analisis kejadian hujan es di wilayah bandung berdasarkan kondisi

Fibusi (JoF) Vol. 3 No. 1, April 2015
ANALISIS KEJADIAN HUJAN ES DI WILAYAH BANDUNG
BERDASARKAN KONDISI ATMOSFER DAN CITRA SATELIT
ANALYSIS OF HAILSTONE AT TERRITORIAL BANDUNG BASES
ATMOSPHERIC CONDITION AND SATELLITE IMAGE
Rahmah Hidayati1, Taufik Ramlan Ramalis2*,Muhammad Iid
Mujtahiddin3*
1,2Jurusan
Pendidikan Fisika, Fakultas Pendidikan Matematika dan Ilmu Pengetahuan AlamUniversitas
Pendidikan Indonesia (UPI), Jl. Dr. Setiabudhi 229, Bandung 40154, Indonesia
3Badan
Meteorologi Klimatologi dan Geofisika – BMKG Stasiun Geofisika Klas I Jl. Cemara No.
66 - Bandung (40161) Telp. (022) 2031881, Fax. (022) 2036212.
[email protected], [email protected], [email protected]
ABSTRAK
Fenomena hail atau hujan es merupakan fenomena ekstrem yang jarang terjadi di
Indonesia disebabkan wilayah Indonesia memiliki freezing level yang relatif lebih
tinggi dibandingkan negara lainnya. Bentuknya yang berupa butiran es menjadi daya
tarik tersendiri bagi masyarakat, yang kadang menyambut dengan antusias, padahal
jika hujan es terjadi dalam jumlah yang cukup besar dapat menyebabkan kerusakan
lingkungan. Proses terjadinya hujan es memiliki kaitan yang erat dengan perubahan
lingkungan seperti perubahan suhu, kelembaban dan tekanan udara yang dapat
menjadi patokan dalam melihat tanda-tanda terjadinya hujan es. Untuk dapat
menganalisis terjadinya hujan es di wilayah Bandung, digunakan teknik analisa
kondisi cuaca permukaan dan data citra satelit. Teknik analisis kondisi cuaca
permukaan dapat menunjukkan tanda-tanda sebelum, saat dan sesudah terjadi hujan es
dengan merajah grafik menggunakan unsur cuaca terkait. Dari teknik tersebut dapat
dilihat perilaku menyimpang dari hujan es. Sedangkan pengamatan melalui citra satelit
digunakan agar dapat mengetahui gambaran citra awan yang menunjukkan munculnya
awan Cumulunimbus (Cb) yang dapat mengakibatkan hujan lebat hingga hujan es.
Dari teknik ini juga dapat diketahui suhu puncak awan, dimana terjadi penurunan yang
signifikan jika awan Cb terbentuk. Hasil dari analisis teknik kondisi cuaca permukaan
didapat tanda-tanda indikasi hujan es dilihat dari grafik yang dirajah, seperti suhu
udara dan kelembaban relatif yang menunjukkan kenaikan signifikan dan tekanan
udara yang menunjukkan pola berulang dengan puncak pertama lebih rendah
dibanding puncak kedua. Sedangkan citra satelit, didapat gambaran pertumbuhan
awan Cb dan kenaikan suhu puncak awan.
Kata kunci : hail, hujan es, citra satelit, awan cumulonimbus, SATAID
*
Penulis penanggung jawab
i
Rahmah Hidayati, dkk, Analisis Kejadian Hujan Es di Wilayah Bandung…
ABSTRACT
ANALYSIS OF HAILSTONE AT TERRITORIAL BANDUNG
BASES ATMOSPHERIC CONDITION AND SATELLITE IMAGE
Phenomena of hail or hailstone is an extreme phenomenon that rarely happens in
territorial of Indonesia because Indonesia have freezing level one that higher relative
than another state. Its form that as particulate as ice becomes an attraction for society,
and sometimes welcomes enthusiastically. Actually if hailstone happens in huge
number can cause damage for environtmentally. Process of hailstone have a close
relationship with environmental change such as changed of temperature, humidity and
atmospheric pressure that cans be directive deeping to see some sign when hailstone is
happen. To analyze what happen when hailstone is occur at territorial Bandung, there
are some technique that can utilized, they are analyze condition of surface weather
technique and satellite image data technique. Analyze condition of surface weather
technique can show some sign that happening before, while and after hailstone with
make graphs that use weather element concerning. From that technique gets to be seen
by behaviour deviates from hailstone. Meanwhile for observation by satellite image
can be utilized to be able to know image picture who can show appearance
Cumulunimbus's cloud (Cb) and the effect is downpour until hailstone. from this
technique can also know the top of cloud temperature , which is significant decreased
happening when Cb's cloud is formed. The result of surface weather condition
technique analysis,there are some sign that show indication of hailstone as we can see
from graphs that we made, such as air temperature and relative humidity that show
significant's ascension and atmospheric pressure that show the pattern cycles by first
top is lower than second top. Meanwhile satellite image, gotten by growth picture of
Cb's cloud and ascention the top of cloud temperature.
Keywords : hail, hailstone, satellite image, cumulunimbus’s cloud, SATAID
PENDAHULUAN
Cuaca dan iklim di wilayah
Indonesia mengalami suatu anomali atau
penyimpangan dari keadaan normal yang
berdampak negatif pada kesejahteraan
makhluk hidup. Anomali ini disebabkan
oleh
pemanasan
global
yang
mempengaruhi perubahan suhu, curah
hujan, tekanan dan kelembaban udara,
sehingga mengakibatkan cuaca ekstrem
yang terjadi di wilayah Indonesia. Seperti
semakin meningkatnya hujan lebat, angin
puting beliung, hujan es, dan lain-lain.
Fenomena hujan es biasanya terjadi pada
wilayah ekstra-tropis karena memiliki
lapisan beku (freezing level) yang relatif
lebih rendah (Fadholi, 2012). Freezing
level ini adalah ketinggian dimana lapisan
atmosfer memiliki suhu 0ºC sehingga tetes
air membeku. Freezing level pada wilayah
tropis lebih tinggi dibanding dengan
wilayah
ekstra-tropis
karena
suhu
permukaan wilayah tropis lebih tinggi
daripada wilayah ektra-tropis yang
suhunya lebih rendah. Hujan es juga dapat
terjadi di wilayah tropis seperti Indonesia
yang memiliki suhu udara permukaan yang
hangat dan kelembaban udara yang cukup
tinggi meskipun pada musim kemarau
(Karmini, 2000). Hujan es dapat terjadi di
wilayah tropis jika partikel es yang jatuh
ii
Fibusi (JoF) Vol. 3 No. 1, April 2015
dari awan Cumulonimbus bersifat kering
dan memiliki ukuran yang cukup besar
setelah keluar dari awan walaupun partikel
es tersebut mengalami gesekan dengan
udara saat jatuh. Partikel es yang jatuh
sebagai hujan biasanya diikuti dengan
hujan yang lebat dan kadang disertai angin
kencang.
Hujan yang jatuh ke bumi dapat
berupa air, salju maupun es. Hujan es
adalah kejadian cuaca ekstrem yang
disebabkan anomali cuaca (keadaan
menyimpang) berupa jatuhnya butiran
es/kristal yang berdiameter kecil ke
permukaan bumi. Tidak seperti hujan air,
hujan es ini berbahaya dalam skala besar,
dapat mengakibatkan kerusakan bagi atap
rumah, pertanian bahkan penerbangan.
Hujan es ini biasanya terjadi pada wilayah
ektratropis tapi dapat juga terjadi pada
wilayah tropis seperti Indonesia. Hujan es
terjadi karena tumbuhnya jenis awan
bersel
tunggal
berlapis-lapis
(Cumulonimbus) yang dekat dengan
permukaan tanah atau dapat juga berasal
dari multi sel awan dengan luasan area
horizontal sekitar 3-5 km yang tumbuh
vertikal ke atas dengan ketinggian
mencapai 30.000 feet atau lebih (Fadholi,
2012).
Hujan es (hail) akan terbentuk bila
partikel es atau butir air hujan yang
membeku tumbuh/berkembang dengan
menyerap butir-butir awan kelewat dingin.
Awan Cb mengandung partikel es dan
butir air besar. Hal penting yang perlu
dicatat dalam pertumbuhan/pembesaran
hail adalah panas laten pembekuan yang
dilepaskan saat butir air yang diserap
membeku. Akibat panas laten tersebut,
suhu dari hail yang tumbuh akan lebih
hangat beberapa derajat dibanding suhu
awan di sekitarnya. Suhu keseimbangan
antara hail dan awan akan tercapai bila
total panas yang dilepaskan akibat
pembekuan (baik dari fasa air ke padat
maupun dari fasa gas ke fasa padat) sama
dengan panas yang diserap oleh awan
akibat konduksi. Dengan dicapainya
keseimbangan suhu maka tidak ada lagi
transfer panas dari hail ke lingkungannya.
Laju pertumbuhan hail dapat ditentukan
dengan menjumlahkan laju pertumbuhan
akibat penyerapan butir air dan laju
pertumbuhan akibat sublimasi (Karmini,
2000).
Awan cumulonimbus adalah awan
yang besar, ganas, menjulang tinggi
sebagai awan hujan yang disertai angin
kencang dan
petir.
Dasar
awan
Cumulonimbus antara 100-600 meter,
sedangkan puncaknya dapat mencapai
ketinggian 15 km atau ketinggian
tropopause (Haryoko, 2009). Sebenarnya
awan Cb berasal dari awan Cumulus yang
kemudian membesar secara vertikal yang
disebabkan
labilnya
lapisan
udara
sehingga terjadi proses konveksi dan
cukupnya suplai uap air.
Menurut (Haryoko, 2009), fase
pertumbuhan awan Cumulunimbus (Cb)
adalah sebagai berikut :
- Pada fase tumbuh, awan calon
Cumulunimbus akan terlihat tumbuh
pesat terutama komponen vertikalnya
karena seluruh gerakan atau arus dalam
pertumbuhan awan bergerak ke atas
sehingga tubuhnya semakin besar dan
dapat menjulang tinggi di angkasa
sampai ketinggian 13 km (40 ribu
kaki). Substansi awan ini, semuanya
berupa butiran air sampai ketinggian 5
km dan butiran air campur salju
(sampai puncaknya) sekitar 8 km. Di
daerah tropis, bentangan awan ini
biasanya kurang dari 10 km (daerah
tropis).
- Fase dewasa atau matang tercapai jika
puncak awan sudah membentuk
landasan (bentuknya seperti tempaan
sepatu) dengan bagian atas berbentuk
datar karena awan padat ini mendapat
tekanan dari selaput jeda (tropopause)
yang sangat stabil dan panas. Pada fase
ini substansinya, butiran salju di
bagian bawah, bagian tengah butiran
air campur salju dan bagian puncak
semuanya butiran es (kristal). Pada
iii
Rahmah Hidayati, dkk, Analisis Kejadian Hujan Es di Wilayah Bandung…
tahap ini pula, arus udara dalam tubuh
awan naik (updraft) dan turun
(downdraft) sehingga kristal-kristal es
bisa menembus bagian bawah dan
tengah.
Dari
sinilah
lahirnya
mekanisme hujan es (hail). Dan
diantara arus udara naik dan turun ini
terjadi arus geseran memuntir yang
dalam kondisi tertentu tabung puntiran
angin dapat menerobos sampai ke
bumi mirip belalai gajah sehingga
menimbulkan angin puting beliung.
Angin puting beliung periodenya
singkat kurang dari 5 menit dan
mempunyai kecepatan kurang lebih 30
– 40 km/jam, sifatnya lokal dan
kerusakan yang diakibatkannya kisaran
radius 5 km
- Fase dissipasi (pelenyapan), ditandai
dengan adanya arus udara ke bawah
yang lemah diseluruh sel. Fase ini
disertai dengan intensitas hujan yang
makin menurun dari hujan sedang
menuju hujan ringan
SATAID (Satellite Animation and
Interactive Diagnosis) merupakan sebuah
software yang dikembangkan oleh JMA
(Japan Meteorology Agency. SATAID
berfungsi untuk mengolah data satelit, dari
data binary yang diperoleh satelit MTSAT
menjadi gambar. SATAID digunakan
untuk menampilkan citra satelit dan mengoverlay data prediksi cuaca numerik NWP
(Numerical Weather Prediction). Data
NWP terpisah dari data citra satelit,
diperoleh juga dari JMA dalam satu paket
dengan data citra satelit. Dengan
menggunakan SATAID, pengguna dapat
menampilkan dan melakukan overlay
antara citra satelit dan data NWP.
Dimungkinkan juga overlay berbagai
macam data yang diperoleh antara lain dari
data pengamatan sinoptik, kapal, suhu,
radar, pencatat profil angin, dan
sebagainya, dengan syarat data-data
tersebut telah memiliki format yang sama
sebagaimana yang diminta oleh aplikasi
SATAID. Aplikasi ini dikembangkan
sebagai kontribusi JMA kepada World
Meteorology Organization (WMO). Saat
ini SATAID telah digunakan sebagai alat
operasional di JMA untuk analisis cuaca
harian, termasuk pula dalam kegiatan
monitoring tropical cyclone. Ada beberapa
variasi
program
SATAID
seperti
GMSLPD yang dikhususkan untuk analisa
siklon tropis (Harsa, Linarka, dkk,2011).
METODE
Metode yang digunakan dalam
penelitian ini yaitu metode deskriptif
analitik. Terdapat tiga parameter yang
dijadikan acuan dalam penelitian ini,
seperti suhu udara, kelembaban relatif dan
tekanan udara. Data parameter tersebut
merupakan data sekunder yang diperoleh
dari stasiun BMKG klas I Geofisika. Data
yang diambil adalah data rata-rata tiap jam
dari masing-masing kejadian. Kemudian
dicari tanggal kejadian hujan es dan
diperoleh 10 kejadian dari media online.
Data parameter didistribusikan menjadi
grafik tiga parameter terhadap waktu dan
diamati pola perubahannya. Sedangkan
untuk data citra satelit, digunakan software
SATAID untuk menghasilkan gambaran
citra awan saat terjadi hujan es.
Berdasarkan hasil grafik dan
SATAID, diperoleh ciri-ciri kejadian hujan
es di permukaan dan di atmosfer. Maka
kedua teknik ini yaitu kondisi atmosfer dan
citra satelit dijadikan sebagai media
verifikasi terhadap media online.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Suhu udara merupakan dampak dari
radiasi panas matahari yang diterimabumi
pada siang hari serta adanya radiasi balik
yang dikeluarkan oleh bumi pada malam
hari selama sehari semalam (24 jam), satu
minggu, satu bulan, maupun satutahun (12
bulan).
Dari penjelasan ini, dapat
diketahui bahwa dalam satu hari, suhu
udara dapat bervariasi karena radiasi yang
diterima atau dikembalikannya, sehingga
suhu udara bergantung pada waktu dan
suhu udara juga bergantung tempat,
semakin tinggi suatu tempat maka suhu
iv
Fibusi (JoF) Vol. 3 No. 1, April 2015
udaranya semakin rendah. Suhu udara pada
keadaan normal, yaitu tidak ada kejadian
bermakna pada hari tersebut, dimana pada
siang hari akan mengalami kenaikan suhu
udara dan turun pada malam harinya, hal
ini digambarkan pada grafik berikut :
Gambar 1. Grafik Suhu Udara Harian
Parameter kedua yang dianalisis
yaitu kelembaban udara relatif . Besarnya
kelembaban udara bergantung pada
masuknya uap air ke dalam atmosfer akibat
adanya penguapan di lautan, danau dan
sungai serta tanah. Selain penguapan juga
terjadi
proses
transpirasi
dimana
penguapan ini berasal dari tumbuhtumbuhan. Nilai kelembaban udara relatif
yang besar menandakan bahwa udara
banyak mengandung uap air. Kelembaban
udara relatif dinyatakan dalam keadaan
normal, apabila pada pagi harinya
mengalami kenaikan dan turun pada siang
hari, kemudian naik lagi hingga keesokan
harinya. Digambarkan dalam grafik
sebagai berikut:
Proses mekanik merubah tekanan udara
jika aliran udara tertahan sehingga terjadi
penumpukan udara di tempat tersebut dan
mengakibatkan
udara
meningkat.
Sedangkan proses thermal diakibatkan oleh
pemanasan atau pendinginan udara. Jika
udara dipanaskan, udara akan naik dan
akan menggeser lapisan udara di atasnya
sehingga tekanan udara di permukaan akan
turun, sebaliknya, jika udara didinginkan,
udara akan turun ke permukaan dan
menyebabkan tekanan permukaan akan
naik. Pada keadaan tekanan udara normal,
akan terbentuk pola berulang, dimana pagi
hari tekanan udara akan naik, dan menurun
pada siang harinya, kemudian naik lagi
pada sore harinya dan turun pada malam
hari hingga besok. Berikut digambarkan
grafiknya:
Gambar 3. Grafik Tekanan Udara Harian
Untuk dapat mengetahui ciri-ciri
hujan es, akan dianalisa pola grafiknya
apakah
menyimpang
dari
keadaan
normalnya atau tidak, sehingga dapat
dihipotesakan ada kejadian bermakna
seperti hujan lebat, angin kencang bahkan
hujan es.
22 Oktober 2014
Gambar 2. Grafik Kelembaban Udara Harian
Dan parameter ketiga yaitu tekanan
udara. Tekanan udara di permukaan bumi
disebabkan proses mekanik dan thermal.
v
Rahmah Hidayati, dkk, Analisis Kejadian Hujan Es di Wilayah Bandung…
Gambar 6. Grafik Tekanan Udara
Indikasi Hujan Es
Gambar 4. Grafik Suhu Udara Indikasi
Hujan Es
Pada grafik suhu udara Gambar 4,
terdapat penurunan suhu udara permukaan
sebesar 4,2°C pada jam 15.00-16.00 WIB.
Hal ini dapat terjadi karena fenomena
cuaca yang berasal dari awan Cb, yaitu
hujan lebat yang disertai guntur atau angin
kencang. Penurunan suhu ini juga terjadi
karena saat pertumbuhan/ pembesaran hail,
panas laten pembekuan yang dilepaskan
saat butir air yang diserap membeku dan
berakibat, suhu dari hail yang tumbuh akan
lebih hangat beberapa derajat dibanding
suhu awan disekitarnya.
Gambar 5. Grafik Kelembaban Udara Indikasi
Hujan Es
Pada kelembaban relatif terjadi
penurunan secara drastis pada siang hari
dan kemudian langsung naik drastis pada
jam 13.00 WIB hingga keesokan harinya.
Kenaikan kelembaban yang signifikan
digambarkan pada grafik, dimana massa
udara
yang
masuk
ke
atmosfer
mengandung banyak uap air sehingga
menyebabkan ketidakstabilan udara yang
dapat mengakibatkan proses konveksi yang
berbahaya dalam bentuk angin kencang
dan hujan es.
Pada tekanan terjadi pola berulang
dengan 2 puncak dan 2 lembah, dengan
puncak pertama lebih rendah daripada
puncak kedua. Dan lembah pertama sangat
rendah pada jam 14.00-15.00 WIB.
Tekanan udara mengalami penurunan/
kenaikan karena proses thermal. Apabila
udara dipanaskan maka akan naik dan akan
menggeser lapisan udara di atasnya
sehingga tekanan udara akan turun.
Sebaliknya, jika udara didinginkan maka
udara akan turun ke permukaan sehingga
menyebabkan tekanan permukaan naik.
Wilayah yang suhunya relatif lebih hangat
akan memiliki tekanan udara lebih rendah
dibanding wilayah yang lebih rendah
suhunya.
Pada analisis diatas, kejadian hujan
es tanggal 22 Oktober 2011 terjadi pada
jam 15.00 WIB. Hal ini sesuai dengan
gambar 4.7 yang terjadi pada pukul 15.00 –
15.30 WIB. Untuk mendukung analisa
diatas, maka berikut ditampilkan sumber
dari berita online yang menegaskan
terjadinya hujan es pada tanggal 22
Oktober 2011 di Bandung :
Gambar 7. Sumber Berita Online
[http://news.detik.com/bandung/read/2011/10/22/15
3052/1750052/486/hujan-es-landa-sebagian-kotabandung
vi
Fibusi (JoF) Vol. 3 No. 1, April 2015
Untuk melihat perubahan yang
terjadi pada saat sebelum dan sesudah
terjadinya hujan es, dapat digunakan
Software SATAID yang data nya diperoleh
dari satelit MTSAT. Dengan menggunakan
software SATAID dapat menghasilkan
gambaran citra di atas awan tiap jamnya.
Hasilnya sebagai berikut:
pukul 09.00 UTC dan lenyap pada pukul
10.00 UTC. Setelah satu sel awan
konvektif lenyap, terlihat satu sel awan
konvektif yang lain muncul, dan menutupi
kota Bandung pada pukul 11.00 UTC yang
mengindikasikan terjadinya hujan dengan
curah hujan menunjukkan kondisi hujan
ringan yaitu 3,5mm dalam satu jam.
Gambar 4.11. Citra Satelit wilayah Bandung tanggal 22 Oktober 2011
Pada citra satelit ini terlihat pada pukul
07.00 UTC mulai muncul sel awan
konvektif di wilayah Bandung. Sel awan
konvektif tersebut kemudian meluas
sehingga menutupi seluruh Bandung pada
Berdasarkan Gambar 12 terlihat
pertumbuhan awan terjadi pada pukul
08.00 UTC dari 0º hingga mencapai
puncaknya pada pukul 10.00 UTC dengan
suhu puncak awan sebesar -70ºC.
Rendahnya suhu puncak awan ini
vii
Rahmah Hidayati, dkk, Analisis Kejadian Hujan Es di Wilayah Bandung…
mengindikasikan jenis awan konvektif di
wilayah Bandung adalah awan Cb.
Diperkirakan terdapat beberapa sel awan
Cb sehingga menyebabkan tutupan awan
yang melingkupi wilayah Bandung
bertahan dalam waktu yang cukup lama
hingga akhirnya meluruh pada pukul 12.00
Sedangkan berdasarkan kontur suhu
puncak awan pada Gambar 13 yang
diperoleh dari software SATAID, terlihat
kumpulan awan solid pada pukul 17.00
WIB dengan suhu inti awan mencapai 75ºC dan suhu awan sekitar sebesar -50ºC,
yang mengindikasikan terjadinya hujan es
di wilayah Bandung. Suhu puncak awan
yangmengindikasikan adanya hujan yaitu <
-32.0 °C, sehingga wilayah yang memiliki
nilai lebih kecil dari nilai tersebut
mengindikasikan hujan.
Gambar 12. Time Series Suhu Puncak Awan
UTC.
Pukul 03.47 UTC
Pukul 06.47 UTC
Pukul 04.47 UTC
Pukul 05.47 UTC
Pukul 07.47 UTC
Pukul 08.47 UTC
viii
Fibusi (JoF) Vol. 3 No. 1, April 2015
Pukul 09.47 UTC
Pukul 10.47 UTC
Pukul 11.47 UTC
Gambar 13. Kontur suhu puncak awan
KESIMPULAN
1. Kondisi atmosfer saat terjadi hujan es
yaitu meningkatnya suhu permukaan
karena tumbuhnya awan Cb disertai
hujan
2. Perbandingan keadaan saat terjadi
hujan es dengan teknik analisis
permukaan yaitu pada suhu ditandai
dengan turunnya suhu udara secara
signifikan. Sedangkan kelembaban
relatif, ditandai dengan keadaan
menyimpang naiknya kelembaban
secara signifikan pada suatu waktu.
Dan terdapat pola berulang pada
tekanan udara, dengan puncak pertama
lebih rendah dibanding puncak kedua.
3. Dengan teknik analisis citra satelit,
didapat gambaran pada kondisi indikasi
hujan es akan tumbuh awan Cb dan
suhu udara puncak awan mengalami
penurunan yang tajam.
REFERENSI
Fadholi, A. (2012). Analisa Kondisi
Atmosfer pada Kejadian Cuaca
Ekstrem Hujan Es (Hail). Simetri,
Jurnal Ilmu Fisika Indonesia, 1
(2(D)), hlm. 74-80.
Harsa, H , Utoyo Ajie Linarka dkk . 2011.
Pemanfaatan
SATAID
untuk
Analisa Banjir dan Angin Putting
Beliung : Studi Kasus Jakarta dan
Yogyakarta. Jurnal Meteorologi
dan Geofisika, 12 (2), hlm. 197205.
Haryoko, U. 2009. Laporan Kejadian
Angin Kencang di Wilayah DKI
Jakarta Tanggal 22 April 2009.
Tangerang : BMKG.
Karmini, M. 2000. Hujan Es (hail) di
Jakarta, 20 April 2000. Jurnal
Sains dan teknologi Modifikasi
Cuaca, 1 (1), hlm. 27-32.
ix