Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

3 radiasi matahari gtr

10,180 views

Published on

Radiasi matahari sebagai sumber energi yang berperan sebagai faktor pengendali cuaca dan iklim di permukaan bumi

3 radiasi matahari gtr

  1. 1. Galaksi
  2. 2. Sistem Tata Surya Radiasi matahari sumber energi utama untuk proses-proses fisika atmosfer. Radiasi matahari merupakan gelombang elektromagnetik yang dibangkitkan dari fusinuklir dan mengubah hidrogen menjadi helium.
  3. 3. III. RADIASI MATAHARITujuan Pembelajaran1. Menjelaskan bahwa radiasi matahari yang merupakan gelombang elektromagnetik, selain sebagai unsur iklim juga berperan sebagai faktor pengendali iklim2. Menjelaskan bahwa setiap benda yang mempunyai suhu > 0 K akan memancarkan radiasi menurut pangkat empat suhu permukaannya3. Menjelaskan bahwa jarak antara matahari dan bumi, panjang hari, sudut datang matahari, dan atmosfer mempengaruhi penerimaan radiasi matahari di permukaan bumi4. Menjelaskan bahwa gas-gas rumah kaca (CO2, H2O, CH4) menentukan fraksi radiasi yang datang dan ke luar atmosfer yang menentukan neraca energy pada permukaan bumi. Disajikan Pada: PERKULIAHAN KLIMATOLOGI DASAR PROGRAM SARJANA FAPERTA UNLAM
  4. 4. 3.1. Pancaran Sinaran MatahariJarak matahari dan bumi ≈ Suhu permukaan matahari150 juta km. sekitar 6000K. Radiasi elektromagnetik ≈ 73,5 juta Wm-2.Radiasi di puncak atmosfer≈1360 Wm-2. Sinaran matahari yang sampai di permukaan hanya sekitar ½ dari 1360 Wm-2, akibat serapan dan pantulan oleh awan.
  5. 5. 3.2. Karakteristik Sinaran Matahari dan Bumi Setiap benda di alam, Ts > 0 K (atau -273ºC), akan memancarkan radiasi); F = ε ζ Ts4 (Hukum Stefan-Boltzman F : pancaran radiasi (W m-2) ε : emisivitas permukaan ≈ 1 untuk benda hitam, untuk benda alam lainnya antara 0,9 – 1,0. ζ : tetapan Stefan-Boltzman ≈ 5,67 10-8 Wm-2) Ts : suhu permukaan (K)
  6. 6.  Hukum Wien (λm) menyatakan bahwa semakin tinggi suhu permukaan, maka semakin pendek panjang gelombangnya; λm = 2897/Ts λm : panjang gelombang (μm) Ts : suhu permukaan (K)Radiasi matahari ≈ panjang gelombangantara 0,3 – 4,0 μm  radiasigelombang pendek.Radiasi bumi (300 K) mempunyai kisaranpanjang gelombang antara 4 – 120 μm radiasi gelombang panjang.
  7. 7. 3.2.2. Spektrum matahari Tabel 3.1. Penggolongan radiasi matahari menurut panjang gelombangPanjang gelombang Jenis Radiasi< 0,001 μm Sinar X dan γ Ultraviolet0,001 μm – 0,200 μm Ultra violet jauh0,200 μm – 0,315 μm Ultra violet menengah0,315 μm – 0,380 μm Ultra violet dekat Terlihat0,380 μm – 0,720 μm Cahaya tampak0,720 μm – 1,500 μm Infra merah dekat Inframerah1,500 μm – 5,600 μm Infra merah menengah5,600 μm – 1,000 μm Inframerah jauh> 1,000 μm Gelombang mikro dan radio
  8. 8. 3.3. Penerimaan Sinaran Matahari di Permukaan Bumi Penerimaan radiasi matahari di permukaan bumi bervariasi menurut tempat dan waktu 1. Menurut tempat;  secara makro disebabkan oleh perbedaan letak lintang dan keadaan atmosfer (awan).  secara mikro, jumlah radiasi yang diterima ditentukan oleh arah lereng. 2. Menurut waktu, perbedaan radiasi yang diterima;  terjadi dalam sehari (dari pagi hingga sore hari)  Secara musiman (dari hari ke hari)
  9. 9. Faktor-faktor yang mempengaruhi penerimaan sinaran matahari di permukaan bumi, secara makro3.3.1. Jarak antara matahari dan bumi;  Jarak terdekat (Perihelion) terjadi pada tanggal 3 – 5 94,5 M 91,5 B Januari. Juta mil Juta mil  Jarak terjauh (Aphelion) terjadi pada tanggal 5 Juli 3.3.2. Jarak antara matahari dan bumi yang berbeda menyebabkan perbedaan kerapatan fluks (Wm-2) atau intensitas yang sampai di permukaan bumi; 4 π R12 Q1 = 4 π R22 Q2 Q1 = Q2 (R2/R1)
  10. 10. Lintasan Matahari
  11. 11. Konstanta Matahari Tetapan matahari (solar constant) merupakan radiasi matahari yang datang tegak lurus bumi, untuk jarak rata-rata matahari dan bumi selama setahun. Nilai tetapan matahari: 1360 Wm-2 dengan variasi 1 – 2% akibat variasi pancaran radiasi di permukaan matahari. D=1,42 X 10 6 km (32º d=12.700 km 56 x 1026 kal menit -1 S = -------------------------- 4 π (1,5 x 1013 cm)2 Jarak rerata matahari - bumi = 2,0 kal cm-2 menit -1 (1,5 x 108 km ± 1,7%) = 2 ly menit-1 (1 langley = 1 kal cm-2) = 1360 Wm-2
  12. 12. 3.3.2. Panjang hari dan sudut datang Panjang hari merupakan perbedaan penerimaan kerapatan fluks radiasi matahari dan periodenya karena perbedaan tempat menurut lintang.
  13. 13.  Radiasi matahari yang sampai di permukaan bumi pada lintang dan waktu tertentu adalah;  Qs’ = η QA Qs’: radiasi matahari di permukaan bumi pada hari cerah (Wm-2) η : transparansi atau kerapatan optik atmosfer; 0,6-0,9 QA : radiasi Angot atau radiasi matahari yang sampai di puncak atmosfer. QA = QA’ (R’/R)2 R’ : jarak rata-rata matahari-bumi R : jarak matahari-bumi sebenarnya QA’= QSO cos z QSO: tetapan matahari, 1360 Wm-2. z : sudut antara garis normal dengan sinar datang (zenith angle) z = sin Ф sin δ + cosФ cos δ cos h Ф : letak lintang (º) dan δ : sudut waktu ataun deklinasi matahari (24 jam = 360º)
  14. 14.  Sudut datang adalah perbedaan penerimaan radiasi matahari di permukaan bumi pada waktu tertentu.  Radiasi yang diterima permukaan bumi per satuan luas dan satuan Batas atas atmosfer waktu disebut insolasi atau radiasi global. ATMOSFER  Φ = Φ0 cos θ Φ : kerapatan aliran energi yang diterima suatu permukaan Φ0 : kerapatan aliran energi jika radiasi matahari jatuh pada posisi tegak lurus. θ : sudut antara radiasi matahrisore hari tengah hari dengan sumbu tegak lurus pada permukaan. Permukaan Bumi
  15. 15. Teladan 3.1. Suatu berkas cahaya  Penyelesaian Teladan dengan intensitas 1000 3.1. Wm-2 jatuh pada suatu  Φ = Φ0 cos θ permukaan. Sudut yang  Φ0 sebesar 1000 Wm-2 terbentuk antara berkas radiasi matahari dengan  θ = 30º, cos 30º = 0,8660 permukaan penerima  Φ = 1000 Wm-2 x 0,8660 adalah 30º.  Φ = 866 Wm-2 Hitunglah kerapatan aliran energi radiasi matahari yang menerpa permukaan tersebut
  16. 16. 3.3.3. Pengaruh atmosfer bumi Radiasi matahari yang memasuki sistem atmosfer akan dipantulkan ke angkasa luar (r = refleksi), diserap (a = absorbsi) dan diteruskan (t = transmisi) berupa radiasi global, oleh gas, aerosol serta awan. 1=r+a+t; 1 = 0,3 + 0,2 + 0,5 Radiasi global (0,5) terdiri dari radiasi langsung (direct) dan radiasi baur (diffuse).
  17. 17. Absorbsi, a Absorbsi atmosfer: selektif atau bergantung pada partikel tententu (uap air, O2, CO2, nitrogen, ozon) dan panjang gelombang yang datang. Emisivity, e (daya pancar): kemampuan relatif suatu permukaan untuk memancarkan energi cahaya. Nilai fraksi daya pancar dari suatu permukaan sama dengan daya serapnya (Hukum Kirchoff; a = e)
  18. 18. Teladan 3.2. Intensitas penerimaan  Kerapatan aliran energi radiasi matahari pada yang dipantulkan (r) oleh permukaan sebesar 100 permukaan tersebut adalah Wm-2. Sifat permukaan sebesar 0,32 x 100 Wm-2 = adalah opaque dengan 32 Wm-2. daya pantul sebesar 0,32.  Permukaan bersifat opaque (tak tembus cahaya), • Berapa kerapatan aliran jadi t = 0 Wm-2. energi radiasi yang  Kerapatan aliran energi diserap, dipantulkan yang diserap (a) adalah 1 dan diteruskan oleh = 0,32 + a + 0,0, maka a = permukaan tersebut ? 1 – 0,32 – 0,0 = 0,68. Jadi a = 0,68 x 100 Wm-2. • Berapa intensitas  Intensitas pancaran radiasi pancaran radiasi oleh oleh permukaan adalah, permukaan tersebut ? hukum Kirchoff; a = e. Jadi e adalah 68 Wm-2.
  19. 19. 3.4. Neraca Energi pada Permukaan Bumi Neraca energi pada suatu permukaan bumi ; Qn = Qs + Ql - Qs’ – Ql’ Qn : radiasi neto (Wm-2) Qs dan Qs; : radiasi matahari yang datang dan ke luar (Wm-2) Ql dan Ql’ : radiasi gelombang panjang yang datang dan ke luar (Wm-2). Albedo merupakan nisbah antara radiasi gelombang pendek (radiasi matahari) yang dipantulkan dengan yang datang pada suatu permukaan.
  20. 20. 3.4.1. Radiasi Gelombang Panjang Jumlah radiasi gelombang panjang dari suatu permukaan (rumus Brunt, 1932); Ql = ζ T4 (0,56 – 0,079 ea0,5) (0,1 + 0,9 n/N) Ql : radiasi gelombang panjang dari suatu permukaan bumi (Wm-2). T : suhu udara ea : tekanan uap air di udara (mb) Untuk radiasi gelombang panjang yang datang < yang ke luar, maka; Qn = Qs (1 – α) – Ql Qs : radiasi matahari yang terukur dengan solarimeter (Wm-2) Ql : pancaran radiasi gelombang panjang (rumus Brunt, Wm- 2)
  21. 21. 3.4.2. Neraca Energi Qn = H + λ E + G + P Malam hari; Radiasi matahari (Qs) = 0, Radiasi neto (Qn) < 0. Qn < 0 maka akan terjadi pendinginan (- H dan – G) Siang hari; Qs > Ql dan Qn > 0 Qn > 0 digunakan untuk (1) memanaskan udara (+H), (2) penguapan (λ E ), pemanasan lautan/tanah (+G) dan < 5% untuk fotosintesis.
  22. 22. 3.4.3. Pengaruh Rumah Kaca Di atmosfer, uap air, CO2 dan methane (CH4) adalah penyerap radiasi gelombang panjang sempurna. Energi radiasi yang diserap oleh kedua gas tersebut akan dipancarkan kembali ke permukaan bumi diiringi oleh peningkatan suhu udara.
  23. 23. 3.5. Pengukuran dan Pengolahan Data Radiasi dan Lama Penyinaran Matahari Alat pengukur radiasi matahari disebut solarimeter atau radiometer atau piranometer atau pirheliometer. Permukaan penerima sekurang- kurangnya mempunyai dua elemen indera (hitam dan putih). Waktu pengukuran; 06.00 – 18.00. Intensitas radiasi matahari dinyatakan sebagai jumlah energi yang jatuh pada satuan luas permukaan tertentu dalam satuan waktu. Cal cm-2 menit-1; Wm-2
  24. 24. 3.5. Pengukuran dan Pengolahan Data Radiasi dan Lama Penyinaran Matahari  Alat pengukur lama penyinaran matahari adalah jenis Campbell- Stokes dan Jordan.  Bola gelas pejal berdiameter 10 cm dan bertindak sebagai lensa untuk memusatkan radiasi matahari yang datang  Jam (06.00-18.00).  Penduga radiasi matahari, Qs.  Qs/QA = a + b n/N  n ; lama penyinaran aktual (jam)  N; panjang hari (jam)  Konstanta yang tergantung dari keadaan wilayah
  25. 25. Tugas Rumah Radiasi1. Suatu benda transparan menerima cahaya dengan intensitas terpaan sebesar 100 Wm-2. Daya tembus cahaya pada benda tersebut adalah sebesar 0,70 dengan daya pantul sebesar 0,15.  Hitunglah berapa besar energi cahaya yang diserap oleh benda tersebut!  Hitung pula berapa besar energi yang dipancarkannya untuk dapat kembali pada status awalnya, sebelum menerima terpaan cahaya !2. Mengapa albedo radiasi bumi sukar untuk ditentukan ?3. Sebutkanlah sumber-sumber yang dapat merusak la- pisan atmosfer (Ozon) yang terdapat di rumah anda !

×