BAB 5 Atmosfer

A.     ATMOSFER BUMI

a)      Pengertian Atmosfer

Atmosfer berasal dari bahasa Yunani, atmos artinya uap dan sphaira artinya bola. Maka atmosfer dapat diartikan sebagai selubung uap (gas) yang menyelimuti seluruh permukaan bumi. 

Sifat-sifat atmosfer adalah sebagai berikut:

1.    Tidak berwarna, tidak berbau dan tidak dapat dirasakan kecuali dalam bentuk angin.

2.    Dinamis dan elastik sehingga dapat mengembang dan mengerut serta dapat bergerak atau berpindah.

3.    Transparan terhadap beberapa bentuk radiasi.

4.    Mempunyai massa sehingga menimbulkan tekanan. 

b)      Komposisi Atmosfer Bumi

Atmosfer terdiri dari beberapa gas dan aerosol yang nantinya akan dapat membentuk partikel-partikel padat dan cair yang disalurkan melalui udara. Gas-gas penyusun atmosfer ada yang konstan kadarnya dan ada yang selalu berubah-ubah .

Tabel 1  Komposisi Gas di Atmosfer

• Unsur
• % volume udara kering
• Konsentrasi ppm
• Nitrogen
• Oksigen
• Argon
• Neon
• Helium
• Methane
• Kripton
• Hidrogen 

Gas-gas yang berubah:

• Uap air
• Karbon Dioksida
• Karbon Monoksida
• Sulfur Dioksida
• Nitrogen Dioksida
• Ozone
• 78,084
• 20,946
• 0,934
• 0,00182
• 0,000524
• 0,00015
• 0,000114
• 0,00005
• 
  
• 
  
• 
  
• 0-3
• 0,0325
• -
• -
• -
• -
• -
• -
• -
• 18,2
• 5,24
• 1,5
• 1,14
• 0,5
• 
  
• 
  
• 
  
• -
• 325
• 1,00
• 0-1
• 0-0,2
• 0-2

c)      Lapisan Atmosfer

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

1.      Troposfer

Ketebalan rata-rata 11km (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. Lapisan ini menjadi tempat terakumulasinya gas-gas oksigen, nitrogen, dan karbon dioksida. Uap air dan karbon dioksida yang terdapat pada lapisan ini berfungsi menjaga keseimbangan panas permukaan Bumi. Pada lapisan ini terjadi berbagai peristiwa perubahan cuaca, seperti awan, presipitasi, guntur, dan sebagainya.

2.      Stratosfer

Merupakan lapisan diatas troposfer dan terdapat lapisan tropopause yang merupakan batas teratas lapisan troposfer dan batas terbawah lapisan stratosfer.  Pada lapisan stratosfer ini terdapat lapisan ozon yang berfungsi menghindari bumi dari radiasi sinar ultra violet. Stratosfer merupakan lapisan inversi, yaitu semakin tinggi dari permukaan bumi, suhu udara akan semakin meningkat.

3.      Mesosfer

Merupakan lapisan udara diatas stratosfer, diantara 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 yang karakteristiknya adalah adanya penurunan suhu yang besar pada setiap kenaikan elevasi. Suhu mencapai -88 derajat celcius. Suhu yang sangat dingin ini menyebabkan meteor-meteor dari luar angkasa yang sangat panas pecah menjadi batuan-batuan kecil yang tidak membahayakan kehidupan di bumi.

4.      Termosfer

Merupakan lapisan udara di atas mesosfer, diantara kedua lapisan tersebut terdapat mesopause yang merupakan batas teratas lapisan mesosfer dan batas bawah lapisan termosfer. Termosfer dimulai dari mesopause sampai ketinggian diatas 190 km ditandai dengan bertambahnya suhu pada setiap kenaikan elevasi. Dimulai dari suhu yang konstan pada ketinggan 80-90 km, sampai ketinggian diatas 190 km. Lapisan ini juga disebut sebagai ionosfer karena terjadi ionisasi gas-gas oleh radiasi matahari. Hal ini menyebabkan sinyal-sinyal radio komunikasi dari permukaan bumi dapat dipantulkan kembali ke bumi sehingga aktivitas komunikasi dapat terjadi.

5.      Eksosfer

Merupakan lapisan udara diatas lapisan mesosfer dengan suhu yang tinggi dan kepadatan partikelnya rendah. Sebab itu banyak atom yang keluar dari pengaruh gravitasi bumi. Satelit-satelit buatan biasanya ada pada lapisan ini.

d)      Manfaat Atmosfer

Atmosfer memiliki beberapa manfaat sebagai berikut:

1.        Atmosfer merupakan sumber beberapa gas vital bagi kehidupan diantaranya O2 dan CO2

2.        Atmosfer merupakan selimut yang dapat melindungi kehidupan di bumi dari pengaruh radiasi matahari yang sangat kuat pada siang hari dan lepasnya panas bumi yang cepat pada malam hari sehingga fluktuasi suhu antara siang dan malam tidak terlalu besar. Apabila tidak ada atmosfer suhu akan melebihi 93,3 derajat celcius pada siang hari dan malam hari suhu akan turun sampai -148,9 derajat celcius.

3.        Atmosfer merupakan pelindung dari radiasi  yang berenergi tinggi, seperti sinar ultraviolet, sinar x dan sinar kosmik. Oleh sebab itu radiasi yang sampai ke permukaan bumi dapat diperlemah sehingga tidak berbahaya bagi kehidupan.

4.        Atmosfer merupakan pelindung dari hujan meteor sebab sebelum meteor jatuh ke permukaan bumi terjadi gesekan dengan atmosfer sehingga aus dan kemudian habis sebelum sampai di permukaan bumi, tetapi masih dapat terjadi meteor yang jatuh ke permukaan bumi dalam bentuk bongkahan besar yang disebut meteorid.

B.     CUACA DAN IKLIM

a)      Pengertian Cuaca Dan Iklim

Cuaca dan iklim sama-sama mengacu pada keadaan atmosfer pada suatu tempat dan waktu tertentu. Cuaca dan iklim berbeda dalam rentang waktu dan luas tempat. Cuaca didefinisikan sebagai keadaan atmosfer pada daerah dan waktu tertentu. Iklim adalah keadaan atmosfer pada daerah yang lebih luas dalam kurun waktu yang panjang. Iklim merupakan rata-rata cuaca dalam periode waktu yang panjang dan daerah yang lebih luas.

b)      Faktor Pembentuk Cuaca Dan Iklim

1.      Posisi Matahari

Bumi berotasi dari barat ke timur dalamwaktu 24 jam mengakibatkan peristiwa siang dan malam serta perubahan sudut datang matahari setiap saat di wilayah setempat. Perubahan sudut datang akan menyebabkan perubahan intensitas insolasi yang secara langsung mempengaruhi perubahan suhu udara permukaan bumi.

Revolusi bumi menyebabkan perubahan intensitas insolasi pada setiap daerah lintang. Pada tanggal 22 desember matahari tepat di 23 ½ º LS atau garis balik selatan (tropic of Capricorn), pada tanggal 21 maret matahari tepat di khatulistiwa, pada tanggal 21 juni matahari tepat di 23 ½ º LU atau garis balik utara (tropic of cancer) dan pada tanggal 23 september matahari tepat di khatulistiwa.

2.      Pusat Tekanan Rendah dan Tinggi

Bumi yg condong 23 ½ ˚ menyebabkan gerak semu matahari berkisar pada garis balik utara 23 ½ ˚ LU (tropic of cancer) dan garis balik selatan 23 ½ ˚ (tropic of Capricorn). Pergerakan semu matahari ini menyebabkan perbedaan intensitas insolasi untuk berbagai letak lintang. Pengaruh selanjutnya pada perbedaan suhu di berbagai letak lintang tersebut yang berakibat pada perbedaan tekanan udaranya. Perbedaan tekanan udara pada berbagai letak lintang dapat dikelompokkan, yaitu pada daerah lintang yang bertekanan rendah disebut sebagai pusat tekanan rendah dan daerah lintang yang bertekanan tinggi disebut pusat tekanan tinggi. Kondisi yang demikian menyebabkan dinamika udara, dimana udara bergerak dari tekanan tinggi ke tekanan rendah. Udara yg bergerak ini mempunyai arah pergerakan dipengaruhi oleh gaya coriolis, arah inilah yg selanjutnya mempengaruhi permusiman atau iklim wilayah. Sifat pusat tekanan rendah dan tekanan tinggi serta arah angin adalah semi permanen yg berubah secara periodik sebagaimana pergerakan semu matahari.

Letak-letak pusat tekanan rendah dan dan tekanan tinggi adalah sebagai berikut:

Pusat tekanan rendah equator, yg terdapat di sekitar equator, kondisi ini disebabkan karena suhu tinggi yg berakibat pada naik dan berkembangnya massa udara sehingga tekanannya rendah, dan merupakan daerah doldrum (tenang) dan kelembapan tinggi memungkinkan seringnya turun hujan. Di sekitar khatulistiwa, kedua angin passat ini bertemu. Karena temperatur di daerah tropis selalu tinggi, maka massa udara tersebut dipaksa naik secara vertikal (konveksi). Daerah pertemuan kedua angin passat tersebut dinamakan Daerah Konvergensi Antar Tropik (DKAT). DKAT ditandai dengan temperatur yang selalu tinggi. Akibat kenaikan massa udara ini, wilayah DKAT terbebas dari adanya angin topan. Akibatnya daerah ini dinamakan daerah doldrum (wilayah tenang).

b.      Pusat tekanan tinggi subtropik yg disebut daerah lintang kuda (horse latitude) karena adanya gerakan udara bagian atas (konvergensi/saling bertumbukkan) kemudian turun dan mengakibatkan pemampatan massa udara sehingga tekanan udara menjadi lebih tinggi dan suhunya lebih dingin. Daerah lintang kuda berada pada garis lintang ± 30˚ LU/LS.

c.       Pusat tekanan rendah subpolar, karena efek termal yaitu semakin ke arah kutub suhunya semakin rendah dan tekanannya semakin tinggi, sehingga pada subpolar tekanan udaranya lebih rendah daripada di kutub. Daerah pusat tekanan rendah subpolar terletak pada garis lintang ± 60˚LU/LS.

d.      Pusat tekanan tinggi kutub, karena efek termal maka tekanan di kutub lebih tinggi. Daerah pusat tekanan tinggi kutub berada pada garis lintang ±90˚LU/LS.

3.      Arah Angin

Arah angin utama di bumi dipengaruhi oleh gaya coriolis yaitu gaya yang bekerja pada fluida (udara dan air) yang bergerak pada bumi yang berotasi, sehingga angin di belahan bumi utara berbelok ke kanan sedangkan angin di belahan bumi selatan berbelok ke kiri. Akibat arah angin menyebabkan permusiman, seperti di Indonesia. Permusiman di Indonesia terjadi dua musim dalam satu tahun, yaitu musim penghujan dan musim kemarau.

Pengaruh arah angin dapat terjadi juga secara lokal seperti angin darat dan angin laut. Angin darat yang bertiup dari darat ke laut, angin ini mempengaruhi kelembapan di daerah pesisir yang bersifat kering, sedangkan angin laut yang bertiup dari laut ke darat membawa udara lembab sehingga di pesisir terjadi peningkatan kelembapan. Demikian juga angin jatuh panas dan angin jatuh dingin arah jatuhnya berpengaruh terhadap daerah yang dituju.  

4.      Gunung penghalang

Keberadaan gunung menjadi barrier atau penghalang yang memaksa angin bergerak menaiki gunung. Udara lembap yang dipaksa naik ini berakibat pada perubahan suhu dan kelembapan relatif, yaitu suhu menjadi dingin karena gradien suhu vertical sehingga kelembapan relatif menjadi naik, sekalipun tanpa penambahan uap air. Kelembapan relatif yang semakin tinggi menyebabkan udara menjadi jenuh uap air dan terkondensasi menjadi titik-titik air (awan) yang kemudian turun sebagai hujan. Yang dikenal dengan nama hujan orografik.

5.      Massa Udara

Massa udara adalah udara yang mempunyai sifat hampir seragam untuk daerah yang luas. Sifat yang dimaksudkan itu terutama suhu dan kelembapan. Massa udara dapat terbentuk, jika udara itu diam atau bergerak untuk waktu yang lama di atas daerah yang luas yang memiliki sifat hampir seragam. Hal ini berarti daerah yang dikuasai oleh antisiklon yang bergerak lambat, sebab biasanya antisiklon mempunyai daerah yang luas dan berangin lemah. Agar massa udara dapat terbentuk, angin lemah dan sifat permukaan yang seragam harus terdapat bersama-sama. Berbagai sifat pokok daerah sumber yang menentukan sifat massa udara adalah suhunya dan apakah daerah tersebut berupa daratan atau lautan.

Massa udara tidak selalu tetap berada diwilayahnya, tetapi dapat bergerak ke wilayah lain. Pada gerak massa udara tersebut dapat terjadi pertemuan antara dua massa udara sehingga membentuk bidang batas yang disebut front. 

 

6.     Arus Laut

Arus laut yang pada dasarnya merupakan akibat gerakan udara di atas permukaan air laut. Arus laut kemudian dipengaruhi perputaran bumi (rotasi) menyebabkan pembelokan arah arus laut karena gaya coriolis, yaitu di belahan bumi selatan membelok ke kiri dan di belahan bumi utara membelok ke kanan.

Pengaruh arus laut terhadap iklim adalah sebagai berikut:

1.      Arus laut yang dingin akan menurunkan suhu udara di daratan, sedang arus laut panas akan menaikkan suhu udara di daratan. Misalnya arus teluk atlantik utara mempertahankan suhu dingin di sepanjang pantai di eropa barat di atas 0º.

2.      Arus panas pada umumnya mengakibatkan peningkatan curah hujan, karena udara di atas lautan banyak membawa uap air. Sebaliknya arus dingin yang sedikit membawa uap air dan bergerak ke daerah lebih panas, kelembapan menjadi turun.

3.      Udara yang terbentuk di atas macam-macam arus laut kadang-kadang dapat bertemu dan sebagian bercampur dan terkondensasi membentuk kabut.      

7.      Badai

Badai merupakan angin yang bergerak sangat cepat bisa > 100 km/jam dan pada isobar yang lurus angin ini bergerak secara horizontal, tetapi pada isobar yang melengkung angin ini merupakan angin siklonal yang bergerak melingkar. Badai tropisyang siklonal dapat mempercepat proses terjadinya hujan ataupun hujan es. Adanya badai tropis mengakibatkan cuaca menjadi buruk angin menjadi sangat kencang disertai hujan lebat.

e.       Unsur-Unsur Cuaca Dan Iklim

Unsur-unsur cuaca dan iklim yang utama adalah suhu udara, tekanan udara, angin, kelembapan udara, awan, embun, kabut dan curah hujan.

1.      Penyinaran Matahari

Transfer panas di atmosfer melalui beberapa proses yang masing-masing berpengaruh terhadap perubahan cuaca, proses tersebut diantaranya yaitu:

1)      Radiasi

Radiasi merupakan transfer panas dalam bentuk gelombang elektromagnetik tanpa atau menggunakan medium, oleh benda padat, cair, atau gas.

2)      Konduksi

Konduksi merupakan transfer panas melalui medium, jadi panas tersebut dirambatkan oleh suatu benda yang dipanasi.

3)      Konveksi

Konveksi merupakan proses transfer panas oleh gerakan benda yang dipanasi. Udara memiliki sifat konvektif yang tinggi. Udara yang dipanasi akan mengembang dan naik, kemudian diganti oleh udara dingin yang turun. Pemanasan akan menyebar karena di dalamnya terdapat gerakan udara. Gerakan udara secara mendatar disebut adveksi dan secara tidak beraturan disebut turbulensi.

2.      Suhu Udara

Suhu udara diukur dengan menggunakan termometer. Untuk menyatakan suhu udara digunakan skala Celcius atau Fahrenheit. Suhu udara berubah sesuai waktu dan tempat.

1)      Pola suhu harian

Umumnya suhu udara maksimum terjadi pada tengah hari selepas kulminasi atas matahari, sedangkan suhu udara minimum terjadi sesaat sebelum matahari terbit.

2)      Pola suhu tahunan

Pola suhu tahunan dipengaruhi oleh revolusi bumi karena lintang suatu daerah dalam menerima radiasi matahari mengalami perubahan sudut datang dan jarak, sehingga intensitas penyinaran mengalami perubahan. Rata-rata suhu maksimum di belahan bumi utara terjadi pada bulan Juni-Juli karena pada saat itu matahari terletak pada 23  °LU dan suhu minimum terjadi pada bulan Desember-Januari karena matahari berada pada 23  °LS, demikian sebaliknya pada belahan bumi bagian selatan.

3.      Tekanan Udara

Tekanan udara yaitu berat kolom udara di atas suatu tempat persatuan luas. Tekanan udara diukur dengan alat yang disebut barometer. Satuan yang digunakan untuk mengukur tekanan udara adalah mili bar (mb) atau pascal (Pa). Daerah yang memiliki tekanan udara terbesar adalah di permukaan laut yaitu sekitar 1.013,2 mb. Tekanan udara akan berkurang terhadap ketinggian, sehingga tekanan atmosfer di pantai akan lebih besar dibandingkan dengan di daerah pegunungan.

4.      Angin

Udara yang bergerak dari daerah yang bertekanan udara tinggi ke tekanan udara yang rendah disebut dengan angin. Angin mempunyai kecepatan yang bergantung pada beda tekanan udara antara dua tempat. Semakin besar beda tekanannya, maka senakin besar kecepatannya. Alat yang digunakan untuk mengukur necepatan angin adalah anemometer. Angin juga memiliki arah, arah gerakan angin selain dipengaruhi oleh perbedaan tekanan, angin juga dipengaruhi oleh gerakan rotasi bumi yang menghasilkan gaya coriolis dan gaya gesekan dengan permukaan bumi. Daerah Konvergasi Antar Tropik adalah suatu zona yang memilki suhu tertinggi dibandingkan dengan daerah sekitarnya, dan daerah ini merupakan daerah pertemuan dua angin pasat. Dibawah ini adalah beberapa jenis angin, yaitu:

a.       Angin Siklon dan Anti Siklon

Angin siklon terjadi apabila daerah yang bertekanan rendah dikelilingi daerah yang bertekanan tinggi. Sesuai dengan hukum Boys Ballot, angin dibelahan bumi utara berbelok ke sebelah kanan dan angin yang berada disebelah selatan akan berbelok kiri. Angin anti siklon terjadi jika daerah yang bertekanan maksimum dikelilingi daerah yang bertekanan minimum. Dengan demikian angin siklon gerakannya berputar meninggalkan pusat.

b.      Angin Pasat dan Anti Pasat

Angin pasat betiup dari daerah subtropis ke daerah tropis. Hal ini terjadi karena daerah subtropis merupakan pusat tekanan tinggi, sedangkan daerah tropis merupakanpusat tekanan rendah.

c.       Angin Muson

Proses terjadinya angin muson di Indonesia sangat dipengaruhi oleh keberadaan dua benua, yaitu Asia dan Australia serta dua samudera, yaitu Hindia dan Pasifik.

d.      Angin Lokal

Yang termasuk kedalam angin lokal adalah angin laut, angin lembah, angin gunung, serta angin fohn.

·         Angin laut adalah angin yang berhembus dari lautan ke daratan.

·         Angin darat adalah angin yang berhenbus dari darat ke laut 

·         Angin lembah adalah angin yang bergerak dari lembah menuju puncak bukit atau gunung.

·         Angin gunung adalah angin yang berhembus dari gunung ke lembah

·         Angin fohn merupakan angin lokal yang terjadi didaerah yang terletak dibelakang pegunungan.

5.      Kelembaban Udara

Kelembapan udara yaitu jumlah uap air di udara. Alat untuk mengukur kelembapan udara adalah higrometer. Ada beberapa cara untuk menyatakan jumlah uap air di udara diantaranya adalah kelembapan mutlak, kelembapan relatif (RH) dan kelembapan spesifik.

·       Kelembapan mutlak adalah massa air yang terkandung dalam satu satuan volume udara. 

  

·         Kelembapan relatif adalah perbandingan massa air yang terkandung dalam udara dalam suhu tertentu dengan massa air maksimum yang dapat dikandung udara tersebut pada suhu yang sama.

 

6.      Awan

Awan merupakan kumpulan partikel air yang melayang-layang di udara, sedangkan yang dekat dengan permukaan bumi disebut kabut. Inti kondensasi merupakan titik air yang mengumpul pada sekeliling partikel-partikel kecil. Inti- inti tersebut biasanya terdiri atas asap, benda mikroskopik yang bersifat menyerap, dan kristal garam. Jenis awan didasarkan pada bentuk awan dan ketinggiannya didalam atmosfer. Awan yang bergumpal disebut kumulus, awan yang berlapis disebut stratus, dan awan yang berserat disebut sirus. Sedangkan awan tinggi yang tidak memberikan hujan dinamakan alto, dan awan rendah yang memeberikan hujan dinamakan nimbus. Berdasarkan golongan utama awan dibagi menjadi sepuluh, yaitu: Stratus, Stratokumulus, Kumulus, Nimbostratus, Kumolonimbus, Altokumulus, Altostratus, Sirus,Sirokumulus dan Sirostratus.

Embun terjadi karena udara yang basah berkondensasi pada permukaan bumi yang dingin. Embun dapat kita lihat di atas tanah atau daun tanaman. Pengembunan sering terjadi pada waktu malam atau dini hari ketika tanah menjadi dingin.

Kabut adalah tetes air yang mengapung dalam udara di atas permukaan. Kabut hampir mirip dengan awan. Perbedaannya kabut terbentuk di udara yang dekat dengan permukaan bumi sedangkan awan terbentuk jauh dari permukaan bumi. Kabut dapat terjadi ketika udara lembab panas bergerak di atas permukaan bumi yang dingin. Kabut dan asap pembakaran dapat menimbulkan kabut-asap atau smog.

7.      Presipitasi

Curah hujan adalah banyaknya air hujan atau kristal es yang jatuh ke permukaan bumi. Curah hujan juga dapat diukur dengan menggunakan corong hujan atau biasa disebut ombrometer dengan satuan inci atau milimeter. Ada empat jenis hujan berdasarkan proses terjadinya, yaitu:

a.       Hujan Konveksi

Hujan konveksi adalah hujan yang terjadi karena adanya pemanasan sinar matahari pada suatu massa udara sehingga gerakan udra tersebut naik dan mengalami pengembunan. Hujan konveksi disebut juga hujan zenithal.

b.      Hujan Orografis

Hujan orografis adalah hujan yang terjadi karena gerakan udara yang menaiki lereng pegunungan dan mangalami kondensasi. Udara yang telah mengalami kondensasi tersebut membentuk awan yang menimbulkan hujan.

c.       Hujan Frontal

Hujan ini terjadi karena tumbukan antara udara panasdan udara dingin. Udara panas naik dan terjadi kondensasi sehingga menimbulkan hujan.