View/Open - Repository | UNHAS

SINTESIS RUMUS EMPIRIK TEKANAN UDARA DAN PENGUJIANNYA
Fakhruddin, Eko Juarlin
Program Studi Fisika, Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,
Universitas Hasanuddin, Makassar, Indonesia.
Email : [email protected]
Sari Bacaan
Dalam Makalah ini, sintesis rumus tekanan udara dilakukan untuk mendapatkan nilai tekanan
udara. Tekanan udara dapat ditentukan dengan variabel suhu udara dan kelembaban udara.
Rumus diuji dengan membandingkan nilai hitung rumus terhadap nilai tekanan udara
observasi pada stasiun Stamar Paotere, Pongtiku Tana Toraja, dan Panakukang Maros. Uji
signifikansi dengan taraf kesalahan ∝ = 0,05 menemukan nilai tekanan udara hitung memiliki
akurasi masing-masing Stamar Paotere 0,61, Pongtiku Tana Toraja 0,28, dan Panakukang
Maros 0,35, dengan menggunakan pendekatan koefisien determinasi. Tingkat keakuratan
rumus yang kurang tinggi memungkinkan adanya pengaruh variabel iklim lain yang
mempengaruhi nilai tekanan udara pada suatu stasiun.
Kaca kunci: Kelembaban relatif, Suhu udara, Tekanan udara.
Abstract
In this paper, an empirical formula for air pressure is released. The air pressure can be
determined by dependetion variable air temperature and humidity. The formula was
implemented by comparing value of the formula and value of air pressure at the observation
station Stamar Paotere, Pongtiku Tana Toraja and Panakukang Maros. Test with significance
level error α = 0.05 information the value of the air pressure is accurate count each Stamar
Paotere 0,61, Tana Toraja Pongtiku 0,28, and Panakukang Maros 0,35, with the coefficient of
determination approach . The level of precision is not high, that allows the influence of other
climatic variables that affect the value of air pressure in the station.
Key word: Relative Humidity, Air Temperature, Air Pressure.
A. Pendahuluan
Iklim sangat penting karena
memiliki pengaruh terhadap manusia di
bumi. Perubahan iklim berpengaruh pada
hutan, hasil panen, dan pasokan air. Iklim
lebih khusus mempengaruhi tingkat
kesehatan manusia. Iklim terhadap
kehidupan manusia menjadikan isu yang
perlu mendapat perhatian khusus (Ryba,
2008).
Menurut Ahrens, C (2012) Iklim
merupakan gambaran jangka panjang
cuaca pada daerah tertentu. Pengukuran
dan observasi iklim memerlukan waktu
yang lama untuk mendapatkan rata-rata
cuaca pada area tertentu. Ilmuwan
biasanya menggunakan jangka waktu 30
tahun dengan landasan pola cuaca rata-rata
suatu daerah. Iklim sendiri sangat indentik
dengan curah hujan, suhu udara,
kelembaban udara, intensitas sinar
matahari, kecepatan angin, titik beku (wet
bulb temperature), badai, hingga hujan es.
Pola iklim ini, biasanya digunakan untuk
mendeteksi perubahan iklim
Wet bulb temperature merupakan
suhu bola basah. Sesuai namanya wet bulb,
suhu ini diukur dengan menggunakan
thermometer yang bulbnya (bagian bawah
thermometer) dilapisi dengan kain yang
telah basah kemudian dialiri udara yang
ingin diukur suhunya (Haurwitz, 1941)
Oleh Stull R, (2011) Suhu Wet bulb dapat
dihitung dengan,
Tw = T tan-1[0,151977(RH+8,313659)1/2] +
tan-1(T+RH) - tan-1 ( RH - 1,676 331) +
(0,00391838×RH)3/2 tan-1 (0,023101×
RH) – 4.686035...................................(1)
Keterangan,
Tw = Suhu wet bulb( ℃ )
T = Suhu Udara (℃ )
RH = Kelembaban relatif udara (%)
Data iklim yang tidak lengkap bisa
menjadi masalah bagi peneliti yang serius
mengkajinya. Diperlukan suatu formula
untuk menemukan korelasi yang tepat
dengan tingkat akurasi yang tinggi.
Formula ini dapat membantu melengkapi
data yang belum lengkap. Besaran-besaran
mengindikasikan korelasi yang kuat antara
unsur iklim. Sintesis yang dilakukan pada
rumus-rumus
mengenai
meteorologi
memungkinkan hadirnya formula untuk
dapat menentukan nilai yang lainnya.
Keluaran penelitian dapat digunakan untuk
keperluan penelitian korelasi iklim
terhadap ekosistem maupun prediksi
kedepannya.
Psikrometrik adalah bidang yang
mempelajari penentukan sifat-sifat fisis
dan termodinamika suatu gas yang
didalamnya terdapat campuran antara gasuap. Sebagai contoh adalah menentukan
sifat-sifat dari campuran udara dan uap air.
Besaran tersebut antara lain: Dry Bulb
Temperature, Wet Bulb Temperature,
tekanan uap air, Dew Point, dan Relative
Humidity.
Psikrometrik berlaku,
e = ew - 𝛾 (T – Tw ) = ew - 0,000640 (1 +
0.00115 Tw ) (T –Tw) P.........................(2)
Keterangan,
e
ew
T
Tw
P
= tekanan uap udara (mbar)
= tekanan uap pada wet bulb (mbar)
= suhu udara (℃)
= suhu udara wet bulb (℃)
= tekanan udara stasiun (mbar)
Penelitian
ini
dibatasi
pada
melakukan sintesis rumus-rumus yang
berkaitan dengan meteorologi untuk
mendapatkan formula penentuan tekanan
udara. Pengujian rumus tekanan udara
dengan membadingkan hasil perhitungan
dengan data observasi lapangan sehingga
didapatkan keakurasian perhitungan dan
ketidakpastian pengukuran
B. Data dan Metode Penelitian
B.1. Data
Tahap awal dari penelitian adalah
mengumpulkan dan mempersiapkan data
yang dibutuhkan dalam penelitian. Data
yang digunakan dalam penelitian ini
adalah data sekunder yang terdiri dari Data
iklim yang meliputi: Tekanan udara,
kelembaban udara relatif (RH), dan suhu
udara. Data unsur-unsur iklim diperoleh
dari Stasiun Satamar Paotere Kota
Makassar (12 data), pongtiku Kabupaten
Tana Toraja (32 data), dan Panakukang
Kabupaten Maros (32 data).
Besaran suhu udara, tekanan udara
dan kelembaban relative merupakan
besaran yang penting dalam bidang iklim.
Suhu udara dapat didefinisikan sebagai
tingkat panas udara. Termometer adalah
alat yang digunakan untuk mengukur suhu
udara
(Pratiwi,
2011).
Tekanan
menjelaskan besarnya gaya yang mengenai
suatu bidang, Besarnya tekanan atmosfer
di lapangan sering ditentukan dengan
ketinggian kolom merkuri yang setara
tekanan di udara (Haurwitz, 1941).
Kelembaban
udara
adalah
tingkat
kebasahan udara karena dalam udara air
selalu terkandung dalam bentuk uap air
(Ahrens, 1999).
B.2. Metode Penelitian
Uji statistik yang dapat digunakan untuk
mengetahui hubungan antara variabel
terikat (tekanan udara observasi) dan
variabel bebas (tekanan udara hitung)
adalah dengan uji t, dengan kriteria
penilaian: t hitung > t tabel Ho ditolak, dan
t hitung < t tabel maka Ho diterima.
Dimana Ho = tidak memiliki pengaruh
tekanan udara hitung terhadap tekanan
udara observasi.
Regresi linear digunakan untuk
menghubungkan variabel bebas (x) dengan
sebuah variabel terikat (y)
y = a + bx ………….………….……..(3)
keterangan :
Y = Variabel terikat (nilai yang diuji
akurasinya)
X = Variabel bebas
a = Konstanta (nilai Y apabila X = 0)
b = Koefisien regresi (nilai peningkatan
ataupun penurunan)
Koefisien Korelasi (R) adalah ukuran
hubungan linier peubah X dan Y. Nilai R
berkisar antara (+1) sampai (-1), nilai R
yang (+) ditandai oleh nilai b yang (+),
nilai R yang (-) ditandai oleh nilai b yang
(-). Jika nilai R mendekati +1 atau R
mendekati -1 maka X dan Y memiliki
korelasi linier yang tinggi. Jika nilai R =
+1 atau R = -1 maka X dan Y memiliki
korelasi linier sempurna.
Koefesien diterminasi
adalah
kuadrat dari koefesien korelasi yang
berkaitan dengan variabel bebas (X) dan
variabel Y (tergantung). Koefesien
diterminasi sebagai kuadrat korelasi antara
variabel yang digunakan sebagai predictor
(X) dan variabel yang memberikan
response (Y). Singkatnya R2 merupakan
koefesien korelasi yang dikuadratkan.
Penggunaan koefesien determinasi dalam
korelasi tidak harus diinterpretasikan
sebagai besarnya pengaruh variabel X
terhadap Y mengingat bahwa korelasi
tidak sama dengan kausalitas. Secara
bebas dikatakan dua variabel mempunyai
hubungan belum tentu variabel satu
mempengaruhi
variabel
lainnya
(Burhanuddin, 2012).
B.3. Bagan Alir Penelitian
C. Hasil dan Pembahasan
C.1. Hasil
Rumus empirik tekanan udara
dengan parameter suhu dan kelembaban
udara didapat dengan melakukan substitusi
persamaan suhu wet bulb persamaan (1).
Kedalam persamaan Psychrometric (2),
sehingga tekanan udara (P) dapat
ditentukan dengan formula,
P=
𝑒𝑤 −𝑒
0,66 ×10−4 ( 𝑇−𝑇𝑤 )(1+1.15 ×10−3 𝑇𝑤 )
...(4)
Hasil yang diperoleh dari analisis regresi
dengan
variabel
yang
bergantung
(Dependent) yaitu nilai observasi tekanan
udara, variabel bebas (Independent) adalah
nilai rumus tekanan udara.
Tabel 1 Nilai konstanta (a) dan Nilai
kemiringan (b) masing-masing stasiun
Stasiun
1. Stasiun Stamar Paotere
Konstanta Kemiringan
(a)
(b)
984,74
0,025
Samar
Paotere
Pongtiku
1013.83
0.0082
Tana Toraja
Panakukang 1002,03
0,0084
Maros
Pengujian tersebut menggunakan
hipotesis yaitu H0 = tidak ada pengaruh
nilai rumus terhadap nilai observasi
tekanan udara dan Ha = ada pengaruh nilai
rumus terhadap nilai observasi tekanan
udara, dengan tingkat determinasi 5%. Jika
t hitung > t tabel maka H0 ditolak dan jika
t hitung < t tabel maka H0 diterima. Hasil
pengujian menunjukkan adanya tingkat
ketepatan rumus terhadap nilai observasi.
Gambar 1. Perbandingan nilai hitung
pers. 4 terhadap observasi
2. Stasiun Pontiku Tana Toraja
Tabel 2 Nilai t hitung dan t tabel masingmasing stasiun pengamatan.
Stasiun
t hitung
t tabel
Samar Paotere
3,95
2,23
Pongtiku
Tana 4,06
2,04
Toraja
Panakukang
-3,47
2,04
Maros
Koefisien Determinasi (R²) sebagai
ukuran proporsi keragaman total nilai
peubah Y yang dapat dijelaskan oleh nilai
peubah X melalui hubungan linier. Nilai
yang didapatkan adalah,
Gambar 2. Perbandingan nilai hitung
pers. 4 terhadap observasi
3. Stasiun Panakukang Maros
Tabel 3 Nilai Korelasi (R) dan koefisien
determinasi (R2).
Stasiun
Koefisien
Koefisien
Korelasi
Determinasi
(R)
(R2)
Samar Paotere 0,78
0,61
Pongtiku
0,53
0,28
Tana Toraja
Panakukang
0,59
0,35
Maros
Berikut adalah grafik perbandingan nilai
rumus
dan observasi masing-masing
stasiun,
Gambar 3. Perbandingan nilai hitung
pers. 4 terhadap observasi pada stasiun
Panakukang Maros
Data ketiga stasiun dengan analisis
regresi dan menggunakan konstanta,
hubungan nilai paling signifikan masingmasing adalah stasiun Stamar Paotere,
Panakukang Maros, terkecil adalah
Pontiku Tana Toraja. Hal ini terlihat dari
model grafik yang cenderung arah
diagonal dengan pendekatan nilai Y
terhadap X. Sebaran data tidak persis
dalam pola garis yang menunjukkan
signifikansi Y terhadap X.
C.2. Pembahasan
C.2.1 Rumus Empirik
Rumus tekanan udara dengan
parameter suhu dan kelembaban dapat
dihasilkan dengan melakukan substitusi
persamaan empirik wet bulb kedalam
persamaan Psychrometric yang biasa
digunakan untuk menentukan uap jenuh di
udara.
Persamaan
Psychrometric
mengandung besaran tekanan udara
sehingga dapat ditentukan nilai besaran
tekanan udara dengan mengumpulkan
informasi suhu wet bulb, dry bulb dan
kelembaban udara. Persamaan (1) terdapat
besaran kelembaban dan suhu udara untuk
menentukan nilai wet bulb, rumus empirik
ini
dapat
disubstitusikan
kedalam
persamaan Psychrometric sehingga untuk
menentukan nilai tekanan udara hanya
memerlukan besaran suhu udara dan
kelembaban udara relatif.
Interval konstanta Psychrometric
yang tersedia adalah 5,6 × 10−4 hingga
5,6 8 × 10−4 . Kami menggunakan
konstanta
6,4
× 10−4
dengan
pertimbangan suhu berada diatas 0°C
sling, dengan tidak mempetimbangkan
kecepatan udara. Pengujian nilai konstanta
cukup memenuhi nilai observasi dengan
pendekatan fenomena dan juga empirik
terhadap observasi.
C.2.2. Uji Akurasi
Regresi linear dilakukan untuk
menguji akurasi nilai rumus terhadap nilai
observasi. Regresi linear menentukan
apakah nilai rumus dapat mewakili nilai
observasi sebagai alat penentu nilai
tekanan udara jika diperlukan. Uji statistik
dengan menggunakan analisis regresi,
yaitu melakukan penginputan data nilai
observasi sebagai variabel dependent dan
nilai rumus sebagai variabel independent
dapat dilihat tingkat ketepatan nilai rumus.
Hipotesis H0 = tidak ada pengaruh
nilai rumus terhadap nilai observasi
tekanan udara dan Ha = ada pengaruh nilai
rumus terhadap nilai observasi tekanan
udara, dengan tingkat determinasi 5%.
Sayarat ditolak jika t hitung > t tabel
maka H0 ditolak dan jika t hitung < t tabel
maka H0 diterima. Hasil pengujian
menunjukkan adanya tingkat ketepatan
rumus terhadap nilai observasi.
Stasiun Samar Paotere t hitung
terhadap t tabel masing 3,95 dan 2,23
Pongtiku Tana Toraja 4,06 dan 2,04
Panakukang Maros -3,47 dan 2,04.
Diperoleh hasil keluaran dari analisis
regresi yang memperlihatkan nilai dari
koefisien determinasi (R2) setiap stasiun
pengamatan. Rumus memiliki kedekatan
nilai terhadap observasi. Nilai determinasi
yang didapatkan pada masing-masing
stasiun Stamar Paotere 0,61, Pongtiku
Tana Toraja, 0,28 dan Panakukang Maros
0,35. Nilai determinasi menjelaskan bahwa
rumus memiliki kedekatan nilai terhadap
observasi.
Nilai
determinasi
yang
dihasilkan tidak termasuk hasil uji
persamaan kalibrasi yang telah di buat.
C.2.3. Studi Komparasi Rumus Empirik
Ketinggian stasiun Ditinjau dari
permukaan laut yaitu Stamar Paotere 2
mdpl, Pongtiku Tana Toraja 800 mdpl dan
Panakukang Maros 25 mdpl, Terlihat
bahwa semakin dekat stasiun dengan
permukaan( mdpl ) maka semakin baik
nilai koefisien determinasi rumus tekanan
udara. Data stasiun Panakukang Maros
memiliki hasil rumus yang tergolong
anomali karena bila dibandingkan dengan
stasiun Stamar Paotere justru lebih tinggi
ini dikarenakan oleh tingkat determinasi
rumus yang tidak sempurna sehingga
memungkinkan
hasil
tidak
sesuai
observasi.
Rumus empirik tekanan udara
memiliki variasi nilai pada suhu dan
kelembban tertentu sehingga lebih unggul
dalam segi varisi nilai dalam interval
waktu tertentu sedangkan rumus dengan
menggunakan ketinggian stasiun akan
bernilai konstan terhadap ketinggiannya.
Rumus empirik cocok digunakan untuk
data perhitungan dalam variasi suhu udara,
tekanan, dan interval waktu tertentu.
Batas kesalahan nilai dapat dilihat
menggunaan error bar yang disesuaikan
dengan
observasi.
Semua
stasiun
pengamatan menempatkan error bar nilai
hitung rumus sesuai dengan batas error
bar nilai observasi. Rata-rata nilai error
bar jauh lebih baik dibandingkan dengan
rumus tekanan udara menggunakan
ketinggian stasiun terhadap permukaan
laut.
D. Kesimpulan dan saran
D.1 Kesimpulan
1. Sintesis rumus empirik tekanan udara
menggunakan parameter suhu udara
dan kelembaban relatif dapat dilakukan
dengan
menggunakan
persamaan
Psychrometric,
P=
𝑒𝑤 −𝑒
0,66 ×10−4 ( 𝑇−𝑇𝑤 )(1+1.15 ×10−3 𝑇𝑤 )
2. Rumus empirik layak digunakan, karena
koefisien determinasi masing-masing
stasiun Stamar Paotere 61% , Pongtiku
Tana Toraja, 28% dan Panakukang
Maros 35%.
3. Rumus tekanan udara dengan parameter
suhu dan kelembaban memiliki
keunggul dinamika nilai, dibandingkan
dengan rumus yang menggunakan
parameter ketinggian stasiun terhadap
permukaan laut.
D.2 Saran
1. Untuk penelitian selanjutnya sebaiknya
menambahkan variabel lain karena
masih banyak variabel lain untuk
menentukan nilai tekanan udara
misalnya intensitas matahari.
2. Untuk penelitian selanjutnya agar bisa
menyesuaikan dengan rumus tekanan
udara menggunakan ketinggian stasiun
mdpl. Nilai yang dihasilkan lebih baik
karena kombinasi dari dua rumus.
3. Untuk menambah stasiun pengambilan
data agar bisa memperbaiki rumus agar
lebih akurat lagi.
E. Referensi
1. Ahrens, C. D., 2012, Meteorology
Today: an Introduction to weather,
climet, and the Environment, Nelson
Education Ltd, Canada.
2. Burhanuddin, M. 2012, Koefisien
Korelasi, Signifikansi, & Determinasi.
http://alvinburhani.wordpress.com,
Diakses 11 Februari 2013.
3. Haurwitz,
B.,
1941,
Dynamic
Meteorology, McGraw-Hill Book
4. Pratiwi,
D.
2011.
Prediksi
Terbentuknya Awan Cumulonimbus
(Cb) Di Bandara Internasional Sultan
Hasanuddin
Makassar.
Skripsi.
Program studi Geofiska, Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam. UniversitasHasanuddin.
5. Ryba, J., 2008, What's the Difference
Between Weather and Climate.
www.nasa.gov/mission_pages/noaan/climate/climateweather, Diakses 11
Februari 2013.
6. Stull, R., 2011, Wet-Bulb Temperature
from Relative Humidity and Air
Temperature, University of British
Columbia, Canada, British Columbia.