ATMOSFER HIDROSTATIS DIATAS WATUKOSEK DARI DATA TEKANAN VERTIKAL TAHUN 2009

Transkripsi

1 Sminar Nasional Statistika IX Institut Tknologi Spuluh Nopmbr, 7 Novmbr 2009 ATMOSFER HIDROSTATIS DIATAS TUKOSEK DARI DATA TEKANAN VERTIKAL TAHUN 2009 Lalu Husnan Wijaya *, Dian Yudha Risdianto ** Pnliti Stasiun Pngamat Dirgantara LAPAN Watukosk lalu_wako@yahoo.co.id *, dian_yudha@yahoo.com ** Abstrak Pada makalah ini akan mnjlaskan Atmosfr Hidrostatis diatas Watukosk dari data tkanan vrtikal mulai bulan Januari sampai dngan bulan Juni Massa udara dipngaruhi olh tkanan atmosfr, dimana massa trsbut yang mnciptakan darah dngan tkanan tinggi dan tkanan rndah. Darah brtkanan rndah mmiliki massa udara yang lbih sdikit dibandingkan dngan darah yang brtkanan tinggi. Mningkatnya ktinggian mnybabkan brkurangnya jumlah molkul udara scara ksponnsial. Pngukuran tkanan ini dilakukan dngan mnggunakan Radiosond typ RS-80 yang diluncurkan dngan wahana balon udara sampai ktinggian skitar 35 Km. Dari data hasil pngukuran dapat mnggambarkan prubahan tkanan dalam bntuk profil tkanan vrtikal untuk stiap ktinggian yang dapat mwakili sbagian wilayah Jawa Timur. Mtod pngolahan data dilakukan scara statistik dan matmatis, sbagai pmbanding untuk data tkanan pada stiap ktinggian digunakan formula dari Standard Atmosphr ICAN. Kata kunci : Atmosfr, hidrostatis, radiosond 1. PENDAHULUAN Tkanan atmosfr adalah tkanan pada titik manapun di atmosfr. Tkanan atmosfr hampir sama dngan tkanan hidrostatik yang disbabkan olh brat udara diatas titik pngukuran. Massa udara dipngaruhi olh tkanan atmosfr, dimana massa trsbut yang mnciptakan darah dngan tkanan tinggi dan tkanan rndah. Darah brtkanan rndah mmiliki massa atmosfr yang lbih sdikit dibandingkan dngan darah yang brtkanan tinggi yang mmiliki massa atmosfr lbih bsar diatas lokasinya. Mningkatnya ktinggian mnybabkan brkurangnya jumlah molkul udara scara ksponnsial, karnanya tkanan atmosfr mnurun siring mningkatnya ktinggian dngan laju yang mnurun pula. Untuk mndapatkan data mto vrtikal brupa data ktinggian, data tkanan, data tmpratur, dan data klmbaban, Stasiun Pngamat Dirgantara Watukosk mlakukan pngamatan dngan mnggunakan Radiosond typ RS-80, yang mrupakan pralatan untuk mmbaca paramtr-paramtr yang diprlukan untuk pngukuran stiap lapisan udara scara vrtikal dngan mnggunakan wahana balon stratosfr. Slama pluncuran brlangsung radiosond trus mnrus mlakukan pmbacaan paramtr-paramtr data trsbut. Kmudian data ditransmisikan k stasiun pnrima mlalui glombang radio 1

2 yang bkrja pada frkunsi 403 MHz sprti digambarkan dalam blok diagram di bawah ini. Intrfac Snsor P, Snsor T Snsor RH, Snsor Ozon Radio Pmancar Antna pnrima Radio Pnrima Modm Prsonal Computr Gambar 1. Blok diagram sistm pngiriman dan pnrimaan data Pada gambar 1. diatas dapat dijlaskan bahwa data-data pada frkunsi trsbut ditrima olh antna pnrima di Stasiun. Antna dihubungkan k psawat radio pnrima yang kmudian mmpross untuk mmisahkan data ktinggian, data tkanan, data tmpratur, data klmbaban, dan data ozon. Slanjutnya dari radio pnrima dihubungkan k modm untuk mngubah data analog mnjadi data digital sbagai masukan pada komputr. Komputr mlakukan pross pngolahan data mnggunakan softwar Strato untuk dapat ditampilkan dalam monitor. Dari pross ini akan diktahui prubahanprubahan dari data yang diprolh di atmosfr hingga ktinggian skitar 35 Km, dngan jangkauan pngamatan mncapai radius 300 Km yang dapat mwakili sbagian bsar wilayah Jawa Timur. Dari latar blakang trsbut diatas maka dilakukan pnlitian atmosfr hidrostatis diatas watukosk dari data tkanan vrtikal dngan tujuan untuk mngtahui bsaran prubahan tkanan yang disbabkan olh prubahan ktinggian dan massa udara pada stiap lapisan, dan mndapatkan kondisi atmosfr hidrostatis srta karaktristik data tkanan vrtikal di atas Watukosk. Shingga pada akhirnya di dapatkan informasi mngnai profil tkanan vrtikal, prsamaan ksponnsial dari data hasil pngamatan dan mndapatkan rumusan formula yang tpat dari hasil pnlitian yang di laksanakan diatas Watukosk. 2. METODOLOGI PENELITIAN Data-data yang digunakan dalam pnlitian ini brasal dari data obsrvasi scara langsung ozon vrtikal tahun 2009 dari bulan Januari sampai dngan bulan Juni. Data hasil obsrvasi mnghasilkan informasi brupa data ktinggian, data tkanan, data tmpratur, data klmbaban dan data ozon vrtikal. Pada kgiatan pnlitian ini data yang digunakan 2

3 brupa data ktinggian, data tkanan, dan data tmpratur. Mtodologi pnlitian yang dilakukan pada pnlitian ini dilaksanakan dngan bbrapa tahapan, yaitu prtama dngan mlakukan obsrvasi di stasiun pngamat dirgantara LAPAN Watukosk. Stlah itu dilakukan studi litratur untuk mmplajari atmosfr hidrostatis, pngaruh prubahan tkanan dan karaktristik yang brhubungan dngan kgiatan pnlitian diatas. Stlah dilakukan studi litratur, maka dilakukan pngumpulan data yang brhubungan dngan atmosfr hidrostatis dari hasil obsrvasi ozon vrtikal bulan Januari sampai dngan Juni tahun Tahap slanjutnya mlakukan pngolahan data scara statistik dan matmatis mnggunakan mtod pngolahan dngan xcl. Sbagai pmbanding untuk data dan tkanan pada stiap ktinggian digunakan formula dari standar atmosfr Intrnational Commission for Air Navigation (I.C.A.N). 3. DATA DAN HASIL PEMBAHASAN Stasiun Pngamat Dirgantara Watukosk mlakukan pngamatan data dngan mnggunakan payload ozonsond brsama dngan Radiosond typ RS-80, yang mrupakan pralatan yang brtugas untuk mmbaca paramtr-paramtr yang diprlukan untuk pngukuran stiap lapisan udara scara vrtikal dngan frkunsi 403 MHz. Pross pngambilan data pada saat obsrvasi di tunjukkan pada gambar 2. brikut ini. Gambar 2. Pross pngambilan data Pada gambar 2. diatas diawali dngan prparation yang mrupakan rangkaian prsiapan payload sblum di gunakan, mulai dari pross kalibrasi sampai dngan ts klayakan tknis radio. Stlah prparation di lakukan langkah brikutnya mmprsiapkan pralatan pndukung agar trpasang dan brfungsi dngan baik. Langkah brikutnya mmprsiapkan balon yang akan digunakan untuk mmbawa payload trbang katas, 3

4 kmudian payload di intgrasikan dngan balon yang sudah di bri gas dngan tambahan unwindr dan paracut untuk mnjaga kstabilan alat dan kslamatan. Stlah smua pralatan trpasang dngan baik, payload siap untuk di luncurkan. Di dalam ruangan tracking dilaksanakan prkaman dan pngolahan data olh komputr yang trhubung dngan modm, radio pnrima dan antna. Contoh data summary dari hasil obsrvasi ozon vrtikal 016 brikut ini : NOAA/CMDL flight dscription fil producd on 16 January 2009 at 07:24:56 strato vrsion 8.02 Tlmtry and data analysis softwar writtn by Holgr Voml, Univrsity of Colorado. Flight numbr = 016 Flight dat = Launch tim = 12:47:39 Dat [GMT] = Tim [GMT] = 05:47:39 Location = Watukosk, Indonsia Longitud = Latitud = Tim stamp in raw data fil = GMT Launch altitud (km) = Surfac prssur (mb) = Surfac tmpratur (dg) = Surfac humidity (%) = Burst altitud (km) = Burst prssur (mb) = Instrumnt typ = Ozon Sond Vaisala numbr = Vaisala humicap snsor = H Radiation corrction = Ys A/D Systm = V2C Ozon sond numbr = 2Z7587 Total ozon column (Dobson) = 244 (78) Solution = 2%, no Buffr Tim (sc) to pump 100 ml = Lab tmp. for flowrat = 25.5 Lab humidity for flowrat = 71 Rspons tim (sc) = 24.5 Prp background #1 (ua) = 0.02 Ozon background = (ua) Background currnt (ua) = Program Strato digunakan untuk pngolahan data obsrvasi yang mrkam smua paramtr data dari sinyal snsor-snsor payload yang di luncurkan dngan mngirimkan data k antna pnrima di stasiun. Contoh data hasil obsrvasi ozon vrtikal 016 bulan Januari 2009 di tunjukkan pada tabl 1 di bawah ini. 4

5 Tabl 1. Contoh data hasil obsrvasi ozon vrtikal 016 bulan Januari 2009 Tim [min] Prss [hpa] Alt [km] Tmp [dg C] RH [%] O3 P [mpa] Thta [K] TFp V [dg C] TVaisI [dg C] O3 Mr [ppmv] T Pump [dg C] O3Bat [V] E E E E E E E E E E E E Dari data yang diprolh diatas, data yang digunakan dalam pnlitian atmosfr hidrostatis diatas Watukosk dari data tkanan vrtikal hanya mnggunakan data ktinggian, data tkanan, dan data tmpratur. Data hasil pngamatan bulan Januari sampai Juni 2009 brupa data tkanan stiap 100 mtr (hpa) di tunjukkan pada tabl 2. brikut ini. Tabl 2. Data tkanan stiap 100 mtr (hpa) tahun 2009 dari hasil pngamatan Alt (km) 016 Januari Fbruari Mart April Juni /01 29/01 13/02 26/02 13/03 25/03 15/4 29/04 11/06 25/ Slain data pngamatan yang di tunjukkan pada tabl 2 diatas, pnlitian juga mnggunakan data pmbanding dari Rfrnsi Standard Intrnasional. Tabl rfrnsi dari Th U.S Standard Atmosphr di tunjukkan pada gambar 3 di bawah ini. 5

6 Tabl 3. Th U.S Standard Atmosphr ALT PRESS TEMP ALT PRESS TEMP ALT PRESS TEMP ( Mtr ) ( mb ) ( C ) ( Mtr ) ( mb ) ( C ) ( Mtr ) ( mb ) ( C ) Pngolahan dan analisa data statistik dapat digunakan sbagai alat untuk mngtahui apakah hubungan dua atau lbih variabl bnar-bnar trkait scara bnar atau hubungan trsbut hanya brsifat random atau kbtulan. Disamping itu statistik juga dapat mnyimpulkan apakah suatu prbdaan yang diprolh bnar-bnar brbda scara signifikan, shingga mnghasilkan ksimpulan cukup rprsntatif untuk mmbrikan informasi trhadap kondisi trtntu. Dari data hasil pngamatan antara prssur dan altitud di lakukan pngolahan dngan mnggunakan program xcl shingga diprolh grafik, slanjutnya dibuat grafik pndkatan ksponnsial yang mnghasilkan prsamaan dalam bntuk prsamaan ksponnsial. Grafik hasil pngolahan data hasil pngamatan dari bulan Januari sampai dngan Juni tahun 2009 di tunjukkan pada gambar 3 di bawah ini. 6

7 Prssur ( mb ) Gambar 3. Grafik data pngolahan hasil pngamatan Dari tabl data rfrnsi Th U.S Standard Atmosphr dilakukan pngolahan data shingga di prolh grafik dngan mnggunakan program xcl, untuk slanjutnya di buat prsamaan dalam bntuk ksponnsial. Grafik dari Th U.S Standard Atmosphr di tunjukkan pada gambar 4. di bawah ini. THE U.S STANDARD ATMOSPHERE y = x Data US Standard Atmosphr Expon. (Data US Standard Atmosphr) Altitud ( m ) Gambar 4. Grafik Th U.S Standard Atmosphr Pada data hasil pngamatan didapatkan prsamaan pndkatan ksponnsial data prssur dan altitud, maximum, minimum dan rata-rata bulan Januari sampai dngan Juni 2009 yang di sajikan pada tabl 4 di bawah ini. 7

8 Tabl 4. Prsamaan pndkatan ksponnsial data prssur dan altitud bulan Januari s/d Juni 2009 Bulan Kod Prsamaan Eksponnsial Januari Fbruari Mart April Juni Maximum Minimum Rata-rata Standart ATM Prubahan tkanan dipngaruhi olh prubahan krapatan udara pada lapisannya, untuk mnntukan krapatan udara pada kadaan suhu dan tkanan normal di gunakan prsamaan l = P/RT. Untuk mnntukan prubahan tkanan udara pada ktinggian dititik manapun dalam kolom udara dapat mnggunakan prsamaan hidrostatis Δ P = P B P A = - l g Δ h dan prsamaan dari Standard Atmosphr Intrnational Commission for Air Navigation. Dalam pnlitian ini kita mnggunakan rumusan : P = Po ( 1 - βz/to ) g/rβ y y y y 1224 y y y y y y y 1216 y y x y Dimana P : Tkanan yang dicari Po : Tkanan prmukaan air laut ( mb ) β : Laps rat tmpratur ( ) To : Tmpratur prmukaan air laut ( 288 ºK = 15 ºC ) R : Konstanta gas ( 287 J/Kg ºK ) g : Gravitasi ( 9.8 m/sc 2 ) z : Titik ktinggian yang dicari tkanannya Rumusan diatas dapat juga di sdrhanakan mnjadi P = Po ( z / 288 ) Pada pnlitian ini dilakukan prhitungan scara matmatis dngan mnggunakan tiga nilai tmpratur yang brbda-bda yaitu T = K, T = K, dan T = K, slisih ratarata dngan data hasil prhitungan prssur di tunjukkan pada tabl 5 brikut ini. 8

9 ALT Tabl 5. Slisih rata-rata dngan data hasil prhitungan prssur Hasil Prhitungan Slisih AVG Prssur T = K T = K T = K Pngamatan T = K T = K T = K Pada tabl 6 didapatkan prhitungan prssur sampai dngan lapisan tropopaus mulai dari ktinggian 50 mtr sampai dngan mtr, shingga didapatkan rata-rata hasil pngamatan, slisih rata-rata hasil pngamatan dan prhitungan, srta prosntas pnyimpangan hasil prhitngan dan hasil pngamatan dngan mnggunakan tiga paramtr tmpratur yang brbda. 9

10 ALT Tabl 6. Prhitungan prssur pada lapisan tropopaus Hasil Prhitungan Prssur Dngan Tmpratur Brbda Slisih Avrag Dngan Hasil Prhitungan Prosntas Pnyimpangan (%) AVG Prssur Pngamatan T = K T = K T = K T = K T = K T = K T = K T = K T = K Jumlah Prosntas Pnyimpangan s/d Tropopaus Prosntas Pnyimpangan Stiap Titik s/d Tropopaus Pada prhitungan matmatis prssur sampai lapisan tropopaus dapat diktahui jumlah prosntas pnyimpangan stiap titik smakin bsar dngan nilai 4,8 %, 2,6 % dan 1,1%. Pada tabl 7 dilakukan prhitungan prssur ssudah lapisan tropopaus mulai dari ktinggian mtr sampai dngan mtr, shingga didapatkan rata-rata, slisih rata-rata dan prosntas pnyimpangan dngan mnggunakan tiga paramtr tmpratur yang brbda. 10

11 Prssur ( hpa ) Prssur ( hpa ) Prssur ( hpa ) ALT Tabl 7. Prhitungan prssur ssudah lapisan tropopaus Hasil Prhitungan Prssur Dngan Tmpratur Brbda Slisih Avrag Dngan Hasil Prhitungan Prosntas Pnyimpangan (%) AVG Prssur Pngamatan T = K T = K T = K T = K T = K T = K T = K T = K T = K Jumlah Prosntas Pnyimpangan Ssudah Tropopaus Prosntas Pnyimpangan Stiap Titik Ssudah Tropopaus Pada prhitungan matmatis prssur ssudah lapisan tropopaus dapat diktahui jumlah prosntas pnyimpangan stiap titik smakin bsar dngan nilai 44,4 %, 36,2 % dan 30,01%. Data Prssur Hasil Prhitungan Dngan T = 288 K Data Prssur Hasil Prhitungan Dngan T = 295 K 2,000 2,000 1,500 1,000 y = x 1,500 1,000 y = x Altitud ( m ) Altitud ( m ) Data Prssur Hasil Prhitungan Dngan T = 300 K 1,600 1, y = x Altitud ( m ) Gambar 5. Grafik data pngolahan hasil prhitungan Stlah mnggunakan rumusan dari prsamaan Standard Atmosphr Intrnational Commission for Air Navigation, maka di dapatkan grafik dan bntuk prsamaan ksponnsial dari hasil prhitungan yang di tunjukkan pada gambar 5 diatas. 11

12 4. KESIMPULAN Dari hasil pngamatan mulai bulan Januari sampai Juni 2009, maka dapat diambil ksimpulan smntara bahwa variasi profil tkanan vrtikal diatas Watukosk dapat digambarkan dngan mnggunakan prsamaan ksponnsial sbagai brikut, data hasil pngamatan y.8 y , standar atmosfr x y , dan hasil prhitungan 1476 di prolh pnyimpangan yang paling kcil pada prhitungan matmatis di tunjukkan pada pndkatan T = K dngan nilai 1,1 % sampai dngan lapisan tropopaus dan nilai 30,01 % pada prhitungan prssur ssudah lapisan tropopaus. 5. DAFTAR PUSTAKA 1. Anto Dajan, Pngantar Mtod Statistik Jilid Satu, LP3ES E. Bollay, Norman R.Brs, Handbook Of Mtorology, Editd By F.A. BERRY, JR. Captain, U.S.N. Officr-in- Charg, U.S. Navy. 3. Frdrick J. Buch, Sri Buku Schaum, Tori dan Soal-Soal Fisika Edisi Dlapan. 4. Gorg B. Thomas, JR, Ross L. Finny, Silaban - Wospakrik, Kalkulus Dan Gomtri Analitik Edisi k Enam Jilid 1, Pnrbit Erlangga. 5. Vaisala, Oprations Manual Ozonsond Usr s Guid, OES-U101n-1.2, 3 May Japan. 12