ATMOSFER BUMI

Pengertian Atmosfer Atmosfer berasal dari kata Yunani “atmos” yang berarti uap dan “sphaira” berarti bulatan. Atmosfer adalah lapisan gas yang menyelimuti bulatan bumi. Gas yang membentuk atmosfer disebut udara. Udara natural terdiri dari udara kering, uap air dan aerosol. Udara bersifat mobile, compressible, tidak berbau, tidak berwarna, tidak mempunyai rasa dan tidak bisa dirasakan kecuali udara bergerak (angin). Fenomena atmosfer yang mudah diamati, dari cuaca cerah yang menyenangkan sampai cuaca buruk yang menegangkan : shower, lightning – thunder, tornado. Atmosfer menyebabkan gesekan bagi benda langit (meteorit) yang bergerak melaluinya sehingga terbakar.

Komposisi Atmosfer Gas yang jumlahnya tetap/permanen Gas Pembentuk Atmosfer Gas yang jumlahnya tetap/permanen (nitrogen, oksigen, Hidrogen, helium, dan gas-gas kecil lainnya) jumlahnya berubah (uap air, karbondioksida, dan ozon) Komposisi udara tersebut berada di atmosfer bagian bawah (0-25 km)

(fraksi molekul total) Komposisi Atmosfer 4 gas utama udara kering yaitu Nitrogen (78,08%), Oksigen (20,95%), Argon (0,93%), dan Karbon dioksida (325 ppm), meliputi hampir seratus persen (99,9925%) dari volume udara. Tabel 1. Komposisi atmosfer di bawah 100 km (Wallace, 1977). Unsur Gas Berat Molekuler Kadar (fraksi molekul total) Nitrogen (N2) Oksigen (O2) Argon (A) Uap air (H2O) Karbon dioksida (CO2) Neon (Ne) Kripton (Kr) Hidrogen (H) Ozon (O3) 28,02 32,00 39,94 18,02 44,01 20,18 83,70 2,02 48,00 0,7808 (75,51% dari massa) 0,2095 (23,14% dari massa) 0,0093 (1,28% dari massa) 0 – 0,04 325 ppm 18 ppm 5 ppm 0,5 ppm 0 – 12 ppm

Struktur Vertikal Atmosfer Troposfer Lapse rate : 0,65 oC / 100 m Stratosfer - Terdapat lapisan ozon. Mesosfer Lapse rate 0,4oC/100 m Termosfer (lapisan panas) Bersuhu 400o – 2000o C

Lapisan atmosfer berdasarkan sifat radioelektrik Netrosfer : ketinggian < 60 km dpl., dilapisan ini tidak terjadi fotoionisasi. Ionosfer : ketinggian 60 km – rumbai-rumbai bumi (~ 1000 km), molekuler udara terionisasi oleh radiasi matahari uv. Daerah D : 60 – 80 km, memantulkan radiasi gelombang kilometrik  > 1 km, konsentrasi elektron 103 – 104 elektron/cm3. Daerah E : ketinggian > 160 km, memantulkan radiasi gelombang hektometrik, konsentrasi elektron 105 pada siang sampai 103 elektron/cm3 pada malam hari. Daerah F : ketinggian > 160 km, memantulkan radiasi gelombang metrik, konsentrasi mencapai 2 x 106 elektron/cm3 pada ketinggian 400 km, terdiri dari dua lapisan yaitu F1 : 160 – 210 km dan F2 : diatas 210 km.

Hubungan antara unsur dan kendali iklim. Unsur Cuaca dan Iklim Cuaca : keadaan atmosfer pada suatu saat, iklim : rata-rata cuaca dalam periode yang panjang. Cuaca dikaji dalam meteorologi, iklim dalam klimatologi. Unsur cuaca = iklim : temperatur dan kelembapan udara, curah hujan, tekanan udara dan angin, dll. KENDALI IKLIM Radiasi matahari Darat dan air Sel tekanan tinggi dan rendah Massa udara Pegunungan Arus laut Badai siklonik UNSUR IKLIM   Temperatur Endapan Kelembapan Tekanan udara Angin JENIS CUACA DAN IKLIM Bekerja pada Meng- hasilkan Hubungan antara unsur dan kendali iklim.

Kelembapan Kandungan air yang terdapat dalam udara: Tekanan uap (e): tekanan parsial dari uap air Kelembapan Mutlak: Masa jenis uap air Mixing Ratio : Perbandingan massa uap air terhadap massa udara kering

Tekanan Atmosfer Tekanan atmosfer pada tinggi z adalah berat seluruh kolom atmosfer di atas z per satuan luas. Gambar 7. Ekspresi tekanan atmosfer. Kiri : tekanan atmosfer pada ketinggian z, dan kanan : tekanan atmosfer permukaan.

Gambar 8. Gaya gradien tekanan Fp Angin Angin adalah gerak udara yang sejajar permukaan bumi. Angin diberi nama dari mana angin datang : angin timur angin datang dari timur, angin laut datang dari laut, dsb. Gaya yang bekerja pada angin adalah gaya gradien tekanan : Fp = – 1/ . p/n Tanda negatif menunjukkan arah gaya gradien tekanan dari tekanan tinggi ke tekanan rendah. L 900 mb Fp H 1000 mb Gambar 8. Gaya gradien tekanan Fp

Pergerakan Angin

Gambar 9. Angin geostrofik sejajar isobar. Karena bumi berotasi maka muncul gaya Coriolis : Fc = 2 sin . v Jika Fp diimbangi oleh Fc maka terjadi angin geostrofik, terdapat pada ketinggian di sekitar 1500 m dimana efek gesekan permukaan bumi dapat diabaikan. Gambar 9. Angin geostrofik sejajar isobar.

Gambar 10. Gaya gesekan berlawanan dengan arah angin. Angin ageostrofik Angin permukaan menderita gaya gesekan yang memperlambat kecepatan angin, sehingga gaya Coriolis menjadi kecil sedangkan gaya gradien tekanan tetap. Jadi angin memotong isobar tekanan rendah. Gambar 10. Gaya gesekan berlawanan dengan arah angin.

Angin gradien Angin yang bertiup pada isobar lengkung (lingkaran), ada tiga gaya yaitu Fp, Fc, dan Fs : gaya sentrifugal Ada 2 angin gradien : i. angin siklon jika pusat isobar adalah tekanan rendah ii. angin antisiklon jika pusat isobar adalah tekanan tinggi Gambar 11. Keseimbangan gaya dalam angin gradien : a. siklonik, b. antisiklonik, di BBU..

Arah dan kecepatan angin Angin adalah besaran vektor yang mempunyai arah dan kecepatan. Arah angin dinyatakan dalam derajat. Secara klimatologis diamati 8 penjuru tapi dalam penerbangan, 16 penjuru. Angin antara = 3600, angin tenang = 00, angin timur = 900, angin tenggara = 1350, dan seterusnya. Kecepatan angin dinyatakan dalam satuan meter per sekon, kilometer per jam, atau knot (1 knot ~ 0,5 m/s). Vektor angin : panjang vektor adalah kecepatan angin, dan anak panah adalah arah angin.

Awan dan Hujan Awan adalah kumpulan butiran air dan/atau kristal es yang berjejari ~ 10 m dengan konsentrasi berorde 100/cm3. Awan panas, t > – 10 0C mengandung tetes air dan awan dingin t < – 10 0C mengandung tetes air kelewat dingin dan kristal es. Presipitasi didefinisikan sebagai air cair (hujan) dan/atau air padat (salju, batu es) yang jatuh dari dasar awan sampai permukaan tanah, jika partikel-partikel ini tidak mencapai permukaan tanah (misalnya menguap) disebut virga atau stalaktit.

Partikel presipitasi akan tumbuh jika populasi awan menjadi labil Partikel presipitasi akan tumbuh jika populasi awan menjadi labil. Untuk awan panas kelabilan disebabkan oleh beda ukuran tetes atau kecepatan jatuh terminal, sedangkan untuk awan dingin kelabilan disebabkan oleh beda tekanan uap di atas air kelewat dingin (es) yang lebih besar dibandingkan tekanan uap di atas es (ei) Klasifikasi awan Menurut metode pembentukan : Stratiform dan Cumuliform Menurut tinggi dasar awan (h) : awan rendah, h < 2 km; Ns, Sc dan St awan menengah, h = 2 – 6 km; Ac dan As awan tinggi, h > 6 km, Cs, Cc, dan Ci.

Foto genus awan : Atas : Altocumulus, dan Altostratus, bawah : Cumulus dan cumulonimbus (Susilo, 1996).

Curah hujan Bentuk presipitasi adalah hujan, gerimis, salju dan batu es. Di Indonesia pada umumnya presipitasi berbentuk tetes hujan, tetapi akhir-akhir ini sering terjadi batu es hujan dari awan Cb. Gambar 16. Foto penampang batu es. Sumber Rogers and Yau, 1989

Lihat : gambar 17 : (a) dan (b) gambar 18 : (c) dan (d) Ada 4 jenis hujan : Hujan konvektif Hujan orografik Hujan konvergensi Hujan frontal Lihat : gambar 17 : (a) dan (b) gambar 18 : (c) dan (d) (b) Gambar 17 Gambar 18

Hujan Konvektif

Hujan Orografik

Hujan Konvergensi

Hujan Frontal

Pola curah hujan utama di Indonesia : Jenis monsunal, dipengaruhi oleh monsun, distribusi curah hujan bulanan berbentuk V atau U. Jenis ekuatorial, dipengaruhi oleh ekinoks, distribusi curah hujan bulanan menunjukkan maksima ganda. Jenis lokal, dipengaruhi oleh kondisi lokal, distribusi curah hujan bulanan kebalikan jenis monsunal. Gambar 19. Pola curah hujan tipe monsunal (Semarang), tipe ekuatorial (Pontianak) dan tipe lokal (Ambon)

Pembagian 3 wilayah iklim berdasarkan pola rata-rata tahunan

Perubahan Iklim dan Pemanasan Global Faktor penyebab perubahan iklim i. Faktor eksternal : perubahan orbit bumi, jumlah noda matahari ii. Faktor internal : perubahan sifat lima komponen sistem iklim iii. Faktor aktivitas manusia : pencemaran udara, urbanisasi dan deforestasi Teori perubahan iklim i. Teori astronomi : orbit elip bumi, dan noda matahari ii. Teori geologi : Letusan gunung api, hanyutan benua (the continental drift) iii. Teori karbon dioksida : CO2 sebagai gas rumah kaca

The Climate System Sources : Commonwealth of Australia 2005, Bureau of Meteorology

h : energi foton,  : frekuensi radiasi matahari, Pemanasan Global Aktivitas manusia : Emisi CO2 (karbon dioksida), CH4 (metan), CFC (chlorofluorocarbon) Deforestasi : kerusakan hutan secara alamiah (kebakaran) dan buatan. Hutan, penyerap karbon terbesar 1 pohon menyerap 5 – 15 ton karbon per tahun n CO2 + n H2O  (CH2 O)n + n O2 h : energi foton,  : frekuensi radiasi matahari, h : 6,625 x 10-34 Js disebut konstanta Planck Alih fungsi hutan, menjadi pemukiman, persawahan, perkebunan, pertambangan, industri – Angin kencang, radiasi masuk ke permukaan. h

CO2 : sejak era preindustri naik sekitar 30% akibat pembakaran bbf CH4 : selama periode 300 tahun (1700 – 2000) naik sekitar 145%. Gambar 22. Konsentrasi (ppm) CO2 dan CH4 selama 300 tahun yang lalu menunjukkan kenaikan cepat sejak dimulainya industrialisasi (Houghton, 2001).

Kontribusi Gas-Gas terhadap Pemanasan Global Sumber : PA Government Services Inc, 2000