Bahan Kuliah Klimatologi Dasar Bab III

Menerangkan segala macam bentuk air dalam atmosfer.
Air dalam atmosfer hanya merupakan sebagian kecil air yang ada di bumi
(0.001%) dari seluruh air.
VOLUME AIR DI BUMI
Jenis
Laut
Kutub
Air tanah, lengas tanah
Volume (km3)
1.348.000.000
97.39
27.820.000
2.01
8.062.000
0.58
225.000
0.02
13.000
0.001
1.384.120.000
100.00
Danau,sungai
Atmosfer
∑
%
Volume bumi
: 1.082 x 10 12 km3
Perbandingan air terhadap bumi
; 1/777.2 =0.00129
A. PENGUAPAN
Merupakan proses perubahan air/es menjadi gas(uap air). Susunan
kimia air (H2O) alami di atmosfer terbagi dalam 3 tingkatan: gas,
cair & padat. Dapat mengalai perubahan dari bentuk satu ke yang
lain dengan terikut sertanya panas.
Mol Air
H
H
Ikatan
Hidrogen
Molekul dapat
memenuhi ruang
yang sama
o
Struktur terbuka
(Kropos)
1 cm3 air berisi
: 3.4 x1022 Mol H2O
diameter mol H2O : 3 x 10-8 cm (Ø) untuk perubahan struktur tersebut
diperlukan energi panas:
T0C
Panas yang diperlukan/menguapkan (cal/g)
-10
603.0
-5
600.0
0
597.3
10
591.7
20
586.0
30
580.4
40
574.7
50
569.0
Air mendidih pada T 1000C, tetapi berhenti memanas, tetap mendidih dan
menguap.
Pada temperatur itu air menggunakan segenap energi untuk merubah dirinya
Suatu zat menguap atau mengembun zat tersebut akan memperoleh
atau kehilanga n energi tepat seperti yang terjadi pada waktu zat tadi
meleleh atau membeku.
Es mendinginkan minuman karena es mencair menyerap energi minuman
disekitarnya.
Air mendidih selama dipanaskan tekanan mol yang lepas sama dengan
tekanan atmosfer.
Kian tinggi tempat kian rendah pula T yang diperlukan untuk mendidihnya
air.
MIS:
Tinggi Tempat
(m dpl)
New York
T. yg diperlukan
(0C)
0
100
Colorado
1.610
95
Equador
2.850
90
Tibet
3.685
87
Gn. Everest
8.825
71
Maka makanan perlu dimasak lebih lama ditempat yang lebih tinggi.
* FAKTOR-FAKTOR YG MEMPENGARUHI PENGUAPAN
1. Temperatur, kian tinggi kian besar evaporasi
2. Tekanan Uap, makin tinggi tekanan uap air makin tinggi penguapan. Atau
makin tinggi RH, makin kecil evaporasi.
3. Kecepatan Angin, makin cepat angin makin besar penguapan.
* SEBARAN PENGUAPAN
Penguapan diatas laut > darat, karena Suply air yang tak terbatas.
Dilintang 100U – 100S, penguapan didarat > laut, karena hujan cukup lebat
dan ditambah vegetasi lebat
transpirasi cukup besar.
Penguapan maks dilaut terjadi di L100 – 200 U/S.
*Pendekatan langsung evaporasi permukaan tanah dan transpirasi dari
vegetasi (ET), berdasar neraca air:
ET = P – (R+S)
ET
P
R
S
: Evapotranspirasi
: Presipitasi
: Run off
: Simpanan Lengas Tanah
Untuk dapat menguapkan air diperlukan panas laten.
± 600 cal per gram air padaT-500C
± 540 Cal per gram air pada T1000C
Sebaiknya pada proses kondensasi & pembekuan panas.
+
H
H
-
B. KELEMBABAN UDARA
Jumlah uap air dalam udara hanya merupakan bagian kecil saja dari atm.
Kira-kira 2 % dari jumlah masa. Tetapi jumlah ini tidak konstan,bervariasi
antara 0-5%.
Walaupun jumlah kecil tetapi mempunyai arti penting karena:
 Besar uap air di udara merupakan indikator terjadinya hujan.
 Uap air menyerap radiasi bumi, sehingga ikut mengatur suhu.
 Makin besar jumlah uap air dalam udara makin besar energi potensial
yang tersedia dalam atm dan merupakan sumber terjadinya hujan angin,
berarti menentukan udara itu kekal / tidak.
KAPASITAS UDARA & KEJENUHAN
Kap. Udara
V
T
: jumlah uap air maks. Yang dapat dikandung oleh udara pada
suatu suhu. Makin tinggi suhu makin besar kapasitas udara.
Kapasitas udara dicapai berarti udara jenuh uap air.
1. Jika suhu naik, berarti kapasitas udara tetap.
Kejenuhan dicapai dengan menambah
uap air
melalui penguapan dari suatu sumber.
+ Uap air
V
2. Jika suhu turun, berarti kapasitas udara turun.
Kalau turun terus maka.
kapasitas udara akan= jumlah uap air yang
Tetes air (T>00C) – Kristal es (T<00C)
TITIK EMBUN & KONDENSASI
Titik embun
Kondensasi
Sublimasi
: suhu yang bertepatan dengan jenuhnya udara
: perubahan bentuk uap
: Perubahan Bentuk uap
cair
padat
Jika udara didinginkan melampaui titik embun,
maka kelebihan yang tidak dapat dikandung oleh udara akan dilepas berupa:
Mis: T 320C, Jumlah uap air 5 gr/m3
Didinginkan
280C
kejenuhan
Didinginkan
240C
Kondensasi
Uap air yang mencair
: 2.3 gr
Ini merupakan perbedaan kapasitas udara
antara T 280C & T 240C.
Penurunan T sama dari udara yang jenuh pada T yang berbeda
tidak menghasilkan jumlah kondensasi yang sama.
Mis: 1 m3 udara jenuh pada T 320C.
diturunkan 300 C, uap air
Kondensasi 4 gr
diturunkan 280 C, uap air
Kondensasi 2 gr
diturunkan 260 C, uap air
Kondensasi 1 gr
Berarti udara yang panas mempunyai kemungkinan terjadi hujan lebih lebat.
UKURAN KELEMBABAN UDARA
1. Tek. Uap
(ed)
: bagian dari tek. Atm yang
disebabkan oleh uap air dan
dinyatakan dalam atm, mbar atau cm hg.
ed
: ew – a.p. (td-Tw) mbar
ew
: tek. Uap jenuh pada temperatur bola basah (table)
Td
: temp. bola kering 0C
Tw
: temp. bola basah 0C
P : tek. Barometer udara (mbar) tergantung ketinggian (table)
α :Konstante Psychrometric yang tergantung tipe Ventilasi.
:0.000662 – psychrometric ventilasi tipe Assman dg ka. 5 m/dt.
:0.000800 – Psychrometric dengan ventilasi alam dengan
K.a. 1 m / det.
ea
: tekanan uap aktual
(ed – ea) : difisit kejenuhan
RH : ea x 100 % = …….%
ed
* TITIK EMBUN
RH
T. rerata : 280C T. titik embun
: 17.50C
ea T. T.titik embun 17.50C – tabel
ed T 280 C
- tabel
ed – ea : 37.8 – 20.0
RH
: 20
37.8
: 20.0 mb
: 37.8 mb
= 17.8 mb
x 100 %
= 52.9 %
2. Kel. Spesifik
Berat uap air persatuan berat udara ( termasuk berat uap airnya) g/kg
hampir sama dengan tek. Udara.
3. Kel. Absolut
Berat uap air persatuan volume udara g/m3
4. Kel. Nisbi (relatif)
Perbandingan antara uap air yang betul-betul ada di udara
dengan jumlah uap air dalam udara tersebut,
jika pada Temp. dan Tek. yang sama udara tersebut jenuh dengan uap air.
RH
= Kel, absolut
Kap. Udara
atau
Kel. Spesifik
Kap. Udara
* Satuan Sama*
AGIHAN KELEMBABAN
-ARAH VERTIKAL
Oleh karena sumber kelembaban udara adalah permukaan bumi maka sebagian besar
uap air terkumpul pada lapisan bawah
-ARAH HORIZONTAL
Kel spesifik maks. Dikhatulistiwa dan min di kutub.
Kel nisbi terbesar di khatulistiwa – turun di 300 LU/S – naik ke arah kutub :
AGIHAN KELEMBABAN SPESIFIK
28
16
24
14
20
12
16
10
12
8
8
6
4
4
2
0
90 70 60 50 40 30 20 10 0
0
10 20 30 40 50 60
70 80
AGIHAN KELEMBABAN NISBI
90
80
70
60
90
70 60
50 40
20 10 0 10
VARIASI KELEMBABAN
- Kel. Spesifik
Didarat
2 maks
2 min
: diatas lautan mengikuti T
T. tinggi, kel. Sp tinggi
24 jam
20 30 40
50 60
70
90
Min utama saat T. min
Maks I – menjelang tengah hari
Min II – senja hari
Maks II – saat T. maks
Tahunan:
•
•
Tertinggi pada musim panas dan terendah pada musim dingin.
Untuk daerah bermusim hujan dan kemarau, tertinggi musim hujan
dan terendah musim kemarau.
Kel. Nisbi
: harian umumnya berlawanan dengan suhu maks
pagi hari dan min sore hari.
Tahunan :
Bervariasi menurut lintang.
• Pada lintang kecil 300 LU – LS
Besar pada musim panas, Kecil pada musim dingin
• Didaerah lintang besar, sebaliknya.
C. AWAN
Adalah
: Kumpulan titik-titik air atau kristal es yang melayang-layang di atmosfer.
Awan terjadi sebagai akibat adanya kondensasi.
KLASIFIKASI AWAN
1. Awan Tinggi: > 6.000 m (±20.000 ft)
a. Cirrus (Ci)
b. Cirrostratus (Cs)
c. Cirrocumulus (Cc)
2. Awan Sedang: 2.000 m–6.000 m (6.000 – 20.000 ft)
a. Alto Stratus (As)
b. Alto Cumulus (Ac)
3. Awan Rendah: 0 – 2.000 m (0 – 6.000 ft)
a. Strato Cumulus (Sc)
b. Stratus (St)
4. Awan dengan perkembangan Vertikal, tertinggi :
a. Nimbostratus (Ns)
b. Cumulus (Cu)
c. Cumulo nimbus (Cb)
TERJADINYA AWAN
Udara yang mengandung uap air temperatur tinggi
(titik kondensasi), selanjutnya temp. turun lagi melampaui titik kondensasi
SEBAB – SEBAB TERJADINYA PENDINGINAN UDARA
1. Udara yang dekat permukaan tanah, pendinginan disebabkan
pengaruh pendinginan permukaan tanah
kabut
2. Karena udara yang naik, udara naik disebabkan oleh beberapa faktor:
a. Radiasi matahari
b. Pengaruh gunung / bukit
c. Pertemuan udara dingin dan panas
d. Konvergen udara
D. PRESIPITASI
Adalah air dalam bentuk cair/padat yang jatuh, sampai kepermukaan bumi.
Awan adalah suspensi koloida udara atau aerosol selama butir-butir belum bersatu /
besar
akan tetap melayang-layang diudara. Sehingga awan tidak akan
PRESIPITASI.
1. MEKANISME HUJAN
Awan
Tetesan air hujan
:Ø 0.04 – 0.2 mm
: 0.5 – 4.0 mm
Dua pendapat mekanisme hujan
1.Penyatuan beberapa butir hasil kondensasi
2.Butiran yang besar karena tumbuh dari air dan partikel es dalam awan yang sama.
Air mempunyai tekanan uap > es, hal ini menyebabkan terjadi perpindahan air
yang menguap dari butir-butir air dan berkondensasi pada partikel es.
Sehingga partikel es diselubungi air yang makin lama makin membesar.
2. KLASIFIKASI HUJAN
Berdasarkan bentuk
:
•Hujan (rain)
: 0.5 – 4.0 mm
•
: tanah – awan, temperatur < 00C
Salju (snow)
•Hujan Es (hail stone)
: 5 – 50 mm
Ada aliran vertikal yang keras
bongkah-bongkah es
temperatur dibawah titik beku
Inti
Inti
Inti
Titik Awan Titik Awan
Titik Awan
Inti Hujan es
“Panas”
Hablur Es
Hablur Es
Hujan
“Sangat
dingin”
Salju
PANAS
ES
Berdasarkan proses terjadinya :
1. Hujan konveksi
Dari awan yang terbentuk karena ada konveksi
2. Hujan orografis
Angin yang melewati gunung
3. Hujan frontal
Pertemuan masa udara panas & dingin
4. Hujan
konvergen
Dari awan yang terbentuk karena adanya konvergen.
3. UNSUR DALAM AIR HUJAN
Air hujan mengandung ion-ion:
Na, K, Cl, HCO3, SO4 + NH3, NO3, NO4, N serta susunan N lain.
Bagian yang kecil:
Iodine, bromine, boron, besi, aluminium & silika.
Asal unsur ini:
Lautan, sungai, danau, permukaan tanah, vegetasi, industri,
gunung-gunung berapi.
pH air hujan: 3.0 – 9.8
90
60
50
40
30
20
10
0
10
20
30
40
50
60
90
Agihan Curah Hujan Tahunan
40
20
50
100
60
150
80
200
Untuk terjadinya kondensasi diperlukan 3 syarat:
1. Lembab udara
2. Pendinginan udara
3. Partikel pembantu
Jalan yang paling baik untuk merubah keseimbangan awan / udara
1. Peralihan panas
2. Menaikan udara
3. Orografis, adanya barrier berupa pegunungan
Presipitasi dari awan konveksi dapat dimulai dengan suatu
proses dalam fase cair apabila:
1. Temperatur didasar awan mencapai 100C
2. Inti higroskopis dari garam-garam / debu ada di udara dan bergerak
menembus atau memasuki awan.
Atas dasar tsb, maka hujan buatan dengan senyawasenyawa berinti higroskopis dapat dilakukan secara baik
dengan pertimbangan iklim daerah ybs dan kriteria sbb :
a. Suhu didasar awan konveksi ± 100C
b. Frekuensiterjadinya / timbulnya awan konveksi cukup baik
untuk dilakukan operasi hujan buatan
c. Konsentrasi partikel Higroskopis di udara sedikit sehingga
dengan kegiatan tersebut konsentrasi bertambah jadi operasi
hujan buatan dengan inti hygroskopis paling sempurna apabila keadaan
iklim daerah itu memenuhi:
•Daerah dengan suhu dasar awan 100C pada bulan pelaksanaan
•Daerah dengan hujan 25 – 100 mm pada bulan pelaksanaan
•Daerah dengan curah hujan tahunan kurang dari 1000 mm
Bahan Kimia Yang Dipakai
I. Exothermis:
a. 2CaC2 + 4H2O
Exothermis (+1.350K cal) Panas
b. NaCl + H2O
600C
+ 910 K cal
c. CaCl2 + H2O
+ 915 K cal
II. Endothermis:
a. CO2
CO2
Padat
-137 K Cal ( ES KERING)
Uap
b. Urea 4NH2 + 4H2O
– 425 K Cal
2CaC 2
4H2O
+ 1.350 K Cal (exo)
( dumping system )
PELAKSANAAN
Udara Cerah
Sebelum jam 08.00 pagi
3 – 7000
feet
Bahan yang Disebarkan:
RH > 90 %
RH 80 – 90 %
RH > 50 %
RH < 50 %
: Serbuk garam dapur
: Serbuk garam dapur dan es kering (10 : 1)
: Serbuk calsium Chloride
: Serbuk Calsium Carbide
Jam 10, 11, 12
Atas
AWAN
Tengah
Setelah terbentuk awan
•Dipergunakan :Calsium chloride + Urea ( 1 : 4 )
•1 jam kemudian penyemprotan campuran serbuk garam + urea ( 10 : 1 )
Jam 13.00
ATAS
DASAR
Agar awan berhenti diatas target area, disemprotkan bahan :
•es kering dibagian atas atau dibawah dasar awan
•1 pesawat menyemprotkan serbuk garam diatas, urea dibawah.
Jam 15.00
Hujan ?