Meteorologi

Atmosfer adalah lapisan udara yang menyelimuti bumi secara menyeluruh dengan ketebalan lebih dari 650 km.  Gerakan udara dalam atmosfer terjadi terutama karena adanya pengaruh pemanasan sinar matahari serta perputaran bumi.  Perputaran bumi ini akan mengakibatkan bergeraknya masa udara, sehingga terjadilah perbedaan tekanan udara di berbagai tempat di dalam atmosfer yang dapat menimbulkan arus angin.

Pada lapisan atmosfer terkandung berbagai macam gas.  Berdasarkan volumenya, jenis gas yang paling banyak terkandung berturut-turut adalah nitrogen (N2) sebanyak 78,08%, oksigen (O2) sebanyak 20,95%,  argon sebanyak 0,93%, serta karbon dioksida (CO2) sebanyak 0,03%.  Berbagai jenis gas lainnya jufga terkandung dalam atmosfer, tetapi dalam konsentrasi yang jauh lebih rendah, misalnya neon (Ne), helium (He), kripton (Kr), hidrogen (H2), xenon (Xe), ozon (O3), metan dan uap air.

Di antara gas-gas yang terkandung di dalam atmosfer tersebut, karbon dioksida dan uap air terkandung dalam konsentrasi yang bervariasi dari tempat ke tempat, serta dari waktu ke waktu untuk uap air.

Keberadaan atmosfer yang menyelimuti seluruh permukaan bumi memiliki arti yang sangat penting bagi kelangsungan hidup berbagai organisme di muka bumi.  Fungsi atmosfer antara lain :

1.      Mengurangi radiasi matahari yang sampai ke permukaan bumi pada siang hari dan hilangnya panas yang berlebihan pada malam hari.

2.      Mendistribusikan air ke berbagai wilayah permukaan bumi

3.      Menyediakan okisgen dan karbon dioksida.

4.      Sebagai penahan meteor yang akan jatuh ke bumi.

Peran atmosfer dalam mengurangi radiasi matahari sangat penting.  Apabila tidak ada lapian atmosfer, suhu permukaan bumi bila 100% radiasi matahari diterima oleh permukaan bumi akan sangat tinggi dan dikhawatirkan tidak ada organisme yang mampu bertaham hidup, termasuk manusia.

Dalam mendistribusikan air antar wilayah di permukaan bumi, peran atmosfer ini terlihat dalam siklus hidrologi.  Tasnpa adanya atmosfer yang mampu menampung uap air, maka seluruh air di permukaan bumi hanya akan mengumpul pada tempat yang paling rendah.  Sungai-sungai akan kering, seluruh air tanah akan merembes ke laut, sehingga air hanya akan mengumpul di samudera dan laut saja.  Pendistribusian air oleh atmosfer  ini memberikan peluang bagi semua mahluk hidup untuk tumbuh dan berkembang di seluruh permukaan bumi.

Selain itu, atmosfer dapat menyediakan oksigen bagi mahluk hidup.  Kebutuhan tumbuhan akan CO2 juga dapat diperoleh dari atmosfer.

Berdasarkan perbedaan suhu vertikal, atmosfer bumi dapat dibagi menjadi lima lapisan, yaitu :

a.  Troposfer

Lapisan ini merupakan lapisan yang paling bawah, berada antara permukaan bumi sampai pada ketinggian 8 km pada posisi kutub dan 18 – 19 km pada daerah ekuator.  Pada lapisan ini suhu udara akan menurun dengan bertambahnya ketinggian.  Setiap kenaikan 100 meter temperaturnya turun turun 0,5 oC.  Lapisan ini dianggap sebagai bagian atmosfer yang paling penting, karena berhubungan langsung dengan permukaan bumi yang merupakan habitat dari berbagai jenis mahluk hidup termasuk manusia, serta karena sebagain besar dinamika iklim berlangsung pada lapisan troposfer.

Susunan kimia udara troposfer terdiri dari 78,03% nitrogrn, 20,99 oksigen, 0,93% argon, 0,03% asam arang, 0,0015% nenon, 0,00015% helium, 0,0001% kripton, 0,00005% hidrogen, serta 0,000005% xenon.

Di dalam lapisan ini berlangsung semua hal yang berhubungan dengan iklim.  Walaupun troposfer hanya menempati sebagian kecil saja dari atmosfer dalam, akan tetapi, 90% dari semua masa atmosfer berkumpul pada lapisan ini.  Di lapisan inilah terbentuknya awan, jatuhnya hujan, salju, hujan es dan lain-lain.

Di dalam troposfer terdapat tiga jenis awan, yaitu awan rendah (cumulus), yang tingginya antara 0 – 2 km; awan pertengahan (alto cumulus lenticularis), tingginya antara 2 – 6 km; serta awan tinggi (cirrus) yang tingginya antara 6 – 12 km.

Troposfer terbagi lagi ke dalam empat lapisan, yaitu :

Lapisan Udara Dasar

Tebal lapisan udara ini adalah 1 – 2 meter di atas permukaan bumi.  Keadaan di dalam lapisan udara ini tergantung dari keadaan fisik muka bumi, dari jenis tanaman, ketinggian dari permukaan laut dan lainnya.  Keadaan udara dalam lapisan inilah yang disebut sebagai iklim mikro, yang memperngaruhi kehidupan tanaman dan juga jasad hidup di dalam tanah.

Lapisan Udara Bawah

Lapisan udara ini dinamakan juga lapisan-batasan planiter (planetaire grenslag, planetary boundary layer).  Tebal lapisan ini 1 – 2 km.  Di sini berlangsung berbagai perubahan suhu udara dan juga menentukan iklim.

Lapisan Udara Adveksi (Gerakan Mendatar)

Lapisan ini disebut juga lapisan udara konveksi atau lapisan awan, yang tebalnya 2 – 8 km.  Di dalam lapisan udara ini gerakan mendatar lebih besar daripada gerakan tegak.  Hawa panas dan dingin yang beradu di sini mengakibatkan kondisi suhu yang berubah-ubah.

Lapisan Udara Tropopouse

Merupakan lapisan transisi antara lapisan troposfer dan stratosfer terletak antara 8 – 12 km di atas permukaan laut (dpl).  Pada lapisan ini terdapat derajat panas yang paling rendah, yakni antara – 46 o C sampai – 80o C pada musim panas dan antara  – 57 o C sampai – 83 o C pada musim dingin.  Suhu yang sangat rendah pada tropopouse inilah yang menyebabkan uap air tidak dapat menembus ke lapisan atmosfer yang lebih tinggi, karena uap air segera mengalami kondensasi sebelum mancapai tropopouse dan kemudian jatuh kembali ke bumi dalam bentuk cair (hujan) dan padat (salju, hujan es).

b.  Stratosfer

Merupakan bagian atmosfer yang berada di atas lapisan troposfer sampai pada ketinggian 50 – 60 km, atau lebih tepatnya lapisan ini terletak di antara lapisan troposfer dan ionosfer.

Pada lapisan stratosfer, suhu akan semakin meningkat dengan meningkatnya ketinggian.  Suhu pada bagian atas stratosfer hampir sama dengan suhu pada permukaan bumi.  Dengan demikian, profil suhu pada lapisan stratosfer ini merupakan kebalikan dari lapisan troposfer.

Ciri penting dari lapisan stratosfer adalah keberadaan lapisan ozon yang berguna untuk menyerap radiasi ultraviolet, sehingga sebagian besar tidak akan mencapai permukaan bumi.

Serapan radiasi matahari oleh ozon dan beberapa gas atmosfer lainnya menyebabkan suhu udara pada lapisan stratosfer meningkat.  Lapisanstratosfer tidak mengandung uap air, sehingga lapisan ini hanya mengandung udara kering.  Batas lapisan stratosfer disebut stratopouse.

Lapisan stratosfer dibagi dalam tiga bagian yaitu :

Lapisan udara isoterm; terletak antara 12 – 35 km dpl, dengan suhu udara – 50o C  sampai -55o C.

Lapisan udara panas; terletak antara 35 – 50 km dpl, dengan suhu – 50o C sampai + 50o C.

Lapisan udara campuran teratas; terletak antara 50 – 80 km dpl, dengan suhu antara +50o C sampai -70o C.  karena pengaruh sinar ultraviolet, pada ketinggian 30 km oksigen diubah menjadi ozon, hingga kadarnya akan meningkat dari 5 menjadi 9 x 10-2 cc di dalam 1 m3.

c.   Mesosfer

Mesosfer terletak di atas stratosfer pada ketinggian 50 – 70 km.  Suhu di lapisan ini akan menurun seiring dengan meningkatnya ketinggian.  Suhunya mula-mula naik, tetapi kemudian turun dan mencapai -72 derajat C di ketinggian 75 km.  Suhu terendah terukur pada ketinggian antara 80 – 100 km yang merupakan batas dengan lapisan atmosfer berikutnya, yakni lapisan mesosfer.  Daerah transisi antara lapisan mesosfer dan termosfer disebut mesopouse dengan suhu terendah – 110 derajat C .

d.   Lapisan Termosfer

Berada di atas mesopouse dengan ketinggian sekitar 75 km sampai pada ketinggian sekitar 650 km.  Pada lapisan ini, gas-gas akan terionisasi, oleh karenanya lapisan ini sering juda disebut lapisan ionosfer.  Molekul oksigen akan terpecah menjadi oksegen atomik di sini.  Proses pemecahan molekul oksigen dan gas-gas atmosfer lainnya akan menghasilkan panas, yang akan menyebabkan meningkatnya suhu pada lapisan ini.  Suhu pada lapisan ini akan meningkat dengan meningkaknya ketinggian.  Ionosfer dibagi menjadi tiga lapisan lagi, yaitu :

1.   Lapisan Udara E

Terletak antara 80 – 150 km dengan rata-rata 100 km dpl.  Lapisan ini tempat terjadinya proses ionisasi tertinggi.  Lapisan ini dinamakan juga lapisan udara KENNELY dan HEAVISIDE dan mempunyai sifat memantulkan gelombang radio.  Suu udara di sini berkisar – 70o C  sampai +50o C .

2.   Lapisan udara F

Terletak antara 150 – 400 km.  Lapisan ini dinamakan juga lapisan udara APPLETON.

Lapisan udara atom

Pada lapisan ini, benda-benda  berada dalam lbentuk atom.  Letaknya lapisan ini antara 400 – 800 km.  Lapisan ini menerima panas langsung dari matahari, dan diduga suhunya mencapai 1200o C .

e.   Lapisan Ekosfer

Merupakan lapisan atmosfer yang paling tinggi.  Pada lapisan ini, kandungan gas-gas atmosfer sangat rendah.  Batas antara ekosfer (yang pada dasarnya juga adalah batas atmosfer) dengan angkasa luar tidak jelas.  Daerah yang masih termasuk ekosfer adalah daerah  yang masih dapat dipengaruhi daya gravitasi bumi.  Garis imajiner yang membatasi ekosfer dengan angkasa luar disebut magnetopause.

CUACA

Cuaca adalah keadaan udara pada saat tertentu dan di wilayah tertentu yang relatif sempit dan pada jangka waktu yang singkat. Cuaca terdiri dari seluruh fenomena yang terjadi di atmosfer Bumi atau sebuah planet lainnya. Cuaca biasanya merupakan sebuah aktivitas fenomena ini dalam waktu beberapa hari. Cuaca rata-rata dengan jangka waktu yang lebih lama dikenal sebagai iklim. 

Unsur-Unsur Cuaca dan Iklim
Ada beberapa unsur yang mempengaruhi cuaca dan iklim, yaitu suhu udara, tekanan udara, kelembaban udara dan curah hujan.
1. Suhu Udara
Suhu udara adalah keadaan panas atau dinginnya udara. Alat untuk mengukur suhu udara atau derajat panas disebut thermometer. Biasanya pengukuran dinyatakan dalam skala Celcius (C), Reamur (R), dan Fahrenheit (F). Suhu udara tertinggi di muka bumi adalah di daerah tropis (sekitar ekuator) dan makin ke kutub, makin dingin.

Di lain pihak, pada waktu kita mendaki gunung, suhu udara terasa dingin jika ketinggian bertambah. Kita sudah mengetahui bahwa tiap kenaikan bertambah 100 meter, suhu udara berkurang (turun) rata-rata 0,60 C. Penurunan suhu semacam ini disebut gradient temperatur vertikal atau lapse rate. Pada udara kering, besar lapse rate adalah 10 C. Tapi kita juga akan menemukan kenaikan suhu yang sejalan dengan naiknya ketinggian, contoh : di Stratosfer, Ionosfer, fenomena semacam ini diberinama inversi.

Faktor-faktor yang mempengaruhi tinggi rendahnya suhu udara suatu daerah adalah:
a. Lama penyinaran matahari.
b. Sudut datang sinar matahari.
c. Relief permukaan bumi.
d. Banyak sedikitnya awan.
e. Perbedaan letak lintang.

Matahari merupakan sumber panas. Pemanasan udara dapat terjadi melalui
dua proses pemanasan, yaitu pemanasan langsung dan pemanasan tidak
langsung.
a. Pemanasan secara langsung
Pemanasan secara langsung dapat terjadi melalui beberapa proses sebagai berikut:
1) Proses absorbsi
adalah penyerapan unsur-unsur radiasi matahari, misalnya sinar gama, sinar-X, dan ultra-violet. Unsur unsur yang menyerap radiasi matahari tersebut adalah oksigen, nitrogen, ozon, hidrogen, dan debu.
2) Proses refleksi
adalah pemanasan matahari terhadap udara tetapi dipantulkan kembali ke angkasa oleh butir-butir air (H2O), awan, dan partikel-partikel lain di atmosfer.
3) Proses difusi
Sinar matahari mengalami difusi berupa sinar gelombang pendek biru dan lembayung berhamburan ke segala arah. Proses ini menyebabkan langit berwarna biru.
b. Pemanasan tidak langsung
Pemanasan tidak langsung dapat terjadi dengan cara-cara berikut:
1) Konduksi adalah pemberian panas oleh matahari pada lapisan udara bagian bawah kemudian lapisan udara tersebut memberikan panas pada lapisan udara di atasnya.
2) Konveksi adalah pemberian panas oleh gerak udara vertikal ke atas.
3) Adveksi adalah pemberian panas oleh gerak udara yang horizontal (mendatar).
4) Turbulensi adalah pemberian panas oleh gerak udara yang tidak teratur dan berputar-putar ke atas tetapi ada sebagian panas yang dipantulkan kembali ke atmosfer.

2. Tekanan Udara

Tekanan atmosfer adalah tekanan pada titik manapun di atmosfer bumi. Umumnya, tekanan atmosfer hampir sama dengan tekanan hidrostatik yang disebabkan oleh berat udara di atas titik pengukuran. Massa udara dipengaruhi tekanan atmosfer umum di dalam massa tersebut, yang menciptakan daerah dengan tekanan tinggi (antisiklon) dan tekanan rendah (depresi). Daerah bertekanan rendah memiliki massa atmosfer yang lebih sedikit di atas lokasinya, di mana sebaliknya, daerah bertekanan tinggi memiliki massa atmosfer lebih besar di atas lokasinya.

Meningkatnya ketinggian menyebabkan berkurangnya jumlah molekul udara secara eksponensial. Karenanya, tekanan atmosfer menurun seiring meningkatnya ketinggian dengan laju yang menurun pula. Berikut adalah rumus pendekatan untuk tekanan atmosfer:

di mana P adalah tekanan dalam pascal dan h adalah ketinggian dalam meter. Persamaan ini menunjukkan bahwa tekanan pada ketinggian 31 km asalah sekitar 10(5-2) Pa = 1000 Pa, atau 1% dari tekanan pada permukaan laut. Secara kasar, untuk beberapa kilometer di atas permukaan laut, tekanan berkurang 100 hPa per kilometer.

3. Kelembapan Udara
Kelembapan adalah konsentrasi uap air di udara. Angka konsentasi ini dapat diekspresikan dalam kelembapan absolut, kelembapan spesifik atau kelembapan relatif. Alat untuk mengukur kelembapan disebut higrometer. Sebuah humidistat digunakan untuk mengatur tingkat kelembapan udara dalam sebuah bangunan dengan sebuah pengawalembap (dehumidifier). Dapat dianalogikan dengan sebuah termometer dan termostat untuk suhu udara. Perubahan tekanan sebagian uap air di udara berhubungan dengan perubahan suhu. Konsentrasi air di udara pada tingkat permukaan laut dapat mencapai 3% pada 30 °C (86 °F), dan tidak melebihi 0,5% pada 0 °C (32 °F).

Kelembapan Absolut
Kelembapan absolut mendefinisikan massa dari uap air pada volume tertentu campuran udara atau gas, dan umumnya dilaporkan dalam gram per meter kubik (g/m3).
Kelembapan Relatif
Kelembapan spesifik adalah metode untuk mengukur jumlah uap air di udara dengan rasio terhadap uap air di udara kering. Kelembapan spesifik diekspresikan dalam rasio kilogram uap air, per kilogram udara.

AWAN

Gambar macam - macam awan

Awan adalah massa terlihat dari tetesan air atau kristal beku tergantung di atmosfer di atas permukaan bumi atau tubuh planet lain. Awan juga massa terlihat yang tertarik oleh gravitasi, seperti massa materi dalam ruang yang disebut awan antar bintang dan nebula.

Awan Kumulus, yaitu awan yang bergumpal dan bentuk dasarnya horizontal
Awan Stratus, yaitu awan tipis yang tersebar luas dan menutupi langit secara merata
Awan Cirrus, yaitu awan yang berdiri sendiri, halus dan berserat, sering terdapat kristal es tetapi tak menimbulkan hujan

Keluarga Awan
Awan Tinggi (Keluarga A)
Bentuk awan tinggi antara 10.000 dan 25.000 kaki (3.000 dan 8.000 m) di daerah kutub , 16.500 dan 40.000 kaki (5.000 dan 12.000 m) di daerah beriklim sedang dan 20.000 dan 60.000 kaki (6.000 dan 18.000 m) di daerah tropis.

Awan di Keluarga A meliputi:
Genus Cirrus (Ci): gumpalan awan putihberserat kristal es halus yang terlihat jelas di langit biru. Secara umum non-konvektif kecuali castellanus dan spesies floccus.
Spesies fibratus Cirrus (Ci fi): cirrus berserat tanpa jumbai atau kait.
Spesies uncinus Cirrus (Ci UNC): Hooked cirrus filamen.
Spesies spissatus Cirrus (Ci spi): cirrus Patchy padat.
Spesies castellanus Cirrus (Ci cas): Sebagian cirrus menara.
Spesies floccus Cirrus (Ci flo): Sebagian cirrus berumbai.
Genus Cirrocumulus (Cc): lapisan awan yang tampak seperti ombak di pasir pantai, berbentuk bulat kecil atau serpih dan bewarna putih yang berkelompok atau berbaris.[1]
Spesies Cirrocumulus stratiformis (Cc str): Sheets atau patch yang relatif datar cirrocumulus.
Spesies Cirrocumulus lenticularis (Cc len): Lens cirrocumulus berbentuk.
Spesies Cirrocumulus castellanus (Cc cas): cirrocumulus menara.
Spesies Cirrocumulus floccus (Cc flo): cirrocumulus berumbai.
Genus Cirrostratus (Cs): A non-konvektif cadar tipis yang biasanya menimbulkan halos. Matahari dan bulan terlihat di garis yang jelas. Biasanya mengental menjadi menjelang altostratus depan hangat atau daerah tekanan rendah.
Spesies Cirrostratus fibratus (Cs fib): cirrostratus berserat kurang terlepas dari cirrus.
Spesies Cirrostratus nebulosus (Cs neb): rata selubung cirrostratus.

Awan Tengah (Keluarga B)
Awan Tengah cenderung terbentuk pada 6.500 kaki (2.000 m), tetapi dapat terbentuk pada ketinggian sampai 13.000 kaki (4.000 m), 23.000 kaki (7.000 m) atau 25.000 kaki (8.000 m), tergantung pada daerah. Umumnya lebih hangat iklim, semakin tinggi dasar awan. Nimbostratus merupakan awan pada ketinggian menengah yang dapat bergerak turun hingga ketinggian rendah pada saat hujan. The World Meterological Organisasi mengklasifikasikan Nimbostratus sebagai awan menengah yang dapat mengentalkan ke dalam rentang ketinggian rendah selama hujan.

Awan Rendah (Keluarga C1)
Ini ditemukan dari dekat permukaan hingga 6.500 kaki (2.000 m) dan termasuk Stratus genus. Ketika awan Stratus kontak dengan tanah, mereka disebut kabut , meskipun tidak semua bentuk kabut dari Stratus.
Awan di Keluarga C1 meliputi:
Genus stratocumulus (Sc): awan konveksi yang sedikit biasanya dalam bentuk pola-pola tidak teratur atau bulat, mirip dengan altocumulus tetapi ukurannya lebih besar dan bewarna lebih gelap.
Spesies stratocumulus stratiformis (Sc str): Sheets atau patch yang relatif datar stratocumulus.
Spesies stratocumulus lenticularis (Sc len): Lens stratocumulus berbentuk.
Spesies stratocumulus castellanus (Sc cas): stratocumulus menara.
Genus Stratus (St): awan berlapisan seragam yang menyerupai kabut tetapi tidak menyentuh ke permukaan tanah (relatif tinggi).[2]
Spesies nebulosus Stratus (St cotok): rata selubung Stratus.
Spesies Stratus fractus (St fra): kasar putus selembar Stratus.

Awan Rendah Tengah (Keluarga C2)
Awan ini dapat didasarkan manapun dari permukaan dekat sekitar 10.000 kaki (3.000 m).
Cumulus biasanya bentuk pada rentang ketinggian rendah tapi dasar akan naik ke bagian bawah kisaran menengah saat kondisi kelembaban relatif sangat rendah. 
Nimbostratus biasanya bentuk dari altostratus di tengah rentang ketinggian tapi dasar mungkin mereda ke kisaran rendah selama precipitaion. Kedua jenis awan dapat mencapai ketebalan yang signifikan dan kadang-kadang diklasifikasikan sebagai awan vertikal (Keluarga D), terutama di Eropa. Namun, cumulus biasa, menurut definisi, tidak sesuai dengan tingkat vertikal yang menjulang cumulus (kumulus congestus) atau paling cumulonimbus . Nimbostratus Sangat tebal dapat perkiraan cumulus menjulang, tetapi jatuh juga pendek tingkat vertikal awan cumulonimbus berkembang dengan baik.

Awan Vertikal (Keluarga D)
Genus cumulonimbus (Cb): awan dengan massa besar dan menjulang dari ketinggian rendah hingga sangat tinggi, rawan badai dan petir. Mereka membentuk dalam massa udara yang sangat stabil, khususnya sepanjang front yang bergerak cepat dingin.
Spesies calvus cumulonimbus (Cb cal): awan cumulonimbus dengan sangat tinggi memotong puncak kubah-jelas mirip dengan gumpalan awan yang menjulang tinggi.
Spesies capillatus cumulonimbus (Cb cap): awan cumulonimbus dengan puncak yang sangat tinggi yang telah menjadi berserat karena adanya kristal es.
Fitur Supplimentary inkus capillatus cumulonimbus (Cb ink cap): Sebuah cumulonimbus inkus atas awan adalah salah satu yang telah menyebar ke bentuk landasan yang jelas sebagai akibat dari memukul lapisan inversi di bagian atas troposfer.
Fitur Supplimentary dengan mammatus cumulonimbus (Cb Mam): Sebuah dasar awan mammatus ditandai oleh gelembung-tonjolan ke bawah seperti menghadap disebabkan oleh downdrafts lokal dalam awan. WMO Resmi jangka cumulonimbus Mama.
Genus Cumulus (Cu)
Spesies Cumulus congestus (WMO: Cu Con / ICAO: TCU): awan dengan ukuran vertikal (lebar) yang besar dan bewarna gelap keabu-abuan.

Pyrocumulus (tidak ada singkatan resmi): awan Cumulus yang terkait dengan letusan gunung berapi dan kebakaran skala besar. Tidak diakui oleh WMO sebagai genus yang berbeda atau spesies.

Author

Andrean Eka Lucianto

Sumber

Tjasyono, Bayong. 2003. Meteorologi. Bandung : Penerbit ITB