HIDROMETEOROLOGI Tatap Muka Ke 6 (KELEMBABAN UDARA) Dosen : DR. ERY SUHARTANTO, ST. MT. JADFAN SIDQI FIDARI, ST. MT. js1 1. Kelembaban Mutlak dan Relatif Kelembaban udara menggambarkan kandungan uap air di udara yg dapat dinyatakan sebagai kelembaban mutlak, kelembaban nisbi (relatif) maupun defisit tekanan uap air. Kelembaban mutlak adalah kandungan uap air (dapat dinyatakan dengan massa uap air atau tekanannya) per satuan volume. 1
Slide 2 js1 jadfan sidqi, 3/29/2016
1. Kelembaban Mutlak dan Relatif Kelembaban nisbi membandingkan antara kandungan/tekanan uap air aktual dgn keadaan jenuhnya atau pada kapasitas udara untuk menampung uap air. Kapasitas udara untuk menampung uap air tersebut (pada keadaan jenuh) ditentukan oleh suhu udara. 1. Kelembaban Mutlak dan Relatif Sedangkan defisit tekanan uap air adalah selisih antara tekanan uap jenuh dan tekanan uap aktual. Masing masing pernyataan kelembaban udara tersebut mempunyai arti dan fungsi tertentu dikaitkan dgn masalah yg dibahas. 2
1. Kelembaban Mutlak dan Relatif Sebagai contoh, laju penguapan dari permukaan tanah lebih ditentukan oleh defisit tekanan uap air daripada kelembaban mutlak maupun nisbi. Sedangkan pengembunan akan terjadi bila kelembaban nisbi telah mencapai 100% meskipun tekanan uap aktualnya relatif rendah. 2. Pernyataan Kelembaban A. Kerapatan uap air adalah massa uap air per satuan volume udara yg mengandung uap air tsb, yg dapat dituliskan sbb: ρ v = m v /V Dengan : ρ v = kerapatan uap air (kg m 3 ) m v = massa uap air (kg) pada volume udara sebesar V V= volume udara (m 3 ) 3
a. Kerapatan uap air Kerapatan ini merupakan pernyataan kelembaban mutlak yg besarnya ditentukan oleh massa uap air (m v ) yg dikandung udara tersebut. Pada daerah lembab dan panas spt Indonesia dapat diduga bahwa ρ v akan lebih tinggi daripada daerah temperate yg relatif kering terutama pada musim dingin (winter). Pada musim dingin kapasitas udara untuk menampung uap air menjadi kecil. b. Tekanan uap air Pernyataan tekanan uap air (e a ) lebih umum digunakan daripada kerapatannya (ρ v ). Berdasarkan Hukum Gas Ideal, tekanan uap air tsb dapat dinyatakan sbb : e a = n.r.t/v Dengan : n = jumlah mol R = tetapan gas umum (8,3143 JK 1 mol 1 ) T = suhu mutlak (K) V = volume udara (m 3 ) 4
c. Kelembaban spesifik dan nisbah campuran Kelembaban spesifik (spesific humidity, q) adalah perbandingan antara massa uap air (m v ) dgn massa udara lembab, yaitu massa udara kering (m d ) bersama sama uap air tsb (m v ). q = m/(m d + m v ) Tetapi bila massa uap air tsb hanya dibandingkan dgn massa udara kering, maka disebut nisbah campuran (mixing ratio) dilambangkan dgn r r = m v /m d d. Kelembaban nisbi (relative humidity, RH) Kelembaban nisbi merupakan perbandingan antara kelembaban aktual dengan kapasitas udara untuk menampung uap air. Bila kelembaban aktual dinyatakan dgn tekanan uap aktual (e a ), maka kapasitas udara untuk menampung uap air tsb merupakan tekanan uap jenuh (e s ). Sehingga kelembaban nisbi (RH) dapat dituliskan dalam (%) sbb : RH = 100 e a /e s 5
d. Kelembaban nisbi (relative humidity, RH) Bila RH = 100% maka tekanan uap aktual akan sama dengan tekanan uap jenuh. Tekanan uap jenuh (atau kapasitas udara untuk menampung uap air) tergantung oleh suhu udara. Semakin tinggi suhu udara, maka kapasitas untuk menampung uap air atau e s meningkat. Oleh sebab itu pada ea yg tetap, RH akan lebih kecil bila suhu udara meningkat dan sebaliknya RH makin tinggi bila suhu udara lebih rendah. d. Kelembaban nisbi (relative humidity, RH) Tekanan uap jenuh seperti e s dapat dihitung dari fungsi suhu udara berdasarkan persamaan empiris sbb: e s = 6,1078 e {17,239 T/(T+237,3)} Dengan : e s = tekanan uap jenuh (mb) T = suhu udara ( C) 6
e. Defisit tekanan uap air Selisih antara tekanan uap air jenuh dgn tekanan uap aktualnya menyatakan defisit tekanan uap air (vpd). Defisit ini menunjukkan bahwa semakin tinggi nilainya udara semakin kering dan dapat dihitung sbb: vpd = e s e a f. Suhu titik embun (dew point) Pada tekanan uap air (e a ) tetap maka pendinginan udara (suhu udara turun) akan meningkatkan RH sampai 100% pada saat e a = e s. Suhu pada waktu tercapai e a = e s disebut dgn suhu titik embun (T d ) dan bila suhu turun terus maka uap air akan berubah menjadi air (kondensasi). Di alam pengembunan terjadi pada pagi hari sekitar saat terjadinya suhu minimum. 7
f. Suhu titik embun (dew point) Proses kondensasi ini juga terjadi di awan dgn suhu titik embun terjadi pada aras kondensasi yg merupakan dasar awan. Di atas dasar awan suhunya makin rendah sehingga uap air akan berubah menjadi butir butir air (kondensasi) ygmembentuk awan tersebut. 3. Sebaran Kelembaban Udara a. Sebaran kelembaban nisbi menurut waktu Karena kapasitas udara untuk menampung uap air (sering dinyatakan dgn e s ) semakin tinggi dgn naiknya suhu udara, maka pada tekanan uap aktual (e a ) yg relatif tetap antara siang dan malam hari mengakibatkan RH akan lebih rendah pada siang hari tetapi lebih tinggi pada malam hari. 8
a. Sebaran kelembaban nisbi menurut waktu RH lebih tinggi pada malam hari dan mencapai maksimum pada pagi hari sebelum matahari terbit menyebabkan proses pengembunan bila udara bersentuhan dgn bidang/permukaan yg suhunya lebih rendah dari suhu titik embun. Embun terbentuk pada tempat tempat yg terbuka atau tidak ternaungi seperti bagian terluar dari tajuk pohon dan di rumput yg tidak terlindungi oleh tanaman atau benda benda lainnya. a. Sebaran kelembaban nisbi menurut waktu Tempat tempat tersebut mempunyai suhu terendah pada malam hari karena paling banyak kehilangan energi melalui pancaran radiasi gelombang panjang. Di daerah tropika basah seperti Indonesia, kelembaban rata rata harian atau bulanan relatif tetap sepanjang tahun, umumnya RH lebih dari 60%. 9
a. Sebaran kelembaban nisbi menurut waktu Perubahan kelembaban rata rata ini tidak terlalu jelas karena variasi suhu harian yg juga sangat kecil. Sedangkan untuk daerah lintang tinggi, variasi kelembaban nisbi relatif lebih besar karena variasi suhu hariannya yg juga besar. b. Sebaran kelembaban nisbi menurut tempat Kelembaban nisbi pada suatu tempat tergantung pada suhu yg menentukan kapasitas udara untuk menampung uap air serta kandungan uap air aktual di tempat tersebut. Kandungan uap air aktual ini ditentukan oleh ketersediaan air di tempat tersebut serta energi untuk menguapkannya. 10
b. Sebaran kelembaban nisbi menurut tempat Jika daerah tersebut basah dan panas seperti daerah daerah di Kalimantan, maka penguapan akan besar yg berakibat pada kelembaban mutlak serta kelembaban nisbi yg tinggi. Sedangkan daerah pegunungan di Indonesia umumnya mempunyai kelembaban nisbi yg tinggi karena suhunya rendah sehingga kapasitas udara utk menampung uap air relatif kecil. b. Sebaran kelembaban nisbi menurut tempat Secara makro, kelembaban nisbi (RH) umumnyatinggi pada pusatpusat tekanan rendah berkaitan dgn naiknya massa udara lembab sebagai salah satu syarat pembentukan awan dan hujan. Karena banyak hujan maka banyak air yg dapat diuapkan sehingga daerah tersebut menjadi relatif lembab. 11
b. Sebaran kelembaban nisbi menurut tempat Kelembaban nisbi tertinggi terjadi di daerah ITCZ karena penguapannya yg tinggi akibat penerimaan energi radiasi surya yg besar sepanjang tahun. Sebaliknya pada pusat pusat tekanan tinggi (antisiklon), disamping jarang hujan, kelembaban nisbi yg rendah disebabkan massa udara yg turun membawa udara kering karena uap air sudah terkondensasi menjadi awan di tempat lain. 4. Prinsip Pengukuran Kelembaban Udara Beberapa prinsip yg umum digunakan dalam pengukuran kelembaban udara yaitu (1) metode pertambahan panjang dan, (2) massa pada benda benda higroskopis, serta (3) metode termodinamika. Alat pengukur kelembaban udara secara umum disebut higrometer sedangkan yg menggunakan metode termodinamika disebut dgn psikrometer. 12
a. Metode pertambahan panjang Pada metode pertambahan panjang, peningkatan kelembaban (nisbi) berkorelasi dengan pertambahan panjang benda higroskopis (rambut). Sehingga higrometer dapat dibuat berdasarkan kalibrasi hubungan antara kelembaban nisbi dgn pertambahan panjang benda higroskopis tsb. b. Metode pertambahan massa Metode pertambahan berat benda higroskopis (misalnya silica gel) mengukur kelembaban mutlak, yaitu mengukur massa uap air yg diserap oleh benda higroskopis dari suatu volume udara yg dialirkan melalui benda higroskopis tersebut. Massa uap air dihitung dari pertambahan massa benda higroskopis tsb secara gravimetrik (selisih antara massa akhir dgn massa awal), sedangkan volume udara dihitung dari perkalian antara waktu dgn laju aliran udara yg dialirkan. 13
c. Metode termodinamika Pada metode ini alat ukur yg digunakan adalah dua buah termometer yaitu termometer bola kering (T BK ) dan termometer bola basah (T BB ). Termometer T BK digunakan untuk mengukur suhu udara, sedangkan T BB sebenarnya adalah T BK yg dibungkus kain basah, dengan dibungkus kain basah, seolah olah kita berada dalam suatu ruangan lembab dgn kelembaban sebesar 100%. c. Metode termodinamika Pertambahan kelembaban dari keadaan di luar (sebenarnya) menjadi 100% disebabkan oleh pertambahan uap air yg berasal dari kain basah tsb. Penguapan kain basah ini memerlukan energi yg berasal dari ruangan yg kita bayangkan tsb (proses adiabatik) sehingga suhu yg terukur dgn T BB akan lebih kecil dari T BK. 14