View
14
Download
7
Category
Preview:
DESCRIPTION
atmosfer
Citation preview
ATMOSFER BUMI
http://.www.pelatihan-osn.com Lembaga Pelatihan OSN
By : Asri Oktaviani
Meteorologi, Cuaca, & Iklim
Meteorologi
adalah Ilmu yang mempelajari fenomena atmosfer termasuk dinamika, fisika dan kimia atmosfer.
(asal kata meteros/Yunani lofty melayang)
Secara umum meteorologi dapat dikatakan suatu kajiandinamika dan termodinamika atmosfer yang mempengaruhikehidupan manusia.
Cuaca Keadaan/kondisi sesaat atmosfer, terutama berkaitan
dengan pengaruhnya terhadap kegiatan manusia. Variabilitas jangka pendek atmosfer dengan skala waktu menit hingga bulan.Definisi populernya: temperatur, angin, kelembaban, presipitasi, perawanan, kecerahan, dan jarak pandang.
Kategori individual/kombinasi fenomena atmosfer yangmenggambarkan kondisi atmosfer pada waktu observasi.
Iklim Deskripsi stastistik kondisi atmosfer jangka panjang,
perataan dalam perioda waktu tertentu (30 tahunmenurut ketetapan WMO)
Meteorologi, Cuaca, & Iklim
Mengapa belajar meteorologi?
Peringatan Cuaca ekstrim
PertanianWaktu tanam, panen dsb untuk
menghindari cuaca jelek yang merusak/membahayakan ketahanan pangan
Transportasi & PelayananPelayaran, penerbangan, road
gritting, peringatan banjir,
Komersial
November 14, 1854: A sudden stormdevastated a joint British-French fleetnear Balaklava in the Black Sea.
French astronomer Urbain Jean JosephLe Verrier (1811-1877) demonstratedthat telegraphed observations couldhave given the ships a day to prepare.
In England, Capt. Robert FitzRoy (1805-1865) started the Meteorological Officeas a small department of the board oftrade. On September 3rd 1860, 15stations began reporting 8amobservations. February 5,1861 startedissuing storm warnings to ports.
Apa yang ingin diketahui?
Temperatur
Kecepatan angin
Arah Angin
Perawanan
Tipe, ukuran, ketinggian
Presipitasi
Tipe, jumlah, lokasi
Visibilitas
Fog, haze
Kelembaban
Trend/Kecenderungan
Waktu terjadi perubahan yang signifikan
Kejadian fenomena ekstrim
Kelvin (K) : (SI unit) perlu dalam perhitungan
Derajat Celcius (C) : (non-SI) digunakan untukmenyatakan temperatur secara umum
Derajat Fahrenheit (F) : (non-SI) umum dipakai diUSA.
0 K = -273.15 C
Konversi:
TKelvin = TCelcius -273.15
Temperatur
Konversi antar Termometer
Konversi Fahrenheit ke Celsius:
Konversi Celsius ke Fahrenheit:
((F-32)x(5/9))=C (C x (9/5))+32=F
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
Gradien horizontal :
Untuk skala sinoptik biasanya < 1C 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
Temperatur
Surface temperature analysis 4 Mei 2009
850mb temperature (2 C contours), RH (%), wind (m s-1) : analysis 0000-040929
Tekanan
Satuan SI untuk tekanan adalah Pascal (Pa), Tekanan atmosfer dinyatakan dalam hectopascal (hPa) = seratus Pascal.
1 hPa = 100 Pa
Tekanan sering juga dinyatakan dalam millibars (mb)(non-SI)
1 mb = 1 hPa
Tekanan muka laut = 1013.25 mb
= 1013.25 hPa
Ada perbedaan yang sangat kontras antara gradienhorizontal dan vertikal untuk variabel cuaca sepertitekanan dan temperatur.
Secara umum gradien vertikal jauh lebih besar darigradien horizontal
Tekanan
Gradien vertikal:
~0.14 mb m-1
Gradien horizontal : < 0.1 mb km-1
(typikal ~0.01 mb km-1)
Tekanan
Gradient ~4 mb per 100 km (0.04 mb km-1)
SLP 4mb contours : Analysis 0000-040927
Kecepatan Angin
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
Kecepatan angin biasa dinyatakan dalam beberapa macam unit :
Arah Angin
Menurut konvensi Meteorologi arah angin menyatakanDARI MANA angin itu datang
Dinyatakan dalam derajat dari Utara Arah kompasketika menghadap kearah angin datang
Oleh karena variabilitas angin sangat tinggi (gustiness)hanya arah angin secara umum yang dinyatakan:utaraan (northerly), timuran (easterly), baratan(westerly) dst.
NS
EW
vektor angin rataan
Arah angin = 50
Kelembaban Relatif : dinyatakan dalam persen (%) (non-SI)
= jumlah uap air dalam udara
dinyatakan dalam persentasi
jumlah maksimun yang mungkin
pada suatu temperatur tertentu.
Sangat berguna untuk menentukandimana kabut atau awan akanterbentuk, kondensasi uap air kebentuk butir awan/kabut terjadi jikaRH mencapai nilai 100%
Kelembaban
RH = 64%
RH = 100%
Tekanan uap jenuh
PvPs
RH = 100%
Titik Embun
Titik Embun
adalah temperaturdimana parcel udaradengan kandungan uapair konstan harusdidinginkan padatekanan tetap untukmenjadi jenuh
Depresi titik embun
adalah perbedaan temperatur parsel udara dengan temperatur titik embunnya.
Perbandingan Campuran (Mixing Ratio)
Perbandingan masa uap air terhadap masa udara kering
Kelembaban Spesifik (Specific Humidity)
Perbandingan masa uap air terhadap masa udara lengas.
Kelembaban absolut atau densitas uap (Absolute Humidity or Vapour Density)
Masa uap air per satuan volume udara lengas.
q = MvMv + Ma
Mixing ratio = Mv
Ma
Pembagian Ruang-Waktu
Lokal (skala mikro) Waktu: beberapa jam ~1 hari
Jarak:
GRAVITASI & HUKUM KEPLER
Gerak Sirkular Uniform di Permukaan Bumi
sm6
s
m
6
E
222
net
2
net
2
net
7910m1038.681.9
m 106.38=r :Earth of Radius
:force physical theis weight The
:motioncircular Uniform
:Law 2nd sNewton'
2
Egrv
grvgrvr
vg
r
vmmg
mgwF
r
vmF
r
va
maF
Tanpa hambatan udara, setiap obyek yang bergerak dengankecepatan 7.91 km/s paralel terhadap permukaan Bumi dan tidakakan pernah jatuh ke tanah. Berat, mg, akan memberikanpercepatan yang cukup, a=g, untuk tetap berada pada lingkarandengan radius rE. Lalu bagaimana dengan bulan?
Orbit Bulan
The moon is in uniform circular motion
around the Earth a v2
r. The moon's
speed is v circumference of orbit
1 lunar month
2r
27.3 days
The radius of the orbit, r, is the distance to
the moon, r 3.84108 m. The lunar month is
T = 27.3 d = 27.3d24h
d
3600 s
h 2.36106 s
a v2
r
(2r)2
T 2 r
4 2r
T 2
4 2 3.84108 m
(2.36106 s)2 2.72103m
s2
Apel Newton vs. Bulan
The apple, a distance rE 6.38106 m
from the center of the Earth, experiences
an acceleration aapple g 9.81m
s 2.
The moon, a distance rEM 3.84108 m
from the center of the Earth, experiences
an acceleration amoon 2.72103 m
s2.
2
2
2
s
m
s
m3-
apple
moon
6
8
E
EM
. Earth, theof mass the toalproportiondirectly and
, moon,or apple theof mass the toalproportiondirectly be should force The
1 :squared distance the toalproportion inverse is , force, theThus,
1 :squared distance the toalproportion inverse ison accelerati the
3607
1
9.81
102.722.60
m 106.38
m 1084.3
:ratiosat look sLet'
2
2
r
MmF
M
m
rFmaF
ra
a
a
r
r
Hukum Gravitasi Newton
Fg Gm1m2
r 2, G 6.671011
Nm2
kg2
Hukum Kepler
T 2 rorbit
3
GMsun/planet or rorbit
3 GMsun/planetT
2
4 2
Untuk obyek yang mengelilingi matahari atau planet, dengan massamatahari/planet Msun/planet , dengan radius rorbit dan waktu untuk satu periode(satu orbit penuh) T dihubungkan sbb:
1. Setiap planet bergerak dengan lintasan elips, matahari berada di salah satu fokusnya.2. Luas daerah yang disapu pada selang waktu yang sama akan selalu sama.3. Perioda kuadrat suatu planet berbanding dengan pangkat tiga jarak rata-ratanya dari matahari.
KOMPOSISI & STRUKTUR ATMOSFER
Atmosfer adalah lapisan tipis yang melingkupi/menyelubungipermukaan bumi Gambar kanan memperlihatkan atmosfer dilihat dari pesawatulang-alik (space shuttle) 99% kandungan atmosfer berada pada 30 km lapisan terbawahatmosfer itu sendiri Jika radius bumi sekitar 6400 km, maka ketebalan
atmosfer adalah 30 km/6400 km = 0,5 % radius Bumi
Atmosfer Bumi
Gas Simbol % Vol Peran
Nitrogen N2 78.08 Biosfer
Oksigen O2 21% Pernapasan
Argon AR 0.9%Inert gas (gas yang tidak reaktif terhadap elemen kimia lainnya)
The Permanent Gasses
Komposisi Atmosfer
Gas Simbol % vol Peran di Atm
Uap air H2O 0-4Pencipta cuaca,Transfer panas, gas rumah kaca
Karbon Dioksida ada kenaikan di atm.
CO2 0.038 GRK, biosfer
Metana ada kenaikan diatm.
CH4 0.00017 GRK, lebih efektif dari CO2
Nitrat Oksida N2O 0.00003 GRK
Ozon O3 0.000004 Lapisan Ozone
Partikel (debu, tepung sari, dll) juga disebut aerosol
0.000001 Kesetimbangan energi bumi
The Variable Gasses
Komposisi Atmosfer
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:o Uap air (menghasilkan hujan - sungai, danau, laut)
.... + es meteoro karbon dioksidao nitrogen
Setelah proses diatas berlangsung selama jutaan tahun, atmosfer berevolusi menjadi seperti keadaan sekarang ini.
Atmosfer terdiri atas :
1. Campuran molekul gas
2. Partikel tersuspensi (padat dan cair )
3. Presipitasi yang jatuh
Komposisi Atmosfer
Gas-gas Permanen 99.999 % dari masa atmosfer
Nitrogen, Oksigen, Argon, Neon, Helium, Kripton, Xenon, Hidrogen
Gas-gas varibel Uap air, Karbondioksid, Ozone, Metan
Homosfer Dibawah ketinggian 80 km wilayah dengan homogenitas kimia
Heterosfer
Wilayah diatas homosfer gas-gas ringan (H and He)
Diagram Pie Atmosfer tanpa uap air (udarakering)
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
Komposisi Atmosfer
Singkat
Lama
Konsep waktu tinggal
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
Komposisi Atmosfer
Grafik pengamatan konsentrasi CO2 (ppm)
Sumber: IPCC
Ozon Sangat vital utk kehidupan di stratosfer dan tdk berbahaya utk
tanaman dan manusia di troposfer
Konsentrasi: stratosfer ==> sampai 15 ppm pada ketinggian sekitar 25 km
Terbentuk jika atom oksigen (O) dari bagian atas atmosferbertumbukan dengan molekul oksigen (O2) di stratosfer
Radiasi UV memecahkan ikatan ozon menjadi O and O2 yang kemudian akan membentuk molekul ozon yang lain
Komposisi Atmosfer
Lubang Ozon
Sumber : NASA
Metana Konsentrasi meningkat 0,01 ppm/yr 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 yrs
Mempengaruhi absorbsi radiasi termal
Komposisi Atmosfer
Grafik Pengamatan Metana
Sumber: IPCC
Aerosol Benda padat kecil yang tersuspensi (debu, asap, ...) atau
partikel cair dalam udara
Sumber: manusia (pembakaran bahan bakar fosil) dan proses alamiah (gunung api dan spray osean)
Peran dalam atmosfer:
- pembentukan awan (inti kondensasi)
- urban smog dan badai pasir/debu yang sangat mengurangi visibilitas
Komposisi Atmosfer
STRUKTUR VERTIKAL ATMOSFER
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
Mt Everest(8km)
ozone layer
meteorite
aurora
noctilucentclouds
TROPOSPHEREcumulusclouds
cirrostratusclouds
10km
20km
30km
40km
50km
70km
80km
90km
60km
110km
120km
130km
100km
MESOSPHERE
STRATOSPHERE
TERMOSFER
tropopause
stratopause
mesopause
20
60
40
100
80
0-100 -80 -60 -40 -20 0 4020
100
10
1
0.1
0.01
0.001
0.0001
0.00001
TROPOSPHERE
MESOSPHERE
THERMOSPHERE
STRATOSPHERE
Alt
itu
de
(km
)
Pe
rce
nta
ge o
f A
tmo
sph
eri
c M
ass
Ab
ove
Temperature (C)
Tropopause
Stratopause
Mesopause
ozonelayer
Mt Everest
cumulonimbus
Struktur Vertikal Temperatur
Sketsa struktur vertikal ionosfer dan pengaruhnya terhadap
penjalaran gelombang radio
TROPOSFER Bagian terbawah atmosfer
Tebal ~8km di kutub, ~16km di equator. Ketebalan bervariasi terhadap ruang dan waktu.
Lapisan dimana fenomena cuaca terjadi. Sebagian besar uap air atmosfer terkonsentrasi pada lapisan bawah troposfer.
Temperatur menurun dengan ketinggian
Bagian atas dibatasi oleh lapisan inversi atau lapisan isothermal lyang disebut lapissan Tropopaus.
Tropopause berfungsi sebagai langit-langit (lid), yang mencegah pertukaran udara antara troposfer dan stratosfer.
Struktur Vertikal Atmosfer
Lapisan Batas merupakan Sub-lapisan troposfer bersentuhab 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, suhu, .....) mengalami variasi harian
yang besar. variasi ketebalan dari beberapa 10 meter (pada kondisi sangat
stabil), sampai ~2km diatas lautan tropis. temperatur berkurang dengan ketinggian. bagian atas dibatasi oleh inversi temperatur yang membatasi
percampuran dengan troposfer bebas diatasnya. N.B. Lapisan batas yang terdefinisi dengan baik tidak selalu ada
Struktur Vertikal Atmosfer
Profil temperatur lapisan terbawah atmosfer
tropopause
Troposfer bebas
Lapisan batas
Inversi termperatu
stratosfer
April 24 2004
Profil Humiditas Lapisan Troposfer
tropopause
inversion
STRATOSFER
Mulai dari puncak troposfer sampai dengan ~50 km.
Secara umum, temperatur bertambah dengan ketinggian pada musim panas Suhu terendah pada tropopauseequatorial. Pada musim dingin memiliki struktur yang lebih kompleks
Mengandung mayoritas ozon atmosfer (O3). Mengabsorpsi radiasi ultraviolet sehingga menghasilkan suhu maximum di stratopaus (kadang2 mencapai 0C).
Interaksi dengan troposfer sangat terbatas dan masih sangat kurang dimengerti.
Struktur Vertikal Atmosfer
MESOSFERDi mesosfer udara bercampur secara relatif dan suhu menurun dengan ketinggianDisini, atmosfer mencapai suhu terdinginnya ~ -90CPada lapisan ini meteor terbakar ketika memasuki atmosfer bumi
Sumber: NASA
Struktur Vertikal Atmosfer
Termosfer juga mencakup wilayah atmosfer bumi yang disebut Ionosfer, dalam wilayah mana atmosere dipenuhi dengan partikel bermuatan. Peningkatan temperatur dapat menyebabkan molecule udara terionisasi
Pesawat Ulang-alik mengorbit Bumi pada lapisan Termosfer
Sumber: NASA
TERMOSFER 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 1,500C atau lebih). Temperatur tidak dapat diukur secara langsung, tetapi dengan cara mengukur tekanan atmosfer terhadap satelit dan menghitung suhu dari persamaan gas ideal.
Ionosfer
Merupakan daerah diatmosfer atas yang mengalami elektrifikasi sehingga mengandung sejumlah besar konsentrasi ion (partikel bermuatan) dan elektron bebas.
Catatan:Partikel bermuatan bisa karena kehilangan elektron (muatan + ) atau mendapatkan elektron (muatan - )Ionosfer sangat penting dalam proses penjalaran gelombang radio.
Tekanan pada sembarang titik adalah akibat dari berat udara dalam kolom diatasnya
Gaya tekanan ke atas sebanding dengan gaya berat udara diatasnya
Berkurang secara logaritma dengan ketinggian
Dekat permukaan, perubahan tekanan sebesar 1mb setara
dengan perubahan ketinggian 7m.
Struktur Vertikal Tekanan
De
sk
rip
sik
olo
mu
da
ra
Recommended