INDIKATOR KOMPETENSI SUHU

(1)

INDIKATOR KOMPETENSI

MAHASISWA MEMILIKI PENGUASAAN TENTANG PENGERTIAN, FAKTOR YANG MEMPENGARUHI,

SEBARAN DAN FLUKTUASI, PERAN SUHU DALAM IKLIM

SUHU

(2)

ILUSTRASI

Fenomena bun upas kembali terjadi di kawasan Dieng, Jawa

Tengah.Sejak subuh hari ini, Jumat (6/7/2018), tanaman di Dieng diselimuti embun beku berwarna putih, bak terkena salju.

.

Editor: Sugiyarto

(3)

Suhu Panas Ekstrem 'Serang' Eropa,

Tembus 40 Derajat Celcius (2 Agustus 2018)

VIVA – Suhu udara panas ekstrem melanda berbagai negara di dunia. Di Spanyol, suhu udara telah melewati angka 40 derajat

Celcius. Pemerintah Spanyol lalu mengimbau penduduk lokal maupun wisatawan untuk menjaga kesehatan.

(4)

SUMBER PANAS

Sumber panas utama di bumi : radiasi matahari. Radiasi matahari adalah

pancaran energi yang berasal dari

proses thermonuklir yang terjadi di

Matahari. Energi radiasi Matahari

berbentuk sinar dan gelombang

elektromagnetik.

(5)

Pancaran Radiasi Surya

• Radiasi surya (surya = matahari) sumber energi utama untuk proses-proses fisika atmosfer yang menentukan keadaan cuaca dan iklim di atmosfer bumi.

• Permukaan matahari bersuhu 6000 K, dengan jarak dari bumi 150 juta Km

• Radiasi yang sampai di puncak atmosfer 1360 Wm2, yang sampai ke permukaan bumi setengah dari yang diterima di puncak atmosfer.

• Rata-rata 30% radiasi yang sampai dipermukaan

bumi dipantulkan kembali ke angkasa luar.

(6)

Karakteristik Radiasi Surya dan Bumi

• Setiap benda di alam yang bersuhu 0 K (-273 o C) memancarkan radiasi berbanding lurus dengan pangkat empat suhu permukaannya (Hukum Stefan – Boltzman)

F = ε σ T

⁴

F = Pancaran RAdiasi (Wm

²⁾

ε = emisivitas permukaan, bernilai satu untuk benda hitam (black body radiation), sedangkan untuk benda-benda alam berkisar 0.9-1.0)

σ = tetapan Stefan – Boltzman (5.67 10-8 Wm

²⁾

T = Suhu permukaan (K)

(7)

(8)

(9)

Faktor yang mempengaruhi radiasi matahari

• Jarak Matahari.

• Intensitas radiasi Matahari, yaitu besar

kecilnya sudut datang sinar Matahari pada permukaan bumi.

• Panjang hari (sun duration), yaitu jarak dan lamanya antara Matahari terbit dan Matahari terbenam.

• Pengaruh atmosfer. Sinar yang melalui

atmosfer sebagian akan diadsorbsi oleh gas- gas, debu dan uap air, dipantulkan kembali, dipancarkan dan sisanya diteruskan ke

permukaan bumi

(10)

Penerimaan Radiasi Surya di Permukaan Bumi

• Bervariasi menurut tenpat dan Waktu

• Skala makro menurut tempat ditentukan oleh letak lintang dan keadaan atmosfer terutama awan

• Skala mikro arah lereng menentukan jumlah

radiasi surya yang diteima

(11)

Solar Radiation

(12)

Solar Radiation

Summer Solstice is at

maximum solar declination (+23.5º) and occurs around June 21st –Sun is at Zenith at solar noon at locations 23.5º N latitude

Winter Solstice is at minimum solar declination (-23.5º) and occurs around December 21st

(13)

Solar Radiation

Equinoxes occur when the solar declination is zero.

Spring equinox is around March 21st and the fall equinox occurs around

September 21st –Sun is at Zenith at solar noon on the equator.

(14)

(15)

KESEIMBANGAN RADIASI MATAHARI DI BUMI

(16)

(17)

• Perbandingan antara radiasi gelombang pendek (surya) yang dipantulkan dengan yang datang disebut albedo permukaan

• Di Atmosfer, uap air dan CO2 adalah penyerap radiasi gelombang panjang utama. Energi radiasi yang diserap oleh kedua gas tersebut dipancarkan kembali ke

permukaan bumi diiringi dengan peningkatan suhu udara (efek rumah kaca = green house effect).

• Seperti rumah kaca, radiasi surya mampu menembus atap kaca karena energinya besar, sedangkan radiasi

gelombang panjang dari dalam rumah kaca tidak mampu menembus atap kaca sehingga terjadi penimbunan

energi yang berlebihan dalam rumah kaca tersebut yang meningkatkan suhu udara.

• Gas Rumah Kaca (GRK) = uap air, CO2 dan methane) dapat menyebabkan pemanasan global

(18)

Tabel 1. Absorbsi radiasi matahari (%) oleh beberapa jenis permukaan

Jenis

permukaan

Absorb si

radiasi

Jenis Permukaan Absorbsi radiasi Air

Jalan (hitam) Tanah gelap Padang

rumput

Pasir basah

90 – 95 90 – 95 85 -95 80 – 90 70 - 80

Jalan padat kering Padang pasir

Pasir kering

Tanah yang terang Salju yg sdh bbrp hari Salju segar

75 – 85 70 – 75 55 -65 55 – 75 30 – 60 5 - 25

(19)

Tabel 2. Jumlah penerimaan rad. Matahari langsung pada berbagai posisi lintang (cal/cm2/menit)

waktu Lintang ^oLU/LS

0-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-90 Diluar atm

21 Desember 0,549 0,469 0,373 0,274 0,173 0,079 0,006 21 maret 0,619 0,601 0,563 0,509 0,441 0,358 0,211 21 Juni 0,570 0,729 0,664 0,648 0,689 0,683 0,703 23 september 0.510 0,592 0,556 0,503 0,435 0,353 0,208 Dalam atm

21 Desember 0,164 0,161 0,134 0,083 0,086 0,013 0,001 21 maret 0,191 0,224 0,206 0,161 0,116 0,096 0,055 21 Juni 0,144 0,170 0,216 0,233 0,183 0,159 0,133 23 september 0,170 0,162 0,201 0,183 0,131 0,079 0,128

(20)

Konsentrasi beberapa gas rumah kaca

selama 2000 tahun terakhir

(21)

Komponen radiative forcing dari manusia dan alam

(radiasi matahari).

(22)

ALAT PENGUKUR RADIASI MATAHARI

• Pengukuran lamanya sinar matahari bersinar dimaksudkan untuk mengetahui intensitas dan berapa lama/ jam matahari bersinar mulai terbit hingga terbenam.

• Matahari dihitung bersinar terang jika sinarnya dapat membakar pias Campble stokes. Lamanya matahari bersinar dapat

dinyatakan dalam presentase atau jam. Untuk keperluan pemasangan dan pengamatan perlu diketahui hal-hal yang menyangkut waktu semu lokal dan waktu rata-rata lokal.

• True Solar Day yaitu waktu antara dua gerakan matahari melintasi meridian. Waktu yang didasarkan panjang hari ini disebut

apparent solartime atau waktu semu lokal. Waktu ini dapat ditunjukkan oleh sunshine recorder.

• Waktu semu lokal ialah waktu yang ditentukan oleh gerakan relatif matahari terhadap horizon. Sepanjang tahun lamanya (panjangnya) True Solar Day berbeda-beda.

22

(23)

1 . PENGUKUR SINAR MATAHARI JENIS CAMPBLE STOKES

• Lamanya penyinaran sinar matahari dicatat dengan jalan memusatkan (memfokuskan) sinar matahari melalui bola gelas hingga fokus sinar matahari tersebut tepat mengenai pias yang khusus dibuat untuk alat ini dan meninggalkan pada jejak pias.

• Dipergunakannya bola gelas dimaksudkan agar alat tersebut dapat dipergunakan untuk memfokuskan sinar matahari secara terus menerus tanpa terpengaruh oleh posisi matahari.

• Pias ditempatkan pada kerangka cekung yang konsentrik dengan bola gelas dan sinar yang difokuskan tepat mengenai pias. Jika matahari bersinar sepanjang hari dan

mengenai alat ini, maka akan diperoleh jejak pias terbakar yang tak terputus.

• Tetapi jika matahari bersinar terputus-putus, maka jejak dipiaspun akan terputus-

putus. Dengan menjumlahkan waktu dari bagian-bagian terbakar yang terputus-putus akan diperoleh lamanya penyinaran matahari.

23

(24)

PENGUKUR SINAR MATAHARI JENIS JORDAN

• Alat ini mencatat sendiri lamanya matahari bersinar dalam sehari yang terdiri dari dua kotak berbentuk setengah

silinder dan tertutup. Di bagian dalam dipasang kertas yang sangat peka terhadap sinar matahari langsung.

• Apabila seberkas matahari langsung mengenai kertas ini akan meninggalkan bekas yang gelap. Alat ini diatur

sedemikian sehingga satu pias dipakai untuk pagi dan pias lainnya untuk siang hari.

24

(25)

PENGUKURAN INTENSITAS RADIASI MATAHARI

• Untuk mengetahui intensitas radiasi yang jatuh pada permukaan bumi baik yang langsung maupun yang dibaurkan oleh atmosfer. Intensitas radiasi matahari ialah jumlah energi yang jatuh pada suatu bidang persatuan luas dalam satu satuan waktu. Dalam atmosfer bumi terdapat bermacam-macam radiasi seperti :

• a. Direct Solar Radiation (S) yaitu radiasi langsung dari matahari yang sampai ke permukaan bumi.

• b. Radiation Difus (D) yang berasal dari pantulan-pantulan oleh awan dan pembauran-pembauran oleh partikel-partikel atmosfer.

• c. Surface Raflectivity (r) yaitu radiasi yang berasal dari pantulan-pantulan oleh permukaan bumi.

• d. Out Going Terrestial radiation (O), yaitu radiasi yang berasal dari bumi yang berupa gelombang panjang.

• e. Back Radiation (B) yaitu radiasi yang berasal dari awan-awan dan butir-butir uap air dan CO2 yang terdapat dalam atmosfer.

• f. Global (total) Radiation (Q)

• g. Net Radiation (R)

25

(26)

• Dengan banyaknya jenis radiasi yang terdapat didalam atmosfer berarti banyak pula alat-alat yang diperlukan untuk mengukur radiasi langsung (S). Misalnya :

• Pyrheliometer untuk mengukur radiasi langsung (S)

• Solarimeter dan Pyranometer untuk radiasi total (Q)

• Pyrgeometer untuk mengukur radiasi bumi (O)

• Net Pyrradiometer untuk mengukur radiasi total (R)

• Pada prinsipnya sensor alat pengukur intensitas radiasi matahari dibagi 2 jenis :

• Sensor yang dibuat dari bimetal yaitu 2 jenis logam yang mempunyai koefisien muai panjang yang berbeda dan diletakkan satu sama

lainnya. Alat yang memakai sensor jenis ini ialah Actinograph.

• Sensor yang dibuat dari Thermopile seperti yang terdapat pada Solarimeter, Pyranometer dll

26

(27)

• AMSTRONG PYRHELIOMETER

Pyrheliometer dipakai untuk mengukur intensitas radiasi matahari langsung (S).

Pyrheliometer terdiri dari 2 bagian pokok, yaitu sensor yang

menghasilkan gaya gerak listrik dan recorder yang berisi battery, galvanometer dan amperemeter.

Sensor berada didalam sebuah tabung/silinder logam yang dapat diputar horizontal dan vertikal. Tabung diputar mengikuti gerakan

matahari sehingga sinar selalu jatuh tegak lurus ke permukaan sensor.

Pada bagian ujung/ muka tabung terdapat tutup yang dapat diputar terhadap permukaan silinder. Penutup ini berfungsi sebagai

pelindung sensor terhadap matahari dan juga sebagai pemutus dan penghubung kontak listrik.

27

(28)

SOLARIMETER DAN PYRANOMETER

• Digunakan untuk mengukur radaiasi matahari total. Untuk memperoleh data intensitas matahari secara kontinue, Solarimeter dihubungkan ke sebuah alat pencatat yang dinamakan Chart Recorder yang mempunyai sifat Self Balancing Potentiometric yaitu suatu recorder yang bekerjanya berdasarkan keseimbangan antara signal (tenaga listrik yang masuk berasal dari

Solarimeter dengan tenaga listrik dari power supply.

• Gerakan dan kedudukan pena ditentukan oleh keseimbangan kedua unsur tersebut. Dengan demikian recorder ini memerlukan tenaga listrik yang diperlukan selain untuk keseimbangan juga untuk menggerakkan pias (Chart) dan jam.

• Recorder ini sangat peka terutama ketika sedang beroperasi, sedapat mungkin dihindarkan terhadap getaran-getaran yang dapat

mengganggu keseimbangan.

28

(29)

SUHU/TEMPERATUR UDARA

• Temperatur udara adalah tingkat atau derajat panas dari kegiatan molekul

dalam atmosfer yang dinyatakan dengan skala Celcius, Fahrenheit, atau skala

Reamur.

• Perlu diketahui bahwa suhu udara

antara daerah satu dengan daerah lain

sangat berbeda.

(30)

PENGERTIAN PANAS DAN SUHU

• Panas: ukuran energi yang dikandung oleh suatu benda (joule atau kalori)

• Suhu: rerata energi kinetik gerakan molekul-molekul di dalam benda

• Pada gas (udara) hubungan antara energi kinetik dengan suhu dinyatakan:

Ek = ½ m V² = 3/2 NkT Ek = rerata energi kinetik molekul gas

m = massa molekul

V² = rerata kecepatan gerakan molekul kuadrat N = jumlah molekul per satuan volume

k = tetapan Boltzman (5,67*10^-8 Wm^-2) T = suhu mutlak

S U H U

(31)

Panas jenis: jumlah panas (kalori) yg diperlukan o 1 gr bahan untuk meningkatkan suhu 1^oC

Air 1.00 cal/gr Udara 0.24 cal/gr uap air 0.5 tanah 0.2

• Udara merupakan penyimpan panas terburuk, karena

kapasitas panas yang rendah, shg peka thd perubahan energi di permukaan bumi.

• Tanah dan air yang paling aktif dalam menerima energi radiasi surya,

(32)

KAPASITAS PANAS DAN PANAS JENIS

Jumlah panas yang dapat dikandung oleh suatu benda tergantung kapasitas panas

C = DQ/DT . . . .(1)

C : kapasitas panas (Joule/^oC = Joule/^oK DQ : perubahan panas (Joule)

DT : perubahan suhu

Kapasitas panas tergantung massa (m) atau jumlah mol (n) dan panas jenis (c)

C = m c . . . (2) Sehingga:

Cv = C/m = DQ / (m . DT )

(33)

PROSES PEMINDAHAN PANAS DI PERMUKAAN BUMI

• Pemindahan panas terjadi dari tempat/benda ber energi tinggi ke tempat/benda berenergi lebih rendah

• Pemindahan energi dapat terjadi melalui konduksi, konveksi atau radiasi

Konduksi

Proses pemindahan panas pada benda padat G = - k dT/dz

G= fluks panas (W/m²)

K = konduktivitas panas (W/m²/K) dT/dz : gradien suhu (K/m)

(34)

KONVEKSI

Proses pemindahan panas pada fluida H = -r c / ra dT/dz

H: fluks panas dari permukaan ke atmosfer dan sebaliknya (W/m²)

r : kerapatan udara kering (kg/m³)

C : panas jenis udara pada tekanan tetap ra : tahanan aerodinamik

dT/dz : gradien suhu vertikal RADIASI

Proses pemindahan energi atau panas melalui bahan transparan (udara) dalam bentuk

gelombang elektromagnetik

(35)

Alat pengukur suhu di stasiun meteorologi

(36)

Penyebaran suhu menurut ruang dan waktu

Penyebaran suhu vertikal.

Pd lap troposfer, suhu makin rendah menurut ketinggian.

Udara penyimpan panas terburuk, suhu udara sgt dipengaruhi oleh suhu permukaan bumi tempat persentuhan antara udara dgn darat/laut.

Laut memiliki kapasitas panas yang lebih besar, maka pengaruh permukaan lautan teradap suhu secara vertikal lebih dominan

Rata penurunan suhu udara menurut ketinggian di indonesia 5-6 ^oC / 1000m

(37)

SUHU ATMOSFER

(38)

(39)

Distribusi geografi suhu dan variasi musiman berhubungan erat dengan distribusi geografi cahaya matahari

(40)

SEBARAN SUHU DI PERMUKAAN BUMI

(41)

(42)

SUHU ATMOSFER SANGAT VARIATIF DARI - 88˚C (KUTUB) HINGGA 58˚C (PADANG PASIR)

SUHU TANAH DI PADANG PASIR MENCAPAI 65˚C SAAT SUHU ATMOSFER 85˚C

DI AMERIKA UTARA SUHU TANAH PADA MUSIM DINGIN – 40˚C SEDANGKAN DI MUSIM PANAS MENCAPAI 45˚C

DI DAERAH TROPIK SUHU HAMPIR KONSTAN SEPANJANG TAHUN (BERKISAR 30˚C)

KEBANYAKAN ORGANISME HIDUP DI SUHU LINGKUNGAN 10-35˚C

HANYA BAKTERI TERTENTU DAPAT BERTAHAN

HINGGA SUHU >90˚C DAN GANGGANG HIJAU- BIRU

> 70˚C

(43)

SECARA GLOBAL

TROPIK

DINGIN SEDANG SEDANG DINGIN

L A T I T U D

BUMI

˚ LS ATAU LU DINGIN

SEJUK

PANAS

A L T I T U D

m dpl

DIVERSITAS DAN DISTRIBUSI

ORGANISME MAKIN RENDAH DI

LINGKUNGAN SUHU MAKIN RENDAH

(44)

PERGERAKAN BUMI

ROTASI MENGAKIBATKAN TEMPAT DI BUMI MENGALAMI PERGANTIAN SIANG DAN MALAM

REVOLUSI MENGAKIBATKAN PERUBAHAN MUSIM

MATAHARI

22 DESEMBER selatan panas,

utara dingin 21 MARET

utara semi, selatan gugur

21 JUNI

23 SEPTEMBER

(45)

FLUKTUASI SUHU HARIAN

kedalama n tanah ±

50 cm ºC

PUKUL

6.00 12.00 18.00

atmosfe r

permukaan

tanahkedalaman tanah ± ²⁰

cm

Suhu berperan langsung menentukan iklim setiap wilayah.

Perbedaan suhu adalah pengendali sirkulasi atmosfer secara global.

Udara hangat cenderung naik karena ringan, sedang udara dingin cenderung turun karena berat. Terlihat sebagai gerakan udara.

(46)

Digital Thermo-hygro meter Alat pengukur suhu disebut

termometer. Termometer dibuat

dengan mendasarkan sifat – sifat fisik dari suatu zat (bahan), misalnya

pengembangan benda padat, benda cair, gas dan juga sifat merubahnya tahanan listrik terhadap suhu.

(47)

 SUHU TUBUH

SUHU TUBUH ORGANISME RELATIF KONSTAN DAN TIDAK MUDAH TERPENGARUH OLEH SUHU LINGKUNGAN KARENA KANDUNGAN AIR

(AIR SEBAGAI PENJAGA SUHU)

KECUALI BILA SUHU DALAM KEADAAN EKSTREM

TUMBUHAN TINGKAT TINGGI

LAJU PROSES METABOLISME TURUN BILA SUHU DIBAWAH ATAU DIATAS SUHU OPTIMUM

BATAS SUHU TUBUH PALING RENDAH VARIATIF PADA BERBAGAI JENIS TUMBUHAN

BATAS SUHU TUBUH PALING TINGGI 40 - 45˚C

BINATANG

• BINATANG BERDARAH PANAS (HOMOIOTHERMS) MENGATUR SUHU TUBUH ± 37˚C KECUALI BURUNG ± 42˚C

• BINATANG BERDARAH DINGIN (POIKILOTHERMS) TAK DAPAT MENGATUR SUHU TUBUH, AKAN INAKTIF (HIBERNASI) BILA SUHU LINGKUNGAN < 8˚C

ATAU > 40˚C

(48)

HUKUM van HOFF (Q₁₀)

LAJU REAKSI KIMIA MENINGKAT MENJADI DUA KALI (UNTUK METABOLISME HANYA 1-1,5 KALI) BILA SUHU NAIK 10ºC

 SUHU LINGKUNGAN DAN TIPE VEGETASI

1. DATARAN RENDAH HUTAN HUJAN TROPIK 2. MONTANE HUTAN MUSIMAN

3. SUB ALPIN (UDARA JERNIH) POHON KECIL 4. ALPIN RUMPUT, SEMAK 5. NIVAL TIER SALJU, ALGAE

SEJUMLAH PANAS YANG DIPERLUKAN SUATU JENIS TANAMAN UNTUK

MENYELESAIKAN DAUR HIDUP (DISEBUT JUGA HEAT UNITS, HEAT SUMS, ATAU THERMAL UNITS)

CONTOH: UNTUK JAGUNG: 3000°Cd

SATUAN PANAS (DEGREE DAY / °Cd)

T₀: SUHU LINGKUNGAN PALING RENDAH MENGAKIBATKAN TUMBUHAN MENGHENTIKAN AKTIVITAS (RERATA 8°C)

(49)

SUHU KARDINAL

MINIMUM OPTIMUM MAKSIMUM

POTENSI MAKSIMUM

TERHAMBAT TERHAMBAT

THERMAL DEATH POINT

THERMAL DEATH POINT

SUHU KARDINAL BERBEDA ATAU BERUBAH TERGANTUNG:

 MACAM PROSES FISIOLOGI

LAJU RESPIRASI MAKSIMUM SAAT SUHU MENCAPAI 40°C, SAAT ITU LAJU FOTOSINTESIS = 0 (MAKS PADA SUHU 20°C)

 JENIS TANAMAN

CONTOH DIATAS UNTUK TANAMAN KENTANG, TANAMAN LAIN AKAN BERBEDA

(50)

 KONDISI TANAMAN

BERHUBUNGAN DENGAN KEBERADAAN NUTRISI ATAU FAKTOR LINGKUNGAN LAIN (CUKUP, KURANG, ATAU BERLEBIH) ATAU

PENGGANGGU

RESPON TERHADAP SUHU RENDAH (< 0˚C)

DAUN LEBIH SEMPIT, BUAH LEBIH KECIL, CABANG TERSIER MENINGKAT, LAJU TRANSLOKASI DAN RESPIRASI TURUN,

PEMBENTUKAN BUNGA DAN BUAH DIRANGSANG

KERUSAKAN TANAMAN AKIBAT SUHU RENDAH akibat dari suhu lingkungan turun atau tanaman

berasal dari suhu lebih tinggi TERGANTUNG

DERAJAT DAN LAMA SUHU BERLANGSUNG, KONDISI FISIOLOGI SEBELUMNYA, DAN DAYA ADAPTASI

(51)

INDIKATOR KOMPETENSI SUHU