjang gelombang yang penting artinya secara biologis adalah Ultra violet (< 400 nm), Cahaya tampak (400-700 nm) : ungu, biru, hijau, kuning, jingga dan merah Infra merah (> 700 nm). Dari kisaran cahaya tampak, ternyata yang sangat berperan (diserap secara kuat oleh klorofil) untuk fotosintesis adalah cahaya biru (425 – 490 nm) dan merah (640 – 740 nm).

Jenis Cahaya Kisaran Panjang Gelombang (nm) Panjang Gelombang Karakteristik Cahaya Ultra Violet, Cahaya Tampak dan Infra Merah Jenis Cahaya Kisaran Panjang Gelombang (nm) Panjang Gelombang Representatif (nm) Frekuensi (1014 hertz) Energi (kJ.mol-1) Ultra violet Violet Biru Hijau Kuning Jingga Merah Inframerah < 400 400 – 425 425 – 490 490 – 560 560 – 585 585 – 640 640 – 740 > 740 254 410 460 520 570 620 680 1400 11,80 7,31 6,52 5,77 5,26 4,84 4,41 2,14 471 292 260 230 210 193 176 85 Sumber : Rubatzky dan Yamaguchi (1998)

Panjang Gelombang (nm) Tabel Respon Fisiologis Tanaman terhadap Cahaya Respon Panjang Gelombang (nm) Pemanjangan batang Terhambatnya perkecambahan biji pada spesies tanaman tertentu Perangsangan pembentukan umbi bawang Bombay Penghambatan pembentukan umbi bawang Bombay Pembentukan pigmen merah (likopen) pada Tomat Perangsangan pembungaan tanaman hari panjang Penghambatan pembungaan tanaman hari pendek Peningkatan perkecambahan biji pada beberapa spesies Peningkatan pembentukan antosianin Fotosintesis Pembentukan klorofil Fototropisme 720 – 1000 650 – 690 440 – 655 445 – 660 350 - 500

Peranan kualitas cahaya matahari dlm kehidupan Tanaman Spektrum warna Panjang gelombang (µm) Peranan bagi tanaman Ultra violet < 0,280 Tanaman rusak 0,280 - 0,320 Sel tanaman mengalami kerusakan 0,320 - 0,405 Tanaman kerdil Visible light (PAR) 0,405 - 0,505 Diserap klorofil utk Fotosintesis (biru) 0,505 – 0,552 Untuk pertumbuhan daun (hijau) 0,552 – 0,585 Untuk pembentukan pigmen (kuning) 0,585 – 0,620 Untuk pembentukan fotoklorofil(jingga) 0,620 – 0,760 diserap klorofil untuk fotosintesis Near Infra Red (NIR) 0,760 – 1,000 diterima tanaman untuk aktifitas foto-Morfo Genetik perkecambahan dan pertumbuhan memanjang Far Infra Red (FIR) > 1,000 Diterima tan & dikonversikan dlm bentuk thermal, dan utk energi evapotranspirasi

Jarak antara matahari dan Bumi Panjang hari Sudut datang FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI PENERIMAAN RADIASI MATAHARI DI BUMI Diukur dengan solarimeter akibat penutupan awan 1 000 Jarak antara matahari dan Bumi Panjang hari Sudut datang Pengaruh atmosfer bumi bumi 06 12 18 Catatan ! Waktu Setempat (jam) Waktu setempat (WS) dihitung berdasarkan posisi Bujur bumi. Pukul 12.00 WS jika sudut datang cahaya matahari (zenith angle) sama dengan nol. 18 16 14 12 10 Matahari Radiasi Surya (MJ/m2/hari) 8 6 4 2 Bogor 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 Tanggal (Februari 2000)

a. Jarak bumi dan matahari Setiap saat, separuh belahan bumi menerima radiasi surya (rata-rata 1360 W.m-2 di puncak Matahari atmosfer) pada siang hari. Rotasi bumi ( 1.600 km/jam ) menyebabkan perbedaan waktu di bumi (siang-malam). Satu rotasi = 3600 Bujur = 24 jam. Matahari

a. Jarak bumi dan matahari Bumi mengelilingi matahari (revolusi) selama 1 tahun tiap putaran dgn kecepatan 100.000 km/jam. Deklinasi bumi (23.5o Lintang) menyebabkan perbedaan: panjang hari, musim (summer & winter) dan penerimaan energi radiasi surya di permukaan bumi. Matahari

Rs = q Io Sin α b. Panjang hari adalah periode ( jam ) antara matahari terbit sampai terbenam Panjang hari dihitung dari letak lintang dan tanggal (julian date) Sudut datang Besarnya energi radiasi matahari yg diterima oleh permukaan bumi berhubungan dg sudut datang . Rs = q Io Sin α .

d. Atmosfer bumi Rs = q x Io Σ energi matahari yang sampai di permukaan bumi (Rs) secara umum ditentukan oleh transparansi atmosfer (q) dan besarnya tetapan surya (solar constant = Io), Rs = q x Io Rs = jumlah energi matahari yang sampai di permukaan bumi q = trasnparansi atmosfer dan Io = solar constant, yaitu Σ energi matahari yang sampai pada permukaan terluar atmosfer secara tegak lurus.

Apabila transparansi atmosfer semakin tinggi, menunjukkan atmosfer bersih Σ energi yang diterima oleh bumi semakin tinggi. Apabila di atmosfer banyak terkandung uap air (awan) / gas-gas polutan (ex : CO, NO2, SO2, CH4) dan partikulat (ex: debu dan asap) nilai q semakin rendah Apabila atmosfer cerah, yaitu bila kandungan awan dan gas-gas rumah kaca sedikit, berarti nilai q nya tinggi, Σ radiasi matahari yang sampai permukaan bumi semakin tinggi

TERIMA KASIH