geografi lingkungan

Khoirunnas anfa'uhum linnas

Sabtu, 15 September 2012

Hujan dan Seluk-beluknya

Pendahuluan: Air dan Panas

Panas Terpendam (latent heat) untuk setiap perubahan bentuk air. (Diambil dari: http://www.earthsci.org/flood/J_Flood04/wea1/weather_images/latentheat.gif)
Air merupakan satu zat yang memiliki kapasitas panas paling tinggi dibanding semua zat yang kita ketahui. Artinya, untuk menaikkan suhunya sebesar 1 derajad, dibutuhkan jumlah panas yang sangat banyak. Air menyerap panas yang sangat banyak dari radiasi matahari. Radiasi matahari sangatlah mudah menembus air, dan karenanya energi panas radiasi tersebut akan disimpan air. Karenanya, lautan di bumi ini  menyimpan panas dalam jumlah yang sangat luar biasa.
Uap air akan menyerap panas tambahan sebagai panas terpendam akibat penguapan. Panas ini merupakan energi yang diperlukan untuk mengubah air menjadi uap air. Ketika uap air mengalami pengembunan (kondensasi) untuk membentuk titik-titik air yang kemudian menjadi tetesan hujan, panas  terpendam ini ‘dilepaskan’ ke atmosfir. Panas terpendam ini juga dilepaskan ketika air cair berubah menjadi bentuk padat, seperti salju atau es. Jenis panas yang terakhir, disebut juga dengan panas terpendam fusi.
Jadi, kedua bentuk zat cair, yakni air dan uap air sangat penting untuk menyerap panas dari radiasi matahari dan kemudian udara mengangkut dan menyebarkannya di sekeliling bumi ini.

Proses Terjadinya Awan dan Turunnya Hujan.

Udara di sekitar kita adalah udara lembab. Itu artinya udara tersebut mengandung air dalam bentuk uap air. Kita tidak bisa melihatnya karena uap air adalah gas, akan tetapi uap air tetaplah air. Air bisa terdiri dalam tiga bentuk, cair (air), padat (es), dan gas (uap air). Anda bisa menyentuh dan merasakan air dan es. Tetapi uap air tidak mempunyai bau, tidak bisa anda pegang, dan tidak bisa dilihat. Akan tetapi anda bisa merasakan keberadaannya.
Coba anda ingat ketika anda berada dalam situasi panas menyengat, atau dingin berkabut, atau ketika anda mandi uap. Dalam ketiga situasi ini anda bisa merasakan adanya uap air di sekitar anda. Jika anda lebih seksama memperhatikan kabut atau uap ketika mandi uap atau melihat air mendidih, anda akan melihat jutaan titik-titik air melayang di udara. Proses  yang anda lihat adalah proses yang sama dalam pembentukan awan;  jutaan titik-titik air mengembun dan menjadi air dalam bentuk cair.
Kita dapat melihat kabut dan uap, tetapi mengapa uap air di udara  mengembun dan menjadi bisa terlihat?
Udara hangat memiliki kemampuan lebih besar menampung uap air dibanding udara sejuk. Jadi jika udara mendingin, udara tersebut tidak bisa menampung uap air lebih banyak lagi. Kadar air tambahan ini harus ‘dibuang’, jadi uap air itu akan mengembun menjadi air. Jadi… udara yang didinginkan akan mengurangi kemampuannya menampung uap air, dan pada akhirnya mendorong terbentuknya titik-titik air.
Pergilah  ke luar rumah dan perhatikan awan. Perhatikan tepi-tepi awan. Tepi awan tersebut akan berubah-ubah, bisa membesar dan bisa mengecil. Apa yang anda lihat adalah proses pembentukan awan sedang berjalan. Jika anda melihat awan membesar berarti anda sedang melihat proses pengembunan uap air menjadi titik-titik air, dan jika awan mengecil, maka anda sedang melihat proses penguapan titik-titik air- yakni perubahan air cair yang terlihat menjadi uap air yang tak terlihat.
Jadi pembentukan awan adalah proses yang panjang, dan tidak berarti setiap awan akan menghasilkan hujan. Jadi bagaimana awan bisa menghasilkan hujan?
Untuk bisa menjadi hujan, air yang mengembun di awan haruslah cukup berat agar bisa jatuh ke bumi. Berat titik-titik air tidaklah cukup untuk bisa jatuh. Sama seperti kabut dan uap air didih,  titik air ini bisa saja ditiup angin, diputar pusaran angin, atau tergantung dan terjebak di udara.
Agar lebih berat, titik-titik air haruslah berubah menjadi tetesan. Jadi titik air tersebut harus menangkap uap air lebih banyak agar terus membesar. Titik-titik air bisa juga saling tabrak dan menyatu dan membesar, dan titik air lainnya membesar karena uap air mengembun di titik air tersebut. Hal yang sama dapat anda perhatikan pada air yang ada di kaca jendela ketika hujan turun. Titik air kecil meluncur pelan, dan akan membesar dan meluncur lebih cepat  jika bergabung dengan titik air lainnya di kaca,  dan begitu seterusnya. Di awan, proses yang sama terjadi pada jutaan titik-titik air kecil, membesar dalam waktu yang bersamaan, tetapi dalam kecepatan yang berbeda.
Jika titik-titik air terus membesar, beratnya akan mencapai dimana udara tidak bisa menahan beratnya untuk tergantung karena sudah terlalu berat- dan akhirnya mulai jatuh. Beberapa mungkin terperangkap dan terangkat oleh tiupan udara ke atas dan beberapa saat  kemudian kembali ke kumpulan awan, akan tetapi jika sudah cukup berat untuk melawan gaya dari angin, maka air tersebut akan jatuh ke bumi- dan menjadi hujan! Hujan akan terjadi selama proses pemebentukan awan terus berlangsung dan titik-titik air terus membesar dan menjadi berat untuk kemudian jatuh ke bumi.
Jadi anda tahu sekarang apakah awan itu, dan bagaimana hujan terbentuk dari awan tersebut.
Hal selanjutnyan kita perlu mengetahui apa yang menyebabkan dan proses udara mendingin. Sebelumnya telah dijelaskan udara yang mendingin akan mengurangi kemampuannya untuk menyimpan air.
Agar awan terbentuk dan kemudian turun hujan, pertama sekali udara harus didinginkan. Tiga hal utama yang menyebabkannya dan terjadi di atmosfir yang sebaiknya perlu kita tahu dan mengerti.

Hujan Konveksi

  1. Pada cuaca terik siang hari, tanah menjadi panas yang mengakibatkan udara di dekat tanah akan menghangat. Udara hangat ini akan naik (disebabkan udara hangat lebih tidak padat dibanding udara sekitarnya). Ketika naik, udara hangat ini akan menyerap air dari sekitarnya (ingat, udara hangat akan dapat menyimpan air lebih banyak)
  2. Semakin tinggi anda berada, atmosfir makin dingin-  untuk setiap kenaikan 100 m pada kondisi udara kering, suhu akan turun 1 derajad. Jadi ketika udara hangat naik itu berarti suhunya akan makin mendingin akibat udara dingin sekitarnya.
  3. Pada ketinggian tertentu suhu udara akan memaksa uap air yang ada di udara hangat tadi untuk mulai mengembun (condensing). Ketinggian ini disebut titik pengembunan, dan disanalah awan mulai terbentuk. Awan tipikal seperti ini disebut awan cumulus, dan disebut awan cumulonimbus ketika warna bawah awan menjadi kelabu dan  ‘seperti akan hujan’.
  4. Pembentukan hujan dimulai, dan biasanya mengarah menjadi hujan deras, yang mungkin diiringi badai dan petir. Hujan konveksi biasanya terjadi pada musim kering terik atau musim panas terik  dan sangat erat dengan terjadinya hujan yang sangat lebat dan tiang awan gelap yang tinggi.
Pada bulan musim panas atau kering, perhatikan awan yang terbentuk di atas ladang padi yang luas, lapangan parkir yang luas, dan daerah konsentrasi gedung tinggi. Lingkungan-lingkungan ini memanas dengan cepat dan mengakibatkan udara hangat naik. Jika anda beruntung, anda bisa melihat kolom awan terbentuk dalam waktu 10 menit.

Hujan Frontal

  1. Dua massa air bertemu- yaitu dua massa yang secara relatif memiliki udara hangat dan udara sejuk
  2. Karena kekurangpadatan udara hangat dibanding udara sejuk, udara hangat naik di atas udara yang lebih sejuk. Udara yang lebih sejuk tetap berada diam di posisinya, dan berada di bawah udara yang lebih hangat.
  3. Ketika udara hangat naik di antara udara dingin, udara hangat ini perlahan-lahan mulai mendingin.
  4. Ketika air mendingin, uap air mengendap dan proses pembentukan awan dimulai, mengarah ke hujan. Biasanya langit hampir tertutup awan berwarna kelabu.

Hujan Relief

  1. Udara lembab hangat dipaksa naik oleh suatu halangan fisik tertentu. Pegunungan, bukit-bukit tinggi, dan bahkan tebing bisa menyebabkan udara naik.
  2. Ketika naik melalui halangan fisik tersebut udara mendingin dan awan terbentuk. Hujan mungkin turun dari awan, atau ketika titik-titik air tidak bisa bertumbuh besar, kabut mungkin terbentuk di atas bukit atau pegunungan. Pada dasarnya kabut adalah awan di atas tanah.
  3. Ketika melewati suatu halangan fisik, air bisa saja turun lagi, dan menjadi hangat. Udara ini lebih kering dibanding udara sebelum kehilangan air saat hujan. Jadi awan di sekitarnya akan menguap lagi membuat langit menjadi bersih. Daerah ini biasanya berhujan rendah karena proses pembentukan awan tidak bekerja. Dikarenakan hujan yang sedikit, daerah ini disebut daerah ‘bayangan hujan’.
Hujan relief biasanya di dataran tinggi dan area berpegunungan dimana bisa terjadi pola-pola turun hujan yang tidak biasa. Sangat sering dan biasa bahwa pada satu sisi pegunungan udara sangat cerah dan terik, padahal di balik pegunungan atau sisi lain yang tidak jauh dari tempat tersebut, terjadi hujan. Hal ini sangat penting diketahui dalam pengembangan kependudukan, pertanian, dan turisme. Sebagai contoh pada saat musim panas kebanyakan orang ingin berada di sisi pegunungan yang cerah dengan sedikit kejadian hujan.
Diambil dari sumber-sumber berikut:
  • Origin of Extreme Weather (http://www.earthsci.org/flood/J_Flood04/wea1/wea1.html#WaterandHeat)
  • What Are Clouds and Why It Does Rain? (http://www.geography-site.co.uk/pages/physical/climate/why%20does%20it%20rain.html
  •  Istilah yang dipakai:
  • Presipitasi secara sederhana adalah proses pengendapan cairan atau uap air menjadi bentuk yang lebih padat
  • Updraft adalah kejadian naiknya udara hangat dikarenakan udara hangat lebih ringan dibanding udara sejuk atau udara dingin.
  • Badai super-cell adalah badai yang sangat kuat yang ditandai dengan adanya turbulensi udara dengan radius yang besar; ditandai juga dengan tingginya awan yang disertai updraft yang berputar.
  • Badai multi sel adalah kejadian banyak hujan badai yang lokasinya bersebelahan.
Hujan es adalah hasil presipitasi yang terbentuk  ketika updraft yang terjadi dalam hujan badai mengangkat tetesan hujan ke daerah yang sangat dingin di atmosfir.Hujan es bisa mengakibatkan kerusakan pada pesawat, rumah dan mobil, dan bisa membahayakan pada mahluk hidup dan manusia. Beberapa orang sudah menjadi korban akibat  tertimpa hujan es yang berukuran besar.
Jika  air yang menjadi es membeku pada tempat yang terlalu tinggi, maka ada kemungkinan hujan es tidak sampai ke tanah karena hujan es sudah mencair sebelum mencapai bumi. Batuan hujan es terbentuk akibat tumbukan dan penggabungan dari air hujan yang sangat dingin. Air hujan sangat dingin adalah tetesan cair yang dikelilingi oleh udara yang mempunyai suhu di bawah suhu beku. Kondisi seperti  ini  sering terjadi pada saat hujan badai.
Ada dua metoda bagaimana hujan es terbentuk, yaitu dengan pembentukan basah dan dengan pembentukan kering.  Pembentukan dan pertumbuhan ini  menghasilkan  batuan es “kelihatan berlapis”.
Dalam pertumbuhan basah, nukleus hujan badai (es yang sangat kecil) berada pada daerah suhu di bawah titik beku tetapi tidak sangat dingin. Ketika bertabrakan dengan tetesan super-dingin, air tidak langsung membeku di sekeliling nukleus. Akan tetapi air menyebar pada hujan es yang jatuh dan perlahan-lahan membeku. Karena prosesnya lambat, gelembung udara dapat keluar  yang menghasilkan es yang bersih dan bening.
Dalam pertumbuhan kering, temperatur berada di bawah titik beku dan titik-titik air langsung membeku ketika menabrak nukleus. Karena berlangsung singkat, gelembung udara terperangkap dan membeku di tempatnya menghasilkan es yang berembun.
Updraft yang kuat menghasilkan daerah bebas hujan pada hujan badai super cell. Kita menyebutnya ‘daerah gaung lemah’ (Weak Echo region-WER). Lihat gambar bawah

Daerah Bebas Hujan (Weak Echo Radar). Source: http://oceanservice.noaa.gov/education/yos/resource/JetStream/tstorms/images/hail1.jpg
WER ini adalah keadaan dari sebuah daerah bebas hujan yang berbatasan dengan  area curah hujan yang tinggi pada kondisi hujan badai . Area curah tinggi ini diindikasikan dengan gaung yang kuat di radar. Perbatasan terjadi pada satu sisi dan dan sisi di atasnya.
Daerah bebas hujan ini dihasilkan oleh updraft dan menyebabkan hujan tertunda dan hujan es di ketinggian yang menghasilkan gaung radar yang kuat.
  1. Updraft mengapungkan nukleus hujan es membawanya ke ketinggian dan ketika nukleus menabrak tetesan air hujan yang sangat dingin dan kepingan-kepingan kecil dari hujan es, nukleus ini akan bertumbuh dengan hingga ukuran tertentu.
  2. Kadang-kadang updraft utama akan meniup  hujan es dan hujan es mulai jatuh ke bumi.
  3. Jika updraft begitu kuat, maka hujan es itu akan diangkat lagi ke awan dan di sana akan bertubrukan kembali dengan air dan hujan es dan ukurannya pun makin berkembang. Proses ini dapat berulang beberapa kali.
  4. Dalam banyak kasus, jika batuan es tidak bisa ditahan oleh updraft dan akan jatuh ke bumi. Makin kuat updraft, semakin besar batuan es yang dapat dihasilkan hujan badai.
    Proses Pembentukan Hujan Es. Source: http://oceanservice.noaa.gov/education/yos/resource/JetStream/tstorms/images/hail2.jpg

Hujan badai multi sel menghasilkan badai es akan tetapi ukuran batuan es yang dihasilkan bukanlah ukuran yang sangat besar. Alasannya adalah pendeknya tahapan waktu hingga matangnya sebuah multi-sel  sehingga mengurangi waktu pertumbuhan nukleus dan batuan es.
Akan tetapi updraft terus menerus pada sebuah hujan badai super-cell mendukung lahirnya hujan es yang besar. Updraft akan mengangkat batuan es secara berulang-ulang  ke udara sangat dingin di atas puncak awan hujan badai. Dalam semua kasus, hujan es akan jatuh ketika updraft pada hujan badai tidak bisa menahan lagi berat dari es. Semakin kuat updraft semakin besar batuan es akan terjadi. Seberapa kuat sebuah updraft untuk menghasilkan variasi ukuran hujan es? Tabel di bawah memberikannya perkiraan kecepatan untuki setiap ukuran.
Tabel: Ukuran batuan es yang Terbentuk untuksetiap Kecepatan Updraft tertentu.
Sumber: http://oceanservice.noaa.gov/education/yos/resource/JetStream/tstorms/hail.htm
Ukuran Batua Es Measurement Updraft Speed
in. cm. mph m/s
bb < 1/4 < 0.64 < 24 < 11
pea 1/4 0.64 24 11
marble 1/2 1.3 35 16
dime 7/10 1.8 38 17
penny 3/4 1.9 40 18
nickel 7/8 2.2 46 21
quarter 1 2.5 49 22
half dollar 1 1/4 3.2 54 24
walnut 1 1/2 3.8 60 27
golf ball 1 3/4 4.4 64 29
hen egg 2 5.1 69 31
tennis ball 2 1/2 6.4 77 34
baseball 2 3/4 7.0 81 36
tea cup 3 7.6 84 38
grapefruit 4 10.1 98 44
softball 4 1/2 11.4 103 46
Source:
  • NOAA: http://oceanservice.noaa.gov/education/yos/resource/JetStream/tstorms/wind.htm
  • Australiasevereweather.com: http://www.australiasevereweather.com/techniques/moreadv/storms.htm#20 
  • Siklon tropis  adalah system badai siklon tropis massif  dengan kecepatan angin melebihi 119 km/jam.
    Fenomena-fenomena yang sama ini banyak terjadi tetapi berbeda dalam penamaan di tempat yang berbeda. Di Pasifik Barat disebut sebagai topan, dan di belahan bumi selatan disebut siklonn dan di belahan bumi utar disebut Hurricane. Meski tempat  pembentukan berbeda, tapi proses pembentukannya adalah sama.
    Topan sangat berbahaya dikarenakan anginnya yang tinggi, besar badai yang terjadi ketika mendekati pantai, dan hujan badai yang terjadi karenanya. Meski korban jiwa yang diakibatkan topan dari waktu ke waktu semakin menurun, akan tetapi kerugian material yang diakibatkannya meningkat dari tahun ke tahun dikarenakan semakin banyaknya pembangunan fisik di sepanjang garis pantai.
    Harus disadari bahwa kerusakan bencana akibat topan tidak melulu terjadi di pantai. Meski kekuatan topan akan menurun seiring masuknya ke wilayah daratan, topan tersebut membawa kelembaban yang besar ke daratan yang bisa mengakibatkan timbulnya hujan badai yang pada gilirannya bisa mengakibatkan banjir bandang dan bencana longsor.

    Awal mula Siklon Tropis

    Jika massa udara dingin berada di atas sebuah kluster badai hujan tropis, ketidakstabilan di atmosfir terjadi. Keadaan  inilah yang  disebut gelombang tropis. Ketidakstabilan ini meningkatkan kemungkinan terjadinya konveksi, yang mengakibatkan terjadinya updraft kuat yang mengangkat udara dan embun ke atas. Terjadilah  lingkungan yang baik untuk terbentuknya menara awan yang tinggi. Gangguan tropis terjadi ketika massa badai hujan bergerak ini bertahan untuk masa 24 jam atau lebih. Inilah tahapan pertama terjadinya siklon tropis/topan.
    Source: http://earthsci.org/processes/weather/wea1/hurrdev1.jpg

    Konvergensi permukaan (ditunjukkan oleh panah kecil horizontal pada gambar di bawah) menyebabkan gerakan naik di sekitar permukaan siklon (dengan label L). Udara mendingin seiring naiknya (panah vertikal) dan pengembunan terjadi. Kondensasi ini menghasilkan panas akibat keluarnya panas terpedam dari uap air ke atmosfir. Pemanasan ini mengakibatkan udara mengembang, memaksa udara untuk memisah di ketinggian (lihat panah horizontal di awan).
    Source: http://earthsci.org/processes/weather/wea1/hurdev2.jpg
  • Karena secara defenisi, tekanan adalah berat dari udara di atas sebuah luasan, pemindahan udara ke ketinggian pada gilirannya mengurangi tekanan di permukaan tanah.  Pengurangan tekanan yang lebih jauh di permukaan mengakibatkan  meningkatnya konvergensi (diakibatkankan oleh perubahan tekanan pada tiap ketinggian), yang tentu saja akan lebih meningkatkan gerakan naik, pelepasan panas terpendam, dan seterusnya.
  • Jika kondisi memungkinkan, proses ini berlanjut dan terbangun di dalam dirinya sendiri. Jika sirkulasi siklonis mulai di sekitar pusat area tekanan rendah, dan kecepatan angin mencapai 62 km/jam, gangguan bisa dianggap sebagai badai tropis seperti namanya. Jika kecepatan angin telah mencapai 119 km/jam, itu akan  menjadikannya menjadi  sebuah topan. Harus dicatat bahwa gelombang-gelombang tropis, gangguan, atau badai belum  tentu terbentuk menjadi topan.
Agar tahapan-tahapan pembentukan topan dapat terjadi, maka kondisi lingkungan berikut harus terpenuhi:
  • Haruslah ada air laut hangat (sekurangnya  suhu 26 der C) pada kedalaman 50 meter pertama lautan. Panas dari air hangat ini dibutuhkan sebagai bahan bakar siklon tropis.
  • Atmosfir harus mendingin seiring naiknya ketinggian dengan kecepatan secukupnya, dengan demikian secara potensial tidak stabil  untuk menimbulkan  konveksi lembab. Aktivitas hujan badai inilah yang mengijinkan panas yang tersimpan di air lautan dibebaskan  untuk terbentuknya siklon tropis.
  • Trofosfer-tengah (5km) haruslah memiliki kelembaban yang cukup untuk mempertahankan hujan badai. Ketinggian sedang yang kering tidaklah kondusif untuk pembentukan berkelanjutan penyebaran aktivitas badai hujan .
  • Ganguan harus terjadi pada jarak minimum 500 km dari katulistiwa. Agar badai tropis terjadi, gaya Coreolis dipersayaratkan harus ada. Kita ketahui bahwa pengaruh Coreolis adalah nol pada katulistiwa dan bertambah jika semakin menjauh ke utara atau selatan. Tanpa gaya Coreolis, tekanan rendah pada gangguan tidak bisa dipertahankan.
  • Harus sudah ada  gangguan di dekat permukaan  berupa terkumpulnya kelembaban dan mulai berputar. Siklon tropis tidak dapat terbangun secara simultan. Dibutuhkan sistem yang terorganisasi secara lemah yang mulai berputar dan mempunyai aliran rendah  udara lembab
  • Nilai geser angin vertikal haruslah rendah (sekitar 10 m/detik) di antara permukaan dan troposfer atas. Geser angin adalah laju perubahan kecepatan angin terhadap ketinggian. Nilai geser yang besar akan mengganggu siklon tropis yang baru terbentuk  dengan memindahkan udara lembab naik terlalu cepat, yang menghalangi terbentuknya siklon tropis. Atau, jika siklon tropis sudah terbentuk, nilai geser yang besar dapat memperlemah bahkan menghancurkannya dengan mengganggu organsisasi di sekitar pusat siklon.
Karenanya topan biasanya terbentuk di dekat, tetapi tidak di katulistiwa seperti yang diperlihatkan di gambar di bawah. Ketika bergerak di atas lautan, jejaknya dipengaruhi oleh adanya sistem tekanan lemah dan kuat, dan juga adanya gaya Coreoilis. Gaya Coreolis akan mengakibatkan arah badai mengarah ke kanan di utara  hemisfer dan ke kiri di selatan hemisfer.
Perhatikan, sekitar 12 persen siklon tropis terbentuk di Samudera Atlantik. Lima belas persen siklon tropis terbentuk timur Samudera Pasifik, 30 persen di barat Samudera Pasifik, 24 persen di Samudera India baik di utara dan selatan katulistiwa dan 12 persen di selatan Samudera Pasifik. Bisa diperhatikan bahwa  siklon tropis di selatan katulistiwa  di Samudera Atlantik nyaris tidak ada.
Source: http://earthsci.org/processes/weather/wea1/hurrdev.jpg

Struktur Badai Siklon Tropis di Belahan Bumi Utara — Hurricane

Dikarenakan awan konvergen memilin ke arah dalam pusat daerah tekanan lemah, angin berputar se arah jarum jam di sekitar pusat tekanan rendah di sebelah selatan hemisfer (dan melawan arah jarum jam di utara hemisfer). Ketika angin memilin ke dalam, angin ini akan menarik awan badai, menciptakan pita hujan spiral yang terekam secara jelas di gambar satelit.
Source: http://earthsci.org/processes/weather/wea1/hurricanestruct.gif
Ketika angin menyatu ke arah pusat inti, angin akan naik memutar, mengantar udara lembab hangat ke atas. Ketika naik, udara ini mendingin sambil melepaskan panas terpendam ke atmosfir dan selanjutnya menambah energi badai. Angin memilin di sekitar pusat inti ini menciptakan ‘mata’  siklon tropis dan akhirnya menyebar di ketinggian. Akhirnya, udara sejuk di atas ‘mata’ mulai jatuh ke dalam pusat inti. Udara jatuh kering di antara mata ini memberikan langit yang cerah, tak ada awan dan angin pada daerah  inti.
Sumber energi badai berasal dari panas yang terkandung dalam lautan hangat tropis dan sub tropis. Maka, jika badai bergerak memasuki daratan, maka sumber panas akan terhenti dan badai akan secara cepat menghilang.
Angin memilin melawan arah jarum jam ke dalam ‘mata’ (di belahan bumi utara), mencapai kecepatan yang tinggi ketika mendekati tekanan rendah dari mata. Kecapatan angin ini disebut kecepatan angin topan (hurricane- di belahan bumi utara).  Karena didorong angin regional, pusat tekanan rendah dari mata juga bergerak di permukaan bumi. Kecepatan mata ini bergerak di permukaan disebut juga kecepatan pusat badai.  Jadi jika ingin mengetahui kecepatan angin dalam sebuah topan, kita harus memperhitungkan kedua kecepatan tersebut.
Tergantung sisi dari topan, kecepatan bisa bertambah atau berkurang. Misalnya, jika kecepatan pusat badai adalah 30 km/ jam dan kecepatan angin topan sebesar 150 km/jam, jadi pada sebuah topan (hurricane) di belahan bumi utara, kecepatan pada sisi kanan topan adalah (150+30) km/jam =180 km/jam dikarenakan kecepatan angin topan searah dengan kecepatan mata, sedang di sebelah kiri kecepatannya adalah (150-30)km/jam = 120 km/jam dikarenakan arah kecepatan topan melawan arah kecepatan mata.
Source: http://earthsci.org/processes/weather/wea1/hurvel.gif

Ukuran Siklon Tropis

Ketika angin memilin ke arah tekanan rendah di mata sebuah topan, kecepatan angin topan bertambah ketika menuju mata. Jarak ke arah luar dari mata ke tempat dimana kecepatan topan terjadi dipakai untuk mengukur besarnya sebuah topan. Angin di dinding mata memiliki kecepatan paling tinggi dan zone ini dapat berkembang ke arah luar sekitar 16-40 km dari pusat. Gaya angin topan (angin dengan kecepatan lebih dari 119 km/jam) dapat mengembang hingga 120 km dari pusat sebuah badai.
Skala Saffir-Simpson  diapakai untuk mengklasifikasi intensitas topan dan kerusakan potensial yang diakbatkannya. Ada 5 kemungkinan kategori. Kategori 1 adalah yang banyak terjadi dibanding kategori 5.
Skala Kerusakan Potensial Topan – Saffir-Simpson
Kategori Skala Tekanan di pusat
mb
(inches of mercury)
Kecepatan angin
mil/jam
(km/jam)
Gelombang badai
kaki
(meter)
Kerusakan terlihat
1 >980
(>28.94)
74-95
(119-153)
4-5
(1.2-1.5)
Kerusakan pada beberapa pohon, some damage to trees, tempat bersemak, dan rumah bergerak tak terikat.
2 965-979
(28.50-28.91)
96-110
(154-177)
6-8
(1.8-2.4)
Kerusakan besar pada rumah bergerak; kerusakan pada atap bangunan dan menumbangkan pohon-pohon
3 945-964
(27.91-28.47)
111-130
(178-209)
9-12
(2.5-3.6)
Menghancurkan rumah bergerak; menumbangkan pohon besar; merusak bangunan kecil
4 920-944
(27.17-27.88)
131-155
(210-249)
13-18
(3.9-5.5)
Memporakporandakan rumah bergerak; lantai bawah dari rumah dekat pantai potensial untuk banjir.
5 <920 br="br"> (<27 .17=".17" td="td"> >155
(>250)
>18
(>5.5)
Kerusakan luar bisa pada rumah dan bangunan industry; menerbangkan rumah kecil; lantai bawah dari struktur yang berada 500 m dari pantai dan lebih rendah dari 4.5m dari tinggi muka laut akan rusak.
Source:
  •  Bagian ini akan mencoba mengulas fenomena yang terkait dengan cuaca: hujan badai, tornado, badai siklon tropis (hurricane, topan, dan siklon), dan penyebab El Nino.

    Air dan Panas

    Air merupakan satu zat yang memiliki kapasitas panas paling tinggi dibanding semua subtansi yang kita ketahui. Artinya, untuk menaikkan suhunya sebesar 1 derajad, dibutuhkan jumlah panas yang banyak. Air menyerap panas yang sangat banyak dari radiasi matahari. Radiasi matahari sangatlah mudah menembus air, dan karenanya energi panas radiasi tersebut akan disimpan air. Karenanya lautan di bumi ini  menyimpan panas dalam jumlah yang sangat luar biasa.
    Uap air akan menyerap panas tambahan sebagai panas terpendam akibat penguapan. Panas ini merupakan energi yang diperlukan untuk mengubah air menjadi uap air. Ketika uap air mengalami pengembunan (kondensasi) untuk membentuk air yang kemudian menjadi hujan, panas  terpendam ini ‘dilepaskan’ ke atmosfir. Panas terpendam ini juga dilepaskan ketika air berubah menjadi bentuk padat, seperti salju atau es. Jenis panas yang terakhir, disebut juga dengan panas terpendam fusi.
    Jadi, kedua bentuk zat cair, yakni air dan uap air sangat penting untuk menyerap panas dari radiasi matahari dan kemudian  mengangkut dan menyebarkannya di sekeliling bumi ini.

    Massa Udara

    Gambar-1: Pergerakan Udara di Bumi. Sumber: http://www.earthsci.org/flood/J_Flood04/wea1/weather_images/cyclone4.gif
    Massa udara adalah kumpulan yang dalam bidang horizontal memiliki suhu, tekanan, dan kelembaban yang hampir seragam. Dikarenakan pola sirkulasi umum atmosfir, massa-massa udara yang mengandung panas dan kelembaban yang berbeda bergerak ke dan sepanjang Amerika Utara. Massa udara kutub yang mengandung sedikit kelembaban dan bersuhu rendah bergerak dari kutub ke bawah. Massa udara yang terbentuk di atas air biasanya lembab, dan massa udara yang terbentuk di atas lautan tropis bersifat lembab dan hangat. Rotasi bumi mengakibatkan efek Coreolis: udara biasanya bergerak dari barat ke timur. Akan tetapi, karena perbedaan kelembaban dan panas udara, tubrukan dari dari massa-massa udara ini dapat mengakibatkan ketidakseimbangan di atmosfir.

    Front-front dan Siklon Lintang-Tengah (Mid Latitude Cyclones)

    Secara umum, apabila terjadi pertemuan antara massa-massa  udara yang memiliki temperature dan kadar kelembaban yang berbeda, tidak akan terjadi percampuran. Massa-massa air ini akan saling dipisahkan di sepanjang batas yang disebut ‘front’. Udara lembab hangat naik  ke atas front dingin yang  terbentuk ketika  udara dingin dari kutub bertemu dengan udara lembab yang hangat dari tropis yang menuju arah kutub. Ketika naik, udara hangat ini mendingin yang mengakibatkan pengembunan uap air untuk membentuk hujan atau salju. Di belahan bumi utara, udara dingin cenderung akan tersirkulasi di sekitar pusat tekanan rendah  dengan arah melawan arah putaran jarum jam, sedang di belahan bumi selatan arahnya searah jarum jam. Sirkulasi di sekitar tekan rendah ini disebut siklon lintang tengah.
    Gambar-2: Siklon Lintang-Tengah. Sumber: http://www.earthsci.org/flood/J_Flood04/wea1/weather_images/cyclone1.gif
    Front hangat akan terbentuk ketika udara hangat arah utara bertemu dengan udara sejuk yang menuju utara. Ketika udara hangat naik perlahan-lahan disepanjang kemiringan front hangat, awan cenderung terbentuk, dan bisa saja mengakibatkan hujan. Dikarenakan front hangat tidak seterjal front dingin kejadian hujan akan mengecil. Ketika gerakan cepat front dingin mengejar front hangat, terbentuklah front tersumbat (occluded forms), yang mengakibatkan terjebaknya udara hangat di atas sebuah lapisan udara dingin dan udara sejuk. Siklon lintang-tengah dan front yang berkaitan dengannya bertanggungjawab atas semua kejadian cuaca buruk seperti hujan hujan badai, salju petir, hujan es, petir, dan tornado.
    Gambar-3: Occluded Front (Front Tersumbat). Sumber: http://www.earthsci.org/flood/J_Flood04/wea1/weather_images/fronts.gif


    Hujan Badai

    Hujan badai terjadi pada suatu daerah dimana udara hangat menyerap panas yang mengakibatkan kadar kepadatannya berkurang dibanding udara sekitarnya. Biasanya terjadi di sepanjang front dingin. Kejadian ini bisa juga terjadi di mana saja, khususnya ketika terbentuk udara panas di atas permukaan tanah akibat panas siang hari. Udara hangat akan naik dan mendingin dan uap air mulai mengembun  menjadi titik-titik air kecil dan membentuk awan. Pengembunan titik air dalam awan akan mengeluarkan panas terpendam penguapan. Panas ini akan menambah panas dari udara yang naik dan mengakibatkan kepadatannya berkurang dan pada gilirannya udara lebih hangat ini akan naik jauh lebih tinggi ke atmosfir.
    Disebut sebagai updraft, udara naik ini akan membentuk awan hingga ketinggian 6000 m (6 km).  Apabila  udara hangat naik lebih tinggi lagi, dan mendingin di antara awan yang telah terbentuk akan mengakibatkan pengembunan lebih banyak dan terbentuknya kristal es. Pelepasan panas akibat pembentukan kristal dan pengembunan ini mengakibatkan terbentuknya awan hingga ketinggian 12 km.  Ketika titik-titik air dan kristal es akan semakin besar dan semakin berat, titik air dan kristal es mulai jatuh dengan cepat (downdraft) di muka awan, karena beratnya tidak bisa ditahan oleh udara naik.
    Gambar-4: Proses Updraft dan Downdraft. Sumber: http://www.earthsci.org/flood/J_Flood04/wea1/weather_images/thundstorms.gif
    Pada  proses  hujan badai yang sempurna,  kejadian tiupan keatas/updraft dan  ke bawah/down draft ini terjadi bersamaan dan berdampingan di awan. Dalam situasi inilah hujan badai sangat berbahaya dikarenakan angin kencang terjadi besamaan dengan tiupan ke bawah/downdraft, hujan lebat, badai, petir, dan kemungkinan terjadinya hujan es dan terbentuknya tornado. Awan perlahan-lahan akan menghilang ketika down draft bergesekan dengan udara sejuk yang menghindarkan naiknya udara lembab hangat.  Awan akan berangsur menghilang dan dan hujan pun akan berhenti.
    Hujan badai dapat terbentuk dalam sel tunggal, dan dapat juga terdiri dari sel yang banyak, dimana kumpulan awan-awan bergerak di sepanjang jalur yang sama.

0 comments:

Poskan Komentar