1.Atmosfer

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 Pembentuk
Atmosfer
Gas yang
jumlahnya tetap/permanen
(nitrogen, oksigen,
Hidrogen, helium, dan
gas-gas kecil lainnya)
Gas yang
jumlahnya berubah
(uap air, karbondioksida,
dan ozon)
Komposisi udara tersebut berada di atmosfer bagian
bawah (0-25 km)
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.
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
Bekerja
pada
Temperatur
Endapan
Kelembapan
Tekanan udara
Angin
Menghasilkan
JENIS
CUACA
DAN IKLIM
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.
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.
900 mb
L
Fp
H
1000 mb
Gambar 8. Gaya gradien tekanan Fp
Pergerakan Angin
•
•
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.
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 partikelpartikel ini tidak mencapai permukaan tanah (misalnya
menguap) disebut virga atau stalaktit.
•
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
Ada 4 jenis hujan :
a. Hujan konvektif
b. Hujan orografik
c. Hujan konvergensi
d. Hujan frontal
(b)
Lihat : gambar 17 : (a) dan (b)
gambar 18 : (c) dan (d)
Gambar 17
Gambar 18
Hujan Konvektif
Hujan Orografik
Hujan Konvergensi
Hujan Frontal
Pola curah hujan utama di Indonesia :
a. Jenis monsunal, dipengaruhi oleh monsun, distribusi
curah hujan bulanan berbentuk V atau U.
b. Jenis ekuatorial, dipengaruhi oleh ekinoks, distribusi
curah hujan bulanan menunjukkan maksima ganda.
c. 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
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
h
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.
•
CO2
•
CH4
: sejak era preindustri naik sekitar 30%
akibat pembakaran bbf
: 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