Respon Perubahan Temperatur Permukaan Terhadap...

Sumaryati /Respon Perubahan Temperatur Permukaan terhadap Energi Radiasi Matahari 291

Prosiding Pertemuan Ilmiah XXVIII HFI Jateng & DIY, Yogyakarta, 26 April 2014

ISSN : 0853-0823

Respon Perubahan Temperatur Permukaan Terhadap Energi Radiasi

Matahari

Sumaryati dan Saipul Hamdi Pusat Sains dan Teknologi Atmosfer - LAPAN

Jl. Dr. Djundjunan 133 Bandung, 40173 telp. 022 4037445

[email protected] [email protected]

Abstrak – Bumi menerima radiasi matahari pada siang hari yang besarnya tergantung pada sudut zenith dan kondisi

atmosfer, dan meradiasikan kembali radiasi tersebut pada siang dan malam hari. Intensitas maksimum radiasi matahari

berada pada cahaya tampak, sedangkan Intensitas maksimum radiasi yang dipancarkan bumi berada pada gelombang

panjang yang memberikan efek panas pada atmosfer bawah, maka sering disebut sebagai radiasi panas. Dalam makalah

ini dikaji bagaimana perubahan temperatur permukaan karena proses perubahan energi radiasi global di Makassar

(5,113 °LS ; 119,417º BT). Data yang digunakan adalah radiasi global dan temperatur yang diamati dengan

menggunakan Automatic Weather Station pada tahun 2012-2014. Hasil menunjukkan bahwa proses pemanasan

atmosfer pada pagi lebih cepat dari pada proses pendinginan atmosfer pada sore hari. Kenaikan energi radiasi matahari

harian yang diterima di Makassar menaikkan temperatur maksimum yang terjadi pada siang hari secara siknifikan,

tetapi tidak menaikkan temperatur minimum yang terjadi pada malam hari

Kata kunci: temperatur, radiasi, bumi, matahari

Abstract – The Earth receives solar radiation during the day that the amount of energy depends on the zenith angle and

atmospheric conditions, and the radiation will reradiate by the earth during whole of the daylight and the night. The

maximum intensity of solar radiation is at visible light spectra, while the maximum intensity of the earth radiation is at

long wave radiation spectra which gives the heat effect in the lower atmosphere, therefore it is often referred to thermal

radiation. In this paper studied how the surface atmospheric temperature change because of global solar radiation

energy changes in Makassar ( 5.113 ° S ; 119.417 º E). This study using the global radiation and temperature were

observed by Automatic Weather Station in 2012-2014. Results showed that the atmospheric warming in the morning

faster than the atmosphere cooling in the afternoon. The increasing solar radiation energy received in Makassar daily

increases maximum temperature that occurs during the day significantly, but not raise the minimum temperature that

occurs at the night.

Keywords: temperature, radiation, earth, solar

I. PENDAHULUAN Perubahan temperatur permukaan merupakan salah

satu kajian yang menarik dalam membahas dinamika

atmosfer bumi, terutama menyangkut pemanasan global

dan perubahan iklim. Perubahan temperatur permukaan

bumi sendiri dipengaruhi banyak hal, yang secara

globalnya dapat dikategorikan menjadi dua hal yaitu

aktivitas matahari yang menentukan besarnya energi

radiasi yang dipancarkan dan kondisi sistem bumi, yang

menentukan sifat termalnya.

Karena temperatur atmosfer dipengaruhi oleh radiasi

matahari, maka dengan hanya ada ketersediaan data

temperatur dapat diprediksi besarnya radiasi matahari

global [1,2]. Radiasi global merupakan semua radiasi

matahari yang sampai ke permukaan bumi, dari panajng

gelombang terpendek sampai terpanjang, baik radiasi

langsung maupun radiasi hambur. Tetapi ada juga

penelitian yang menunjukkan bahwa telah tidak ada

hubungan antara radiasi global dengan temperatur

atmosfer, karena temperatur atmosfer sangat kuat

dipengaruhi oleh gas rumah kaca [3].

Dalam makalah ini dikaji bagaimana respon perubahan

temperatur permukaan karena adanya perubahan energi

radiasi global yang diterima di Makassar. Pengaruh

perubahan temperatur permukaan oleh faktor lain seperti

gas rumah kaca dan dinamika atmosfer lain tidak dibahas.

II. LANDASAN TEORI

Setiap saat bumi menerima energi radiasi matahari (��)

seluas cakram bumi, yaitu sebesar:

��

(1)

Dengan �� adalah jari-jari bumi, �� adalah albedo sistem

bumi dan adalah energi matahari yang sampai ke

terestrial bumi yang disebut solar constant. Nilai solar

constant kira-kira 1362 Wm-2, tergantung pada aktivitas

matahari serta jarak antara bumi dan matahari.

Energi radiasi matahari yang diterima bumi

diradiasikan kembali oleh seluruh permukaan bola bumi

dalam bentuk radiasi yang berdasarkan kaidah black body

radiation dituliskan dalam persamaan (2).

�� 4��

�, (2)

dengan � adalah emisivitas bumi, σ adalah konstanta

Stefen – Boltzmann (5.67 10-8 Wm-2k-4), dan T adalah

temperatur bumi. Jika bumi sebagai benda hitam

292 Sumaryati /Respon Perubahan Temperatur Permukaan terhadap Energi Radiasi Matahari


ISSN : 0853-0823

sempurna atau nilai emisivitasnya satu, maka temperatur

bumi sekitar 254 K. Tetapi karena bumi bukan benda

hitam sempurna, dan atmosfer bumi mengandung gas

rumah kaca, menyebabkan nilai emisivitas tidak satu dan

akhirnya temperatur bumi sekitar 288 K.

Penyederhanaan perumusan di atas bumi dipandang

sebagai satu sistem yang bersifat homogen, baik

homogen sifat termalnya yang meliputi albedo dan

emisivitas, maupun homogen dalam menerima radiasi

matahari dan meradiasikan kembali radiasi tersebut ke

angkasa. Kenyataannya bumi tidak homogen. Bumi

menerima energi radiasi matahari tergantung sudut zenith

yang bervariasi secara harian dan tahunan. Bumi berotasi

sehingga ada bagian yang menerima radiasi dan tidak,

daerah ekuator menerima banyak radiasi matahari,

sedangkan daerah kutub sangat sedikit mendapat radiasi

matahari. Permukaan bumi yang berupa lautan, es,

daratan dengan permukaan jenis tanah yang berbeda dan

penutupannya berupa bangunan, dan jenis serta

kandungan air dalam tanah yang berbeda menentukan

perbedaan sifat albedo dan emisivitas. Komposisi gas

penyusun atmosfer, serta kondisi atmosfer yang berawan

atau tidak berawan serta adanya aerosol juga menentukan

nilai albedo dan emsivitas bumi. Oleh karena itu

temperatur bumi tidaklah homogen.

Antara radiasi matahari dan radiasi yang diemisikan

oleh bumi memiliki perbedaan dalam panjang gelombang

dan besarnya energi, seperti pada Gambar 1. Dalam

satuan luas yang sama, besarnya energi radiasi yang

dipancarkan oleh bumi hanya seperempat radiasi

matahari yang diterima bumi dari matahari. Sesuai kaidah

pergeseran Wien, intensitas maksimum radiasi matahari

berada pada panjang gelombang cahaya tampak (0,35 –

0,8) µm yang disebut radiasi gelombang pendek dan

intensitas radiasi yang diemisikan bumi maksimum

berada pada panjang gelombang 10 µm yang disebut

radiasi gelombang panjang yang memberikan efek panas

pada atmosfer bawah.

Gambar 1. Perbandingan radiasi yang dipancarkan oleh

bumi dan matahari.

III. METODE PENELITIAN Data yang digunakan dalam kajian ini adalah data

radiasi dan temperatur permukaan hasil monitoring AWS

(Automatic Weather Station). Lokasi monitoring berada

di Makassar pada koordinat (5,113 °LS ; 119,417º BT),

dan pengamatan dilakukan setiap selang waktu lima

menit. Besarnya energi radiasi matahari dinyatakan

dalam besaran Ly (1 Ly = 1 ca cm-2

atau 41,84 kJm-2

).

Data radiasi dikompilasi dalam bentuk jumlah energi

radiasi harian yang diterima pada titik pengamatan dan

data temperatur dikompilasi dalam bentuk temperatur

maksimum harian, temperatur rata-rata harian, dan

temperatur minimum harian. Pola radiasi yang diterima

dan pola temperatur secara umum akan diketahui dari

nilai rata-rata radiasi yang diterima dan nilai rata-rata

temperatur permukaan pada jam yang sama. Untuk

mengetahui pengaruh perubahan energi radiasi terhadap

temperatur dibuat diagram pencar (scatter diagram)

antara energi radiasi yang diterima dalam satu hari

dengan temperatur maksimum harian, temperatur

minimum harian, dan temperatur rata-rata harian.

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Radiasi matahari jika tidak ada awan membentuk

setengah fungsi sinusoide pada siang hari dan nilai nol

pada malam hari. Secara umum temperatur pemukaan

bumi tidak membentuk pola seperti intensitas radiasi

matahari, temperatur maksimum terjadi setelah setelah

matahari melewati titik kulminasi, kemudian berangsur

turun secara perlahan hingga mencapai minimum

beberapa saat setelah matahari terbit [4,5]. Pola harian

intensitas radiasi dan temperatur permukaan di Makassar

bulan Juni ditunjukkan pada Gambar 2 dan Gambar 3.

Energi radiasi yang diserap bumi tidak langsung

diradiasikan kembali, sifat termal bumi mampu menahan

energi radiasi tersebut sehingga ketika pada malam hari

tidak ada radiasi yang diterima temperatur permukaan

masih cukup panas. Perbedaan antara rata-rata temperatur

maksimum harian dan temperatur minimum harian di

Makassar sekitar 12,5 °C.

Gambar 2. Pola harian intensitas radiasi matahari.

Gambar 3. Pola harian temperatur permukaan.

Sumaryati /Respon Perubahan Temperatur Permukaan terhadap Energi Radiasi Matahari 293


ISSN : 0853-0823

Korelasi antara radiasi matahari yang diterima dan

temperatur pemukaan disajikan pada Gambar 4 untuk

temperatur rata-rata, Gambar 5 untuk temperatur

maksimum, dan Gambar 6 untuk temperatur minimum.

Koefisien korelasi (r) yang merupakan akar dari koefisien

diterminasi (R2), masing-masing adalah 0,63, 0,66, dan

0,07, yang mengindisikan bahwa korelasi antara radiasi

dengan temperatur rata-rata dan maksimum harian cukup

kuat tetapi korelasi antara radiasi dengan temperatur

minimum harian sangat lemah [6].

Dari ketiga gambar 4 dan 5 terlihat bahwa kenaikan

energi radiasi yang diterima menaikkan temperatur, baik

temperatur rata-rata maupun temperatur minimum harian

yang ditandai dengan gradien grafik bernilai positif. Hal

ini sesuai dengan logika bahwa panasnya bumi berasal

dari energi radiasi matahari sebagaimana telah dijelaskan

di atas, sehingga jika energi radiasi yang diterima

bertambah temperatur juga naik. Koefisien korelasi juga

terlihat cukup kuat.

Gambar 4. Korelasi antara energi radiasi yang diterima dengan

temperatur rata-rata harian.


temperatur maksimum harian.

Tetapi ada anomali dengan temperatur minimum

harian yang ditunjukkan pada Gambar 6. Dari

penggambaran ini nampak ada korelasi negatif antara

radiasi matahari dengan temperatur minimum, meskipun

korelasinya sangat lemah. Secara statistik hal itu

menunjukkan bahwa dengan semakin besar energi radiasi

matahari yang diterima ada kecenderungan menurunkan

temperatur minimum harian. Tetapi karena korelasinya

sangat lemah dan tidak sesuai dengan teori di atas, maka

dapat disumpulkan bahwa temperatur minimum harian di

Makassar tidak dipengaruhi oleh besarnya energi radiasi

matahari, tetapi oleh faktor lain.

Berdasar Gambar 4-6 secara statistik dapat dikatakan

bahwa dengan bertambahnya energi radiasi yang diterima

di Makassar menyebabkan naiknya temperatur

maksimum dan turunnya temperatur radiasi minimum.

Temperatur pada permukaan bumi selain pengaruhi oleh

energi radiasi matahari juga dipengaruhi oleh sifat termal

dari bumi. Sifat termal yang menyebabkan perbedaan

temperatur maksimum dan minimum adalah emisivitas

bumi. Permukaan bumi yang emisivitasnya tinggi

mendekati satu akan cepat meradiasikan kembali

energinya, sehingga ketika tidak ada radiasi matahari

yang diterima temperatur akan cepat turun, seperti yang

terjadi di atas gurun dengan perbedaan temperatur siang

dan malam hari sangat besar. Kejadian seliknya yang

terjadi dalam hutan dengan emisivitas yang rendah,

perbedaan temperatur pada siang dan malam hari sangat

kecil.


temperatur minimum harian.

Yang berpotensi merubah nilai emisivitas tanah di

Makassar dalam tempo harian adalah kondisi kandungan

airnya. Pada tanah basah emisisivitasnya lebih rendah

dari pada tanah kering [7]. Perubahan emisisivita di

Makassar dari penelitian sebelumnya [8] bahwa energi

radiasi maksimum harian di Makassar terjadi sekitar

bulan Februari–Maret dan pada bulan September-Oktober

karena bertepatan dengan posisi matahari yang berada di

Makassar, tetapi pada bulan Februari–Maret masih lebih

tinggi karena pada saat ini jarak antara bumi dan matahari

terdekat dalam periode tahunan. Pada periode ketika

potensi radiasi matahari maksimum di Makassar, terjadi

pada musim hujan dan peralihan bukan pada musim

kemarau. Oleh karena itu menurunnya temperatur

minimum harian ini bukan disebabkan karena naiknya

emisivitas permukaan bumi karena kandungan airnya

yang meningkat.

Temperatur permukaan suatu lokasi adalah temperatur

ruang yang berada di atas tempat tersebut. Ruang tersebut

berupa udara yang kondisinya tidak selalu diam tetapi

juga bergerak atau disebut angin. Oleh karena itu

pengukuran suhu temperatur permukaan berarti

mengukur udara yang sedang melewati daerah di atasnya.

Jika ada angin yang membawa udara rendah dingin, maka

temperatur permukaan yang terukur akan rendah,

sebaliknya jika ada angin yang membawa udara panas,

maka akan terukur temperatur permukaan yang tinggi.

Oleh karena menurunnya temperatur minimum di

Makassar ketika energi radiasi matahari yang diterima

tinggi diduga disebabkan angin yang membawa udara

dengan temperatur yang lebih dingin.

294 Sumaryati /Respon Perubahan Temperatur Permukaan terhadap Energi Radiasi Matahari


ISSN : 0853-0823

V. KESIMPULAN Kenaikan energi radiasi matahari harian yang diterima

di Makassar menaikkan temperatur rata-rata harian dan

temperatur maksimum harian yang terjadi pada siang hari

dengan korelasi yang kuat. Tetapi temperatur minimum

harian yang terjadi pada malam hari tidak dipenagruhi

oleh besarnya energi radiasi yang diterima. Temperatur

minimum di Makassar diduga dipengaruhi oleh arah

angin yang yang membawa udara dengan temperatur

yang lebih rendah atau penyebab lain yang perlu dikaji

lebih lanjut.

PUSTAKA [1] E.N. Maluta, T.S. Mulaudzi,. And V. Sanakrani,

Estimation of global solar radiation on Horosontal Surface

from Temperature Data for the Vhembe District in the

Limpopo Provinve of South Africa. International Journal

of Green Energi Vol. 11, 2014, pp. 545 - 464

[2] R.B.O Sulaeman, K.O Oluwasemire, and D.M Kulla,. A

Method for Estimating Soalr Radiation from Temperature

Data in Samaru, Northern Guinea Savanna of Nigeria.

Global journal of Engineering Research, Vol 7. 2008

[3] A. Pasini, U. Triacca, A Attanasia. Evidence of recent

Causal Decoupling between Solar Radiation and Global

Temperature. Environmental Research Letter 2012

[4] D. Lundquist dan D.R. Cayan. Surface Temperature

Patterns in Complex Terrain: Daily variations and long-

term change in the central Sierra Nevada, California.

Journal of geophysical Research, Vol. 112, D11124,

doi:10.1029/2006JD007561, 2007

[5] E.J. Sadler, dan R.E Schroll. An Empirical Model of

Diurnal Temperature Patterns. Journal of Agronomy. 1997

[6] B. Ratner, The Correlation Coefficient: Definition.

Website:

http://www.dmstat1.com/res/TheCorrelationCoefficientDef

ined.html, diakses tanggal 17 April 2014.

[7] Thermoworks, Emisivity Table, Website:

http://www.thermoworks.com/emissivity_table.html diakses

tanggal 17 April 2014.

[8] Sumaryati dan S. Hamdi. Optimalisasi Eksplorasi Energi

Matahari di Makassar untuk Mereduksi Emisi CO2, SO2, dan

NOx dari Pembakaran Batu Bara, dalam: E. Hermawan, I.

Juaeni, W.E cahyono, dan T SAmiaji Ed., Sains Atmosfer:

Teknologi dan Aplikasinya, Bandung 2013, pp. 93-103

Respon Perubahan Temperatur Permukaan Terhadap...

Documents

Transcript of Respon Perubahan Temperatur Permukaan Terhadap...