Tekanan Udara dan Angin

A.     Pengertian Isoterm dan Isobar

Isotherm- isoterm : Garis dalam peta cuaca yang menghubungkan tempat- tempat yang mempunyai temperatur rata- rata yang sama pada suatu periode waktu tertentu; temperatur tersebut biasanya dikurangi menjadi temperatur muka laut untuk menghindarkan perbedaan- perbedaan altitude.

Isobar : Garis pada peta yang menghubungkan tempat-tempat yang sama tekanan udaranya.

B.     Satuan pengukuran udara

Udara mempunyai berat dan tekanan. Besar atau kecilnya tekanan udara, dapat diukur dengan menggunakan barometer. Orang pertama yang mengukur tekanan udara adalah Torri Celli (1643).Alat yang digunakannya adalah barometer raksa.

Tekanan udara menunjukkan tenaga yang bekerja untuk menggerakkan masa udara dalam setiap satuan luas tertentu. Tekanan udara semakin rendah apabila semakin tinggi dari permukaan laut. Satuan ukuran tekanan udara adalah milibar (mb) atau hector-pascal (HPa).

1 mb = 1 Hpa = 3/4 mmHg (tekanan air raksa) atau 1.013 mb = 76 cm Hg = 1 atmosfer

C.     Faktor terjadinya tekanan udara

1.    Lintang bumi

Pengaruh lintang bumi melalui temperature menghasilkan pola mintakat tekanan udara pada permukaan bumi yang simetris. Sepanjang katulistiwa terdapat lingkaran tekanan rendah (cold pola latitude) terdapat daerah yang terus menerus bertekanan tinggi. Ditengah-tengah antara 60 0 -700 terdapat lingkaran tekanan rendah subpolar (subpolar lows). Antara 250-350 terdapat lingkaran tekanan tinggi subtropika. Mintakat-mintakat tekanan ini disamping disebabkan oleh temperature juga dipengaruhi oleh faktor-faktor lain, seperti angin. Lingkaran-lingkaran tekanan ini juga tidak permanen akan tetapi sangat dipengarhi oleh pergerakan tahunan dari matahari dan sebaran daratan dan lautan.

2.    Sebaran lautan dan daratan

Pengaruh sebaran daratan dan lautan ini sangat jelas pada lintang-lintang pertengahan. Pada musim dingin benua relatif lebih dingin dan mempunyai tendensi membentuk pusat-pusat tekanan tinggi. Pada musim panas lebih panas dari pada lautan dan mempunyai tendensi diliputi oleh pusat-pusat pusat-pusat tekanan rendah. Sebaliknya lautan dipengaruhi tekanan rendah pada musim dingin dan tekanan tinggi pada musim panas. Dari peta isobar yang menunjukan tekanan permukaan laut untuk bulan Januari dan Juli (keadaan yang ekstrim) terlihat bahwa:

a.    Atlantik utara ada dibawah pengaruh tekanan tinggi pada musim panas dan tekanan rendah pada musim dingin

b.    Belahan bumi selatan yang mempunyai permukaan lebih homogen (banyak lautan) tidak menunjukan adanya perbedaan-perbedaan musiman yang besar. 

c.    Isobar pada lintang 40 0- 700 selatan hampir sejajar dan terbentang sepanjang garis lintang

d.   Adanya pusat tekanan tinggi terus-menerus dan teraturnya sobar dibelahan bumi selatan disebabkan kecilnya pengaruh sebaran lautan dan daratan. 

3.   Tinggi Rendahnya Tempat 

Semakin tinggi suatu tempat, lapisan udaranya semakin tipis dan semakin renggang, akibatnya tekanan udara semakin rendah.Tekanan udara di suatu tempat pada umumnya dipengaruhi oleh penyinaran matahari. Daerah yang banyak mendapat sinar matahari mempunyai tekanan udara rendah dan daerah yang sedikit mendapat sinar matahari mempunyai tekanan udara tinggi. 

Tekanan udara pada suatu tempat berubah sepanjang hari. Alat pencatat tekanan udara dinamakan barograf.

Pada barograf tekanan udara sepanjang hari tergores pada kertas yang dinamakan barogram. Bila hasilnya dibaca secara teliti, maka tekanan udara tertinggi terjadi pada pukul 10.00 (pagi) dan pukul 22.00 (malam) dan tekanan rendah terjadi pada pukul 04.00 (pagi) dan pukul 16.00 (sore).

4.      Temperatur
Jika temperatur udaranya tinggi, maka volume molekul udara berkembang sehingga tekanan udara menjadi rendah, sebaliknya jika temperatur udara menjadi kecil, maka tekanan udara menjadi tinggi.

D.  Pola Tekanan Udara

Tekanan udara berbeda antara lokasi yang satu dengan lokasi yang lain dan pada lokasi tertentu dapat berubah secara dinamis dari waktu ke waktu. Perbedaan atau perubahan tekanan udara ini terutama disebabkan oleh pergeseran garis edar matahari, keberadaan bentang laut, dan ketinggian tempat (altitude). 

Pergeseran garis edar matahari akan menyebabkan fluktuasi suhu musiman, terutama untuk daerah garis lintang pertengahan. Suhu akan berpengaruh terhadap pemuaian dan penyusutan volume udara. Jika udara memuai maka udara menjadi lebih renggang dan akibatnya tekanannya akan menurun, sebaliknya jika volume udara menyusut, maka kerapatan udara tersebut menjadi lebih tinggi dan akibatnya tekanannya akan meningkat. 

Keberadaan bentangan laut besar perannya dalam mempengaruhi fluktuasi tekanan udara, karena laut merupakan pemasok uap air ke udara (melalui proses evaporasi). Penambahan uap air ke udara akan menyebabkan tekanan udara tersebut meningkat. Fenomena ini yang menyebabkan terjadinya angin laut pada siang hari. 

Karena adanya pengaruh berbagai faktor diatas, terbentuk pusat-pusat tekanan rendah dan pusat-pusat tekanan tinggi. Pusat-pusat ini tidak bersifat permanen, akan tetapi lebih bersifat temporer, sesuai dengan dinamika unsur-unsur iklim yang mempengaruhi tekanan udara tersebut. Pusat tekanan rendah disebut siklon atau depresi atau low, sedangkan pusat tekanan tinggi disebut antisiklon atau high. Jika pusat tekanan rendah tersebut berbentuk memanjang, maka disebut palung atau trough.Untuk pusat tekanan tinggi yang memanjang disebut ridge. 

E.  Sebaran Tekanan Udara

1.    Sebaran vertical

Udara dekat permukaan bumi lebih rapat dan lebih berat dari pada lapisan udara diatasnya. Oleh karena itu tekanan udara selalu turun dengan naiknya ketinggian. Kerapatan udara tergantung pada temperature uap air di udara dan gaya berat, sehingga hubungan antara tekanan dan ketinggian adalah cukup kompleks. Sebagai aturan umum dapat dikemukakan bahwa tekanan udara turun 1/30 kali untuk setiap naik 300 m (=1 mm Hg setiap naik 11 meter).

2.  Sebaran horizontal 

Faktor-faktor yang mempengaruhi sebaran tekanan udara sama dengan yang mempengaruhi temperatur. Untuk menggambarkan tekanan udara pada suatu daerah ditarik garis-garis isobar. Garis ini menggambarkan sebaran tekanan udara pada suatu periode tertentu atau sebaran rata-rata untuk suatu periode tertentu. Pada peta tekanan udara permukaan isobar biasa dibuat untuk tiap perbedaan tekanan 3 milibar (760 mm Hg=1.013 milibar). Disamping itu isobar juga dapat dilukis pada penampang vertical melalui atmosfer yang menunjukan sebaran tekanan udara dengan tinggi. 

F.   Variasi Tekanan Udara
Tekanan udara dibatasi oleh ruang dan waktu. Artinya pada tempat dan waktu yang berbeda, besarnya juga berbeda. Tekanan udara secara vertikal yaitu makin ke atas semakin menurun. Hal ini dipengaruhi oleh: 

·         Komposisi gas penyusunnya makin ke atas makin berkurang.

·         Sifat udara dapat dimanfaatkan, kekuatan gravitasi makin ke atas makin lemah.

·         Adanya variasi suhu secara vertikal di atas troposfer (>32 km) sehingga makin tinggi tempat suhu makin naik.

Tekanan udara secara horizontal yaitu variasi tekanan udara dipengaruhi suhu udara, bahwa daerah yang suhu udaranya tinggi akan bertekanan rendah dan daerah yang bersuhu udara rendah tekanannya tinggi. Pola penyebaran tekanan udara horizontal dipengaruhi: 
• Lintang tempat.
• Penyebaran daratan dan lautan.
• Pergeseran posisi matahari tahunan.

G. ANGIN

Angin adalah udara yang bergerak. Tiga hal penting yang menyangkut sifat angin, yaitu kekuatan angin, arah angin, dan kecepatan angin.

a.    Kekuatan angin

Menurut hukum Stevenson,:

 “ Kekuatan angin berbanding lurus dengan gradien barometric “. 

Gradien barometrik adalah angka yang menunjukkan perbedaan tekanan udara dari dua isobar pada tiap jarak 15 meridian (111 km).  Faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan angin :

1.      Gradient barometric , yaitu angka yang menunjukkan perbedaan tekanan udara melalui dua garis isobar yang dihitung untuk setiap 1º atau 111 km di ekuator.

2.    Relief permukaan bumi.

3.    Panjangnya siang dan malam.

b.    Arah angin

Satuan yang digunakan untuk batasan arah angin biasanya adalah derajat.

- 0 untuk angin dari arah utara.

- 90 untuk angin dari arah timur.

- 180 untuk angin dari arah selatan.

- 270 untuk angin dari arah barat.

Hukum Buys Ballot :

1.      Angin mengalir dari tempat yang bertekanan maksimum (dingin) ke tempat yang bertekanan minimum (panas).

2.      Angin yang datang dari belahan Utara dibelokkan ke kanan, sedangkan angin yang datang dari belahan Selan dibelokkan ke kiri.

 Penyimpangan ini disebabkan oleh perputaran bumi pada porosnya yang disebut gaya koriolis.

Arah angin dipengaruhi oleh tiga faktor, yaitu:

a. Gradien barometrik

b. Rotasi bumi

c. Kekuatan yang menahan (rintangan).

Makin besar gradient barometrik, makin besar pula kekuatannya. Angin yang besar kekuatannya makin sulit berbelok arah. Rotasi bumi, dengan bentuk bumi yang bulat, menyebabkan pembelokan arah angin. Pembelokan angin di ekuator sama dengan 0 (nol). Makin ke arah kutub pembelokannya makin besar. Pembelokan angin yang mencapai 90 derajat sehingga sejajar dengan garis isobar disebut angin geotropik. Hal ini banyak terjadi di daerah beriklim sedang di atas samudra. Kekuatan yang menahan dapat membelokan arah angin. Sebagai contoh, pada saat melalui gunung, angin akan berbelok ke arah kiri, ke kanan atau ke atas.

c. Kecepatan angin

Atmosfer ikut berotasi dengan bumi. Molekul-molekul udara mempunyai kecepatan gerak ke arah timur, sesuai dengan arah rotasi bumi. Kecepatan gerak tersebut disebut kecepatan linier. Bentuk bumi yang bulat ini menyebabkan kecepatan linier makin kecil jika makin dekat ke arah kutub. Alat yang digunakan untuk mengukur kecepatan angin disebut anemometer.

Macam-macam Angin

a. Angin pasat

Angin yang berhembus terus-menerus dari daerah maksimum subtropik ke daerah minimum katulistiwa (doldrum). Di belahan bumi utara terdapat angin pasat timur dan di belahan bumi selatan terdapat angin pasat tenggara.

b. Angin antipasat

Udara yang naik di daerah katulistiwa yang setelah sampai di lapisan atas, mengalir ke daerah kutub dan turun di daerah subtropik.

c. Angin barat

Angin antipasat yang menuju ke daerah kutub yang akan membelok ke arah timur sampai pada wilayah garis lintang 400. Angin ini berasal dari barat, sehingga disebut angin barat.

d. Angin muson

Angin yang selalu berganti arah setiap setengah tahun mengikuti letak matahari. Indonesia dilalui angin muson, yaitu angin muson barat dan angin muson timur.

e. Angin siklon

Angin yang masuk dari daerah bertekanan udara maksimum yang mengelilingi udara daerah bertekanan udara minimum (daerah depresi), sehingga garis isobar tertutup dan udara bergerak memusat ke arah dalam. Di belahan bumi utara, berlawanan arah jarum jam, sedangkan di belahan bumi selatan se arah dengan jarum jam. Siklon yang beregrak dibedakan menjadi:

- Siklon tropis, yang terjadi di wilayah lautan pada lintang 100 – 200

- Siklon ekstra tropis, terjadi di wilayah sekitar 350 – 650

- Tornado, badai angin siklonik dengan kekuatan angin tinggi

f. Angin antisiklon

Angin yang bergerak dari suatu daerah bertekanan maksimum yang di kelilingi oleh massa udara bertekanan minimum, sehingga udara berputar keluar. Di belahan bumi utara, se arah dengan jarum jam, sedangkan di belahan bumi elatan berlawanan dengan jarum jam.

 g. Angin lokal

Angin lokal terdiri dari tiga macam, yaitu:

1)   Angin darat dan angin angin laut

Angin darat adalah angin yang bertiup dari dari darat ke laut. Angin darat terjadi pada malam hari.Angin laut, adalah angin yang bertiup dari laut ke darat. Angin laut terjadi pada siang hari

2)   Angin lembah

Angin yang bergerak dari lembah ke gunung, sedangkan angin gunung adalah angin yang beregrak dari gunung menuju ke lembah. Angin gunung terjadi pada malam hari dan angin lembah terjadi pada siang hari,

3) Angin fohn

Angin yang sifatnya jatuh atau turun, kering dan panas di lereng gunung. Angin fohn terjadi karena massa yang mengandung uap air naik ke suatu lereng pegunungan, sehingga suhunya turun terus menerus sampai mencapai kondensasi dan menurunkan hujan.

Jenis-jenis angin fohn yang berhembus di Indonesia

- Angin bahorok di Sumatera Utara

- Angin Kumbang di Jawa Tengah

- Angin Gending dan Angin Grenggong di Jawa Timur

- Angin Brubu di Sulawesi Selatan

- Angin Wambraw di Papua

Atmosfer Bumi

ATMOSFER

A.      Pengertian Atmosfer

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.

B.       Jenis-jenis udara berdasarkan sifatnya

C.      Udara Kering

Udara kering (gas tanpa air dan aerosol) mencakup 96% dari volume atmosfer, yang terdiri dari dua kelompok yaitu kelompok gas utama yang meliputi 99,99 % volume udara kering dan sisanya 0,01 % berupa kelompok gas penyerta. Sebagian dari gas penyerta bersifat permanen karena tidak mudah mengurai. 

Tabel 1.  Komponen normal udara kering

Kelompok	Nama Gas	Lambang Kimia	Konsentrasi	Berat molekul
A.      Gas Utama	Nitrogen	N2	78,08 %	28,02
	Oksigen	O2	20,94 %	32,00
	Argon	Ar	0,93 %	39,88
	Karbon dioksida	CO2	0,03 % (bervariasi)	44,00
B.       Gas Penyerta
1.        Gas Permanen	Neon	Ne	18,00 ppm	20,18
	Helium	He	5,20 ppm	4,06
	Krypton	Kr	1,10 ppm	-
	Xenon	Xe	0,086 ppm	-
	Hydrogen	H2	0,52 ppm	2,02
	Nitrous oksida	N2O	0,25 ppm	-
2.        Gas tidak permanen (reaktif)
	Karbon Monoksida	CO	0,1 ppm	-
	Methane	CH4	1,4 ppm	-
	Hydro carbon	HC	0,02 ppm	-
	Nitric Oksida	NO	(0,2 – 2,0) x 10-3 ppm	-
	Nitrogen dioksida	NO2	(0,5 – 4,0) x 10-3 ppm	-
	Amoniak	NH3	(6,0 – 20) x 10 -3 ppm	-
	Sulfur dioksida	SO2	(0,03 – 1,2) x 10-3 ppm	-
	Ozone	O3	(0,0 – 05) ppm	48,00

D.       Manfaat i Lapisan Atmosfer (Atmosfir) Bumi

1. Melindungi bumi dari benda-benda angkasa yang jatuh ke bumi karena terkena gaya gravitasi bumi.

2. Melindungi bumi dari radiasi ultraviolet yang berbahaya bagi kehidupan makhluk hidup dengan lapisan ozon.

3. Mengandung gas-gas yang dibutuhkan manusia, hewan dan tumbuhan untuk bernafas dan untuk keperluan lainnya seperti oksigen, nitrogen, karbon dioksida, dan lain sebagainya.

4.  Media cuaca yang mempengaruhi awan, angin, salju, hujan, badai, topan, dan lain-lain.

5.      Mendistribusikan air ke berbagai wilayah permukaan bumi

6.      Memantulkan gelombang radio yang penting dan berguna untuk perhubungan dan komunikasi di bumi. 

7.      Menjaga temperatur bumi agar tetap hangat. Atmosfer menjaga agar suhu antara siang dan malam hari tidak terlalu jauh berbeda.

E.       Lapisan Udara

a.      Troposfer

Beberapa ciri khas dari lapisan bawah atmosfer ini diantaranya adalah :

1.      Terdapat pada ketinggian mulai dari permukaan laut hingga ketinggian 8 km di daerah kutub dan 16 km di ekuator.  Rata-rata ketinggian puncak troposfer seluruh dunia adalah 12 km

2.       Satu-satunya lapisan atmosfer yang mengandung air (air, uap, maupun es) dan berlangsung evaporasi dan kondensasi

3.      Ruang terjadinya sirkulasi dan turbulensi seluruh bahan atmosfer sehingga menjadi satu-satunya lapisan yang mengalami pembentukan dan perubahan cuaca seperti angin, awan, prepitasi, badai, kilat dan Guntur

4.      Kecepatan angin bertambah dengan naiknya ketinggian dan di troposfer ini pemindahan energy berlangsung.  Radiasi surya menyebabkan pemanasan permukaan bumi yang selanjutnya panas tersebut diserap oleh air untuk berubah menjadi uap.  Oleh proses evaporasi, energy panas diangkat oleh uap ke lapisan atas yang lebih tinggi berupa panas laten.  Setelah terjadi pendinginan akhirnya berlangsung proses kondensasi, uap air berubah menjadi titik-titik air pembentuk awan, sedangkan panas latennya dilepas memasuki atmosfer dan menaikkan suhunya

5.      Pada lapisan ini suhu udara turun dengan bertambahnya ketinggian (dT/dz < 0) atau pada keadaan lapse rate.  Rata-rata lapse rateseluruh dunia pada keadaan normal adalah -6,5 K setiap kenaikan ketinggian 1 km

6.      Pada atmosfer normal, suhu troposfer berubah dari 15⁰ C pada permukaan laut menjadi – 60 ^oC di puncak troposfer.  Tekanan dan kerapatan udara di permukaan laut masing-masing adalah 1013,2 mb dan 1,23 kg m^-3.

7.      Gejala lapse rate berhenti pada ketinggian 8 km di atas kutub dan sekitar 16 km di atas ekuator.  Ketinggian tersebut disebut tropopause, yakni lapisan ketinggian atmosfer dengan dT/dz = 0.  Pada lapisan ini turbulensi udara tidak terjadi.

b.      Stratosfer

Beberapa ciri khas lapisan ini adalah sebagai berikut :

1.      Lapisan ini merupakan lapisan kedua dari bawah setelah troposfer

2.      Kisaran ketinggiannya antara 12 – 50 km di atas permukaan laut

3.      Terdiri dari 3 wilayah yaitu :

·         Stratosfer bawah ketinggiannya 12 – 20 km daerah isotermis

·         Stratosfer tengah ketinggiannya 20 – 25 km daerah inverse suhu

·         Stratosfer atas ketinggiannya 30 – 50 km daerah inverse suhu yang kuat.

 4.      Lapisan ini tidak mengalami turbulensi maupun sirkulasi

5.      Stratosfer merupakan lapisan atmosfer utama yang mengandung gas ozon.

c.       Mesosfer

Lapisan atsmosfer ketiga dari bawah memiliki beberapa ciri khas sebagai berikut :

1.             Ketinggian 50 – 80 km

2.             Perubahan suhu terhadap ketinggian (dT/dz) adalah lapse rate

3.             Suhu udara sekitar -5^o C pada dasar lapisan hingga – 95 ^oC pada puncaknya

4.             Tidak mengalami turbulensi/sirkulasi udara

5.             Merupakan daerah penguraian O₂  menjadi atom O

6.             Batas atasnya adalah lapisan mesopause dengan perubahan suhu terhadap ketinggian mulai bersipat isothermal.

d.      Termosfer

Lapisan teratas atmosfer ini ditandai oleh beberapa ciri sebagai berikut :

1.             Ketinggian lapisan mulai sekitar 80 km hingga batas  yang sulit ditentukan karena sangat jarangnya partikel gas yang mencapai lapisan.  Sebagian ilmuwan menyatakan puncaknya mencapai 100 km tetapi ada yang menyatakan 250 km

2.             Lapisan ini terisi molekul dan atom N₂, O₂, N dan O

3.             Sifat perubahan suhu terhadap ketinggian adalah inverse suhu

4.             Kisaran suhu dari – 95 ^oC pada 80 km hingga – 50 ^oC pada ketinggian 100 km, dan -38 ^oC pada ketinggian 110 km

5.             Lapisan tempat berlangsungnya proses ionisasi gas N₂ dan O₂, sehingga lapisan termosfer sering disebut lapisan ionosfer.  Di atas ketinggian 100 km, pengaruh radiasi uv dan sinar X makin kuat.