METEOROLOGI KLIMATOLOGI

ATMOSFER

Objek Material Atmosfer

Atmosfer berasal dari bahasa Yunani, atmos = uap dan sphaira = bola. Maka atmosfer dapat di artikan sebagai selubung uap (gas) yang menyelimuti seluruh permukaan bumi. Atmosfer dapat juga di artikan sebagai ruang yang berisi udara. Sifat-sifat atmosfer adalah sebagai berikut:

1.      Tidak berwarna, tidak berbau dan dapat dirasakan kecuali dalam bentuk angin. Pada kondisi tertentu tercium bau udara seperti harum, busuk, amis atau bau yang kurang sedap lainnya. Bau ini mengkondisikan atmosfer yang tidak normal atau kurang sehat.

2.      Dinamis dan elastis sehingga dapat mengembang dan mengkerut (volume) serta dapat bergerak atau berpindah.

3.      Transparan terhadap beberapa bentuk radiasi. Transparan terhadap radiasi gelombang pendek tetapi tidak transparan terhadap radiasi gelombang panjang.

4.      Mempunyai massa sehingga mempunyai tekanan.

Komposisi Atmosfer Bumi

Atmosfer terdiri dari berbagai gas dan aerosol yang dapat membentuk partikel-pertikel padat dan cair yang disalurkan melalui udara. Gas-gas penyusun atmosfer ada yang konstan kadarnya dan ada yang selalu berubah-ubah. Gas-gas penyusun atmosfer yaitu nitrogen, oksigen, argon, helium, hidrogen, neon, xenon, uap air, karbondioksida, ozon dan polutan.

Lapisan Atmosfer

Atmosfer terdiri dari beberapa lapisan, mulai dari lapisan paling bawah sampai lapisan paling atas. Lapisan tersebut didasarkan pada aspek fisik atmosfer. Lapisan atmosfer yaitu :

1.    Troposfer, lapisan ini memiliki ketebalan rata-rata 11 km (di equator 18 km dan di kutub 8 km). Pada lapisan ini terjadi penurunan suhu pada setiap kenaikan elevasi atau semakin tinggi tempat semakin turun suhunya. Banyak peristiwa yang terhaji atau perubahan cuaca pada lapisan ini seperti adanya presipitasi, guntur, awan dan sebagainya.

2.    Stratosfer, merupakan lapisan udara di atas troposfer. Diantara kedua lapisan ini teerdapat lapisan anatara yaitu tropopause yang merupakan batas teratas lapisan troposfer dan batas terbawah lapisan stratosfer. Pada lapisan ini karakteristiknya adalah adanya isotermal vertikal (temperature yang sama pada setiap kenaikan elevasi) pada bagian bawah yang kemudian diikuti dengan bertambahnya temperatur pada setiap kenaikan elevasi (inversi suhu). Pada lapisan ini juga terdapat ozon yaitu antara ketinggian 10-50 km yang disebut ozonosfer. Lapisan ozon sangat penting karena menyerap radiasi ultra violet (UV) matahari untuk melindungi radiasi tinggi sampai ke permukaan bumi.

3.    Mesosfer, merupakan lapisan udara di atas stratosfer. Di antara kedua lapisan ini terdapat lapisan antara yaitu stratopause yang merupakan batas teratas lapisan stratosfer dan batas bawah lapisan mesosfer. Mesosfer dimulai dari stratopause sampai ketinggian 80 km. Karakteristik lapisan ini adalah adanya penurunan suhu yang besar pada setiap kenaikan elevasi. Lapisan ini merupakan pelindung bumi dari jatuhnya meteor atau benda-benda luar angkasa lainnya.

4.    Termosfer, merupakan lapisan udara di atas mesosfer. Diantara kedua lapisan tersebut terdapat lapisan antara yaitu mesopause. Termosfer dimulai dari mesopause sampai ketinggian >190 km.

5.    Ionosfer, lapisan ini terbagi menjadi lapisan D, E, dan F. Ionosfer berperan penting dalam komunikasi radio AM yaitu pada lapisan D karena dapat memantulkan gelombang radio ke bumi.

6.    Exosfer, merupakan lapisan udara diatas lapisan termosfer dengan suhu yang tinggi dan kepadatan partikelnya rendah. Lapisan ini sering disebut dengan ruang antar planet dan geostasioner. Lapisan ini berbahaya karena merupakan tempat terjadinya kehancuran meteor luar angkasa.

Gambar 1. Lapisan Atmosfer

KELEMBAPAN UDARA

Kelembapan udara menyatakan kandungan uap air dalam udara yang berasal dari evapotranspirasi atau penguapan. Penguapan di artikan sebagai kehilangan air melalui permukaan tanah/air, atau melalui permukan tanaman sehingga melalui keduanya disebut evapotranspirasi. Kelembapan dibagi menjadi tiga macam yaitu kelembapan mutlak (absolute humadity), kelembapan relatif (relative humadity) dan kelembapan spesifik (specific humadity)

Evaporasi dan Kondensasi

Evaporasi dan kondensasi merupakan dua proses yang wajib diketahui dalam

memahami cuaca. Pada suhu tertentu molekul air  (H2O) terus menerus bergerak dan selanjutnya saling bertumbukan sehingga sebagian molekul memperoleh kecepatan yang tinggi. Molekul yang dekat dengan permukaan air akan dapat menembus permukaan air yang relatif kokoh dan kemudian bebas ke udara menjadi partikel uap air. Atmosfer akan jenuh dengan uap air sehingga dikembalikan ke permukaan bumi dalam bentuk curahan (presipitasi) setelah melewati proses kondensasi.

Kondensasi terjadi karena pendinginan suhu udara dibawah titik embun. Udara yang jenuh kemudian mulai mengubah uap air menjadi air. Apabila suhu dibawah titik beku,uap air akan langsung menjadi es. Proses ini disebut sublimasi.Secara umum kejenuhan terjadi karena penuruna suhu. Dalam proses kondensasi diperlukan dua kondisi yaitu harus terdapat pendinginan di bawah titik embun dan harus ada inti kondensasi.

Awan

Awan merupakan salah satu bentuk hasil kondensasi, karena udara yang naik sampai dibawah titik embun. Awan tersebut mengandung titik-titik air yang melayang-layang tinggi di udara. Besarnya titik-titik air 0,01 mm, dengan kecepatan jatuh 1cm/dengan updraft (kecepatan udara vertikal). Besarnya butiran awan dapat tumbuh menjadi 200 mikron atau lebih sehingga mampu jatuh sebagai hujan.

Udara yang mengalami kenaikan akan mengembang  secara adiabatik terjadi penurunan suhu, sehingga terejadi peningkatan kelembapan relatif. Aerosol menjadi inti kondesasi untuk membentuk titik-titik air. Kumpulan titik-titik air hasil kondensasi uap air inilah yang disebut awan.   

                                                                      Gambar 2. Pembentukan  Awan

Pada garis besarnya awan mempunyai tiga bentuk dasar, yaitu :

1.    Cirroform (awan bulu), merupakan awan tipis seperti serat atau bulu yang terdiri dari kristal-kristal es pada udara yang tinggi.

2.    Stratiform (awan berlapis), adalah awan yang rata, hampir tidak mempunyai bentuk tertentu. Biasanya berwarna kelabu dan menutup langit meliputi daerah yang luas.

3.    Cumuliform (awan bergumpal), adalah awan tebal dengan gerakan vertikal pada bagian atas terbentuk setengah bulatan (dome) atau seperti kubis dan pada bagian bawahnya rata. Bila gerakan vertikal sangat kuat awan dapat tumbuh sangat tinggi menjadi awan Cumulunimbus yang puncaknya seperti gunung menara dan merupakan suatu tanda akan turun hujan badai yang sangat lebat disertai halilintar.

Kombinasi dari ketiga bentuk awan tersebut berdasarkan ketinggiannya dapat dibedakan menjadi 4 macam yaitu :

a.    Awan tinggi (6000 m) meliputi : Cirrus (C), Cirrocumulus (Cc), dan Cirrostratus (Cs)

b.      Awan sedang (>2000-6000 m), meliputi: Altocumulus (Ac) dan Altostratus (As)

c.      Awan rendah (< 2000 m), meliputi : Stratocumulus (Sc), Stratus (St), dan Nimbustratus (Ns)

d.     Awan dengan gerakan vertikal yang kuat. Dasranya pada ketinggian 500 m dan puncaknya mencapai 15.000 m. Awan ini meliputi : Cumulus (Cu) dan Cumulunimbus (Cb)

        

                                                          Gambar 3. Jenis awan berdasarkan ketinggian

Jenis-jenis Awan

1.    Awan Cirrus adalah awan putih terpisah-pisah seperti benang halus atau pecah-pecah atau jalur-jalur sempit atau matapancing atau bulu ayam atau serabut yang berwarna putih keperak-perakan. Berbentuk tipis dan mengandung partikel es. Partikel es menyebabkan efek optik bila terkena sinar matahari. 

                                                               Gambar 4. Awan Cirrus

2. Awan Cirrocumulus adalah awan tipis putih terpisah-pisah seperti biji-bijian, sisik ikan, bulu domba yang tipis yang berwarna putih bersih. 

                                                                         Gambar 5. Awan Cirrocumulus

3. Awan Cirrostratus adalah awan yang transparan dengan puncak seperti serabut halus menutupi       sebagian atau seluruhnya dari langit dengan warna keputih-putihan. Awan ini umumnya menimbulkan fenomena lingkaran putih disekeliling bulan atau matahari

Gambar 6. Awan Cirrostratus

4. Awan Altocumulus adalah awan yang seperti bulu domba atau sisik ikan tetapi agak melebar dengan warna putih, atau abu-abu atau campuran dari dua-duanya. Bentuk awan ini tidak stabil, terkadang berbentuk tebal gelap atau tipis cerah

Gambar 7. Altocumulus

5.  Awan Altostratus adalah awan yang seperti lembaran-lembaran atau lapisan-lapisan jalur yang berwarna abu-abu atau kebiru-biruan. Jenis awan ini sering menimbulkan hujan merata dan semakin tinggi maka semakin tipis.

Gambar 8 Altostratus

6. Awan Nimbostratus adalah awan yang seperti lembaran-lembaran atau lapisan-lapisan yang tebal, dengan warna abu-abu dan gelap. Jenis awan ini sering menimbulkan hujan lebat, matahari akan tertutup oleh jenis awan ini.

Gambar 9 Nimbostratus

7. Awan Stratus adalah awan yang berlapis-lapis tipis dengan warna abu-abu dengan dasar hampir serba sama, dapat menimbulkan hujan es.

                                                                       Gambar 10 Stratus

8.  Awan Stratocumulus adalah awan yang berlapis-lapis tebal agak gelap, berwarna abu-abu atau putih atau campuran dari kedua-duanya.

Gambar 11 Stratocumulus

9. Awan Cumulus umumnya terlihat sebagai tumpukan kapuk di angkasa. Jumlahnya tidak tetap, kadang tebal, tapi lebih sering kecil dan tipis.

                                                                                Gambar 12 Cumulus 

10. Awan Cumulonimbus adalah awan yang besar, padat dan meluas puncaknya menyerupai gunung atau menara yang besar atau seperti cengger ayam dengan warna gelap. Cumulonimbus tergolong awan rendah dan sangat berbahaya karena mengandung arus listrik.

Gambar 13 Awan Cumulonimbus

Virga

Virga adalah fenomena yang terjadi saat kristal es di awal jatuh dan menguap sebelum menyentuh tanah akibat tekanan udara yang meningkat di permukaan tanah. Hal ini sangat umum terjadi di padang pasir dan di daerah beriklim sedang. Virga muncul seperti ekor atau jejak dari awan yang menggapai permukaan tanah, kadangkala membentuk awan seperti ubur-ubur. 

Gambar 14. Virga

Embun

Embun adalah udara lembap yang dikondensasikan persis di atas permukaan objek. Pada malam hari keadaan langit bersih, cerah tanpa angin, bumi menjadi dingin lebih cepat melakukan radiasinya dan menjadi lebih dingin daripada permukaan udara di atasnya. Udara yang bersinggungan dengan permukaan bumi akan menjadi dingin karena konduksi dan menjadi semakin dingin sampai titik embun. Hal ini hanya terjadi pada lapisan yang sangat tipis dimana udara bersinggungan dengan permukaan bumi, karena udara bukanlah konduktor yang baiki sehingga hanya lapisan tipis udara saja yang mengalami pendinginan. 

                                                                                  Gambar 15. Embun

Frost

Frost bukanlah embun yang membeku. Pembentukan embun dan frost pada hakekatnya adalah sama dengan satu per kecualian yaitu embun terbentuk apabila kondensasi terjadi pada objek yang dingin di atas titik beku, tetapi frost terbentuk dibawah titik beku. Pada kondensasi seperti itu udara lembap langsung menjadi es tanpa menjadi cair terlebih dahulu.

Gambar  16. Frost pada bunga

Kabut

Kabut terjadi jika proses kondensasi tidak menempel pada objek tetapi melayang-layang didekat permukaan bumi. Menurut Organisasi Meteorologi Internasional kabut dibedakan menjadi Fog dan Mist. Fog apabila jarak pandang < 1 km sedangkan Mist apabila jarak pandang 1-2 km.

Gambar 17. Kabut

 Menurut proses terjadinya, kabut dibedakan menjadi :

1. Kabut Adveksi (Advection Fog), yaitu kabut yang terjadi karena udara panas dan lembap bergerak diatas permukaan yang dingin, sehingga udara panas dan lembap terkondensasi dan membentuk kabut.

Gambar 18. Kabut Adveksi

2.  Kabut radiasi (Radiation Fog), yaitu kabut yang terjadi akibat radiasi bumi yang hebat pada malam hari sehingga suhu permukaan bumi menjadi rendah dan udara dekat permukaan bumi yang mengandung uap air tersebut terperangkap suhu rendah dan terkondensasi membentuk kabut.

3. Steam Fog, yaitu kabut yang terjadi karena udara dingin bergeerak di atas permukaan air yang panas dan lembab, sehingga udara yang bergerak di atas permukaan air tersebut teerkondensasi dan memebentuk kabut. 

Gambar 19. Kabut uap

4.  Up Slop Fog, kabut yang terjadi karena udara naik sepanjang lereng gunung, akibatnya sebagai efek udara naik maka suhu menjadi dingin kemudian udara terkondensasi dan membentuk kabut.

5.   Kabut Frontal (Frontal Fog), yaitu kabut yang terjadi karena pertemuan massa udara panas dan massa udara dingin, sehingga sebagian massa udara panas tersebut terkondensasi dan membentuk kabut.