3 Radiasi Matahari Angin

9/14/2015

1

Mata Kuliah Hidrometeorologi Terapan Materi: Radiasi Matahari dan Angin

Dosen Pengampu:

Ferryati Masitoh, S.Si, M. Si

Program Studi Ilmu Geografi

Jurusan Geografi Fakultas Ilmu Sosial

Universitas Negeri Malang

2015

Sub Materi 1. Radiasi Matahari

1. Matahari dan Bumi

2. Sifat radiasi elektromagnetik

3. Konstanta matahari

4. Distribusi spektra radiasi matahari

5. Absorpsi pada langit tak berawan

6. Difusi pada langit tak berawan

7. Pengaruh massa awan

8. Keseimbangan panas bumi

2. Angin 1. Hubungan tekanan dengan angin

2. Gaya coriolis

3. Angin geostrofik

4. Gaya gesekan

5. Angin gradien

6. Distribusi frekuensi angin

9/14/2015 f.masitoh@um 2

9/14/2015

2

Evapotranspirasi

Evapotranspirasi adalah perpaduan dua proses yakni evaporasi dan transpirasi. Evaporasi adalah proses penguapan atau hilangnya air dari tanah dan badan-badan air (abiotik), sedangkan transpirasi adalah proses keluarnya air dari tanaman (biotik) akibat proses respirasi dan fotosintesis.



9/14/2015

3

Faktor Meteorologi yang Mempengaruhi Evaporasi

1. Radiasi surya Komponen sumber energi dalam

memanaskan badan-badan air, tanah dan tanaman. Radiasi potensial sangat ditentukan oleh posisi geografis lokasi;

2. Kecepatan angin Angin merupakan faktor yang

menyebabkan terdistribusinya air yang telah diuapkan ke atmosfir, sehingga proses penguapan dapat berlangsung terus sebelum terjadinya keejenuhan kandungan uap di udara

3. Kelembaban relatif Parameter iklim ini memegang

peranan karena udara memiliki kemampuan untuk menyerap air sesuai kondisinya termasuk temperatur udara dan tekanan udara atmosfir kadar air di udara.

4. Temperatur Suhu merupakan komponen tak terpisah dari

RH dan Radiasi. Suhu ini dapat berupa suhu badan air, tanah, dan tanaman ataupun juga suhu atmosfir


Faktor-faktor fisik yang Mempengaruhi Evaporasi

1. Kualitas air

2. Bentuk, luas dan kedalaman air. Permukaan yang luas akan mempunyai laju penguapan yang lebih rendah dibandingkan dengan permukaan yang sempit. (Veihmeyer, 1964 dan Ward 1967)


9/14/2015

4

Sifat Penguapan

Evaporasi pada permukaan tanah hanya terbatas pada ketersediaan lengas tanah

Pada Permukaan Tanah

Evaporasi pada muka air bebas, termasuk

diantaranya laut bersifat tidak terbatas

Pada Muka Air Bebas


Radiasi Matahari


9/14/2015

5

Matahari dan Bumi

• Matahari merupakan kendali iklim yang sangat penting dan sebagai energi utama di bumi yang menggerakkan udara dan arus laut.

• Orbit bumi berbentuk elips dengan eksentrisitas sebesar 0,017, yang berarti orbi bumi sangat kecil.

• Jarak terdekat matahari-bumi disebut “perihelion” dan jarak terjauh bumi disebut “aphelion”.


Matahari dan Bumi


94,5 juta mil 91,5 juta mil

Aphelion Perihelion

M

B B

4 Januari 5 Juli

Musim Jarak Matahari - Bumi

1 Januari (musim dingin) 147.001.000 km

1 April (musim semi) 149.501.000 km

1 Juli (musim panas) 152.003.000 km

1 Oktober (musim gugur) 149.501.000 km

Perbedaan jarak mengakibatkan adanya fluktuasi tahunan dari matahari

9/14/2015

6

Sifat Radiasi Elektromagnetik

• Energi matahari ditransmisikan secara radiasi (tanpa medium).

• Jika matahari dianggap sebagai benda hitam maka suhu radiasi efektif dapat diperkirakan dari Hukum Stefan-Boltzman bahwa: fluks radiasi dari sebuah benda hitam berbanding lurus dengan suhu mutlaknya pangkat empat, yaitu: Fluks radiasi = 𝜎𝑇4 . 𝜎 adalah konstanta Stefan-Boltzman sebesar 8,14x10-11ly menit-1 K-

4 atau 1,17x10-7 ly hari-1 K-4 (1 ly = 1 langley = 1 kal/cm2).

• Radiasi matahari mengalami penjalaran dari atmosfer ke permukaan bumi dapat dibedakan dalam dua bagian yaitu radiasi matahari langsung (radiasi yang langsung datang dari matahari) dan radiasi langit: radiasi matahari yang telah mengalami hamburan atau pemantulan dalam perjalanannya di atmosfer).

• Radiasi di permukaan bumi terbagi menjadi: radiasi gelombang pendek dan radiasi gelombang panjang.


Konstanta Matahari

• Konstanta matahari sebesar 2,0 ly menit atau 1,940 cal.cm-2 menit-1. (1 langley=1 kal/cm2). Konstanta matahari bersifat tidak konstan tetapi berfluktuasi sebesar ±1,5% terhadap nilai rata-ratanya.

• Konstanta matahari jarak matahari-bumi 1,5 x 108 km

±1,7% (fluktuasi) dengan sudut yang dibentuk sebesar 32’.

• Kebanyakan fluktuasi matahari terjadi pada bagian ultraviolet dari spektrum matahari (Rense, 1961)

• Radiasi yang diterima bumi dipengaruhi oleh: fluktuasi konstanta matahari, ketinggian matahari dari permukaan bumi, arah hadap permukaan bumi terhadap energi datang dari matahari.


9/14/2015

7

Bagan Hubungan matahari-bumi


32’ D=1,42x106 km

d=12.700 km

Jarak rata-rata matahari-bumi (1,5x108 km ± 1,7 %)

Efek Ketinggian matahari (inklinasi) terhadap insolasi

Batas atas atmosfer

Insolasi adalah radiasi matahari yang diterima permukaan bumi per satuan luas dan satuan waktu


9/14/2015

8


Absorpsi pada Langit Tak Berawan

• Absorpsi atmosfer adalah selektif dalam pengertian di satu pihak bergantung pada adanya partikel tertentu di dalam udara seperti ozon dan uap air, di lain pihak, bergantung pada panjang gelombang radiasi yang datang.

• Di atmosfer, uap air menyerap radiasi dalam daerah inframerah dengan pita absorpsi yang lebar, ozon (dan oksigen, nitrogen) menyerap radiasi ultraviolet, sedangkan gas karbondioksia menyerap radiasi inframerah.


9/14/2015

9

Absorpsi radiasi matahari oleh atmosfer


Spektrum Elektromagnetik pada Atmosfer

• Spektrum Gamma dan Spektrum X diserap atmosfer sehingga tak pernah mencapai bumi

• Di bidang kedokteran, memang digunakan sinar X, akan tetapi sinar X ini merupakan sinar buatan.

• Meskipun spektrum EM merupakan spektrum yang sangat luas, hanya sebagian kecil saja yang dapat digunakan dapat dalam PJ


9/14/2015

10

Jendela Atmosfer

• Atmosfer hanya dapat dilalui atau ditembus oleh sebagian kecil spektrum EM

• Bagian-bagian spektrum elektromagnetik yang dapat melalui atmosfer dan mencapai permukaan bumi disebut Jendela Atmosfer.


Hambatan Atmosfer

• Tenaga EM dalam jendela atmosfer tidak dapat mencapai permukaan bumi secara utuh, karena sebagian darinya mengalami hambatan oleh atmosfer.

• Hambatan ini disebabkan oleh butir-butir yang ada di atmosfer seperti debu, uap air, dan gas.

• Hambatannya dalam bentuk serapan, pantulan, dan hamburan.


9/14/2015

11


….(Hambatan Atmosfer)

• Hamburan ialah pantulan ke arah serba beda ruang disebabkan oleh benda yang permukaannya kasar dan bentuknya tak menentu

• Jumlah tenaga yang diterima oleh suatu benda (E) sama dengan jumlah total tenaga yang dipantulkan olehnya (p) ditambah tenaga yang diserap olehnya (s) dan yang menembus benda itu (t):

E = p + s + t 9/14/2015 f.masitoh@um 22

9/14/2015

12

Absorpsi pada Langit Tak Berawan

1. Absorpsi radiasi oleh Lapisan Ozon

Lapisan ozon menyerap radiasi ultarviolet dalam jumlah

besar pada ketinggian sekitar 20km, dengan total penyerapan sebesar 1%.

2. Absorpsi radiasi oleh gas permanen, pertikel debu, dan inti kondensasi.

Absorpsi radiasi matahari oleh gas permanen (nitrogen

dan oksigen) partikel debu, dan oleh inti kondensasi pada umumnya dapat diabaikan, kecuali pada waktu terjadinya letusan gunung berapi saat radiasi matahari berkurang sebesar 20 – 30 %, karena adanya konsentrasi yang cukup besar dari partikel debu di dalam atmosfer


Difusi pada Langit Tak Berawan

• Jika sinar matahari dalam penjalarannya bertemu dengan benda yang mempunyai dimensi sangat kecil maka akan mengalami pemantulan, pembiasan, dan hamburan.

• Jika tidak ada partikel padat atau cair di atmosfer maka hamburan Rayleigh adalah simetris dan setengah dari cahaya matahari yang dihamburkan ke ruang angkasa.

• Jika konsentrasi partikel adalah besar dan partikel cukup kecil dibandingkan panjang gelombang maka intensitas cahaya yang dihamburkan mungkin bertambah dalam jumlah besar, tetapi bergantung pada sifat partikel yang menghamburkan.

• Di dalam lapisan udara yang tercemar, jumlah partikel yang berukuran besar sering bertambah sehingga proses absorpsi mungkin sangat penting. Jumlah pengurangan radiasi matahari oleh hamburan berorde 25%, tetapi sekitar 2/3 dari energi yang dihamburkan mencapai bumi melalui radiasi baur.


9/14/2015

13

Difusi pada Langit Tak Berawan

1. Difusi Molekuler

Partikel yang mendifusikan adalah molekul udara

yang mempunyai dimensi jauh lebih kecil dari panjang

gelombang matahari.

2. Difusi Aerosol

Aerosol ada;ah partikel mikroskopik yang terapung di

atmosfer, yaitu: asap, debu, partikel garam, dsb. Difusi

akan lebih besar bila lapisan udara yang dilalui lebih

tebal, dan bergantung pada ketinggian matahari di atas

horison.


Hamburan Rayleigh

• Hamburan ini disebabkan oleh butir-butir yang lebih kecil (gas nitrogen dan oksigen) daripada panjang gelombang rata-rata spektrum tampak, yaitu sebesar 0.1 λ atau sedikit lebih besar.

• Terjadi di tempat yang tinggi, yaitu antara 4.500 m hingga 9.000 m (Estes, 1974).


9/14/2015

14

…..(Hamburan Rayleigh)

• Besarnya hamburan Rayleigh (H) berbanding terbalik terhadap pangkat empat panjang gelombang

H = 1/λ4


Mengapa Langit Berwarna Biru? (Soal Pak Guru Untuk Ainun Habibi Saat Dijodohkan Kepada Pak Habibi)


9/14/2015

15

Ini sebabnya…

• Panjang gelombang spektrum biru lebih pendek

• Oleh karena itu hamburan pada saluran biru lebih besar bila dibandingkan dengan hamburan pada saluran hijau atau pada saluran merah


Pengaruh Massa Awan

• Awan akan mengubah kelakuan atmosfer terhadap radiasi matahari. Secara praktis difusi awan adalah netral dan tidak bergantung pada panjang gelombang, karena sering kali tetes air atau kristal es pada awan mempunyai dimensi yang lebih besar daripada panjang gelombang.

• Radiasi sebagian dihamburkan ke ruang angkasa

pemantulan baur, sedangkan yang ditransmisikan sampai ke permukaan bumi transmisi baur.

• Perbandingan antara energi yang dipantulakan melalui difusi dan energi yang disebut albedo. Albedo awan bergantung pada: radiasi yang datang, sifat, dan ketebalan awan. Awan menyerap radiasi matahari.


9/14/2015

16

Pengaruh Massa Awan

• Penyerapan radiasi akan membesar dengan bertambah ketebalan awan sampai 7 – 8% dari energi yang datang.

• Radiasi yang diterima permukaan tanah untuk ketinggian matahari 45o adalah: Langit cerah Rd↓ ≈ 0,20 kW m-2, 4/8 tertutup cumulus Rd↓ ≈ 0,35 kW m-2 .


Jenis awan Albedo Awan (%)

Stratus:

Ketebalan 100 m 40

200 m 50

300 m 60

500 m 70

Altostratus 40 – 70

Puncak Cumulus 83

Koefisien Albedo Permukaan


Jenis Permukaan Albedo (α)

Air terbuka 0,05 – 0,15

Batuan 0,12 – 0,15

Pasir 0,10 – 0,20

Tanah Kering 0,14

Tanah Basah 0,08 – 0,09

Hutan 0,05 – 0,20

Rumput 0,10 – 0,33

Rumput kering 0,15 – 0,25

Salju 0,90

Es 0,40 – 0,50

Tanaman 0,20

9/14/2015

17

Keseimbangan Panas Bumi

• Sekitar 35% dari radiasi matahari yang diterima oleh batas atmosfer dikembalikan ke ruang angkasa dalam bentuk gelombang pendek oleh hamburan dan pemantulan awan, partikel debu, molekul udara, dan permukaan bumi albedo

bumi (terdiri: 2% dipantulkan permukaan bumi, 6% dipantulkan atau dihamburkan, 27% dipantulkan awan.


Penjalaran radiasi matahari di atmosfer ke permukaanbumi


9/14/2015

18

Angin


Angin

• Angin ialah gerak udara yang sejajar dengan permukaan bumi.

• Udara bergerak dari daerah bertekanan tinggi ke daerah bertekanan rendah.

• Angin umumnya diberi nama sesuai dengan arah angin datang. Misal: angin timur dari timur, angin laut dari laut, angin lembah angin dari lembah yang naik ke pegunungan.

• Angin merupakan besaran vektor yang dapat dinyatakan dalam besar dan arah. Arah angin dapat diuraikan ke dalam sumbu x, y , z.


9/14/2015

19

Hubungan tekanan dengan angin

• Angin disebabkan oleh beda tekanan horisontal.

• Beda tekanan ini menimbulkan gaya gradien tekanan.

• Jika yang bekerka gaya gradien tekanan saja, maka arah angin selalu tegak lurus.

• Jika beda tekanan besar (curam) maka gaya gradien tekanan kuat angin menjadi kencang, sebaliknya jika gaya gradien tekanan lemah maka angin juga lemah.


Gaya Coriolis

• Gaya Coriolis adalah gaya semu yang muncul akibat pengaruh gerakan rotasi dan gerakan udara nisbi terhadap permukaan bumi.

• Gaya coriolis menyebabkan angin tidak searah dengan gaya gradien tekanan dan tidak tegak lurus dengan isobar, sehingga angin dibelokkan ke kanan dari gaya gradien tekanan di belahan bumi utara dan dibelokkan ke kiri di belahan bumi selatan.

• Di ekuator, gaya Coriolis menuju nol


9/14/2015

20

Gaya Coriolis


H

H

L

30o LU

0o

30o LS

BBU

BBS

Angin Geostrofik

• Angin geostrofik terjadi jika gaya gradien tekanan diimbangi oleh Gaya Coriolis.

• Angin ini berhembus sejajar dengan isobar dengan tekanan tinggi terletak di sebelah kanan untuk belahan bumi utara.

• Angin geostrofik terdapat pada ketinggian 1.500 m dari permukaan bumi dengan efek gesekan dapat diabaikan.

• Di belahan bumi utara, angin dibelokkan searah jarum jam.


9/14/2015

21

Angin Geostrofik


Angin Geostrofik

1000 mb

1010 mb

Fp = Gaya Gradien Tekanan

Fc = Gaya Coriolis

L

H

Hukum Buys Ballot


Hukum Buys Ballot : “Jika kita berdiri di belakang angin, maka tekanan tinggi (H) terletak di sebelah kanan, dan tekanan rendah (L) di sebelah kirinya. Hal ini berlaku di belahan bumi utara. Jika di belahan bumi selatan, maka berlaku sebaliknya, yaitu tekanan tinggi (H) terletak di sebelah kiri, dan tekanan rendah (L) di sebelah kanannya.”

Angin

L

H

9/14/2015

22

Gaya Gesekan

• Angin permukaan pada umumnya menderita gaya gesekan karena adanya kekasaran permukaan bumi.

• Gaya gesekan menyebabkan kecepatan angin melemah, akibatnya Gaya Coriolis mengecil, sedangkan gaya gradien tekanannya tetap, sehingga gaya gradien tekanan lebih besar daripada Gaya Coriolis.

• Dalam keadaan kedua gaya tersebut tidak seimbang lagi, maka angin tidak sejajar isobar tetapi memotong isobar ke arah tekanan rendah. Makin besar gaya gesekan, makin besar sudut potong antara angin dengan isobar.


Gaya Gesekan


Fg + Fc

Fg Fc

Fp W

L

H Fp : gaya gradien tekanan Fc : gaya coriolis Fg : gaya gesekan W : angin

9/14/2015

23

Angin Gradien

• Angin gradien gerak udara jika gaya gradien

tekanan, gaya coriolis, dan gaya gesekan, dan gaya sentrifugal saling seimbang.

• Gaya sentrifugal jika angin bertiup pada isobar

lengkung.

• Macam angin gradien:

1. Angin siklonik jika pusat isobar lengkung adalah

tekanan rendah

2. Angin antisiklonik jika pusat isobar lengkung

adalah tekanan tinggi


Distribusi frekuensi angin

Perubahan arah dan kecepatan angin dengan waktu pada suatu lokasi dapat disajikan secara diagram dalam bentuk mawar angin.


9/14/2015

24



9/14/2015

25

TUGAS (Jawaban disertakan dalam Laporan Praktikum)

1. (Minat 1) Bagaimanakah pengaruh radiasi matahari terhadap kegiatan penginderaan jauh yang meliputi: sistem proses (respon spektral: transmitance, absorption, reflectance, dan refraction), kualitas produk, dan teknik interpretasi yang digunakan!

2. (Minat 1) Bagaimana teknik mengantisipasi pengaruh radiasi matahari untuk mendapatkan data penginderaan jauh yang baik!

3. (Minat 1, 2, 3) Jelaskan mengenai kondisi atmosfer (kadar air, gas permanen, inti kondensasi, dan lain sebagainya) dalam mengurangi radiasi matahari!

4. (Minat 2,3) Jelaskan adaptasi perilaku petani dan pola pertanian terhadap adanya faktor radiasi matahari!

5. (Minat 2,3) Jelaskan berbagai bentuk adaptasi nelayan akibat adanya perubahan arah dan kecepatan angin, serta adaptasi penduduk di iklim sedang dan iklim tropis terhadap kejadian angin gradien!


Documents

3 Radiasi Matahari Angin