03 Agroklimatologi - Definisi, Komposisi, Tekanan, Dan Struktur Atmosfer [PDF]

Citation preview

AGROKLIMATOLOGI (Agroclimatology)



Fakultas Kehutanan Universitas Mulawarman Februari 2021 Agroklimatologi 2021 - Karyati



1



PERTEMUAN 03 DEFINISI DAN FUNGSI ATMOSFER, KOMPOSISI ATMOSFER, TEKANAN ATMOSFER, DAN STRUKTUR VERTIKAL ATMOSFER



KEMAMPUAN KHUSUS : MAMPU MENGUASAI DAN MENJELASKAN DEFINISI DAN FUNGSI ATMOSFER, KOMPOSISI ATMOSFER, TEKANAN ATMOSFER, DAN STRUKTUR VERTIKAL ATMOSFER



2



BAB II. ATMOSFER A. Definisi dan Fungsi Atmosfer Klimatologi seperti halnya meteorologi yaitu ilmu tentang atmosfer. Meteorologi menitikberatkan pada proses atmosfer, sedangkan klimatologi terutama berkaitan dengan hasil proses tersebut. ◼Atmosfer berasal dari dua kata Yunani yaitu atmos yang berarti uap dan sphaira yang berarti bulatan. Jadi atmosfer dapat diartikan sebagai lapisan gas yang menyelubungi bulatan bumi. Keadaan atmosfer pada suatu saat disebut cuaca, sedangkan rata-rata dari cuaca dalam periode yang panjang disebut iklim. ◼Atmosfer terdiri dari bermacam-macam gas yang merupakan lapisan di atas permukaan bumi yang menyelimuti planet bumi. ◼Proses pencampuran gas-gas di atmosfer bersifat pencampuran mekanis dan bukan merupakan senyawa kimia. Adanya campuran tersebut menyebabkan terbentuknya lapisan tebal dan terisi oleh berbagai macam gas yang sangat penting bagi kehidupan di permukaan bumi. Agroklimatologi 2021 - Karyati



3



Fungsi atmosfer ➢ Atmosfer berfungsi sebagai “selimut” bumi yang melindungi permukaan bumi dari radiasi matahari yang terlalu besar/kuat dan berbahaya bagi makhluk hidup di bumi. ➢ Atmosfer sebagai penahan (buffer) radiasi surya yang masuk dan keluar dari permukaan bumi, sehingga tidak terjadi perubahan energi yang ekstrim antara siang dan malam ➔ Proses pemanasan dan pendinginan permukaan bumi dan atmosfer diatasnya mempunyai kisaran yang tidak terlalu besar. Lapisan atmosfer juga berperan dalam melindungi permukaan bumi dari efek pemanasan oleh radiasi matahari, pendinginan yang berlebihan, dan meteor-meteor. Atmosfer berfungsi menahan panas bumi agar tidak terlalu cepat keluar angkasa, sehingga bumi menjadi dingin. Apabila tidak ada atmosfer kira-kira suhu akan melebihi 93oC pada siang hari dan pada malam hari dapat turun sampai kira-kira –184oC. Agroklimatologi 2021 - Karyati



4



Fungsi atmosfer (Lanjutan) ➢ Atmosfer menyaring radiasi yang bersifat merusak organ tubuh. Gas tertentu seperti Ozon (O3) yang terdapat di atmosfer dapat menyaring sinar ultraviolet dari matahari yang dapat membahayakan organ tubuh makhluk hidup, seperti timbulnya kanker kulit atau penyakit mata kataraks.



➢ Atmosfer adalah sebagai sumber gas yang penting agar tidak cepat hilang keluar ruang angkasa sehingga dapat mempertahankan suhu udara ➔ sebagai sumber gas-gas yang diperlukan oleh makhluk hidup seperti O2, N2, H, CO2, dan sebagainya. Gas uap air yang ada di atmosfer dapat menjadi awan bila berkondensasi, dan dapat menahan radiasi matahari serta dapat pula menjadi sumber air melalui hujan yang jatuh ke permukaan bumi. Agroklimatologi 2021 - Karyati



5



Fungsi Atmosfer (Lanjutan) ➢ Fungsi atmosfer yang lain adalah terjadinya proses cuaca dan iklim ➔ Menjaga kelestarian mekanisme pembentukan cuaca dan iklim dan mengatur kelangsungan proses tersebut yakni melalui siklus hidrologi (hydrological cycle).



Agroklimatologi 2021 - Karyati



6



B. Komposisi Atmosfer



Atmosfer menyebabkan hambatan bagi benda yang bergerak melaluinya sehingga sebagian meteor yang melalui atmosfer akan menjadi panas dan hancur sebelum mencapai permukaan bumi. Atmosfer bersifat dapat dimampatkan (kompresibel) sehingga lapisan atmosfer bawah lebih padat daripada lapisan diatasnya, akibatnya tekanan udara berkurang sesuai dengan ketinggian. Massa total atmosfer sekitar 56 x 1014 ton, setengah dari massanya kira-kira terletak di bawah 6.000 m dan lebih dari 99% terletak di dalam lapisan 35.000 m dari permukaan bumi. Lapisan atmosfer merupakan campuran dari gas yang tidak tampak dan tidak berwarna. Empat gas, yaitu nitrogen (N2), oksigen (O2), argon (Ar), dan karbon dioksida (CO2) meliputi hampir 100% dari volume udara kering. Gas lain yang stabil adalah neon, helium, metana, kripton, hidrogen, xenon dan yang kurang stabil termasuk ozon dan radon juga terdapat di atmosfer dalam jumlah yang sangat kecil. Agroklimatologi 2021 - Karyati



7



Tabel 1 Komposisi Rata-rata Udara Kering yang Terkandung pada Lapisan Bawah Atmosfer Setebal 25 km. Nama Gas



Lambang Kimia



Konsentrasi



Berat Molekul



1. Nitrogen



N2



78.08%



28.02



2. Oksigen



O2



20.94%



32.00



3. Argon



Ar



0.93%



39.88



CO2



0.032%



44.00



a. Neon



Ne



18.00 ppm



20.18



b. Helium



He



5.20 ppm



400



c. Krypton



Kr



1.10 ppm



d. Xenon



Xe



0.086 ppm



e. Hydrogen



H



0.52 ppm



H2O



0.25 ppm



a. Karbon monoksida



CO



0.1 ppm



b. Metan



CH4



1.4 ppm



c. Hidrokarbon



HC



0.02 ppm



d. Nitrik oksida



NO



0.2-2.010-3 ppm



e. Nitrogen dioksida



NO2



0.5-4.010-3 ppm



f. Amonia



NH3



6-2010-3 ppm



SO



0.003-1.210-3 ppm



O3



0-0.05 ppm



A. Gas-gas Utama



4. Karbondioksida B. Gas-gas Penyerta



1. Gas permanen (non -reaktif)



f. Nitrous oksida



2.02



2. Gas reaktif



g. Sulfur dioksida h. Ozon



2 Agroklimatologi 2021 - Karyati



8



Bagian per-juta (bpj), biasa disingkat ppm (part-per million) adalah sebuah satuan untuk konsentrasi larutan di mana konsentrasi partikel yang dimaksud sangat kecil dibandingkan dengan partikel yang menjadi pelarutnya. 1 bpj adalah konsentrasi di mana ada 1 partikel di dalam setiap 1 juta partikel pelarut. Ini dapat dibandingkan dengan 1 tetes tinta dalam 150 liter air, atau 1 detik dalam 280 jam.



Agroklimatologi 2021 - Karyati



9



Gas-gas Rumah Kaca Walaupun gas-gas rumah kaca keberadaannya relatif terbatas, namun gas memegang peranan penting dalam termodinamika atmosfer. Gas-gas tersebut menyerap emisi radiasi dari permukaan bumi yang selanjutnya menghasilkan efek rumah kaca. Sebagian besar dari konsentrasi gas-gas tersebut merupakan hasil dari aktivitas manusia (antropogenik). Gas-gas rumah kaca yang penting adalah: •Karbon dioksida (CO2) •Methana (CH4) •Nitrous oksida (N2O) •Ozon (O3) •Chlorofluorocarbon (CFC) •Uap air Agroklimatologi 2021 - Karyati 10



Gas Reaktif Sebagai tambahan dalam gas rumah kaca jenis gas yang bersifat reaktif penting diproduksi melalui siklus sulfur, nitrogen, dan chlorine. Ketiga gas tersebut memegang peranan penting dalam terjadinya hujan asam dan pemecahan ozon. Sumber-sumber dari gas tersebut adalah sebagai berikut: •Jenis Nitrogen : NO dan NO2 •Jenis Sulfur : SO2 dan Sulfur reduksi (H2S)



Agroklimatologi 2021 - Karyati



11



Aerosol Aerosol adalah partikel-partikel renik atau kecil berupa garam laut, mineral debu (partikel silikat), bahan organik, asap, karbon dari pembakaran batubara dan bahan organik dan debu vulkanik yang berfungsi sebagai inti-inti kondensasi. Di atmosfer, keberadaan aerosol secara alamiah dan bervariasi menurut sumber antropogenik. Sumber lain dari aerosol yakni terbentuk melalui proses konversi gas menjadi partikel (sulfur dari antropogenik SO2 dan H2S alam; garam ammonium dari NH3 dan nitrogen dari NOx). Sumber sulfat aerosol berasal dari emisi energi pembakaran batubara, yang memegang peranan penting dalam mengkounter pemanasan global akibat pemantulan radiasi surya sejak tahun 1960an – 1980an yang disebut global dimming. Sumber gas aerosol lainnya adalah pecahan garam laut dan bahan organik (sebagai hidrokarbon tanaman dan antropogenik). Karena sifatnya higroskopi, maka aerosol dapat berfungsi sebagai perekat atau pengikat uap air yang ada di atmosfer. Agroklimatologi 2021 - Karyati



12



C. Tekanan Atmosfer ➢



➢



➢



Gas-gas yang ada di atmosfer tidak sama banyaknya dan mempunyai komposisi tertentu yang dapat ditentukan dalam persen dan beratnya. Gas yang bermassa besar berada pada lapisan dekat permukaan bumi, sedang yang ringan berada jauh di atas permukaan bumi. Beberapa campuran gas tersebut akan menekan permukaan bumi dengan suatu gaya berat. Gaya berat per satuan luas dikenal sebagai tekanan atmosfer atau tekanan udara. Udara mudah sekali dimampatkan. Lapisan bawah lebih rapat daripada lapisan atas. Sebanyak kira-kira 50 persen dari massa total udara berada pada lapisan bawah sampai ketinggian 5 km dari permukaan bumi. Tekanan udara satuannya adalah gaya per satuan luas. Satuan yang sering dipakai adalah milibar yang sama dengan gaya 100 Newton per satuan luas 1 m2. Tekanan udara diukur dengan alat barometer. Satuan lain yang sering digunakan dalam satuan atmosfer setara dengan tinggi air raksa (Hg) dalam pipa gelas barometer air raksa yaitu setinggi 76 cm. Agroklimatologi 2021 - Karyati



13



Gambar Barometer. Agroklimatologi 2021 - Karyati



14



⚫



⚫



Sebenarnya pengaruh langsung perubahan tekanan udara terhadap kehidupan kecil sekali. Perubahan tekanan udara lebih berpengaruh terhadap pergerakan massa udara atau angin. Angin inilah yang lebih penting sebagai pengendali iklim secara langsung, yang berpengaruh pula terhadap penguapan, suhu, dan curah hujan. Perbedaan tekanan udara yang besar antara dua tempat yang berjarak berdekatan (+3 km) akan menimbulkan angin yang kencang. Makin besar perbedaannya, makin tinggi kecepatan anginnya. Agroklimatologi 2021 - Karyati



15



◼



◼



◼



Ketinggian suatu tempat diukur dari atas permukaan laut sering disebut altitude. Makin tinggi altitude, makin rendah tekanan udaranya. Tekanan udara dapat digunakan untuk mengukur tinggi tempat di atas permukaan laut atau altitude. Alat untuk mengukur tinggi tempat disebut altimeter. Suhu udara mempengaruhi tekanan udara. Pada suhu udara yang tinggi, pada siang hari, tekanan udara lebih rendah daripada malam hari. Tekanan udara berfluktuasi sepanjang hari, begitu juga sepanjang tahun. Hal ini sebagai akibat dari suhu udara yang berubah-ubah. Oleh karena itu dalam menggunakan altimeter harus dilakukan koreksi terhadap suhu udara. Di atas peta suatu wilayah dapat ditarik suatu garis melalui tempat-tempat yang tekanan udaranya sama, garis ini disebut isobar. Agroklimatologi 2021 - Karyati



16



Gambar Beberapa Contoh Altimeter Agroklimatologi 2021 - Karyati



17



Peta Isobar



Agroklimatologi 2021 - Karyati



18



Peta Isobar



Agroklimatologi 2021 - Karyati



19



• Secara vertikal terdapat perbedaan tekanan udara. Makin tinggi naik ke atmosfer, makin rendah kerapatan udara, makin rendah pula tekanan udaranya. Sedangkan secara horizontal di atas permukaan bumi terdapat juga perbedaan tekanan udara. Terjadinya massa udara yang bergerak atau angin karena terdapat perbedaan tekanan udara. Perbedaan tekanan udara yang besar dapat menimbulkan badai atau angin topan. • Variasi tekanan udara di daerah tropis kecil, bila dibandingkan dengan daerah lintang tinggi. Hal ini menyebabkan pengaruh tekanan udara di daerah tropis tidak berpengaruh penting. Sebaliknya, di daerah lintang tinggi variasi tekanan udara penting sekali dan merupakan pengendali cuaca dan iklim yang penting sekali. Setiap saat orang di lintang tinggi memperhatikan tekanan udara melalui alat barometer, karena cuaca dapat berubah cepat, sehingga mudah mengambil ancang-ancang untuk berlindung dari bahaya angin kencang atau badai. Agroklimatologi 2021 - Karyati



20



D. Struktur Vertikal Atmosfer Jika suhu dipakai sebagai dasar pembagian atmosfer, maka diperoleh lapisan troposfer, stratosfer, mesosfer dan termosfer. Lapisan troposfer dan stratosfer dipisahkan oleh lapisan tropopause. Lapisan stratosfer dan mesosfer dibatasi oleh lapisan stratopause, dan batas antara lapisan mesosfer dengan termosfer disebut mesopause.



Gambar 1. Pembagian Lapisan Atmosfer Berdasarkan Suhu (Sumber : Tjasjono, 1999). Agroklimatologi 2021 - Karyati



21



Lapisan troposfer : ❖ Terjadinya gejala cuaca (awan dan hujan). ❖ Terjadinya penurunan suhu karena sedikit menyerap radiasi gelombang pendek dari matahari, sebaliknya permukaan tanah memberikan panas melalui konduksi, konveksi dan panas laten kondensasi atau sublimasi yang dilepaskan oleh uap air atmosfer. ❖ Pertukaran panas banyak terjadi di troposfer bawah, sehingga suhu turun dengan bertambahnya ketinggian (antara 0.5 dan 1oC tiap 100 m; rata-rata 0.65oC tiap 100 m). ❖ Udara troposfer atas sangat dingin sehingga lebih berat dibandingkan udara tropopause ➔ udara troposfer tidak dapat menembus tropopause. Lapisan tropopause : o Di ekuator, tropopause terletak pada ketinggian 18 km dengan suhu 80oC, sdg di kutub hanya mencapai 6 km dengan suhu berorde -40oC ➔ maka stratosfer lebih tipis di ekuator daripada di kutub. Agroklimatologi 2021 - Karyati



22



Lapisan stratosfer : ⚫ Kenaikan suhu disebabkan oleh lapisan ozonosfer yang menyerap radiasi ultra violet dari matahari. ⚫ Merupakan lapisan inversi sehingga pertukaran antara stratosfer dan troposfer melalui tropopause sangat kecil. ⚫ Terletak pada ketinggian sekitar 60 km dengan orde suhu 0oC. ⚫ Bagian atas dibatasi oleh permukaan diskontinuitas suhu yang disebut stratosfer. Lapisan mesosfer : ❑ Pada ketinggian 60 dan 85 km ditandai dengan penurunan orde suhu 0,4oC setiap 100 m, karena mempunyai kesetimbangan radiasi yang negatif. ❑ Bagian atas dibatasi oleh mesopause ➔ lapisan atmosfer yang mempunyai suhu paling rendah, kira-kira -100oC dan terletak pada ketinggian Agroklimatologi sekitar2021 85- Karyati km. 23



Lapisan termosfer : ✓ Pada ketinggian 85 dan 300 km ditandai kenaikan suhu dari -100oC sampai ratusan bahkan ribuan derajat. ✓ Bagian atas dibatasi oleh termopause yang meluas pada ketinggian 300 km sampai pada ketinggian rumbai-rumbai bumi, yaitu 1.000 km. Lapisan termopause : ➢ Konstan terhadap ketinggian tetapi berubah dengan waktu, yaitu insolasi (incoming solar radiation / radiasi surya yang datang). ➢ Suhu pada malam hari berkisar antara 300 dan 1.200oC dan pada siang hari berosilasi antara 700 dan 1.700oC. ➢ Densitas termopause sangat kecil kira-kira 10-13 kali densitas atmosfer permukaan tanah. Osilasi adalah variasi periodik terhadap waktu dari suatu hasil Agroklimatologi 2021 - Karyati 24 pengukuran.



TERIMA KASIH



Semoga Bermanfaat Agroklimatologi 2021 Karyati



25