Radiasi matahari dan bumi bagian 2

by R.Larasati

Faktor yang Berpengaruh Terhadap Radiasi yang Sampai ke Bumi

1. Sistem tanpa atmosfer, untuk mempermudah mempelajari faktor-faktor yang berpengaruh terhadap radiasi yang sampai ke permukaan maka atmosfer dianggap tidak ada, maka yang berpengaruh adalah :

  • Matahari sebagai sumber energi itu sendiri : pada saat sisi matahari menghadap bumi lebih banyak sisi troposfer yang bersuhu 6000 K maka radiasi surya yang diterima bumi besar karena sumbernya besar, sebaliknya pada saat sisi sunspot banyak menghadap bumi (5923 K) maka radiasi yang diterima bumi rendah dan hal ini berulang setiap 11 tahun.
  • Jarak bumi-matahari, sehingga sekitar Januari, radiasi yang diterima bumi lebih banyak dari biasanya, sedangkan bulan Juli radiasi yang diterima lebih sedikit dari biasanya.
  • Sudut datang surya, pada saat sudut datang besar (pagi atau sore) radiasi lebih rendah, sebaliknya bila sudut datang kecil (tengah hari) radiasi yang diterima besar.
  • Panjang hari adalah periode matahari terbit (sun rise) hingga matahari terbenam (sun set), sehingga pada musim panas yang panjang harinya, panjang radiasi yang diterima bumi semakin besar dan sebaliknya pada saat musim dingin.

2. Sistem atmosfer, bila atmosfer diperhitungkan maka selain pada butir 1 diatas, yang berpengaruh juga pada butir 2 antara lain :

  • Penyerapan (absorbtion), awan, uap air, aerosol, dan gas kering akan menyerap radiasi yang lewat sebelum sampai ke muka bumi.
  • Pemantulan (reflection)
  • Pembauran (scattering)
  • Dipancarkan kembali (reflection)
  • Radiasi langsung dikenal sebagai insolasi (incoming soar radiation)

Neraca Energi

Neraca radiasi secara global dibagi menjadi dua bagian, yaitu bagian radiasi gelombang pendek (neraca radiasi matahari) dan bagian gelombang panjang (neraca radiasi bumi).

1. Neraca radiasi matahari : peta radiasi matahari dari 100% yang datang (insolasi : incoming solar radiation) hanya 46% yang sampai secara langsung ke permukaan bumi, 6% dipantulkan permukaan, 19% diserap udara (uap,air,debu,dan ozon), 4% diserap awan, 17% dipantulkan awan, dan 8% dipantulkan oleh udara.

2. Neraca energi radiasi bumi, bumi memencarkan radiasi dalam bentuk gelombang panjang. Pada radiasi bumi dari 115% radiasi yang keluar dari bumi (outgoing radiatio) diserap 106% oleh awan, uap air, CO2, dan O3 dan dikembalikan ke bumi 100%, hilang ke angkasa 9% secara langsung, emisi dari uap air, CO2, dan O3 sebesar 40%, emisi dari awan 20% .

Dari penjelasan butir 1 dan 2, permukaan mengalami surplus sebanyak 31% dari energi radiasi (+46-115+100), sedangkan atmosfer defisit sebesar 31% (+23+106-100-60). Bumi mentrasfer surplus 31% energi radiasi ke atmosfer dalam dua bentuk, yaitu melalui panas terasa (sensible heat) sebesar 7% yang secara umum dapat diukur dengan termometer, serta lewat panas tersembunyi (latent heat) sebesar 24% yakni panas yang tersembunyi pada saat evaporasi (perubahan fase air menjadi uap) dan energi ini terlepas saat kondensasi terjadi . Manfaat panas laten dapat dirasakan saat pengeringan benih, pakaian, dan kerupuk.  Neraca energi dalam persamaan matematika dapat dituliskan sebagai berikut :

 

Pada rumus 1, Rn (radiasi netto) adalah radiasi gelombang pendek datang (RS in) dan radiasi gelombang panjang datang (RL in) dikurangi radiasi gelombang pendek ke luar dan gelombang panjang keluar (RS out dan RL out). Pada rumus ke 2, Rn yang bernilai + (siang) dan nilai – (malam) digunakan untuk : +G (pemanasan muka bumi), +H (memanaskan udara), +LE (menguapakan air), +P (fotosintesis), sedangkan malam hari untuk -G (pendinginan tanah), -H (pendinginan udara), -LE (pengembunan), dan -P (respirasi).

Istilah -Istilah Terkait Radiasi

1. Black body : benda hitam sempurna, mempunyai daya serap dan cdaya pancar sama. Contoh di alam : matahari, bumi, bulan, dan planet lain.

2. PAR : Photosynthetic Active Radiation, bagian radiasi pada cahaya tampak yang mengaktifkan terjadinya fotosintesis. Cahaya tampak dalam warna pelangi (merah, jingga, kuning, hijau,  biru, nila, ungu), mempunyai panjang gelombang 0,4 – 0,7 mikrometer (µm), bekerja sama dengan klorofil daun mengaktifkan proses fotosintesis.

3.  Konstanta surya : fluks radiasi yang sampai di puncak atmosfer dengan nilai sebesar :

  • 1,31 k W m-2 pada aphelion
  • 1,40 k W m-2 pada perihelion
  • 1,387 k W m-2 pada jarak rata-rata bumi-matahari

4. Albedo : perbandingan antara radiasi yang dipantulkan oleh suatu benda dengan radiasi yang datang pada benda tersebut (%).

Nilai Albedo untuk Bermacam-Macam Permukaan

Permukaan Albedo (%)
Tanah Hitam 5 – 15
Tanah Abu-abu Lembab 10 – 20
Tanah Liat Kering 20 – 35
Beton Kering 17 – 27
Aspal 5 – 10
Padang Pasir 25 – 30
Lapangan Rumput 10 – 20
Tanaman 15 – 25

Makin terang suatu permukaan (putih) dan makin kering (kurang air) serta makin halus permukaannya (tidak bergelombang atau kasar), maka makin besar nilai albedo. Sebaliknya terjadi bila permukaan banyak mengandung uap air, berwarna gelap, dan permukaan kasar atau bergelombang, maka makin kecil nilai albedo. Makin kecil nilai albedo sebagai indikator radiasi banyak mengalami absorbsi/penyerapan.

Gas Rumah Kaca Kaitannya dengan Pemanasan Global

Sebagian pakar Meteorologi percaya bahwa bumi lebih hangat dibandingkan hasil perhitungan rata-rata suhu muka bumi 300 K, pada kenyataanya lebih adalah indikator keberadaan zat yang dikenal sebagai GRK (gas rumah kaca). GRK terdiri atas CO2, O3, uap H2O, N2O, CFC, dan CH4. GRK mempunyai sifat khas layaknya seperti rumah kaca yang dapat meneruskan radiasi surya langsung ke permukaan, tetapi secara selektif menahan radiasi bumi dalam bentuk gelombang panjang yang terakumulasi sehingga menimbulkan efek panas. Persis seperti di dalam rumah kaca yang tertutup.

Pada jumlah yang ada saat ini, dirasakan GRK masih dianggap menguntungkan karena bumi menjadi hangat dan dapat dihuni, tetapi bila aktivitas manusia pada berbagai sektor yang cenderung meningkatkan keberadaan GRK, dikhawatirkan akan menimbulkan dampak pemanasan bumi secara global, yang pada akhirnya dapat mencairkan es di kutub, sehingga volume air laut menjadi bertambah, tenggelamlah beberapa pulau atau pantai serta kota pantai. Meskipun sebagian pakar kurang meyakini fenomena ini dan menganggap ada faktor penyeimbang seperti letusan gunung api yang menghamburkan jutaan ton partikel ke udara akan menimbulkan dampak pendinginan bagi bumi juga secara global.