MATERI OLIMPIADE KEBUMIAN METEOROLOGI. Misbahudin

MATERI OLIMPIADE KEBUMIAN

METEOROLOGI

Misbahudin

MATERI: RADIASI MATAHARI

Tiga mekanisme transfer panas:

a. Konduksi: transfer panas melalui material dan aktivitas molekular.

b. Konveksi: transfer panas dengan pergerakan massa atau substansi dari satu tempat ke tempat lain.

c. Radiasi: transfer panas melalui gelombang elektromagnetik.

Gelombang elektromagnetik

Radiasi elektromagnetik ialah energi yang dipancarkan dalam bentuk sinar, yang disebut gelombang elektromagnetik. Semua radiasi dapat memancarkan energi melalui ruang hampa. Perbedaan yang penting untuk dicermati pada gelombang elektromagnetik ialah panjang gelombangnya, yang berkisar dari yang paling panjang yaitu gelombang radio dan yang paling pendek sinar gamma.

Cahaya tampak hanya sebagian dari gelombang elektromagnetik yang dapat kita lihat. Ada beberapa hukum yang mengontrol radiasi ketika terjadi pemanasan atmosfer:

- Semua obyek meradiasikan energi.

- Obyek yang lebih panas meradiasikan lebih banyak energi dibanding obyek yang lebih dingin.

- Semakin panas temperatur obyek yang meradiasi, semakin pendek panjang gelombang radiasi maksimum.

- Obyek yang dapat menyerap radiasi dengan baik, juga dapat meradiasikan energinya dengan baik.

Penurunan temperatur secara umum seiring dengan kenaikan ketinggian di troposfer, menunjukkan bahwa atmosfer mengalami pemanasan yang lebih intensif dari bagian bawah (tanah). Dari seluruh energi matahari yang mengenai bagian atas atmosfer, sekitar 50%-nya diserap oleh permukaan bumi. Bumi, meradiasikan kembali energi yang diterima50%-nya dalam bentuk radiasi gelombang panjang. Kemudian radiasi ini diserap oleh atmosfer, yang dilakukan oleh molekul uap air dan karbondioksida, yang berperan dalam pemanasan atmosfer.

Neraca radiasi ekuator-kutub dan sirkulasi atmosfer.

MATERI: UNSUR-UNSUR CUACA

TEMPERATUR

a. Karakteristik sebaran suhu bumi: o Sebaran secara horisontal

Suhu di sekitar ekuator lebih tinggi daripada di kutub. o Sebaran secara vertikal

Makin tinggi suatu tempat, temperatur makin rendah, turun 6°C per 1 km. b. Faktor-faktor yang mempengaruhi suhu:

o Lama penyinaran matahari o Sudut datang sinar matahari o Relief permukaan bumi o Banyak sedikitnya awan o Jenis bentang alam c. Gradien vertikal:

Tipikal ~0.01 °C m-1_.

Secara bisa lebih besar, seperti, inversi temperatur lapisan batas dengan harga sampai dengan ~0.2 °C m-1

d. Gradien horizontal:

Untuk skala sinoptik biasanya < 1°C per 100 km (0.01 °C km-1_{), sampai dengan}

~5 °C per 100 km dalam daerah front.

Efek lokal (seperti pemanasan matahari) dapat menyebabkan gradien yang besar untuk skala kecil.

Distribusi temperatur dapat digambarkan dengan peta isotherm, yang merupakan garis yang menghubungkan tempat-tempat yang bertemperatur sama. Perbedaan temperatur antara bulan Januari dan Juli dapat dijelaskan dengan dasar pengontrol temperatur.

TEKANAN

Ada perbedaan yang sangat kontras antara gradien horizontal dan vertikal untuk variabel cuaca seperti tekanan dan temperatur.

Secara umum gradien vertikal jauh lebih besar dari gradien horizontal - Gradien vertikal:

~0.14 mb m-1

- Gradien horizontal : < 0.1 mb km-1

u a V m AH  u a a m m m SH   KELEMBABAN a. Kelembaban Absolut

Adalah massa dari uap air, ma pada volume tertentu udara (dalam g/m3).

b. Kelembaban Spesifik

Rasio jumlah uap air di udara, ma terhadap uap air campuran, mt.

c. Kelembaban Relatif

Rasio dari tekanan parsial uap air dalam campuran gas terhadap tekanan uap saturasi dari air pada temperatur campuran gas.

100

%

)

(

*

)

(

2 2

_x

O

H

p

O

H

p

RH



Kelembaban selama hujan: jumlah uap air yang larut di udara, tak termasuk air atau es yang jatuh sebagai hujan.

Dew point adalah temperatur dimana uap air mensaturasi dari massa air menjadi cair atau

padat (biasanya menjadi hujan atau es). Efek kelembaban tinggi

- Lambatnya evaporasi pada manusia  tidak nyaman hingga hipertermia. - Short circuit rangkaian listrik.

- Korosi pada permukaan logam.

- Daerah paling lembab adalah dekat ekuator dan tepi pantai.

Adalah temperatur dimana parsel udara dengan kandungan uap air konstan harus didinginkan pada tekanan tetap untuk menjadi jenuh. Depresi titik embun adalah perbedaan temperatur parsel udara dengan temperatur titik embunnya.

ANGIN

Adalah udara yang bergerak akibat rotasi bumi (gaya koriolis), gaya apung, gaya gesek, dan perbedaan tekanan udara dengan sekitarnya.

Faktor penyebab/terjadinya:

a. Gradien barometris (makin besar makin cepat). b. Letak tempat (di daerah khatulistiwa lebih cepat). c. Tinggi tempat (makin tinggi semakin kencang). d. Waktu (siang lebih cepat daripada malam hari).

Gradien barometris: bilangan yang menunjukan perbedaan tekanan udara 2 isobar sejauh 111 km. Udara mengalir dari daerah bertekanan tinggi ke daerah bertekanan rendah. Di belahan utara angin dibelokan ke arah kanan dan dibelahan selatan ke kiri. Pembelokan terjadi karena efek rotasi bumi dari barat ke timur dan karena bumi bulat.

Kecepatan angin biasa dinyatakan dalam beberapa macam unit :

- Meter per detik (m s-1_{) (unit SI) – digunakan dalam sains dan juga umum.}

- Knots (kt) = mil-laut per jam = 0.514 m s-1 _{0.5 m s}-1

- Kilometer per jam (kph) = 0.278 m s-1

- Mil per jam (mph) = 0.447 m s-1

Menurut konvensi Meteorologi arah angin menyatakan DARI MANA angin itu datang: - Dinyatakan dalam derajat dari Utara – Arah kompas ketika menghadap ke arah

angin datang.

- Oleh karena variabilitas angin sangat tinggi (gustiness) hanya arah angin secara umum yang dinyatakan: utaraan (northerly), timuran (easterly), baratan (westerly), dan seterusnya.

PEMBENTUKAN AWAN

Pendinginan udara seiring naik dan mengembangnya udara, karena tekanan udara yang rendah ialah proses dasar pembentukan awan. Perubahan temperatur akibat tertekan atau mengembangnya udara disebut perubahan temperatur adiabatik. Udara tak jenuh mengalami peningkatan temperatur ketika tertekan dan mengalami penurunan temperatur ketika mengembang dengan kecepatan perubahan temperatur 10°C/1000 m perubahan ketinggian, dan disebut laju adiabatik kering. Jika udara naik cukup tinggi, maka akan cukup dingin untuk menyebabkan kondensasi dan membentuk awan. Mulai titik kondensasi tersebut, udara akan mengalami laju adiabatik basah, jika terus naik, dengan kecepatan penurunan temperatur 5-9°C/1000 m. Perbedaan kecepatan adiabatik basah dan kering disebabkan oleh uap air yang telah terkondensasi melepaskan panas laten, sehingga mengurangi kecepatan udara mendingin.

Stabilitas udara dapat diketahui dengan melihat temperatur atmosfer pada ketinggian yang bervariasi. Udara disebut tidak stabil apabila laju penurunan temperatur lingkungannya (laju penurunan temperatur seiring bertambahnya ketinggian di troposfer) lebih besar daripada laju adiabatik kering. Agar terjadi kondensasi, udara harus dalam kondisi jenuh uap air. Kejenuhan terjadi jika udara mencapai titik embunnya atau ketika kandungan uap airnya ditambahkan. Kondesasi juga dapat terjadi di dekat permukaan. Dalam pembentukan awan dan kabut, inti kondensasi juga memiliki peran yang besar.

Jenis Awan dan Presipitasi

Awan diklasifikasikan berdasarkan bentuk dasarnya dan ketinggiannya. Ada 3 bentuk dasar awan:

a. Cirrus (tinggi, putih, tipis, berserat). b. Cumulus (gumpalan, terpisah-pisah).

c. Stratus (lembaran atau lapisan yang menutupi sebagian besar atau seluruh langit).

Klasifikasi Awan

Kabut didefinisikan sebagai awan yang bagian dasarnya sangat dekat atau tepat di atas tanah. Kabut terbentuk ketika udara mendingin hingga dibawah titik embunnya atau ada penambahan uap air dalam udara yang membuatnya jenuh uap air. Ada beberapa jenis kabut:

a. Kabut adveksi b. Kabut radiasi

c. Kabut upslope d. Kabut steam

e. Kabut frontal (presipitasi)

Untuk membentuk presipitasi, jutaan tetes air di awan harus bergabung untuk membentuk tetes hujan yang besar. Ada 2 mekanisme pembentukan presipitasi yang telah dirumuskan: a. Dalam awan yang temperaturnya dibawah titik beku, maka kristal es terbentuk dan jatuh dalam bentuk kepingan es. Pada ketinggian yang lebih rendah, kepingan es mencair dan menjadi tetes hujan sebelum mencapai tanah.

b. Tetes air hujan yang besar terbentuk di dalam awan yang cukup hangat dan mengandung inti higroskopik (“water-seeking”) seperti partikel garam. Ketika tetesan ini bergerak turun, mereka bertumbukan dan bergabung dengan tetes air yang lebih kecil. Setelah banyak tumbukan, tetes air ini menjadi cukup besar dan jatuh ke tanah sebagai hujan.

MATERI: ATMOSFER

Atmosfer adalah lapisan tipis yang melingkupi/menyelubungi permukaan bumi. 99% kandungan atmosfer berada pada 30 km lapisan terbawah atmosfer itu sendiri. Jika radius bumi sekitar 6400 km, maka ketebalan atmosfer adalah 30 km/6400 km = 0,5 % radius Bumi.

ASAL ATMOSFER

Pada 4.6 miliar tahun lalu, atmosfer bumi terdiri atas campuran gas hidrogen dan helium (dua gas utama yang ditemukan dalam alam semesta).

Melalui proses pelepasan gas dan perembesan gas dari dalam bumi, banyak gas lain disuntikan ke dalam atmosfer seperti uap air (menghasilkan hujan - sungai, danau, laut), es meteor, karbon dioksida, dan nitrogen. Setelah proses diatas berlangsung selama jutaan tahun, atmosfer berevolusi menjadi seperti keadaan sekarang ini.

KOMPOSISI ATMOSFER

Atmosfer terdiri atas: campuran molekul gas, partikel tersuspensi (padat dan cair), dan presipitasi yang jatuh.

Atmosfer memiliki komposisi berupa: a. Gas-gas permanen:

- 99.999 % dari masa atmosfer.

- Nitrogen, Oksigen, Argon, Neon, Helium, Kripton, Xenon, Hidrogen. b. Gas-gas varibel: Uap air, Karbondioksid, Ozone, Metan.

c. Homosfer: Dibawah ketinggian 80 km – wilayah dengan homogenitas kimia. d. Heterosfer: Wilayah diatas homosfer – gas-gas ringan (H and He).

Udara kering Uap air

- Sekitar 0,25 % dari total masa atmosfer.

- Konsentrasi berkurang secara cepat terhadap ketinggian. - Hampir seluruh UA terdapat pada ketinggian dibawah 5 km. - Dekat permukaan UA bervariasi antara 1% (gurun) - 4 % (tropis). - Waktu tinggal di atmosfer: 10 harian.

Karbon Dioksida

- Sekitar 0,036 % dari total masa atmosfer. - Konsentrasi 360 ppm.

- Masuk ke atm melalui: proses respirasi, peluruhan material organik, erupsi, gunung api, dan pembakaran alamiah maupun antropogenik

- Keberadaan dalam atm melaui: fotosintesa. - Waktu tinggal di atm: 150 tahunan.

- Terjadi peningkatan 1.8 ppm/thn sejak 1950.

Metana

- Konsentrasi meningkat 0,01 ppm/tahun beberapa dekade terakhir. - Konsentrasi saat ini: 1.7 ppm.

- Sumber emisi: perut sapi, tambang batu bara, sumur minyak, pipa gas dan sawah. - Waktu tinggal di atmosfer: ~ 10 tahun.

- Mempengaruhi absorbsi radiasi termal.

Grafik pengamatan metana Konsentrasi CO2 (ppm) Aerosol

- Benda padat kecil yang tersuspensi (debu, asap, dan lain-lain) atau partikel cair dalam udara.

- Sumber: manusia (pembakaran bahan bakar fosil) dan proses alamiah (gunung api dan spray ocean).

- Peran dalam atmosfer: pembentukan awan (inti kondensasi), urban smog, dan badai pasir/debu yang sangat mengurangi visibilitas.

Ozon

- Sangat vital untuk kehidupan di stratosfer dan tidak berbahaya untuk tanaman dan manusia di troposfer.

- Konsentrasi: stratosfer ==> sampai 15 ppm pada ketinggian sekitar 25 km. - Terbentuk jika atom oksigen (O) dari bagian atas atmosfer bertumbukan dengan

molekul oksigen (O2) di stratosfer.

- Radiasi UV memecahkan ikatan ozon menjadi O and O2 yang kemudian akan

Kondisi lapisan ozon pada tanggal 6 September 2006

STRUKTUR VERTIKAL ATMOSFER

Berdasarkan profil temperatur: troposfer, stratosfer, mesosfer, termosfer. Berdasarkan propertis elektrik: ionosfer

- Mulai bagian atas mesosfer sampai dengan Termosfer. - Tiga lapisan : D, E dan F.

- Lapisan D hanya ada pada siang hari dan menyerap gelombang radio AM. - Aurora borealis and aurora australis.

Troposfer

- Bagian terbawah atmosfer.

- Tebal ~8 km di kutub, ~16 km di equator. Ketebalan bervariasi terhadap ruang dan waktu.

- Lapisan dimana fenomena cuaca terjadi. Sebagian besar uap air atmosfer terkonsentrasi pada lapisan bawah troposfer.

- Bagian atas dibatasi oleh lapisan inversi atau lapisan isothermal yang disebut lapissan Tropopause.

- Tropopause berfungsi sebagai langit-langit, yang mencegah pertukaran udara antara troposfer dan stratosfer.

Lapisan Batas

- Merupakan sublapisan troposfer.

- Bersentuhan langsung dengan permukaan – dipengaruhi secara langsung oleh gaya gesek permukaan.

- Didominasi oleh turbulensi dan proses pertukaran panas, kelembaban, dan momentum dengan permukaan.

- Sifat fisik (seperti ketebalan dan suhu) mengalami variasi harian yang besar. - Variasi ketebalan dari beberapa 10 meter (pada kondisi sangat stabil), sampai ~2

km diatas lautan tropis.

- Temperatur berkurang dengan ketinggian.

- Bagian atas dibatasi oleh inversi temperatur yang membatasi percampuran dengan troposfer bebas diatasnya.

- Lapisan batas yang terdefinisi dengan baik tidak selalu ada.

Stratosfer

- Mulai dari puncak troposfer sampai dengan ~50 km.

- Secara umum, temperatur bertambah dengan ketinggian pada musim panas. - Suhu terendah pada tropopause equatorial. Pada musim dingin memiliki struktur

yang lebih kompleks.

- Mengandung mayoritas ozon atmosfer (O3). Mengabsorpsi radiasi ultraviolet

sehingga menghasilkan suhu maximum di stratopaus (kadang2 mencapai 0°C). - Interaksi dengan troposfer sangat terbatas dan masih sangat kurang dimengerti.

Mesosfer

- Di mesosfer udara bercampur secara relatif dan suhu menurun dengan ketinggian. - Di sini, atmosfer mencapai suhu terdinginnya ~ -90°C.

- Pada lapisan ini meteor terbakar ketika memasuki atmosfer bumi.

- Merupakan lapisan yang terekspos secara langsung terhadap radiasi Matahari dan karena itu merupakan lapisan yang dipanasi oleh Matahari.

- Udara sangat tipis sehingga penambahan kecil energi akan menyebabkan peningkatan suhu secara signifikan.

- Suhu di termosfer sangat bergantung pada aktivitas Matahari (suhu dapat mencapai nilai 1,500°C atau lebih). Temperatur tidak dapat diukur secara langsung, tetapi dengan cara mengukur tekanan atmosfer terhadap satelit dan menghitung suhu dari persamaan gas ideal.

- Termosfer juga mencakup wilayah atmosfer bumi yang disebut Ionosfer, dalam wilayah mana atmosere dipenuhi dengan partikel bermuatan. Peningkatan temperatur dapat menyebabkan molecule udara terionisasi.

Ionosfer

Merupakan daerah di atmosfer atas yang mengalami elektrifikasi sehingga mengandung sejumlah besar konsentrasi ion (partikel bermuatan) dan elektron bebas. Ionosfer sangat penting dalam proses penjalaran gelombang radio. Partikel bermuatan bisa karena kehilangan elektron (muatan + ) atau mendapatkan elektron (muatan - ).

MATERI: SIRKULASI UMUM

TEKANAN UDARA DAN ANGIN

Udara memiliki berat. Di permukaan laut, udara memberikan tekanan 1 kg/cm2_{. Tekanan}

udara ialah gaya yang diberikan oleh berat udara yang di atas. Seiring bertambahnya ketinggian, udara yang menekan dan berada di atas semakin sedikit, sehingga tekanan udara dikatakan menurun seiring bertambahnya ketinggian, pertama-tama dengan cepat, kemudian menjadi melambat kemudian. Satuan yang digunakan oleh meteorologist untuk mengukur tekanan atmosfer ialah milibar.

Faktor Penyebab Angin

Angin ialah aliran udara yang horizontal dari area yang bertekanan tinggi ke area bertekanan rendah. Angin dikontrol oleh kombinasi gaya berikut:

a. Gaya gradien-tekanan (sejumlah perubahan tekanan pada jarak tertentu).

b. Efek Coriollis (efek pembelokan akibat rotasi bumi, ke kanan di Hemisfer Utara, ke kiri di Hemisfer Selatan).

c. Gesekan dengan permukaan bumi (memperlambat gerakan udara dan mengubah arah angin).

Pusat Tekanan dan Angin Ada 2 jenis pusat tekanan, yaitu:

a. Siklon, atau pusat tekanan rendah. b. Antisiklon, atau pusat tekanan tinggi.

Pada belahan bumi utara, angin di sekitar siklon, bergerak berlawanan arah jarum jam dan mengarah ke pusat. Di sekitar antisiklon, angin bergerak searah jarum jam dan mengarah menjauhi pusat. Di belahan bumi selatan, efek Coriolis menyebabkan angin bergerak searah jarum jam di sekitar siklon, dan berlawanan arah jarum jam di sekitar antisiklon. Karena udara bergerak naik dan mendingin secara adiabatik di pusat siklon, sehingga kondisi siklon sering berasosiasi dengan cuaca berawan dan hujan. Dan sebaliknya di pusat antisiklon, udara bergerak turun, dan menghangat, sehingga tidak terbentuk awan dan presipitasi, dan cuaca cerah.

Gaya Coriollis

Adalah gaya yang diperkenalkan untuk menjelaskan penyimpangan gerak objek pada suatu bingkai referensi yang berputar, seperti bumi misalnya gaya Coriollis bekerja tegak lurus terhadap arah gerak dan sumbu rotasi bingkai referensi.

Angin lembah (siang lereng > T-lembah, P lereng < P lembah).

Angin gunung (malam T-lereng < T-lembah, P lereng > P lembah).

Gaya Gradien Tekanan Horizontal F = -(1/) dP/dx

Adalah gaya utama penggerak angin, dimana P adalah tekanan,  adalah densitas udara, dan x adalah jarak. Karena itu gaya akan berbanding terbalik dengan jarak antar isobar, tegak lurus terhadap isobar dan mengarah dari tekanan tinggi ke tekanan rendah. Gaya tekanan akan mempercepat gerak partikel udara kearah tekanan rendah

Sistem Angin Lokal

Angin berskala kecil yang dihasilkan oleh gradien tekanan yang bersifat lokal.

a. Angin darat dan laut (terbentuk pada sepanjang pesisir, disebabkan oleh perbedaan tekanan harian karena perbedaan pemanasan daratan dan lautan).

b. Angin gunung dan lembah (angin harian seperti angin laut dan darat, namun pada daerah pegunungan dimana udara di sepanjang lereng mengalami perbedaan pemanasan dengan udara pada elevasi yang sama di atas lembah).

c. Angin Chinook dan Santa Ana (angin yang hangat dan kering terbentuk ketika udara turun pada sisi “bawah angin” (leeward) di gunung, dan mengalami kompresi sehingga menghangat.

Angin laut (siang T-darat > T-laut, P darat < P laut).

Angin darat (malam darat < T-laut, P darat > P laut).

Mekanisme angin Chinook Beberapa jenis angin lainnya, yaitu:

a. Angin Bahorok adalah angin Fohn yang bertiup di daerah dataran rendah Deli Utara, Sumatra Utara. Karena datangnya dari arah kota Bohorok, maka dinamakan Angin Bohorok. Bohorok terletak pada arah barat-barat-laut dari Medan.

b. Angin Fohn adalah angin yang bertiup di bagian belakang atau di bagian bawah angin gunung atau pegunungan dengan sifat panas, kering, kencang dan ribut. Hal ini disebabkan oleh udara yang dipaksa secara mekanik menaiki dan melewati puncak dan kemudian menuruni lereng bagian belakang gunung. Udara yang turun ini mengalami pemanasan adiabatik.

c. Angin Gending adalah angin Fohn yang berhembus dari gunung dan pegunungan di sebelah tenggara menuju Probolinggo, Jawa Timur. Dinamakan demikian karena datangnya dari arah kota Gending.

d. Angin Geostrofik adalah angin teoretis dengan gaya yang bekerja kepadanya hanya gaya gradien tekanan dan gaya Coriollis yang sama besar dan berlawanan arahnya. Angin ini bertiup sejajar dengan isobar yang lurus dengan laju konstan. Angin nyata akan mendekati angin geostrofik pada ketinggian jauh dari permukaan bumi, dengan tidak ada gaya gesekan, yaitu kira-kira di atas ketinggian 1000 m dari permukaan bumi. Angin ini bergerak lebih cepat dibanding angin permukaan karena gesekan sangat sedikit.

SIRKULASI GLOBAL

Sistem Angin Dunia (sel Hadley)

Jika permukaan bumi secara merata ditutupi oleh air, maka sistem sirkulasi yang terbentuk adalah sistem sel tunggal, yang dikenal sebagai sel Hadley:

a. Doldrums bertekanan rendah

b. Angin Pasat Timur-laut & Angin Pasat Tenggara c. Garis lintang kuda bertekanan tinggi

d. Angin Barat e. Angin Timur kutub

Karena pengaruh ukuran bumi, gaya Coriollis, ketebalan atmosfer, viskositas, radiasi Matahari, distribusi daratan-lautan, dan lain-lain, maka setiap sel Hadley pecah menjadi 3 buah sel yang lebih kecil dan dibagi menjadi zona tekanan global:

a. Equatorial low b. Subtropical high c. Subpolar low d. Polar high

Zona tekanan global

Sel Hadley

Angin global permukaan juga berasosiasi dengan zona tekanan ini. Yakni angin pasat, angin timuran, dan angin baratan.

Pengamatan menunjukkan bahwa dari daerah Ekuator ke Kutub Utara/Selatan terbentuk daerah tekanan rendah dan tinggi secara berselang-seling, mulai dari daerah tekanan rendah ekuatorial, daerah tekanan tinggi sub-tropis, daerah tekanan rendah lintang tinggi dan terakhir daerah tekanan tinggi kutub.

Jalur yang dilalui oleh sistem pusat tekanan ini berkaitan dengan Jet Stream atau jet kutub, akibat tekanan dari gaya Coriollis. Posisi arus jet kutub, yang diikuti oleh siklon, bergerak ke arah ekuator, dan dibatasi oleh musim dingin dan musim panas.

Jet Stream

2D Jet Stream Diagram

Sirkulasi udara jika bumi tidak berotasi Sirkulasi udara pada Bumi yang berotasi

Untuk Bumi yang tidak berotasi, konveksi akan membentuk satu sel simetris sederhana disetiap belahan Bumi. Karena gerak rotasi bumi, gaya Coriollis akan membelokkan aliran udara. Sirkulasi rerata yang stabil mempunyai 6 sel yang bergerak berlawanan, 3 sel di setiap belahan bumi. Dalam setiap sel, gaya Coriollis membelokkan angin ke timur atau Barat. Batas antar sel bervariasi sesuai dengan musim.

MATERI: MASSA UDARA DAN FRONT

MASSA UDARA

Massa udara ialah tubuh udara, biasanya berukuran 1600 km (1000 mil) atau lebih, yang dicirikan oleh kesamaan temperatur dan uap air pada ketinggian tertentu. Tempat massa udara berasal disebut source region. Jika massa udara bergerak ke tempat lain, ia akan tetap membawa sifat temperatur dan kelembabannya, dan dapat mempengaruhi daerah yang dilaluinya.

Massa udara diklasifikasikan berdasarkan pada kondisi alamiah permukaan dan lintang

source region-nya. Continental (c) ialah simbol untuk massa udara yang berasal dari

daratan dan biasanya kering. Maritime (m) ialah massa udara yang terbentuk di atas perairan dan umumnya lembab. Polar (P) dan arctic (A) ialah massa udara yang berasal dari lintang tinggi dan dingin. Tropical (T) ialah massa udara yang terbentuk di lintang rendah dan hangat. Berdasarkan skema klasifikasi ini, jenis dasar massa udara ialah

continental polar (cP), continental arctic (cA), continental tropical (cT), maritime polar

FRONT

Batas antara dua massa air yang berbeda disebut front. Ini adalah daerah dari gradien horizontal temperatur atau kelembaban. Umumnya 100 hingga 200 km luasnya.

Front adalah ciri-ciri utama daerah tropis. Faktanya fronts terkait dengan sistem tekanan

rendah (siklon tropis, extra-siklon tropis, depresi). Pergerakan fronts bergantung pada variabilitas kondisi udara dari hari ke hari.

Eropa bagian barat laut memperoleh banyak massa air yang berbeda, dengan lintasan front sebagai hasil dari cuaca yang sangat bervariasi.

Front Hangat (Warm Font)

- Udara hangat bertiup di atas udara dingin.

- Kemiringan dari permukaan awal sangat dangkal : 0.5 hingga 1.

- Datangnya front ditandai dengan cirrus yang tinggi atau cirrostratus, dasar awan menurun sebagai permukaan terbentuknya front.

- Hujan terjadi di dasar front, tersebar luas dan secara terus menerus. - Langit cerah dengan cepat setelah melewati dasar front.

Front Dingin (Cold Front)

- Massa udara dingin terdorong ke arah udara yang lebih hangat, yang bergerak ke atas.

- Lebih curam dari front hangat: ~2.

- Ketebalan awan-awan konvektif terbentuk di atas permukaan front, hujan deras di daerah sempit sepanjang permukaan front.

- Dibelakang pengangkatan dasar awan front, secepatnya kembali cerah.

- Dekat dengan permukaan udara dingin yang bergerak maju, menghasilkan daerah yang sangat curam.

Front Stationer (Stationary Front)

- Terdapat perbedaan mendasar antara massa udara baik front hangat dan dingin – front tersebut ditentukan dengan arah dan gerakannya.

- Ketika lapisan antara massa udara tidak bergerak ini disebut front diam/stationary

front.

• Sebagai catatan bahwa kecepatan angin tidak nol – masing-masing massa air masih bergerak, tetapi lapisan diantara mereka tidak bergerak.

Occluded Front

- Umumnya front dingin bergerak lebih cepat dari front hangat, dan dengan demikian memungkinkan mengejar front hangat di depannya, hasilnya adalah

occluded front.

- Terdapat dua tipe occluded front: hangat dan dingin, bergantung pada cuaca dan udara dibelakang front dingin apakah lebih hangat atau lebih dingin dibanding dengan udara di depan front hangat tersebut.

- Occlusion adalah bagian siklus dari perkembangan front dan kerusakan sampai di

Cold Occlussion

Cold occlusions merupakan tipe yang lebih sering terjadi di UK.

Warm Occlusion

- Pada warm dan cold occlusions, terjepitnya udara hangat berkaitan dengan lapisan-lapisan awan, dan kadang dengan presipitasi.

- Presipitasi dapat menjadi deras jika kelembaban udara hangat terdorong ke atas dengan cepat oleh occlusion.

Cold Occlusion Warm Occlusion

Mid-latitude Cyclone

- Sistem tekanan rendah adalah ciri utama dari daerah hangat mid-latitude. - Mereka terbentuk dalam daerah yang baik bertemu dengan front kutub – yang

menghasilkan gradien temperatur yang kuat – dan aliran konvergen yang dihasilkan dari sirkulasi global.

MATERI: IKLIM DAN PERUBAHAN IKLIM

Iklim ialah agregat kondisi cuaca untuk satu daerah dalam jangka waktu yang panjang. Sistem iklim di Bumi melibatkan pertukaran energi dan uap air yang terjadi antara atmosfer, hidrosfer, batuan, biosfer, dan kriosfer (es dan salju yang ada di permukaan bumi).

Zona iklim

Klasifikasi iklim membutuhkan informasi yang sangat banyak, yang dapat membantu dalam memahami dan memfasilitasi analisis dan penjelasan. Temperatur dan presipitasi ialah elemen yang sangat penting dalam mendeskripsikan iklim. Sudah banyak klasifikasi iklim yang dibuat, dengan masing-masing memiliki nilai berdasarkan tujuan pembuatannya.

KLASIFIKASI IKLIM DE MARTONNE

De Martonne membuat klasifikasi iklim berdasarkan durasi periode kering selama satu tahun. Indeks kekeringan (A, aridity indeks) dari suatu tempat ditentukan menggunakan formula berikut: A = [P/(T+10) + 12p/(t+10)]/2

dimana P merupakan presipitasi tahunan; T adalah rata-rata temperatur tahunan, p presipitasi di bulan terkering, dan t adalah rata-rata temperatur pada bulan terkering. Berdasarkan indeks kekeringan dari De Martonne, terdapat 6 tipe iklim sebagai berikut:

KLASIFIKASI IKLIM THORNTHWAITE - Dibuat pada tahun 1948.

- Diutamakan untuk pertumbuhan tanaman.

- Menggunakan indeks kelembaban dan temperatur.

- Manfaat presipitasi dan kelembaban bagi pertumbuhan tanaman.

KLASIFIKASI IKLIM KOPPEN

Klasifikasi Koppen, yang menggunakan nilai temperatur dan presipitasi rata-rata bulanan dan tahunan, dan merupakan sistem klasifikasi yang sudah digunakan secara luas. Batas-batas yang digunakan Koppen secara umum berdasarkan Batas-batas asosiasi tumbuhan tertentu. Ada lima kelompok iklim utama, dengan subdivisi yang telah diakui. Tiap kelompok didesain dengan huruf kapital. Empat kelompok iklim (A, C, D, dan E) didefinisikan berdasarkan karakteristik temparatur, dan yang kelima, kelompok B, kriteria utamanya ialah presipitasi.

Iklim A

Humid tropical climates (A): tanpa musim dingin, dengan seluruh bulan memiliki

Hutan hujan tropis

a. Wet tropical climates (Af dan Am): terletak di dekat ekuator, konstan memiliki

temperatur tinggi dan curah hujan yang cukup untuk mendukung tumbuh suburnya vegetasi (hutan hujan tropis).

Sabana Afrika

b. Tropical wet and dry climates (Aw): terletak di arah kutub dari wet tropic dan di

arah ekuator dari subtropical deserts, dimana hutan hujan digantikan oleh padang rumput dan pohon-pohon yang tahan dengan kondisi kering tersebar pada sabana. Ciri yang paling khusus dari iklim ini ialah karakter curah hujan yang berbeda setiap musim.

Iklim B

Dry (B) climates: presipitasi tahunan lebih kecil dari potensi hilangnya air akibat evaporasi,

dibagi atas dua, yaitu arid atau deserts (BW) dan semiarid atau stepa (BS). Perbedaan keduanya hanya kecil, dengan semiarid yang merupakan marjinal atau arid dengan kondisi lebih lembab. Gurun dan stepa pada lintang rendah akan memberikan cuaca yang cerah, karena pergerakan udara yang ke bawah akibat sabuk tekanan tinggi subtropics. Gurun dan stepa lintang tengah secara prinsip ada karena posisinya berada di bagian tengah benua/daratan yang memisahkannya jauh dari lautan. Karena banyak gurun lintang tengah terletak pada daerah bawah angin (leeward) dari pegunungan, maka gurun lintang tengah dapat juga diklasifikasikan sebagai rain shadow deserts.

Middle-latitude climates with mild winters (C): temperatur rata-rata bulan terdingin ialah

di bawah 18°C dan di atas -3°C. Ada beberapa kelompok dari iklim C.

a. Humid subtropical climates (Cfa): terletak di sebelah timur benua, pada lintang 25 - 40 derajat. Musim panas ditandai dengan cuaca yang panas dan gerah, dan musim dingin yang sejuk.

b. Marine west coast climate (Cfb, Cfc): pengaruh massa udara maritime menyebabkan musim dingin dan musim panas yang sejuk.

c. Dry-summer subtropical climates (Csa, Csb): terletak di pantai barat kontinen pada lintang 30 - 45 derajat. Pada musim panas region ini didominasi oleh kondisi yang stabil dan kering, berasosiasi dengan tekanan tinggi subtropics oseanic. Pada musim dingin kemungkinan untuk terkena badai siklon dari front kutub.

Iklim D

Humid middle-latitude climates with severe winters (D): sangat terpengaruh oleh

keberadaan daratan, sehingga iklim ini tidak ada di belahan bumi selatan. Iklim ini memiliki ciri musim dingin yang keras. Temperatur rata-rata bulan terdingin ialah -3°C atau lebih rendah, dan bulan terpanas rata-ratanya dapat melebihi 10°C.

a. Humid continental climates (Dfa, Dfb, Dwa, Dwb): dibatasi oleh sisi timur Amerika Utara dan Eurasia, dan berkisar pada lintang 40-50 utara. Musim panas dan dingin dapat digolongkan relatif keras. Presipitasi umumnya lebih besar pada musim panas disbanding musim dingin.

b. Subarctic climates (Dfc, Dfd, Dwc, Dwd): terletak di utara humid continental

climates dan selatan polar tundras. Ciri yang paling menonjol pada iklim ini ialah

dominasi musim dingin pada sepanjang tahun. Namun sebaliknya, pada musim panas temperaturnya sangat hangat, meskipun durasinya sangat pendek. Kisaran temperatur tertinggi di bumi terjadi di wilayah ini.

Iklim E

Polar (E) climates: tiada musim panas, rata-rata temperatur pada bulan terhangat di bawah

10°C. Ada 2 jenis iklim polar.

a. Tundra climate (ET): tidak ditemukan pepohonan, pada belahan bumi utara. b. Ice cap climate (EF): tidak satu bulanpun dalam setahun yang temperaturnya di

atas 0°C. akibatnya, tidak ada vegetasi yang dapat tumbuh, dan bentang alam satusatunya ialah es dan salju yang permanen sepanjang tahun.

PERUBAHAN DAN VARIASI IKLIM

Jika dibandingkan dengan tempat yang dekat dan lebih rendah, iklim pada dataran tinggi akan lebih dingin dan biasanya lebih basah. Karena atmosfer sangat dipengaruhi oleh ketinggian dan penyinaran, sementara iklim menggambarkan variasi dan kemampuan atmosfer setempat untuk berubah. Manusia telah memodifikasi lingkungan selama ribuan tahun. Dengan mengubah atau menghilangkan tumbuhan yang menutupi tanah, dan dengan itu manusia juga telah mengubah faktor-faktor klimatologi, seperti albedo, laju evaporasi, dan angin permukaan. Dengan menambahkan kadar karbondioksida dan gas-gas sisa (metana, nitrogen oksida, dan kloroflurokarbon) maka kita telah berkontribusi secara signifikan dalam terjadinya global warming.

Erupsi Pinatubo dan Efek El Nino

Iklim global juga terpengaruh oleh aktivitas manusia dalam kontribusi berupa menambahkan kandungan aerosol pada atmosfer (kecil, seringkali mikroskopik, partikel cair dan padat yang terbawa oleh udara). Dengan memantulkan sinar matahari kembali ke angkasa, aerosol memberikan efek pendinginan. Efek yang dihasilkan oleh aerosol pada hari ini ialah hasil dari emisi aerosol pada dua minggu sebelumnya, sementara karbondioksida memiliki rentang waktu yang lebih panjang dan mempengaruhi iklim untuk puluhan tahun.

Karena sistem iklim sangat kompleks, maka untuk memprediksi perubahan yang spesifik pada satu regional karena peningkatan kadar karbondioksida di atmosfer tentu sangat sulit dan sangat spekulatif. Namun begitu, beberapa konsekuensi dari pemanasan global yang telah diketahui ialah:

a. Mengubah distribusi sumber daya air dunia. b. Kemungkinan meningkatkan muka air laut.

c. Perubahan dalam pola cuaca, misalnya peningkatan intensitas siklon tropis. d. Peningkatan luas es Laut Arktik.

MATERI: BENCANA METEOROLOGI DAN KLIMATOLOGI

BADAI

Badai atau thunderstorms disebabkan oleh pergerakan ke atas udara yang hangat, lembab, tidak stabil, yang dipicu oleh sejumlah proses-proses yang berbeda. Umumnya berasosiasi dengan awan cumulonimbus yang menghasilkan hujan deras, guntur, petir, dan kadang-kadang hujan es serta tornado.

Tahapan perkembangan thunderstorm

TORNADO

Tornado ialah badai yang berskala lokal, destruktif, dan berdurasi pendek, berasosiasi dengan thunderstorms, yang berbentuk kolom udara yang berotasi dan memanjang ke bawah dari awan cumulonimbus. Tornado paling sering muncul di sepanjang front dingin pada siklon lintang tengah, umunya pada musim semi.

Bila udara panas dan lembab bergerak berlawanan arah atau lebih lambat dari pada udara dingin dan kering diatasnya, maka akan timbul gerak rotasi berbentuk pipa vorteks seperti yang ditunjukkan oleh gambar (a)

Updraft yang kuat dalam thunderstorm, akan mengubah orientasi gerak rotasi pipa vorteks

dari horizontal menjadi vertikal yang memungkinkan terbentuknya tornado (gambar (b)).

SIKLON TROPIS

Berdasarkan pergerakannya, siklon dibedakan atas siklon tropis dan siklon ekstra tropis. a. Siklon tropis terjadi di daerah tropis, yaitu antara 10°-20° LU dan 10°-20° LS.

Sering terjadi di wilayah lautan daripada di daratan. Diameter angin siklon tropik ± 100.500 km, kecepatannya antara 100-500 km/jam, dan gradien barometernya antara 50-100 mb,

b. Siklon ekstra tropis terjadi di daerah sedang pada lintang 35°-65° LU dan 35°-65° LS, yaitu di sekitar wilayah front tempat bertemunya massa angin barat yang panas dan angin timur yang dingin. Tekanan udara ±15 mb dan kecepatannya ±30 km/jam.

Empat tahap pertumbuhan Siklon Tropis: a. Gangguan Tropis

- Kumpulan beberapa sistem hujan badai (thunderstorms) dengan isobar sedikit melengkung.

- Kecepatan angin kurang dari 20 knot. b. Depresi Tropis

- Kumpulan thunderstorm yang lebih terorganisir. - Memiliki sebuah isobar tertutup.

- Kecepatan angin antara 20-34 knot. c. Badai Tropis

- Sistem berotasi berlawanan arah jarum jam di BBU dan sebaliknya di BBS, tetapi belum memiliki ‘MATA’ siklon.

- Memiliki dua isobar tertutup. - Kecepatan angin antara 35-64 knot. - Pada tahap ini badai diberi nama.

d. Siklon Tropis atau Hurricanes

- ‘MATA’ siklon sudah terbentuk. - Memiliki minimal tiga isobar tertutup.

Foto satelit memperlihatkan keempat tahap pertumbuhan siklon tropis.

HURRICANES

Hurricane ialah badai terbesar yang terjadi di Bumi, merupakan siklon tropis dengan

kecepatan angin lebih dari 119 km/jam. Badai ini terbentuk di atas lautan tropis dan disokong oleh kalor laten yang dilepaskan ketika uap air dalam jumlah yang besar berkondensasi. Hurricane terbentuk paling sering pada akhir musim panas ketika temperatur permukaan laut mencapai 27°C atau lebih tinggi dan mampu untuk memasok kalor dan uap air yang dibutuhkan oleh udara. Hurricane akan berkurang intensitasnya apabila:

- Bergerak ke lautan yang dingin yang tidak dapat menyuplai kalor dan uap air yang memadai.

- Bergerak ke daratan.

- Mencapai lokasi yang tidak tersedia aliran udara ke atas dalam skala besar.

Hurricane merupakan bentuk formasi dari sistem badai tropis yang besar dan berkembang

di atas perairan hangat dekat wilayah ekuator.

Kondisi cuaca yang ditimbulkan buruk adanya, seperti : hujan lebat – banjir, angin kencang, gelombang laut yang besar dan storm surge, berkemungkinan menimbulkan tornado.

Ketika gradien tekanan semakin mengecil di daerah dekat ekuator, terlihat bahwa terdapat aliran angin disepanjang daerah tersebut. Terdapat sebuah palung atau desiran dalam aliran timuran yang dikenal sebagai sebuah “gelombang tropis”.

Konvergensi permukaan terjadi pada bagian timur dari gelombang tersebut dan divergensi permukaan terjadi pada bagian barat. Thunderstorms cenderung terbentuk pada bagian timur dari gelombang tropis.

Mekanisme timbal balik ini terus berulang selama hurricane terus bertumbuh (hidup).

Hurricane terbentuk pada daerah-daerah dekat ekuator di antara lintang 5-15 derajat dari

ekuator. Garis pertumbuhan dan perkembangan hurricane cenderung berasal dari bagian timur bumi.

Skala Saffir-Simpson (Saffir-Simpson Scale)

- Skala numerik (1-5) yang menggambarkan potensi kerusakan dari hurricane yang ada.

- Mendeskripsikan dengan cepat dan mudah berdasarkan kekuatan hurricane.

EL NINO LA NINA

Nama El Niño diambil dari bahasa Spanyol yang berarti “anak laki-laki”, merujuk pada bayi Yesus Kristus dan digunakan karena arus ini biasanya muncul selama musim Natal. Karena fluktuasi dari tekanan udara dan pola angin di Selatan Pasifik yang menyertai El Niño, fenomena ini dikenal dengan nama El Niño Southern Oscillation (ENSO). Dan La Nina berarti “anak perempuan”.

El Niño (dibaca <El Ninyo>) adalah kondisi abnormal iklim di mana suhu permukaan Samudra Pasifik di pantai Barat Ekuador dan Peru lebih tinggi dari rata-rata normalnya. Kejadian El Nino dicirikan oleh penghangatan suhu permukaan laut di Samudera Pasifik Bagian Tengah dan membentuk suatu kolam hangat yang berefek pada pendinginan suhu permukaan laut di lautan Indonesia

Istilah ini pada mulanya digunakan untuk menamakan arus laut hangat yang terkadang mengalir dari Utara ke Selatan antara pelabuhan Paita dan Pacasmayo di daerah Peru yang terjadi pada bulan Desember.

La Nina dicirikan dengan pendinginan suhu permukaan laut di Samudera Pasifik Bagian Tengah dan kolam hangatnya berpindah ke bagian barat Samudera Pasifik (di sekitar Lautan Indonesia) yang berefek pada penghangatan suhu permukaan laut di Lautan Indonesia.

Sistem putaran keadaan suhu panas (El Nino), normal dan dingin (La Nina) hal ini berlaku setiap tiga hingga empat tahun.

Dampak El Nino La Nina

a. El Nino

- Hujan dan Banjir sepanjang Pasifik.

- Terjadinya aliran hangat mempengaruhi rantai makanan terhadap populasi ikan, burung, dan mamalia laut.

- Terjadinya badai tornado dan badai kilat di Amerika Bagian Selatan. - Badai Tornado lebih dari normal di Atlantik.

b. La Nina

- Salju dan hujan di bagian semanjung barat Pasifik. - Cuaca dingin yang abnormal di Alaska.

- Cuaca hangat yang abnormal di sebagian Amerika. - Kemarau di bagaian barat daya Pasifik.

- Badai tornado yang abnormal di Atlantik.

El Nino melalui satelit La Nina melalui satelit Dampak di Indonesia

a. El Nino

- Musim kemarau yang berkepanjangan sehingga memicu terhadap pangan dan ketersedian air.

- Meningkatnya suhu harian di atas normal.

- Timbulnya kebakaran lahan yang berlebih saat pembukaan lahan.

- Musim hujan yang berkepanjangan di saat musim kemarau. - Terjadinya banjir diatas normal.

SUMBER:

Earth Science; twelfth edition, Oleh Edward J. Tarbuck, Frederick K. Lutgens, dan Dennis Tasa; Pearson International Edition.