Materi OSN Kebumian: Struktur Atmosfer dan Neraca Radiasi Atmosfer

Struktur Atmosfer dan Neraca Radiasi Atmosfer

Bagian 1

Struktur Amosfer

1. Struktur Vertikal Atmosfer

Berdasarkan Profil Temperatur

troposfer
stratosfer
mesosfer
Termosfer

A. TROPOSFER

Bagian terbawah atmosfer
Tebal ~8km di kutub, ~16km di Ketebalan bervariasi terhadap ruang dan waktu.
Lapisan dimana fenomena cuaca Sebagian besar uap air atmosfer terkonsentrasi pada lapisan bawah troposfer.
Temperatur menurun dengan ketinggian
Bagian atas dibatasi oleh lapisan inversi atau lapisan isothermal lyang disebut lapissan
Tropopause berfungsi sebagai langit-langit (lid), yang mencegah pertukaran udara antara troposfer dan Lapisan Batas

Lapisan Batas

merupakan Sublapisan troposfer
bersentuhab langsung dengan permukaan – dipengaruhi secara langsung oleh gaya gesek permukaan
didominasi oleh turbulensi dan proses pertukaran panas, kelembaban, dan momentum dengan permukaan
sifat fisik (seperti ketebalan, suhu,….. ) mengalami variasi harian yang
variasi ketebalan dari beberapa 10 meter (pada kondisi sangat stabil), sampai~2km diatas lautan tropis.
temperatur berkurang dengan
bagian atas dibatasi oleh inversi temperatur yang membatasi percampuran dengan troposfer bebas diatasnya.
N.B. Lapisan batas yang terdefinisi dengan baik tidak selalu ada

B. STRATOSFER

Mulai dari puncak troposfer sampai dengan ~50
Secara umum, temperatur bertambah dengan ketinggian pada musim panas – Suhu terendah pada tropopause Pada musim dingin memiliki struktur yang lebih kompleks
Mengandung mayoritas ozon atmosfer (O3). Mengabsorpsi radiasi ultraviolet sehingga menghasilkan suhu maximum di stratopaus (kadang2 mencapai 0°C).
Interaksi dengan troposfer sangat terbatas dan masih sangat kurang

C. MESOSFER

Di mesosfer udara bercampur secara relatif dan suhu menurun dengan ketinggian
Disini, atmosfer mencapai suhu terdinginnya ~ -90°C
Pada lapisan ini meteor terbakar ketika memasuki atmosfer bumi

D. TERMOSFER

Merupakan lapisan yang terekspos secara langsung terhadap radiasi Matahari dan karena itu merupakan lapisan yang dipanasi oleh Matahari. Udara sangat tipis sehingga penambahan kecil energi akan menyebabkan peningkatan suhu secara signifikan Suhu di termosfer sangat bergantung pada aktivitas Matahari (suhu dapat mencapai nilai 1,500°C atau lebih). Temperatur tidak dapat diukur secara langsung, tetapi dengan cara mengukur tekanan atmosfer terhadap satelit dan menghitung suhu dari persamaan gas ideal. Termosfer juga mencakup wilayah atmosfer bumi yang disebut Ionosfer, dalam wilayah mana atmosere dipenuhi dengan partikel bermuatan. Peningkatan temperatur dapat menyebabkan molecule udara terionisasi Pesawat Ulang-alik mengorbit Bumi pada lapisan Termosfer.

E. IONESFER

Merupakan daerah diatmosfer atas yang mengalami elektrifikasi sehingga mengandung sejumlah besar konsentrasi ion (partikel bermuatan) dan elektron bebas.

Catatan:

Partikel bermuatan bisa karena kehilangan elektron (muatan + ) atau mendapatkan elektron (muatan – ). Ionosfer sangat penting dalam proses penjalaran gelombang radio.

I. Temperatur

Kelvin (K) : (SI unit) perlu dalam perhitungan Derajat Celcius (°C) : (non-SI) digunakan untuk menyatakan temperatur secara umum Derajat Fahrenheit (°F) : (nonSI) umum dipakai di USA.

0 K = -273.15 °C

Konversi:

TKelvin = TCelcius -273.15

Gradien vertikal:

Gradien horizontal :

Untuk skala sinoptik biasanya < 1°C per 100 km (0.01 °C km^-1), sampai dengan ~5 °C per 100 km dalam daerah front. Efek lokal (seperti pemanasan matahari) dapat menyebabkan gradien yang besar untuk skala kecil

II. Tekanan

Satuan SI untuk tekanan adalah Pascal (Pa), Tekanan atmosfer dinyatakan dalam hectopascal (hPa) = seratus Pascal.

1 hPa = 100 Pa

Tekanan sering juga dinyatakan dalam millibars (mb)(nonSI)

1 mb = 1 hPa

Tekanan muka laut = 1013.25 mb = 1013.25 hPa

Ada perbedaan yang sangat kontras antara gradien horizontal dan vertikal untuk variabel cuaca seperti tekanan dan temperatur. Secara umum gradien vertikal jauh lebih besar dari gradien horizontal

Tekanan

Gradien vertikal:

~0.14 mb m^-1

Gradien horizontal : < 0.1 mb km^-1

(typikal ~0.01 mb km^-1)

III. Kecepatan Angin

Meter per detik (m s^-1) (unit SI) – digunakan dalam sains dan juga umum

Knots (kt)= mil-laut per jam

= 0.514 m s^-1 » 0.5 m s^-1

Kilometer per jam (kph) = 0.278 m s^-1

Mil per jam (mph) = 0.447 m s^-1

Arah Angin

Menurut konvensi Meteorologi arah angin menyatakan dari mana angin itu datang. Dinyatakan dalam derajat dari Utara – Arah kompas ketika menghadap kearah angin dating. Oleh karena variabilitas angin sangat tinggi (gustiness) hanya arah angin secara umum yang dinyatakan: utaraan (northerly), timuran (easterly), baratan (westerly) dst.

IV. Kelembaban

Kelembaban Relatif :

dinyatakan dalam persen (%) (non-SI)

= jumlah uap air dalam udara dinyatakan dalam persentasi jumlah maksimun yang mungkin pada suatu temperatur tertentu. Sangat berguna untuk menentukan dimana kabut atau awan akan terbentuk kondensasi uap air ke bentuk butir awan/kabut terjadi jika RH mencapai nilai 100%

Titik Embun

adalah temperatur dimana parcel udara dengan kandungan uap air konstan harus didinginkan pada tekanan tetap untuk menjadi jenuh

Depresi titik embun

adalah perbedaan temperatur parsel udara dengan temperatur titik embunnya.

Perbandingan Campuran (Mixing Ratio)

Perbandingan masa uap air terhadap masa udara kering

Kelembaban Spesifik (Specific Humidity)

Perbandingan masa uap air terhadap masa udara lengas.

Kelembaban absolut atau densitas uap (Absolute Humidity or Vapour Density)

Masa uap air per satuan volume udara lengas.

Pembagian Ruang-Waktu

Lokal (skala mikro)

Waktu: beberapa jam ~1 hari
Jarak: <2 km
Fenomena: konveksi lokal, kumulus kecil, kabut, sungai kecil, variasi angin permukaan

Regional (skala meso)1

Waktu: jam sampai beberapa hari
Jarak: beberapa km ~ 100 km
Fenomena: thunderstorms, front, angin darat-angin laut

Skala besar (skala sinoptik)

Waktu: lebih dari ~10 days
Jarak: beberapa 100 km ~ beberapa 1000 km
Fenomena : sistem tekanan tinggi dan rendah

Lanjut bagian 2……

ALC Indonesia