Insolasi Matahari


A. KOMPOSISI DAN STRUKTUR ATMOSFER
1.1 Komposisi
    Atmosfer adalah lapisan gas atau campuran gas yang menyelimuti dan terikat pada bumi oleh gaya gravitasi.tebal lapisan ini kira-kira seribu kilometer. Di antara campuran gas tadi terdapat pula uap air. Campuran gas yang tidak mengandung uap air dinamakan udara kering.

a. Nitrogen
Nitrogen yang masuk ke dalam atmosfer berasal dari peluruhan sisa-sisa hasil pertanian dan letusan gunung api, sedangkan pengeluaran nitrogen dari atmosfer terutama disebabkan oleh proses biologis dalam tumbuh-tumbuhan dan kehidupan di laut. Konsentrasi nitrogen di atmosfer adalah konstan yang menunjukan seimbangnya masukan dan keluaran nitrogen.

b. Oksigen
Oksigrn dihasilkan terutama melalui proses fotosintesis pada tumbuhan. Oksigen diambil dari atmosfer oleh proses peluruhan bahan organik dan pernapasan makhluk hidup. Oksigen dapat bereaksi dengan unsur-unsur lain di atmosfer membentuk senyawa oksida.

c. Ozon
Ozon terdapat di seluruh atmosfer bagian bawah terutama di lapisan stratosfer, yaitu pada ketinggian 15 dan 35 km.
Ozon terbentuk dari terbelahnya molekul oksigen di bawah pengaruh radiasi ultraviolet menjadi atom-atom oksigen yang kemudian bergabung membentuk ozon.
O2  +  radiasi ultraviolet  à  O  +  O
O  +  O2  +  M  à  O3  +  M
M adalah molekul ketiga, biasanya N2 atau O2

Ozon adalah senyawa yang tidak stabil.senyawa ini dapat terpecah di bawah pengaruh radiasi atau pada tumbukan dengan atom oksigen.
O3  +  radiasi  à  O2  +  O
O3  +  O  à  O2  +  O

Ozon menyerap dengan kuat radiasi ultra vilolet yang dipancarkan mataharike bumi sehingga radiasiradiasi ultraviolet yang mencapai bumi berkurang hingga ke intensitas yang dapat ditolerir makhluk hidup di bumi. Kerusakan lapisan ozon disebabkan oleh lepasnya senyawa-senyawa kimia sintesis ke atmosfer.

d. Karbon Dioksida
Karbon dioksida yang masuk ke atmosfer dapat berasal dari sumber alam dan sumber buatan. Sumber alami karbon dioksida berasal dari proses pernapasan makhluk hidup dan peluruhan bahan organik. Sedangkan sumber buatan berasal dari pembakaran bahan bakar fosil, industri semen, pembakaran hutan, dan perubahan tata guna lahan.

e. Uap Air
Konsentrasi uap air di atmosfer berkisar antara nol di daerah gersang hingga  4% di daerah tropis.Uap air  di atmosfer berasal berasal dari evapotranportasi dari permukaan bumi dan diangkat ke atas oleh turbulensi yang paling efektif di bawah ketinggian 10 km.Uap air menunggalkan atmosfer melalui proses kondensasi dalam bentuk hujan atau melalui pembentukan curahan lain.

f. Aerosol
Aerosol adalah partikel yang ukurannya lebih besar daripada ukuran molekul, tetapi  cukup kecil sehingga dapat melayang di atmosfer. Partikel ini dapat berupa padat maupun cair, misalnya debu, garam, sulfat, nitrat, dsb.

Aerosol yang masuk ke atmosfer berasal dari letusan gunung api serta sisa pembakaran bahan bakar fosil. Aerosol dapat keluar dari atmosfer dengan cara berikut. Yang berukuran besar akan jatuh ke bumi akibat gaya gravitasi, sedangkan yang berukuran kecil akan terbawa oleh curahan.

2.2 Distribusi Suhu Terhadap Ketinggian
a. Troposfer
Di dalam troposfer, suhu berkurang dengan bertambahnya ketinggian dengan laju penurunan sebesar 6,5º C tiap kilometer. Sumber bahang  utama lapisan ini adalah permukaan bumi yang menyerap radiasi matahari. Tropesfer mengandung kira-kira 80% dari massa total atmosfer dan memuat seluruh uap air dan aerosol. Karena itu, troposfer merupakan lapisan yang memiliki gejala cuaca.
Puncak dari troposfer disebut tropopause dan dicirikan oleh adanya inversi suhu.

b. Strarosfer
Stratosfer adalah lapisan atmosfer yang berada di atas tropopause hingga ketinggian sekitar 50 km. Di troposfer, suhu meningkat dengan bertambahnya ketinngian dan mencapai suhu maksimum (270 K) pada stratopause. Sumber bahang utama adalah penyerapan radiasi ultraviolet oleh ozon.

c. Mesosfer
Di dalam lapisan ini suhu berkurang dengan bertambahnya ketinggian. Suhu mencapai -90ºC pada puncak lapisan, yang dinamakan mesopause. Neraca bahang di lapisan ini ditentukan oleh penyerapan radiasi oleh molekul oksigen dan pemancaran radiasi infra merah oleh karbon dioksida. Di bawah punck mesosfer, komposisi atmosfer dapat dikatakan homogen. Hal ini disebabkan oleh gerakan makroskopik dari atmosfer.

d. Termosfer
Komposisi gas di dalam termosfer tidak homogen terhadap ketinggian. Hal ini disebabkan oleh gerakan mikroskopik dari setiap molekul dan atom. Di dalam lapisan ini, suhu meningkat denga bertambahnya ketinggian yang disebabkan oleh penyerapan radiasi ultraviolet oleh atom oksigen.

B. PEMANASAN ATMOSFER
2.1 Radiasi Matahari
Radiasi adalah suatu bentuk energi yang dipancarkan oleh setiap benda yang mempunyai suhu di atas nol mutlak, dan merupakan satu-satunya bentuk energi yang dapat menjalar di dalam vakum angkasa luar.

Energi yang diperlukan untuk berbagai proses di dalam atmosfer berasal dari matahari. Matahari yang mempunyai suhu permukaan 6000 K memancarkan energi dalam bentuk radiasi ke semua arah dengan kecepatan rambat 300.000.000 m/s. Energi ini mencapai bumi dalam waktu 9,3 menit.
Matahari dapat dianggap sebagai benda hitam, yaitu benda penyerap dan pemancar sempurna. Menurut hukum Stefan-Boltzman fluks radiasi yang dipancarkan benda hitam berbanding lurus dengan pangkat empat dari suhu mutlaknya.

Menurut hukum pergeseran Wien, panjang gelombang dari pemancaran benda hitam dengan intensitas maksimum berbanding terbalik dengan suhu mutlak benda.
Banyaknya radiasi matahari yang jatuh pada puncak atmosfer bumi tergantung pada tiga faktor, yaitu waktu tahun, waktu hari, dan derajat lintang.
Radiasi matahari dalam perjalanannya melewati atmosfer menuju permukaan bumi mengalami penyerapan, pemantulan, hamburan, dan pemancaran kembali.
1. Absorpsi
Radiasi matahari yang jatuh diserap langsung oleh ozon dan uap air sebanyak 18%.
2. Pemantulan
Radiasi matahari yang sampai ke atmosfer dipantulkan oleh tutupan awan dan permukaan bumi. Albedo radiasi yang dipantulkan berbeda-beda sesuai dengan jenis tanah dan awan yang memantulkan radiasi tersebut.
3. Hamburan
Radiasi matahari terutama dihamburkan oleh molekul udara, uap air, dan partikel di atmosfer. Hamburan dapat terjadi ke atas atau ke bawah menuju permukaan bumi.
Ada dua macam hamburan radiasi matahari di dalam atmosfer yang bergantung pada besarnya ukuran partikel penghambur terhadap panjang gelombang radiasi yang datang. Jika ukuran partikel penghambur jauh lebih kecil dari panjang gelombang radiasi yang datang, maka hamburannya dinamakan hamburan Rayleigh. Jika ukuran partikel penghambur lebih besar daripada panjang gelombang radiasi maka hamburannya dinamakan hamburan Mie yang efektif untuk semua panjang gelombang. 

2.2 Radiasi Bumi
Seperti radiasi matahari, radiasi infra merah yang dipancarkan bumi akan mengalami proses penyerapan, reradiasi, dan penerusan.
1. Penyerapan
Sebagai penyerap utama di dalam atmosfer ialah ozon, karbon dioksida, dan awan.
2. Reradiasi
Pemancaran kembali ini berlangsung ke semua arah, sebagian ke atas menuju angkasa luar dan sebagian lagi ke bawah (radiasi balik).
3. Penerusan
Banyaknya radiasi bumi yang diserap atmosfer adalah 95%, sedangkan sisanya diteruskan tanpa dipengaruhi atmosfer meninggalkan bumi menuju angkasa luar.

C. Pendinginan Dan Pemanasan Adiabatik
3.1 Proses Adiabatik Kering
Jika di dadlam suatu proses tidak ada pertukaran bahang antara sistem dan lingkungannya, maka proses tersebut dinamakan proses adiabatik kering.
Paket udara kering yang naik ke atas mengalami pendinginan 1ºC setiap kenaikan 100 m. paket udara kering yang turun ke bawah mengalami pemanasan 1ºC setiap penurunan 100 m.

3.2 Ukuran Kelengasan Udara
Udara lengas adalah campuran dari udara kering dan uap air. Banyaknya uap air di udara lengas dapat dinyatakan dengan berbagai besaran berikut.
a. Kelembapan mutlak adalah ukuran banyaknya uap air, dalam gram, di dalam 1 m3 udara lengas; dinyatakan dalam g/m3.
b. Perbandingan campuran x adala perbandingan antara banyaknya uap air dan udara kering yang terdapat di dalam udara lengas; dinyatakan dalam g/kg.
c. Kelembapan spesifik q adalah banyaknya uap air yang terdapat dalam I kg udara lengas; dinyatakan dalam g/kg.
d. Kelembapan nisbi r adalah perbandingan antara tekanan uap air dengan tekanan uap air jenuh pada suhu yang sama.
e. Suhu titik embun adalah suhu saat udara akan menjadi jenuh jika udara tersebut didinginkan pada tekanan konstan, tanpa ada penambahan atau pengurangan uap air.
f. Tekanan uap air e adalah tekanan yang disebabkan oleh uap air yang terdapat di dalam atmosfer.

3.3 Pengaruh Uap Air pada Pendinginan dan Pemanasan Adiabatik
Jika suatu paket udara yang mengandung uap air bergerak ke atas maka proses adiabatik meyebabkan suhunya turun. Jika paket udara terus bergerak naik, maka penurunan suhunya pun berlangsung terus. Dengan turunnya suhu paket maka kelembapan nisbinya akan bertambah, sehingga pada suatu saat air di dalam paket menjadi jenuh dan setelah itu terjadi kondensasi. Sebelum tercapai kondensasai, penurunan suhu paket berlangsung dengan laju penurunan adiabatik kering. Penurunan suhu setelah kondensasi lebih kecil daripada penurunan adiabatik kering. Laju penurunan suhu ini dinamakan laju penurunan adiabatik jenuh s.

3.4 Diagram Termodinamika
Perubahan yang dialami paket udara yang bergerak ke atas maupun ke bawah dapat dipaparkan dalam suatu diagram yang disebut diagram termodinamik. Diagram termodinamik yang dipakai di Indonesia ialah diagram aerologis. Diagram ini didasarkan pada diagram miring Herlofson T – log p. di dalam diagram ini isobar merupakan garis lurus horizontal yang dibubuhi nilai milibar-nya. Suhu dinyatakan pada absisnya dengan skala celcius yang linear. Isoterm letaknya miring sehingga membentuk sudut 45 dengan absis.  AK (adiabatik kering) cekung menghadap ke kanan atas dan memotong isoterm hampir tegak lurus. Garis adiabat jenuh AJ cembung menghadap ke kanan atas. Garis perbandingan campuran jenuh merupakan garis lurus miring, lebih tegak daripada isoterm.

3.5 Paras Kondensasai Angkat dan Suhu Potensial
Ketinggian atau paras saat paket udara yang diangkat mulai menjadi jenuh dinamakan paras kondensasi sngkat (PKA) atau lifting condensation level (LCL). Jika paket udara diturunkan atau bergerak ke bawah (meskipun mula-mula jenuh) akan mengalami proses adiabatik kering. Jika keadaan topografi suatu permukaan daratan menyebabkan pengangkatan paket maka kejadian ini dinamkan pengangkatan orografik. Pengangkatan yang lambat dapat menyebabkan pembentukan awan stratus. Pengangkatan yang cepat atau mendadak dan diseratai dengan pemanasan permukaan dapat menghasilkan pembentukan awan kumulus. Pengangkatan dapat pula terjadi melalui proses konveksi. Proses ini dapat menghasilkan awan kumulus yang merupakan hasil dari ketidakmantapan atmosfer. Cara pengangkatan ini disebut cara termal.

3.6 Laju Penurunan Lingkungan
Atmosfer terdiri atas beberapa lapisandengan laju penurunan lingkungan yang berbeda-beda. Bila laju penurunan lingkungan sedemikian rupa sehingga suhu lingkungan bertambah dengan bertambahnya ketinggian, maka keadaan ini dinamakan inversi.

3.7 Paras Kondensasi Konvektif
Ketinggian atau paras saat kondensasi mulai berlangsung dinamakan paras kondensasai konvektif  (convective condensation level, CCL). Paras ini merupakan ketinggian dasr awan konvektif atau kumulus.

0 Response to "Insolasi Matahari"

Post a Comment