Klimatologi 9 Tekanan udara dan angin

 Tekanan udara : tekanan yang ditimbulkan oleh udara
karena beratnya kepada setiap 1 cm² bidang datar
permukaan bumi sampai batas atmosfer.
 Dilukiskan dengan keseimbangan antara massa udara
panas dan massa udara dingin atau ketinggian kolom
air raksa yang akan naik dalam barometer akibat
adanya perubahan tekanan udara di sekitarnya.
 Pengaruh tekanan udara :
- terhadap mahluk hidup kecil sekali
- sangat berpengaruh thd pergerakan angin.
 Tekanan udara berubah
perubahan kecepatan
dan arah angin
perubahan suhu dan CH.
a. Berat suatu kolom udara dengan luas
penampang 1 inci persegi dan terletak
tegak lurus pada permukaan laut sampai
puncak atm adalah 14,7 lb yang setara
dengan berat kolom air raksa setinggi
29,92 inci atau 760 mm Hg dengan luas
penampang yang sama.
b. Milibar (mb) yang setara dengan gaya
sebesar 1000 dyne/cm².
760 mmHg = 1013,2 mb
a. Tekanan rendah atau siklon (depresi/low)
- Daerah ini mempunyai tekanan udara yang
lebih rendah dari tekanan udara sekelilingnya.
- Pusat tekanan rendah yang memanjang
disebut palung.
b. Tekanan tinggi atau anti siklon (high)
Pusat tekanan tinggi yang memanjang
disebut ridge/wedge.
Tekanan udara pada permukaan bumi ditentukan
oleh kerapatan massa udara makin rapat udara
tekanan makin
kerapatan berhubungan erat dengan T, radiasi
matahari, RH dan gaya berat
dRT
p = -----m
p = tekanan udara
d = kerapatan udara
R = konstanta gas
T = suhu mutlak (ºK)
m = berat molekul (atm terdiri dari bbg campuran
gas
BM berbeda-beda
Gas-gas yang ada di atm tidak tersebar
merata di berbagai ketinggian sehingga
terjadi stratifikasi perbedaan udara
yang ada di permukaan bumi (vertikal
dan horisontal)
a. Distribusi Vertikal
 Berhubungan erat dengan ketinggian, sebab :
- gas-gas yang menyelubungi permukaan bumi
mempunyai sebaran yang tidak merata
- bagian atm yang paling dekat dengan permukaan bumi
mempunyai kerapatan yang lebih tinggi dibandingkan
lapisan udara yang lebih tinggi
adanya perbedaan massa dari berbagai macam
- gas serta gaya gravitasinya
menyebabkan gaya
berat
terjadi penekanan dari lapisan yang lebih
atas pada lapisan di bawahnya
 Distribusi vertikal : perbedaan tekanan
udara yang terjadi pada daerah yang sama
tapi berbeda ketinggiannya.
 Nilai rata-rata pengurangan tekanan udara
pada bbrp ribu kaki pertama di atas
permukaan laut adalah sekitar 1 inci atau 34
mb pada setiap kenaikan 900 sampai 1000
feet atau 11 mb pada setiap kenaikan 100 m
Tabel 1. Situasi tekanan udara pada beberapa
ketinggian tempat
Ketinggian
tempat (m)
51.336
15.240
10.668
5.486
3.048
1.500
Permukaan laut
Tekanan
mm Hg
Milibar (mb)
33
86
178
378
533
632
759
44.0
115.1
237.0
507.0
679.5
843.1
1013.2
b. Distribusi horisontal
 Perbedaan tekanan udara pada daerah
yang berlainan tapi sama
ketinggiannya
 Akibat adanya perbedaan tek udara di
daerah satu dengan daerah lain, akibat
perbedaan pemanasan permuk bumi
yang terjadi pada beberapa daerah
Suatu daerah
menerima
energi radiasi
matahari lebih
tinggi
Massa
udara
lebih
panas
Kerapatan
udara lebih
ranggang
Tekanan
udara
lebih
rendah
Suhu udara
rendah
▲
Tekanan
tinggi
Suhu udara
tinggi
suhu
▲
tekanan
Permukaan
Tekanan
rendah
 Distribusi tekanan atm dinyatakan dalam isobar- isobar
 Isobar : garis yang menghubungkan tempat-tempat yang
mempunyai tekanan atm sama pada suatu ketinggian
tertentu
 Kerapatan dan arah perubahan tekanan disebut: gradient
tekanan /barometric slope
 Bila isobar-isobar rapat, perubahan tekanan dalam arah
tegak lurus isobar adalah cepat
 Gradien tekanan horisontal : penurunan tekanan per
satuan jarak dalam arah di mana tekanan berkurang
dengan cepat
Angin (wind) : udara yang bergerak di
mana arahnya paralel dengan permukaan
bumi, dari daerah tekanan udara tinggi ke
tekanan rendah.
Gerakan udara secara vertikal lebih tepat
disebut arus (currents).
 Dalam klimatologi, angin mempunyai 2 fungsi
mendasar :
a. Pemindahan panas : dari latitude/lintang yang
lebih rendah ke yang lebih tinggi dan akan
membuat seimbang neraca radiasi matahari
antara lintang rendah dan tingggi.
b. Pemindahan uap air : yang dievaporasikan dari
laut ke daratan di mana sebagian besar
dikondensasaikan untuk menyediakan
kebutuhan air yang turun
kembali sebagai
hujan, kabut atau embun.
a. Gaya gradien tekanan (gaya primer) :
- karena adanya perbedaan tekanan akibat
perbedaan suhu.
b. Gaya sekunder (gaya-gaya yang beraksi
pada udara hanya setelah udara mulai
bergerak, yaitu
b.1. Gaya Coriolis :
- gaya timbul karena rotasi bumi yang kadang-kadang disebut
gaya semu.
- rotasi bumi mengakibatkan perbedaan penerimaan rad matahari
di bbg tempat di permuk bum
- besarnya gaya coriolis tgt kecepatan angin dan letak geografis
suatu tempat.
- makin cepat gerakan angin dan makin ke utara/selatan dari
equator maka makin besar gaya coriolis.
- di equator gaya coriolis = 0 dan maksimum di kedua kutub tad
- Hukum Buys Ballot : pergerakan angin di belahan bumi
(hemisfer) utara menyimpang/membelok ke kiri dan di hemisfer
selatan menyim pang ke arah kanan. Hal ini akibat rotasi bumi.
-
Gaya Coriolis (Fc) per satuan massa
udara :
Fc = - 2 Ω V sin Φ = - f V
Ω = kecepatan sudut bumi (2π per 24
jam)
V = kecepatan angin (ms¹)
Φ = letak lintang
f = merupakan parameter coriolis
(2Ω sin Φ)
b.2. Gaya sentrifugal :
- merupakan salah satu sebab
terjadinya sirkulasi udara yang
berbeda pada daerah bertekanan
rendah dan tinggi.
Gaya
sentrifugal
Gaya
sentripetal
b.3. Gaya gesekan :
- gesekan cenderung memperlambat
gesekan udara, sebab gesekan ini
bekerja dengan arah yang berlawanan
dengan arah gerak udara
- akibat gaya gesekan ini, kecepatan
angin lebih besar pada lapisan atmosfer
yang lebih tinggi daripada dekat
permukaan bumi.
Anemometer Otomatis
Siang hari
Angin laut
Malam hari
Angin darat
 mulai pada jarak 30
km dpl
 jarak tempuh < angin
laut
 menyusup sampai
sejauh 48 km
 menyusup sampai
8-10 km ke laut (krn
∆ P antara daratan
dan lautan lbh kecil
pd mlm hari drpd
siang hari
 mulai jam 10.44 pagi
 tek udara di laut
lebih tinggi drpd
darat
 tek udara di daratan
> drpd lautan
Terjadi karena keadaan topografi.
Kedua angin ini merupakan hasil
dari perbedaan suhu antara
lembah dan puncak gunung.
Siang hari
Angin lembah
Malam hari
Angin gunung
Gunung
Gunung
Lembah
Lembah
Siang hari
Puncak gunung menerima
E surya > lembah
Malam hari
Proses pemanasan
berhenti & udara di
puncak gunung
mengalami pendinginan
lebih cepat
Udara di permukaan
mengembang, tekanan
udara rendah
Udara di lembah naik ke
puncak gunung
udara yang dingin ini
turun ke dasar lembah,
menumpuk dan
mendorong udara di
lembah keluar menuju ke
sisi yang terbuka
Angin lembah
Udara dari sisi gunung
yg terbuka masuk ke
lembah menggantikan
udara yg ke atas
Angin gunung
 Terjadi akibat perbedaan
pemanasan antara daratan dan
lautan dalam skala yang lebih besar,
terjadi antara benua dan samudra.
 Arah angin berubah-ubah setiap
musim tgt letak matahari.
 Di Jawa dikenal, angin musim barat
pada waktu musim hujan dan angin
musim timur pada waktu musim
kemarau.
Musim dingin :
Benua dingin > cepat
P daratan lbh tinggi
Terjadi aliran udara
yg konstan dari
daratan ke lautan
Angin dari daratan
cukup kering, sedikit
menimbulkan awan
dan hujan
Musim panas :
Daratan panas > cepat
P lautan lbh tinggi
Terjadi aliran udara dari
lautan ke daratan
Angin membawa udara
lemabab. Kelembaban
udara meningkat
Keawanan dan CH meningkat
pd daerah yg dilalui
 Adalah angin yang berhembus dengan kecepatan
konstan dan terus-menerus dengan arah yang
sama, melalui lintasan yang sama pula.
 Pergerakan angin daerah sub-tropis dari kedua
belahan bumi menuju ke equator dan pergerakan
itu bersifat kekal sepanjang tahun.
 Andaikan bumi tidak berputar, maka angin pasat
akan bertiup langsung dari utara ke selatan.
 Perputaran bumi membelokkan pergerakan udara
di kedua belahan bumi, sehingga di hemisfer utara
angin pasat timur laut dan di hemisfer selatan
angin pasat tenggara.
 Terjadi karena pengaruh keadaan regional
dan karena efek lokal.
 Contoh :
- angin di laut Tengah : Siroco
- di daerah peg. Alpen Utara : angin Fohn
- di Sumut : angin bahorok
- di Jawa Timur : angin gending
- di Sulsel : angin brubu
- di Argentina : Zondo
- di Amerika Serikat : Chinook
- di lembah sungai Santa Ana, California :
Santa Ana/angin setan
1. Puting Beliung
angin yang berputar dengan
kecepatan lebih dari 63 km/jam yang
bergerak secara garis lurus dengan
lama kejadian maksimum 5 menit.
1. Puting Beliung
Proses terjadinya
biasanya terjadi pada musim pancaroba
pada siang hari suhu udara panas, pengap, dan
awan hitam mengumpul, akibat radiasi matahari di
siang hari tumbuh awan secara vertikal,
selanjutnya di dalam awan tersebut terjadi
pergolakan arus udara naik dan turun dengan
kecepatan yang cukup tinggi. Arus udara yang
turun dengan kecepatan yang tinggi menghembus
ke permukaan bumi secara tiba-tiba dan berjalan
secara acak.
1. Puting Beliung
Proses terjadinya
• Pancaroba baik dari hujan ke kemarau maupun sebaliknya,
• Musim penghujan dengan kriteria sbb :
* 1 – 2 atau lebih kondisi cuacanya clear atau panas,
biasanya hujan pada hari berikutnya akan lebat disertai
petir dan angin kencang.
* Biasanya pada Pagi hari cerah dan berawan, maka sore
harinya berpeluang terjadi angin kencang/puting beliung
1. Puting Beliung
Sifat angin puting beliung
• Tidak bisa diprediksi secara spesifik, hanya peluang dalam
batasan wilayah , setelah melihat atau merasakan tandatandanya baru bisa diprediksi 0.5 – 1jam sebelumnya dengan
tingkat kekuatan kurang dari 50 % (berdasarkan pengalaman)
• Angin puting beliung hanya berasal dari awan Cumulusnimbus
(CB), bukan dari pergerakan angin monsun maupun pergerakan
angin pada umumnya, sehingga dapat berpindah/bergeser seusai
dengan tekanan tinggi ke tekanan rendah dalam skala luas
1. Puting Beliung
Sifat angin putting beliung
• Tidak semua jenis awan CB menimbulkan puting
beliung
• Suatu daerah atau tempat terlanda puting beliung
maka kecil kemungkinan terjadi yang kedua kalinya,
atau tidak ada puting beliung susulan karena berasal
dari awan CB yang sifat tumbuhnya tergantung dari
intensitas konvektif yang juga sulit diperkirakan.
1. Puting Beliung
Sifat angin putting beliung
• Sangat lokal
• bergerak secara garis lurus
• waktunya singkat sekitar 3 menit dan tiba-tiba
• terjadi pada siang atau sore hari,
• malam jarang terjadi
• Puting Beliung sangat sulit diprediksi, namun tanda-tandanya
dapat diketahui di luar rumah
• Terjadi pada tanah lapang yang vegetasinya kurang
• Jarang terjadi pada daerah perbukitan atau hutan yang lebat
1. Tornado
Suatu kolom udara yang berputar dengan kencang yang
timbul dari dasar awan comulunimbus atau cumulus (dalam
beberapa kejadian) dan sering (tidak selalu) tampak seperti
“corong awan”.
Sebuah pusaran angin dapat dianggap sebagai tornado jika
pusaran angin tersebut menyentuh tanah dari dasar awan
comulunimbus.
1. Tornado
Tornado muncul dalam banyak bentuk, tetapi umumnya
berbentuk corong kondensasi dengan ujung tornado yang
menyempit yang menyentuh tanah.
Seringkali terdapat gumpalan-gumpalan awan yang
mengelilingi bagian tornado yang menyentuh atau hampir
menyentuh tanah.
1. Tornado
Sebagian besar angin tornado memiliki kecepatan angin
mencapai 110 mph (175 km/jam) atau lebih, dengan
ketinggian kurang lebih 250 kaki (75 m) dan menempuh
jarak bermil-mil sebelum menghilang.
Akan tetapi sebagaian besar angin tornado dapat
mencapai kecepatan lebih dari 300 mph (480 km/jam),
yang jangkauan anginnya lebih dari 1 mil (1,6 km) dan
dapat melaju di permukaan tanah hingga 100 km.
1. Puting Beliung
Antisipasi
Mengadakan
penghijauan
Membuat tempat
perlindungan di bawah
Membuat rumah
yang permanen dan
kuat.
Puting beliung di jogya
Puting beliung di Oklahoma.
Tornado dekat Seymour, Texas.
Sebuah tornado multivortex
di bagian luar Dallas, Texas
pada 2 April 1957.
Angin Puting Beliung di
dekat Florida Keys.
Tornado oklahoma
Tornado di Florida
Skala
Kecepatan
beaufort (km/jam)
Ciri-ciri
Nama
0
<1
calm, asap naik secara vertikal
Calm
1
1-5
Arah angin dpt dilihat dr condongnya
asap, tp tdk terlihat dr wind vane
2
6-8
Angin terasa pd kulit kita, daun
bergoyang & wind vane bergerak
3
12-19
Daun & ranting bergerak, bendera dpt
berkibar
Gentle breeze
4
20-29
Debu & kertas beterbangan & cabangcabang kecil bergerak
Moderate
breeze
5
29-38
Pohon-pohon kecil berayun-ayun &
terjadi gelombang di air
Light air
Light breeze
Fresh breeze
Skala
Kecepatan
beaufort (km/jam)
Ciri-ciri
Nama
6
39-49
Cabang-cabang besar bergerak-gerak,
terdengar desingan pd kawat-kawat tlp,
payung sukit dipakai
Strong breeze
7
50-61
Seluruh bagian pohon bergerak
Moderate gale
8
62-74
Cabang-cabang pohon patah
Fresh gale
9
75-88
Terjadi kerusakan strukturil, dpt
menerbangkan atap
Strong gale
10
89-102
Pohon-pohon tumbang & merusak
bangunan
Whole gale
11
103-117
Kerusakan terjadi secara meluas,
jarang sekali terjadi
Storm
12
> 117
Kerusakan scr menyeluruh yang sangat
Hurricane
hebat
 angin musim (monsoon) : Juni-Juli-Agustus
- di Asia panas pd bulan-bulan tsb.
- angin berhembus ke utara (Asia) dari benua
Australia
 januari : matahari berada di hemisfer selatan,
tekanan minimum di benua Australia, angin
bertiup ke arah Tenggara menuju benua
Australia
Dua hukum prinsip mengenai hubungan
antara gradien tekanan udara dengan angin
a. Arah angin datang dari
daerah yang densitasnya
besar ke daerah yang
densitasnya kecil, yaitu
dari tekanan tinggi ke
tekanan rendah atau
barometrik slope yang
menurun, dinyatakan oleh
sebuah garis yang ditarik
tegak lurus dengan isobar.
b. Kecepatan angin
ditunjukkan oleh
kecuraman gradien tekanan
atau kecepatan perubahan
tekanan. Jika gradien
tekanan curam, maka angin
cepat dan jika gradien
tekanan lemah maka angin
juga lemah.
Windbreak
pematah/penaham angin
yaitu suatu struktur yang
dapat mengurangi
kecepatan angin
Shelter
barisan tanaman yang
ditanam untuk
melindungi tanaman dari
angin
Pengaruh shelter terhadap tanaman
1. Mengubah mikroklimat
2. Mengurangi evapotranspirasi potensial
3. Mengurangi evapotranspirasi aktual
4. Memperbaiki hubungan air internal (sbg contoh
potensial air internal lebih besar, resistensi stomata
lebih rendah)
5. Memberikan peluang perbaikan fotosintesis
6. Secara umum meningkatkan hasil
Pengaruh shelter terhadap fotosintesis
1. Konsentrasi CO2 di udara meningkat
2. Lebih besarnya kecepatan flux CO2 dari
atas dan bawah kanopi
3. Lebih panjangnya durasi harian dari
fotosintesis
4. Lebih rendahnya respirasi dan atau
fotorespirasi malam hari
Contoh : hasil penelitian Radke dan Hagstrom (1974)
Pertanaman kedelai
Setiap 12 baris tananaman kedelai diberi windbreaks :
- 2 baris jagung
- 2 baris bunga matahari
- 2 baris “snow”
- 1 pagar papan padat
Penghalang yang porous :
 memecahkan pusaran angin yang besar menjadi lebih kecil
 menurunkan kecepatan angin
 mengurangi jumlah energi turbulensi pada frekuensi yang lebih rendah
Penghalang pagar (“snow* dan tanaman):
 sama responnya terhadap pengurangan kecepatan angin tetapi energi
turbulensi, frekuensi dan skala turbulensi berbeda.
Kecepatan angin dan energi turbulensi di antara penghalang padat :
tingginya sedang.