ATMOSFER
Dalam kehidupan sehari-hari, istilah
atmosfer biasa dikenal sebagai udara yang berada di sekitar kita dengan
ketinggian hingga ± 1.000 kilometer. Atmosfer terbentuk sewaktu Bumi ini
tumbuh, gas-gas yang terjebak di dalam planetesimal tadi lepas sehingga
menyelimuti bola Bumi. Lama-kelamaan, gas oksigen dilepaskan oleh tumbuhan
pertama di Bumi sehingga udara di atmosfer purba bertambah tebal hingga saat
ini.
Atmosfer sangat dibutuhkan bagi
kehidupan di Bumi ini. Udara merupakan sumber daya alam yang digunakan oleh
semua makhluk hidup di Bumi untuk bernapas. Bahkan, kita terlindungi dari batu
meteor-meteor yang hendak jatuh ke Bumi karena atmosferlah batu-batu meteor
tersebut tidak jatuh ke Bumi. Selain itu, atmosfer juga mempunyai peranan
mengatur keseimbangan suhu agar tidak terlalu panas pada siang hari dan tidak
terlalu dingin pada malam hari.
Atmosfer ialah lapisan gas dengan ketebalan
ribuan kilometer yang terdiri atas beberapa lapisan dan berfungsi melindungi
bumi dari radiasi dan pecahan planet lain (meteor). Meteorologi adalah
ilmu yang mempelajari atmosfer yang menekankan pada lapisan udara yang
menyelubungi bumi. Beberapa hal pokok yang dipelajari dalam meteorologi di
antaranya adalah angin, awan, cuaca, guntur, gejala cahaya, endapan air
di udara, serta suhu dan tekanan udara.
Dua bagian utama yang dipelajari di
afmosfer sebagai berikut :
- Bagian atmosfer atas, yang dimonitoring dengan menggunakan balon yang dilengkapi dengan meteograf (alat pencatat temperatur, tekanan, dan basah udara), juga balon yang dipasangi alat berupa radio sonde yang dapat memancarkan hasil penyelidikan mengenai temperatur, tekanan, dan lengas udara ke permukaan bumi.
- Bagian atmosfer bawah, yang dimonitoring dengan beberapa alat pencatat secara langsung dengan menggunakan termometer, anemometer, altimeter, barometer, dan alat lainnya.
Karakteristik
Lapisan Atmosfer
Atmosfer terdiri atas banyak
lapisan. Tiap lapisan mempunyai karakteristik yang berbeda-beda :
- Troposfer
Lapisan ini mempunyai ketebalan
yang berbeda-beda di tiap wilayah di atas Bumi. Di atas kutub, tebal lapisan
ini sekitar 9 km. Semakin dekat dengan daerah khatulistiwa lapisan ini semakin
tebal hingga mencapai 15 km. Perbedaan ketebalan ini disebabkan oleh rotasi
Bumi, akibatnya terjadi perbedaan kondisi cuaca antara kutub dan khatulistiwa.
Yang istimewa, lapisan ini menjadi tempat terjadinya proses-proses cuaca,
seperti awan, hujan, serta proses-proses pencemaran lainnya. Pada lapisan ini
tinggi rendahnya suatu tempat di permukaan Bumi berpengaruh terhadap suhu
udaranya. Hal ini mengikuti hukum gradien geothermis, yaitu semakin
tinggi (tiap kenaikan 1.000 meter) suatu tempat di permukaan Bumi, temperatur
udaranya akan turun rata-rata sekitar 6°C di daerah sekitar khatulistiwa. Peralihan
antara lapisan troposfer dengan stratosfer disebut tropopause.
- Stratosfer
Lapisan di atas tropopause adalah
lapisan stratosfer. Di lapisan ini tidak berlaku hukum gradien geothermis
karena semakin tinggi posisi di tempat ini, suhu akan semakin naik. Hal ini
disebabkan kandungan uap air dan debu hampir tidak ada. Karakteristik yang
menarik pada lapisan ini adalah adanya lapisan ozon yang sangat bermanfaat bagi
kehidupan kita. Keberadaan ozon sekarang ini semakin menipis karena adanya
pencemaran dari gas CFCs (Chloroflourocarbons). Di atas
lapisan stratosfer terdapat lapisan stratopause yang merupakan lapisan
peralihan antara stratosfer dan mesosfer.
- Mesosfer
Lapisan ini merupakan tempat
terbakarnya meteor dari luar angkasa menuju Bumi sehingga lapisan ini merupakan
lapisan pelindung Bumi terhadap benturan benda atau batuan meteor. Di atas
lapisan mesosfer terdapat lapisan mesopause yang merupakan
lapisan peralihan antara mesosfer dan termosfer.
- Termosfer
Lapisan di atas mesopause adalah
lapisan termosfer. Pada lapisan ini terdapat aurora yang muncul kala fajar atau
petang. Lapisan ini penting bagi komunikasi manusia karena memantulkan
gelombang radio ke Bumi sehingga gelombang radio pendek yang dipancarkan dari
suatu tempat dapat diterima di bagian Bumi yang jauh.
- Ionosfer
berada 100–800 km dari muka bumi (1)
Seluruh atom dan molekul udara mengalami ionisasi di dalam lapisan ini.
(2) Daerah ionosfer berkisar mengandung muatan listrik. (3) Terdapat tiga
lapisan pada ionosfer, yaitu: (i) lapisan Kennelly Heavyside (lapisanE), pada
ketinggian antara 100–200 km; (ii) lapisan Appleton (lapisan F), pada
ketinggian 200–400 km; (iii) gelombang radio mengalami pemantulan (gelombang
panjang dan pendek) pada kedua lapisan di atas; (iv) lapisan atom, berada pada
ketinggian 400–800 km.
- Eksosfer
Lapisan ini merupakan lapisan
terluar yang mengandung gas hidrogen dan kerapatannya makin tipis sampai hampir
habis di ambang angkasa luar. Cahaya redup yaitu cahaya zodiakal dan
gegenschein muncul pada lapisan eksosfer yang sebenarnya merupakan pantulan
sinar matahari oleh partikel debu meteor yang banyak jumlahnya dan
bergelantungan di angkasa.
Penyelidikan
Atmosfer dan Kegunaannya
Penyelidikan atmosfer mempunyai
beberapa fungsi utama, antara lain, sebagai berikut:
- sebagai pedoman dalam membuat ramalan cuaca (prakiraan cuaca) jangka pendek ataupun jangka panjang. Ramalan cuaca sangat penting bagi kepentingan pertanian, penerbangan, pelayaran, peternakan, dan lain-lain;
- sebagai dasar untuk menyelidiki syarat-syarat hidup dan ada tidaknya kemungkinan hidup di lapisan udara bagian atas;
- sebagai pedoman untuk mengetahui kemungkinan-kemungkinan dilakukannya hujan buatan di suatu wilayah tertentu;
- untuk mengetahui sebab-sebab gangguan yang terjadi pada gelombang radio, televisi, dan menemukan cara untuk memperbaiki hubungan melalui udara.
Penyelidikan atmosfer tersebut
bertempat di stasiun meteorologi atau observatorium meteorologi.
Cuaca dan
Iklim
Istilah cuaca dan iklim sering
digunakan untuk menggambarkan kondisi udara di suatu wilayah dan pada saat-saat
tertentu. Kedua istilah ini memang serupa tetapi tidak sama. Jika cuaca
menggambarkan keadaan udara harian di tempat tertentu yang relatif sempit dan
waktu yang singkat, iklim menggambarkan kondisi udara tahunan dan meliputi
wilayah yang relatif luas. Agar kamu lebih memahami perbedaannya, bacalah
ilustrasi berikut.
Pada hari Senin langit di Pontianak
tampak begitu gelap, banyak awan serta angin yang bertiup terasa dingin,
seperti membawa uap air. Selang beberapa waktu kemudian hujan turun dengan
lebat. Pada saat yang bersamaan di Yogyakarta, langit begitu cerah sehingga
Matahari bersinar dengan intensitas yang kuat dan udara terasa panas. Dari
uraian tersebut dapat dikatakan bahwa pada hari Senin cuaca antara Pontianak
dan Yogyakarta berbeda.
Yogyakarta dan Pontianak merupakan
dua kota yang terdapat di wilayah Indonesia. Keduanya memiliki iklim yang sama,
yaitu iklim tropis. Dengan iklim tropis, wilayah Indonesia sepanjang tahun
terkena sinar matahari. Berbeda dengan daerah kutub yang beriklim dingin, sinar
matahari selama setahun tidak selamanya menyinari daerah tersebut.
Komposisi
Atmosfer
Atmosfer terbentuk dari campuran
gas-gas. Komposisi atmosfer berubah dari waktu ke waktu dan dari satu tempat ke
tempat lain. Gas-gas utama pembentuk atmosfer dan manfaatnya sebagai berikut :
- Komponen-Komponen Cuaca dan Iklim
Iklim adalah rata-rata cuaca pada suatu
wilayah yang luas dan dalam waktu yang lama (lebih kurang selama 30 tahun),
sedangkan cuaca adalah kondisi atmosfer pada suatu tempat yang
tidak luas pada waktu yang relatif singkat. Dalam pengertian yang lebih singkat
cuaca ialah keadaan udara pada saat tertentu di suatu tempat. Cuaca mempunyai
jangkauan waktu 24 jam dan jika lebih merupakan prakiraan cuaca. Keadaan
atmosfer dapat diamati setiap hari. Misalnya, pada hari berawan, hari hujan,
angin kencang, dan sebagainya. Dengan pengamatan pada komponen-komponen cuaca,
dapat dilakukan perkiraan cuaca pada waktu dan lokasi tertentu. Untuk itu,
sangatlah penting dilakukan pengamatan dan penelitian mengenai cuaca, iklim,
dan komponen-komponen pembentuknya.
- Penyinaran Matahari sebagai Komponen Penting Pembentuk Cuaca dan Iklim
Matahari adalah sumber panas bagi
bumi. Walaupun bumi sudah memiliki panas sendiri yang berasal dari dalam, panas
bumi lebih kecil artinya dibandingkan dengan panas matahari. Panas matahari
mencapai 60 gram kalori/cm2 tiap jam, sedangkan panas bumi
hanya mencapai 55 gram/cm2 tiap tahunnya. Besarnya sinar
matahari yang mencapai bumi hanya sekitar 43% dari keseluruhan sinar yang
menuju bumi dan >50% lainnya dipantulkan kembali ke angkasa. Panas bumi
sangat tergantung kepada banyaknya panas yang berasal dari matahari ke bumi.
Perbedaan temperatur di bumi
dipengaruhi oleh letak lintang dan bentuk keadaan alamnya. Indonesia termasuk
wilayah beriklim tropis karena terletak pada lintang antara 6°08′ LU dan 11°15′
LS, ini terbukti di seluruh wilayah Indonesia menerima rata-rata waktu
penyinaran matahari cukup banyak. Panas matahari yang sampai ke permukaan bumi
sebagian dipantulkan kembali, sebagian lagi diserap oleh udara, awan, dan
segala sesuatu di permukaan bumi. Banyak sedikitnya sinar matahari yang
diterima oleh bumi dipengaruhi oleh beberapa faktor, sebagai berikut.
- Lama penyinaran matahari, semakin lama penyinaran semakin tinggi pula temperaturnya.
- Tinggi rendah tempat, semakin tinggi tempat semakin kecil (rendah) temperaturnya.
- Sudut datang sinar matahari, semakin tegak arah sinar matahari (siang hari) akan semakin panas. Tempat yang dipanasi sinar matahari yang datangnya miring (pagi dan sora hari) lebih luas daripada yang tegak (siang hari).
- Keadaan tanah, yaitu tanah yang kasar teksturnya dan berwarna hitam akan banyak menyerap panas dan tanah yang licin (halus teksturnya) dan berwarna putih akan banyak memantulkan panas.
- Angin dan arus laut, adanya angin dan arus laut yang berasal dari daerah dingin akan mendinginkan daerah yang dilaluinya.
- Keadaan udara, banyaknya kandungan awan (uap air) dan gas arang, akan mengurangi panas yang terjadi.
- Sifat permukaan, daratan lebih cepat menyerap dan menerima panas daripada lautan.
Panas matahari yang sampai ke
permukaan bumi akan berangsur memanasi udara di sekitarnya. Pemanasan terhadap
udara melalui beberapa cara, yaitu turbulensi, konveksi, kondensasi,
dan adveksi.
- Turbulensi ialah penyebaran panas secara berputar-putar dan penyebaran panasnya menyebabkan udara yang sudah panas bercampur dengan udara yang belum panas.
- Konveksi ialah pemanasan secara vertikal dan penyebaran panasnya terjadi akibat adanya gerakan udara secara vertikal, sehingga udara di atas yang belum panas ini menjadi panas karena pengaruh udara bawahnya yang sudah terlebih dahulu panas.
- Konduksi ialah pemanasan secara kontak langsung atau bersinggungan langsung. Pemanasan ini terjadi karena molekul-molekul udara yang dekat dengan permukaan bumi akan menjadi panas setelah bersinggungan dengan bumi yang memiliki panas dari dalam. Adveksi ialah penyebaran panas secara horizontal yang mengakibatkan perubahan fisik udara di sekitarnya, yaitu udara menjadi panas.
Letak astronomis Indonesia berada
pada 94°45′ BT – 141°05′ BT dan 6°08’LU – 11°15′ LS serta dilalui oleh garis
khatulistiwa sehingga sangat memengaruhi keadaan suhu udara rata-rata setiap
hari sepanjang tahunnya. Posisi Indonesia yang terletak pada daerah lintang
rendah menyebabkan suhu rata-rata tahunan yang tinggi, yaitu kurang lebih
kurang lebih 26°C. Perbedaan suhu juga dipengaruhi oleh ketinggian suatu daerah
dari permukaan laut, semakin tinggi suatu tempat, semakin rendah suhunya.
Perbedaan suhu ini memengaruhi habitat beragam jenis tanaman yang tumbuh di
dalamnya. Wilayah Indonesia merupakan kepulauan sehingga luas wilayah perairan
sangat luas, hal ini sangat memengaruhi kondisi suhu di wilayahnya.
Karena kondisi tersebut menimbulkan tidak terjadinya perbedaan suhu yang besar
antara suhu maksimum dan suhu minimum tahunannya.
Perubahan suhu di Indonesia terjadi
karena faktor-faktor seperti berikut ini:
- adanya perbedaan suhu siang dan malam; suhu maksimum terjadi pada siang hari sekitar pukul 13.00–14.00, sedangkan suhu minimum terjadi saat menjelang pagi lebih kurang pukul 04.30;
- adanya perbedaan tinggi tempat dari permukaan laut, setiap kenaikan 100 m suhunya turun lebih kurang 0,5°C.
Komponen-Komponen
Cuaca
Komponen cuaca antara lain terdiri
atas temperatur udara, tekanan udara, curah hujan, angin, awan, kelembapan udara,
dan curah hujan.
1. Suhu
atau Temperatur Udara
Panas bumi bersumber dari matahari.
Tingkat dan derajat panas matahari diukur dengan menggunakan alat termometer.
Suhu udara di bumi semakin naik ke atmosfer semakin turun, dengan teori setiap
kita naik 100 m suhu akan turun 1°C (udara dalam keadaan kering). Secara
horizontal, suhu di berbagai tempat di permukaan bumi tidak sama. Dengan
menggunakan peta isoterm perbandingan suhu satu tempat dengan tempat yang lain
akan mudah dilihat. Garis isoterm adalah garis yang menghubungkan tempat-tempat
dengan suhu rata-rata yang sama. Perubahan suhu sepanjang hari dapat diketahui
dengan melihat catatan suhu pada termograf dan termometer. Suhu tertinggi biasa
terjadi pada pukul satu atau dua siang, sedangkan suhu terendah biasa terjadi
pukul empat atau lima pagi. Dari rata-rata derajat panas sepanjang harinya
didapatkan suhu harian.
Dalam satu bulan terdapat catatan
suhu harian yang tidak sama setiap harinya. Dari catatan suhu harian selama
satu bulan kemudian diambil rata-rata dan dihasilkan suhu bulanan. Suhu bulanan
juga tidak sama setiap bulannya. Daerah dengan topografi rendah relatif lebih
panas dibandingkan daerah berbukit dan pegunungan. Daerah khatulistiwa yang
bersifat tropis lebih panas dibanding daerah subtropis dan kutub.
Perbedaan suhu udara di banyak
tempat dipengaruhi faktorfaktor sebagai berikut.
1) Letak lintang.
2) Ketinggian tempat.
3) Jenis permukaan.
4) Kelembapan udara.
5) Tutupan awan di angkasa.
6) Arus samudra.
7) Jarak dari laut.
2. Tekanan
Udara
Permukaan bumi ini secara langsung
ditekan oleh udara karena udara memiliki massa. Karena udara adalah benda gas
yang menyelubungi bumi dan mempunyai massa, akan terjadi peristiwa di bawah
ini.
- Massa udara menumpuk di permukaan bumi dan udara di atas menindih udara di bawahnya, tekanan ini dinamakan tekanan udara.
- Massa udara dipengaruhi oleh gaya gravitasi bumi. Hal ini menyebabkan semakin dekat dengan bumi udara semakin mampat dan semakin ke atas semakin renggang. Akibatnya, semakin dekat dengan bumi tekanan udara semakin besar dan sebaliknya.
- Massa udara jika mendapatkan panas akan memuai dan jika mendapatkan dingin akan menyusut.
Tekanan udara dapat diukur dengan
menggunakan barometer. Toricelli pada tahun 1643 menciptakan barometer
air raksa. Karena barometer air raksa tidak mudah dibawa ke mana-mana, dapat
menggunakan barometer aneroid sebagai penggantinya. Tekanan udara akan
berbanding terbalik dengan ketinggian suatu tempat sehingga semakin tinggi
tempat dari permukaan laut semakin rendah tekanan udarannya. Kondisi ini karena
makin tinggi tempat akan makin berkurang udara yang menekannya. Satuan hitung
tekanan udara adalah milibar, sedangkan garis pada peta yang menghubungkan
tempat-tempat dengan tekanan udara yang sama disebut isobar.
Ketinggian suatu tempat dari
permukaan laut juga dapat diukur dengan menggunakan barometer. Kenaikan 10 m
suatu tempat akan menurunkan permukaan air raksa dalam tabung sebesar 1 mm.
Dalam satuan milibar (mb), setiap kenaikan 8 m pada lapisan atmosfer bawah,
tekanan udara turun 1 mb, sedangkan pada atmosfer atas dengan kenaikan > 8 m
tekanan udara akan turun 1 mb. Barometer aneroid sebagai alat pengukur
ketinggian tempat dinamakan juga altimeter yang biasa digunakan untuk mengukur
ketinggian kapal udara yang sedang terbang.
3. Angin
Perbedaan tekanan udara di satu
tempat dengan tempat yang lain menimbulkan aliran udara. Pada dasarnya angin
terjadi disebabkan oleh perbedaan penyinaran matahari pada tempat-tempat yang
berlainan di muka bumi. Perbedaan temperatur menyebabkan perbedaan tekanan
udara. Aliran udara berlangsung dari tempat dengan tekanan udara tinggi ke
tempat dengan tekanan udara yang lebih rendah. Udara yang bergerak inilah yang
disebut angin.
Arah angin dapat diketahui dengan
menggunakan beberapa cara, salah satunya adalah dengan menggunakan bendera
angin. Arah angin juga dapat diketahui dengan menggunakan baling-baling angin.
Pada saat ini telah ditemukan alat yang mampu mengukur arah dan kecepatan angin
secara bersamaan. Arah angin biasanya dinyatakan dalam derajat, 360° atau 0°
berarti angin utara; 90° angin timur; 180° angin selatan; dan 270° angin barat.
Kecepatan angin dapat diukur dengan menggunakan alat yang disebut anemometer.
Biasanya digunakan anemometer mangkuk, yang terdiri atas bagian inti berupa
tiga sampai empat mangkuk yang dapat berputar pada sumbu tegak lurus.
Mangkuk-mangkuk tersebut akan berputar jika bagian yang cekung ditiup angin.
Arah dan kecepatan angin pada suatu waktu dapat diketahui melalui anemometer
dan hasil catatannya anemogram yang berupa skala.
Salah satu kegunaan pengukuran arah
dan kecepatan angin adalah untuk keperluan penerbangan dan navigasi di
samping untuk keperluan lain. Dengan mengetahui arah dan kecepatan angin di
permukaan bumi, dapat digunakan sebagai pedoman dalam menentukan arah dan
panjang landasan pacu pesawat terbang, jumlah penumpang yang harus diangkut,
serta bahan bakar yang diperlukan. Untuk itu, perlu diadakan penye lidikan
mengenai arah dan kecepatan angin pada lapisan udara atas.
Studi dan penelitian tentang angin
biasa menggunakan balon udara yang diikuti arah geraknya dengan menggunakan
alat theodolit. Theodolit merupakan teropong yang
berfungsi untuk mengukur sudut harizontal dan vertikal. Dengan mengetahui
kedudukan balon tiap menitnya akan diketahui pula arah dan kecepatan angin pada
ketinggian tertentu. Cara ini hanya terbatas pada ketinggian 6 sampai 7 km.
Pengukuran di atas ketinggian tersebut dilakukan dengan alat yang disebut rawin.Alat
ini terdiri atas balon yang lebih besar dan dilengkapi dengan reflektor atau
pemancar radio. Dalam penelitian-penelitian modern sekarang ini, satelit
mempunyai peranan penting di dalam melakukan pengukuran pada lapisan-lapisan
udara, termasuk penelitian tentang angin.
Kecepatan angin dipengaruhi oleh
beberapa hal, antara lain, sebagai berikut :
- Gradien barometrik Gradien barometrik yaitu angka yang menunjukkan perbedaan tekanan udara melalui dua garis isobar yang dihitung untuk tiap-tiap 111 km = 1° di ekuator. Satuan jarak diambil dari 1° di ekuator yang panjangnya sama dengan 111 km (1/360 × 40.000 km = 111 km).
- Hukum Stevenson Hukum ini menyatakan bahwa kecepatan angin bertiup berbanding lurus dengan gradien barometriknya. Semakin besar gradien barometriknya semakin besar kecepatannya.
- Relief permukaan bumi Angin bertiup kencang pada daerah yang reliefnya rata dan tidak ada rintangan dan sebaliknya.
- Ada tidaknya pohon-pohon yang lebat dan tinggi Kecepatan angin dapat dihambat oleh adanya pohon-pohon yang lebat dan tinggi.
Buys Ballot seorang meteorolog
berkebangsaan Belanda membuat hukum mengenai arah angin, yaitu:
”Udara mengalir dari daerah
bertekanan maksimum ke daerah bertekanan minimum. Arah angin akan membelok ke
kanan di belahan bumi utara, serta membelok ke kiri di belahan bumi selatan”.
Pembiasan arah angin terjadi
disebabkan oleh rotasi bumi dari barat ke timur, serta bentuk bumi yang bulat.
Efek
Coriolis
Angin bertiup dari daerah yang
bertekanan tinggi (TT) ke daerah bertekanan rendah (TR). Bila Bumi tidak
berotasi, maka arah aliran angin lurus dari TT ke TR. Tetapi, karena Bumi
berotasi, maka arah aliran angin menjadi berbelok. Pembelokan arah aliran angin
ini dikenal dengan efek Coriolis. Coriolis adalah seorang ilmuwan dari
Prancis yang pertama kali menjelaskan gejala ini.
Gejala ini dapat dicontohkan sebagai
berikut. Suatu roket diluncurkan dari Kutub Selatan dengan target berlokasi di
khatulistiwa. Roket membutuhkan waktu satu jam untuk sampai target. Selama satu
jam, Bumi telah berotasi 15° ke arah timur. Setelah satu jam, maka roket
mengalami penyimpangan arah sebesar 15° ke kiri dari target.
Efek Coriolis memiliki ciri-ciri
sebagai berikut.
a. Pembelokan mengarah pada sudut
yang benar terhadap arah angin.
b. Berdampak hanya pada arah angin,
bukan kecepatan angin.
c. Dipengaruhi kecepatan angin.
Angin yang bertiup lebih cepat, maka penyimpangan juga lebih besar.
d. Pengaruh paling kuat di daerah
kutub dan melemah ke arah khatulistiwa. Bahkan, tidak terjadi di daerah
khatulistiwa.
