Pemanasan Bumi Meteorologi Suhu dan Perpindahan Panas Suhu merupakan besaran rata- rata energi kine4k yang dimiliki seluruh molekul dan atom- atom di udara. Udara yang dipanaskan akan memiliki energi kine4k Udara yang dipanaskan akan mengembang dan kerapatannya menjadi lebih rendah. Panas adalah energi yang sedang berpindah dari satu benda ke benda lainnya karena ada perbedaan suhu antara keduanya. Pada suhu 0 K, secara teori4s 4dak ada pergerakan molekul karena panas. 1
Suhu dan Perpindahan Panas " Skala suhu " Panas laten " Konduksi " Konveksi " Adveksi " Radiasi Skala Suhu Skala suhu yang digunakan dalam meteorologi adalah Celsius (Penggunaan umum), Fahrenheit (di USA dan Kanada), serta Kelvin (untuk keperluan komputasi). = 5 9 ( 32) K= +273.15 = 9/5 +32 = 9/5 (K 273.15)+32 2
Panas Laten Panas yang diperlukan untuk mengubah wujud benda tanpa mengubah suhunya disebut panas laten. Ke4ka uap berkondensasi menjadi awan, suhu uap turun dari menjadi, kemudian uap yang bersuhu berubah menjadi 44k- 44k air panas laten kondensasi. Panas laten yang dimiliki awan > 2500 J/kgpotensi badai pe4r dan pu4ng beliung. Panas Laten 3
Panas Laten Konduksi Peris4wa perpindahan panas dari molekul satu ke molekul lainnya pada satu benda. Konduksi diakibatkan oleh merambatnya energi getaran dari molekul yang dipanaskan ke molekul yang lebih dingin. Jika perbedaan suhu besar, maka perpindahan energi panas akan lebih cepat. Udara merupakan konduktor yang buruk; panas dari permukaan bumi hanya merambat beberapa cm saja ke lapisan udara di atasnya (jika konveksi 4dak terjadi). 4
Konveksi Peris4wa perpindahan panas ke arah ver/kal karena pergerakan fluida secara massal disebut konveksi. Konveksi pada udara dimulai ke4ka udara dipanaskan oleh permukaan bumi dan matahari. Udara di suatu daerah lebih panas dari yang lain dan mulai naik karena kerapatannya lebih rendah. Gelembung udara yang naik saat konveksi disebut thermal. Ke4ka 4ba di atas, udara yang naik ini dapat mendingin dan turun kembali ke permukaan bumi, sehingga siklus konveksi terulang. Konveksi Konveksi biasanya terjadi lebih kuat di perkotaan dibanding di desa. Hal ini karena perkotaan membuang panas ke udara lebih banyak (AC, kendaraan, pabrik, pembakaran sampah, dll.) 5
Adveksi Peris4wa perpindahan panas ke arah horizontal karena pergerakan fluida secara massal disebut adveksi. Contoh adveksi: angin yang ber4up dari Lautan Hindia membawa uap air dan panas laten ke Pulau Jawa menyebabkan hujan deras dan banjir. Radiasi Radiasi adalah energi panas yang dipindahkan dari sumber panas menuju objek dengan perantaraan gelombang elektromagne4k. Energi yang dibawa melalui radiasi semakin besar jika panjang gelombang pembawanya semakin kecil. Semua benda yang suhunya di atas 0 K mengeluarkan radiasi. Hubungan antara suhu benda dan panjang gelombang radiasi dijelaskan dengan hukum Wien, dan hubungan antara suhu benda dengan intensitas radiasi dijelaskan dengan hukum Stefan- Boltzmann. Radiasi yang dipancarkan matahari sebagian besar berada pada spektrum cahaya tampak (44%) dan inframerah (49%). 6
Keseimbangan Absorpsi dan Emisi Pada siang hari bumi menyerap energi matahari, dan pada malam hari bumi melepas energi tersebut. Kemampuan absorpsi dan emisi benda sangat bergantung pada sifat fisis benda tersebut. Benda hitam adalah benda yang mampu menyerap (dan juga memancarkan kembali) radiasi yang diterimanya dengan sempurna. Atmosfer bumi menyeleksi radiasi yang dapat diterima maupun dipancarkan permukaan bumi. Keseimbangan Absorpsi dan Emisi " Atmosfer bumi sebagai penyaring radiasi " Efek rumah kaca " Penguatan Efek Rumah Kaca " Pemanasan udara 7
Atmosfer Bumi sebagai Penyaring Radiasi Atmosfer bumi mampu menyerap sebagian radiasi matahari, dan memancarkan kembali radiasi yang telah diserap tadi. Atmosfer bumi mampu menyaring radiasi karena mengandung gas yang menyerap energi dari radiasi tersebut. Selain melindungi kita dari sinar UV, kemampuan atmosfer dalam menyaring radiasi ini dimanfaatkan untuk analisis citra satelit. Ø Grafik tingkat penyerapan radiasi oleh atmosfer. Jendela atmosfer adalah wilayah radiasi bebas keluar masuk atmosfer. Efek Rumah Kaca Sifat atmosfer bumi yang mampu menyaring radiasi menyebabkan terjadinya efek rumah kaca. Radiasi yang diserap ini 4dak bisa keluar dari atmosfer, sehingga suhu muka Bumi menjadi hangat. Awan memiliki kemampuan untuk menyerap dan memancarkan radiasi bumi pada daerah jendela atmosfer, sehingga membuat muka Bumi lebih hangat lagi. Tanpa efek rumah kaca, suhu muka Bumi akan sedingin 18. 8
Penguatan Efek Rumah Kaca Akhir- akhir ini terjadi penambahan gas CO 2, CFC, CH 4, N 2 O ke atmosfer akibat kegiatan manusia. Gas CFC adalah yang paling berbahaya karena dapat memblokir radiasi bumi pada daerah jendela atmosfer Penambahan gas- gas tersebut mengakibatkan suhu muka bumi naik 0,6 dalam 100 tahun terakhir. Karena memperkuat efek rumah kaca, gas- gas tersebut dinamai posi,ve feedback. Awan dan lautan merupakan nega,ve feedback karena memperlemah penguatan efek rumah kaca. Walaupun sama- sama menyerap radiasi bumi pada rentang jendela atmosfer, awan lebih banyak memantulkan radiasi matahari dibanding CFC. Pemanasan Udara Pemanasan udara di troposfer sebagian besar diakibatkan oleh pemanasan muka bumi. Sinar matahari yang mengenai molekul- molekul udara hanya memiliki efek yang kecil udara merupakan konduktor yang buruk. Ke4ka sinar matahari mengenai permukaan Bumi, suhu muka Bumi akan naik dan secara konduksi panas akan dipindahkan ke udara beberapa cm di atasnya lapisan udara panas ini 4dak stabil sehingga mengalami konveksi. Konveksi memindahkan dan mencampurkan udara panas bersama dengan lapisan udara dingin suhu udara menjadi lebih merata. Ke4ka sore hari, suhu udara 4dak turun dras4s karena ada sebagian energi radiasi yang diserap gas- gas rumah kaca yang dipancarkan kembali. 9
Penerimaan Energi Matahari " Refleksi dan Penyebaran Cahaya " Keseimbangan Energi di Bumi " Mengapa Bumi Memiliki Musim " Musim di Belahan Bumi Utara " Musim di Belahan Bumi Selatan " Variasi Lokal Musiman Refleksi dan Penyebaran Cahaya Konstanta matahari adalah jumlah energi matahari yang jatuh tegak lurus bagian terluar atmosfer Bumi 1365 hingga 1372 Wm - 2. Ke4ka sinar matahari mengenai par4kulat dan molekul gas di atmosfer, cahayanya akan terpantul ke mana- mana. Jenis pemantulan ini disebut penyebaran cahaya. Karena molekul gas umumnya lebih kecil daripada panjang gelombang cahaya, maka dia lebih efek4f dalam menyebarkan cahaya dengan gelombang pendek (pada siang hari). Pada sore hari, cahaya matahari melewa4 lapisan udara yang lebih tebal, membuat gelombang biru 4dak tersebar dengan baik akhirnya cahaya dengan panjang gelombang pendek (kuning, orange) yang tersebar. 10
Refleksi dan Penyebaran Cahaya Komposisi radiasi matahari. Intensitas gelombang biru > gelombang ungu, sehingga warna langit pada siang hari biru. Pada sore hari warna langit menjadi kuning bukan hijau- karena sinar matahari terlalu terang. Refleksi dan Penyebaran Cahaya Refleksi berbeda dengan penyebaran cahaya karena pada peris4wa refleksi, intensitas cahaya yang dipantulkan lebih kuat dibanding penyebaran cahaya. Albedo adalah persentase radiasi yang dipantulkan dibandingkan dengan radiasi yang diterimanya. Karena intensitas radiasi merupakan besaran skalar, maka dalam kehidupan sehari- hari total radiasi yang kita terima berasal dari radiasi yang langsung dari sumber ditambah dengan radiasi dari pantulan. Benda Albedo Salju 75-95 Awan tebal 60-90 Es 30-40 Pasir 15-45 Hutan 3-10 11
Keseimbangan Energi di Bumi Keseimbangan Energi di Bumi Asumsikan energi matahari total ada 100 unit. Energi matahari yang diterima permukaan Bumi = 51 unit. Energi matahari yang diserap atmosfer ada 19 unit. Karena permukaan Bumi bersuhu > 0 K, maka ia juga mengeluarkan radiasi inframerah sepanjang waktu, membuat total energi yang diberikan ke atmosfer mencapai 147 unit. 6 unit energi radiasi dari muka bumi kabur ke angkasa luar. Total energi yang dimiliki atmosfer (dari pancaran radiasi muka bumi + energi hasil penyerapan sinar matahari) = 160 unit. Atmosfer membuang 64 unit energi radiasi ke angkasa luar. 96 unit energi radiasi tersebut dikembalikan lagi ke Bumi sebagai efek rumah kaca. 12
Mengapa Bumi Memiliki Musim Pada lintang- lintang 4nggi, cahaya matahari jatuh ke muka bumi dengan sudut datang tertentu dan melewa4 lapisan atmosfir yang lebih tebal bandingkan dengan daerah tropis. Akibatnya, fluks radiasi yang diterima muka bumi pada lintang 4nggi kurang dari fluks radiasi pada daerah tropis. Selain itu, kemiringan Bumi pada porosnya juga membuat panjang hari di lintang 4nggi berubah secara mencolok perubahan suhu dan musim yang dras4s. Ke4ka di suatu bagian Bumi menerima lebih banyak radiasi matahari daripada di tempat lain, maka tempat itu sedang mengalami musim panas (di Indonesia = hujan). Sebaliknya pada musim dingin (Indonesia = kemarau), bagian Bumi yang mengalaminya menerima fluks radiasi kurang dari tempat lain. Musim di Belahan Bumi Utara Pada belahan Bumi Utara, tanggal 21 Juni adalah hari pertama musim panas astronomis, dan tanggal 21 Desember adalah hari pertama musim dingin astronomis. Pada musim dingin, salju dapat turun hingga sejauh Vietnam dan Aljazair. Wilayah- wilayah dekat kutub dapat mengalami malam hari berminggu- minggu Pada musim panas, wilayah- wilayah seper4 Eropa Barat, Rusia, dan Pantai Timur Amerika dapat mengalami gelombang panas (suhu di atas 35 o C ) akibat tekanan udara 4nggi. Wilayah yang terletak dekat kutub mengalami sinar matahari 24 jam. Di Indonesia bagian utara, musim hujan biasanya terjadi pada pertengahan tahun, mengiku4 tekanan rendah yang terbentuk se4ap musim panas di wilayah Asia. 13
Musim di Belahan Bumi Selatan Pada belahan Bumi Selatan, tanggal 21 Juni adalah hari pertama musim dingin astronomis, dan tanggal 21 Desember adalah hari pertama musim panas astronomis. Pada musim dingin, salju biasanya turun sampai sejauh Santa Catarina, Brazil dan Afrika Selatan. Peris4wa gelombang panas jarang terjadi di belahan bumi selatan biasanya hanya terjadi di Australia, dan mengakibatkan kebakaran hutan di sana. Hal ini karena luasnya lautan di belahan bumi selatan. Di Indonesia bagian selatan, musim hujan biasanya terjadi pada akhir dan awal tahun, mengiku4 tekanan rendah yang terbentuk se4ap musim panas di wilayah Australia. Pada musim kemarau, cuaca di Indonesia bagian selatan lebih dipengaruhi oleh tekanan 4nggi di Australia Barat. 1 2 3 Musim di Belahan Bumi Selatan Posisi matahari di atas Kota Yogyakarta pada tengah hari tanggal 1) 21 Desember 2) 20 Maret dan 22 September 3) 21 Juni 14
Variasi Lokal Musiman Variasi lokal musiman terjadi akibat variasi kondisi geografis suatu daerah. Keberadaan gunung, bukit, danau, atau bentang alam lainnya dapat mempengaruhi cuaca di suatu daerah mempengaruhi pola hidup makhluk di sana. Kawasan gunung di Kulon Progo, sisi barat lebih hijau dari sisi timur karena angin barat membawa lebih banyak hujan dibanding angin timur. Jenis batuan di wilayah itu hampir serupa. 15