Jelaskan bagaimana hubungan antara suhu dan radiasi surya

Radiasi Surya dan Suhu Udara

Radiasi Surya/Matahari

Matahari adalah sumber energi utama bagi kehidupan dipermukaan bumi. Radiasi yang sampai di puncak atmosfer 1360 Wm2, tetapi yang sampai ke permukaan bumi setengah dari yang diterima di puncak atmosfer

Menurut para ahli (astronomi-fisika), suhu permukaan matahari 6000OK (5727OC) dengan jarak rata-rata matahari – bumi 150 juta km.

Rata-rata 30% radiasi yang sampai dipermukaan bumi dipantulkan kembali ke angkasa luar

Radiasi adalah pemindahan energi/kalor dari permukaan matahari ke suatu tempat di permukaan bumi yang dipancarkan dalam bentuk gelombang elektromaknetik.

Radiasi surya dapat dinyatakan dalam berbagai komponen dan tiap komponen memiliki efek yang berbeda terhadap suatu permukaan.

Komponen-komponen tersebut meliputi:

Jumlah energi yang dipancarkan oleh surya per satuan waktu per satuan luas

Hukum Stefan Boltzman

–> setiap molekul (permukaan) benda dengan suhu permukaan di atas 0OK akan memancarkan energi radiasi (F).

F = ɛ σ Ts4

F = pancaran radiasi (Wm-2)

ɛ = emisivitas permukaan, bernilai satu untuk benda hitam,

sedangkan untuk benda-benda alam berkisar 0.9-1.0.

σ = tetapan Stefan-Boltzman (5.67 10 -8 Wm -2).

Ts = suhu permukaan (K)

2.Kualitas radiasi

Panjang gelombang sinar atau tingkat energi yang dipancarkan oleh matahari.

Hukum Wien:

λmaks = panjang gelombang dengan intensitas radiasi

maksimum

T     = suhu mutlak permukaan (oK)

C    = tetapan Wien (2897µm oK)

Berdasarkan persamaan Wien di atas, semakin tinggi suhu permukaan benda menyebabkan pancaran radiasinya juga tinggi dan sebaliknya.

Radiasi Gelombang pendek dan panjang

• Panjang gelombang semakin pendek bila suhu permukaan yang memancarkan radiasi tersebut lebih tinggi
• Matahari (suhu 6000 K) mempunyai kisaran panjang gelombang antara 0.3 – 4.0 μm
• Bumi suhu 300 K (27oC) memancarkan radiasi dengan panjang gelombang 4 – 120 μm,
• Karena panjang gelombang radiasi surya relatif pendek dibandingkan benda-benda alam lainnya maka disebut radiasi gelombang pendek.
• Radiasi bumi/benda-benda yang ada dibumi disebut radiasi gelombang panjang.

3. Panjang hari dan lama penyinaran

• Panjang hari (N): periode mulai terbit sampai terbenamnya surya dan merupakan lama penyinaran maksimum yang dapat dicapai surya.
• Lama penyinaran (n): lama surya bersinar cerah bila intensitas yang dipancarkan paling rendah 0.3 cal cm-2 min-1
• Semakin lama matahari bersinar semakin tinggi fluks energi yang diterima oleh suatu tempat dipermukaan bumi dan ini menandakan kualitas energi yang diserap.
• Jumlah radiasi atau energi yang diserap permukaan bumi mempengaruhi laju pertumbuhan sehingga menentukan tinggi rendahnya produksi yang akan di hasilkan.

Transparansi Atmosfer

Energi pancaran menuju permukaan:

1. Penyerapan
2. Pemancaran
3. Penyerapan dan pembauran

Neraca Energi pada Permukaan Bumi:

Keseimbangan yang terjadi akibat berbagai proses yang terjadi di dekat permukaan bumi.

Suhu dan panas berbeda..

• Suhu lebih mengacu pada energi kinetik suatu benda
• Panas merupakan bentuk energi
• Energi suatu benda tidak selalu dapat dicerminkan dari suhu benda tersebut, misalnya panas laten.
• Energi panas tergantung pada massa (m), kapasitas panas spesifik (c) dan perubahan suhu (Δ T)

• Pengukuran suhu sering dipakai sebagai acuan untuk menginterpretasi unsur-unsur cuaca karena suhu mengambarkan tingkatan energi materi baik secara fase cair, padat maupun gas.
• Suhu didefinisikan sebagai pergerakan molekul suatu benda dan pergerakan molekulnya menggambarkan suhu dari benda tersebut.
• Ini berarti semakin cepat pergerakan molekul suatu benda semakin tinggi suhunya atau sebaliknya.

• Dalam membicarakan mengenai suhu pada dasarnya tidak bisa lepas dari membicarakan tentang panas.
• Suhu menggambarkan energi kinetik rata-rata dari pergerakan molekul suatu benda sedangkan panas menggambarkan total panas yang dikandung oleh benda tersebut.

• Untuk menjelaskan atau mengukur panas diperlukan cara yang rumit (misalnya dengan kalorimeter) sehingga kadang-kadang orang lebih familiar mengukur suhu untuk menggambarkan panas tersebut.
• Panas lebih fokus pada jumlah energi yang terkandung dalam suatu sistem sedangkan suhu menggambarkan rataan dari sistem tersebut.

Suhu Udara

• Suhu udara merupakan manifestasi dari panas terasa
• Suhu udara di ukur menggunakan Termometer dengan skala celcius, Fahrenheit, Reamur, Centrigrade dan Kelvin.
• Konversi dari Celcius:

                                                                                         oF = 9/5 * oC + 32

                                                                                         oR = 4/5 * oC

                                                                                         oK = (oC + 273)

• Di Indonesia pengukuran suhu udara dilakukan tiga kali sehari yaitu jam 07.30, jam 13.30 dan jam 17.30.

Faktor-faktor yang mempengaruhi tinggi rendahnya suhu di suatu daerah

1. Sudut datang sinar matahari

Semakin tegak sudut datang sinar matahari maka energi panas yang diterima semakin besar.

2.Cerah tidaknya cahaya

Semakin cerah cuaca, energi yang sampai ke permukaan bumi semakin banyak.

1. Lamanya penyinaran matahari

Daerah yang lebih lama menerima radiasi maka daerah tersebut akan semakin panas.

Semakin dekat dengan ekuator, suhu udara semakin panas

• Semakin mendekati daerah pantai maka suhu udara akan semakin panas. Dan semakin mendekati daerah pegunungan akan semakin dingin.
• Hasil pengukuran suhu udara Badan Meteorologi dan Geofisika , keadaan udara di Indonesia dapat disimpulkan sebagai berikut :
• Temperatur udara harian di pantai cukup tinggi, yakni sekitar 26  C dengan temperatur tertinggi terjadi sekitar pukul 14.00 dan temperatur terendah sekitar 24  C terjadi sekitar pukul 04.00 dini hari.
• Amplitudo harian relatif kecil ( selisih temperatur udara tertinggi dan terendah dalam satu hari ).
• Amplitudo tahunan relatif kecil. Amplitudo tahunan rata-rata hanya 1 0 C karena lamanya siang dan malam hampir sama.

Rata-rata suhu udara di suatu tempat dapat di hitung dengan tiga cara, yaitu:

1. Pengukuran tengah hari dan malam hari
2. Pengukuran pagi, siang dan sore hari
3. Pengukuran setiap jam, 07.00 – 17.00

Secara umum proses perpindahan panas terjadi antara dua permukaan dikelompokkan dalam 4 bentuk, yaitu:

1. Konduksi
2. Konveksi atau Turbulensi
3. Radiasi
4. Adveksi

Fungsi suhu vertikal sangat penting dalam kegiatan di bidang pertanian sehingga dapat di klasifikasikan zona-zona suhu kaitannya dengan pertumbuhan tanaman dan pengembangan pertanian.

Variasi suhu secara vertikal

Di Indonesia rata-rata penurunan suhu udara menurut ketinggian sekitar 5-6 oC untuk tiap kenaikan 1000 m.

Keadaan tersebut dikarenakan faktor:

1. Udara merupakan penyimpanan panas yang terburuk, sehingga suhu udara sangat dipengaruhi oleh permukaan bumi.
2. Lautan memiliki luasan dan kapasitas panas yang lebih besar daripada daratan, sehingga pengaruh lautan lebih dominan

Junghuln membagi wilayah tropik Indonesia menjadi 4 kelompok zona suhu yaitu:

1. Zona panas (0-700 m dpl, 26 – 30 oC)

Cotoh : tanaman keras (kelapa, karet, kopi dan tebu. Tanaman pangan (padi, jagung dan kacang-kacangan).

1. Zona sedang (700-1500 m dpl, 23 – 28 oC)

Contohnya : tanaman hortikultura sayuran dan bunga-bungaan, perkebunan teh dan kopi.

1. Zona sejuk (1500-3000 m dpl, 18 – 22 oC)

Contohnya :tanaman pinus dan hutan campuran.

1. Zona dingin, (diatas 3000 m dpl)

Contohnya pada wilayah seperti ini bersalju seperti di pegunungan Jayawijaya Papua.

Istilah-istilah:

• Rataan suhu harian didefinisikan sebagai rataan suhu maksimum dan minimum selama sehari.
• kisaran suhu harian diperoleh dari selisih suhu minimum dan maksimum.
• Rataan suhu bulanan diperoleh dengan menjumlahkan rataan suhu harian selama 1 bulan, kemudian dibagi dengan jumlah hari dalam bulan tersebut.
• Rataan suhu tahunan diperolah dengan menjumlahkan rataan suhu bulanan selama satu tahun dan di bagi dengan 12.
• Kisaran suhu tahunan diperoleh dari selisih antara rataan suhu bulanan tertinggi dan terendah.