NAMA
: LISA SYAFRINA A.S.
NIM
: 05101007116
PRODI
: AGROEKOTEKNOLOGI AGROEKOTEKNOLOGI
KELAS
:C
Radiasi surya merupakan sumber energi utama kehidupan di muka bumi ini. Setiap waktu hampir terjadi perubahan penerimaan energi radiasi surya yang dapat mengaktifkan melekul gas atmosfer sehingga terjadilah pembentukan cuaca. Cuaca adalah keadaan fisik atmosfer jangka pendek dan mencakup wilayah yang relatif sempit. Perubahannya dapat dirasakan (kualitatif) dan diukur (kuantitatif). Keadaan unium rata-rata jangka panjang kondisi cuaca membentuk suatu pola yang dinamakan iklim. Jadi iklim adalah keadaan unsur cuaca rata-rata dalam waktu yang relatif panjang, dengan unsur-unsur sebagai berikut: radiasi surya, suhu udara, kelembaban nisbi udara, tekanan udara, angin, curah hujan, evapotranspirasi dan keawanan. Unsur cuaca/iklim bervariasi menurut waktu dan tempat, yang disebabkan adanya pengcndali iklim/cuaca (climatic controls). Radiasi surya merupakan unsur iklim/cuaca utama yang akan mempengaruhi keadaan unsur iklim/cuaca lainnya. Perbedaan penerimaan radiasi surya antar tempat di permukaan bumi akan menciptakan pola angin yang selanjutnya akan berpengaruh terhadap kondisi curah hujan, suhu udara, kelembaban nisbi udara, dan lain-lain. Pengendali iklim suatu wilayah berbeda dari pengendali iklim di bumi secara menyeluruh. Pengendali iklim bumi yang dikenal sebagai komponen iklim terdiri dari lingkungan atmosfer, hidrosfer, litester, kriosfer, dan biosfer. Dalam hal ini akan terjadi hubungan interaksi dua arah di antara ke lima jenis lingkungan tersebut dengan unsur iklim/cuaca. Kondisi iklim/cuaca akan mempengaruhi proses-proses fisika, kimia, biologi, ekofisiologi, dan kesesuaian ekologi dari komponen lingkungan yang ada. Radiasi Matahari adalah pancaran energi yang berasal dari proses thermonuklir yang terjadi di matahari. Energi radiasi matahari berbentuk sinar dan gelombang elektromagnetik. Spektrum radiasi matahari sendiri terdiri dari dua yaitu, sinar bergelombang pendek dan sinar bergelombang panjang. Sinar yang termasuk gelombang pendek adalah sinar x, sinar gamma, sinar ultra violet, sedangkan sinar gelombang panjang adalah sinar infra merah. Jumlah total radiasi yang diterima di permukaan bumi tergantung 4 (empat) faktor,yaitu : 1) Jarak matahari. Setiap perubahan jarak bumi dan matahari menimbulkan variasi terhadap penerimaan energi matahari. Bumi mengelilingi matahari (revolusi) dengan lintasan yang elips, perubahan jarak menimbulkan variasi penerimaan radiasi surya. Perihelion : Radiasi maksimum 2.01 ly. Min -1 ( 3 Januari jarak terdekat )
Aphelion : Radiasi minimum 1.88 ly. Min -1 ( jarak terjauh 4 Juli ) 2) Intensitas radiasi matahari yaitu besar kecilnya sudut datang sinar matahari pada permukaan bumi. Jumlah yang diterima berbanding lurus dengan sudut besarnya sudut datang. Sinar dengan sudut datang yang miring kurang memberikan energi pada permukaan bumi disebabkan karena energinya tersebar pada permukaan yang luas dan juga karena sinar tersebut harus menempuh lapisan atmosfer yang lebih jauh ketimbang jika sinar dengan sudut datang yang tegak lurus. 3) Panjang hari (sun duration), yaitu jarak dan lamanya antara matahari terbit dan matahari terbenam. 4) Pengaruh atmosfer. Sinar yang melalui atmosfer sebagian akan diadsorbsi oleh gas-gas, debu dan uap air, dipantulkan kembali, dipancarkan dan sisanya diteruskan ke permukaan bumi. Atmosfer sebagai pelindung dari radiasi surya yang sifatnya merusak, energi surya akan mengalami pengurangan energi oleh molekul – molekul atmosfer. Bahan atmosfer yang berperan dalam penyerapan radiasi surya. Atom oksigen di lapangan udara atas menyerap ultra violet yang ekstrim ( 0.12 – 0.18 µm ) Ozon, menyerap ultra violet 0.22 – 0.33 µm, dan sebagian dengan panjang gelombang 0.44 – 0.76 µm. Uap air menyerap infra merah P. Gel 0.93 , 1.1.3 , 1.42 dan 1.47 µm Karbon dioksida menyerap spektrum 2.7 µm ( dekat infra merah ) Radiasi baur : campuran antara cahaya hamburan ( radiasi surya ) dan cahaya pantulan Radiasi global : R hamburan + radiasi pantulan
Pancaran Radiasi Surya
Radiasi surya (surya = matahari) sumber energi utama untuk proses-proses fisika atmosfer yang menentukan keadaan cuaca dan iklim di atmosfer bumi. Permukaan matahari bersuhu 6000 oK, dengan jarak dari bumi 150 juta Km Radiasi yang sampai di puncak atmosfer 1360 Wm2, yang sampai ke permukaan bumi setengah dari yang diterima di puncak atmosfer. Rata-rata 30% radiasi yang sampai dipermukaan bumi dipantulkan kembali ke angkasa luar.
Karakteristik Radiasi Surya dan Bumi
Setiap benda di alam yang bersuhu 0 K (-273 o C) memancarkan radiasi berbanding lurus dengan pangkat empat suhu permukaannya (Hukum Stefan – Boltzman) 4
F=εσT
F = Pancaran RAdiasi (Wm2) ε = emisivitas permukaan, bernilai satu untuk benda hitam (black body radiation), sedangkan untuk benda-benda alam berkisar 0.9-1.0) σ = tetapan Stefan – Boltzman (5.67 10-8 Wm 2)
T = Suhu permukaan (K) Sistem Kesetimbangan Panas di Bumi
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 bumu/benda-benda yang ada dibumi disebut radiasi gelombang panjang.
Penerimaan Radiasi Surya di Permukaan Bumi
Bervariasi menurut tempat dan Waktu Skala makro menurut tempat ditentukan oleh letak lintang dan keadaan atmosfer terutama awan Skala mikro arah lereng menentukan jumlah radiasi surya yang diterima
Neraca Energi pada Permukaan Bumi
Neraca energi pada permukaan bumi
Qn = Qs + Ql – Qs – Ql 2 Qn = Radiasi Netto (Wm )
Qs dan Qs = radiasi surya yang datang dan keluar (Wm 2) Ql dan Ql = radiasi gelombang panjang yang datang dan keluar (Wm 2) Radiasi surya (Qs) bernilai 0 pada malam hari, radiasi netto (Qn) bernilai negatif. Siang hari Qs jauh lebih besar sehingga Qn positif. Qn yang positif akan digunakan untuk memanaskan udara (H), penguapan (λ E), pemanasan tanah/lautan (G) dan kurang dari 5 % untuk fotosintesis (berlakiu bila tidak ada adveksi panas/pemindahan panas secara horisontal)
Konsentrasi beberapa gas rumah kaca selama 2000 tahun terakhir
Perbandingan antara radiasi gelombang pendek (surya) yang dipantulkan dengan yang datang disebut albedo permukaan Di Atmosfer, uap air dan CO2 adalah penyerap radiasi gelombang panjang utama. Energi radiasi yang diserap oleh kedua gas tersebut dipancarkan kembali ke permukaan bumi diiringi dengan peningkatan suhu udara (efek rumah kaca = green house effect).
Seperti rumah kaca, radiasi surya mampu menembus atap kaca karena energinya besar, sedangkan radiasi gelombang panjang dari dalam rumah kaca tidak mampu menembus atap kaca sehingga terjadi penimbunan energi yang berlebihan dalam rumah kaca tersebut yang meningkatkan suhu udara. Gas Rumah Kaca (GRK) = uap air, CO2 dan methane) dapat menyebabkan pemanasan global
Alat pengukur radiasi surya
1. PENGUKUR SINAR MATAHARI JENIS CAMPBLE STOKES
Lamanya penyinaran sinar matahari dicatat dengan jalan memusatkan (memfokuskan) sinar matahari melalui bola gelas hingga fokus sinar matahari tersebut tepat mengenai pias yang khusus dibuat untuk alat ini dan meninggalkan pada jejak pias. Dipergunakannya bola gelas dimaksudkan agar alat tersebut dapat dipergunakan untuk memfokuskan sinar matahari secara terus menerus tanpa terpengaruh oleh posisi matahari. Pias ditempatkan pada kerangka cekung yang konsentrik dengan bola gelas dan sinar yang difokuskan tepat mengenai pias. Jika matahari bersinar sepanjang hari dan mengenai alat ini, maka akan diperoleh jejak pias terbakar yang tak terputus. Tetapi jika matahari bersinar terputus-putus, maka jejak dipiaspun akan terputus-putus. Dengan menjumlahkan waktu dari bagian bagian terbakar yang terputus-putus akan diperoleh lamanya penyinaran matahari. 2. PENGUKUR SINAR MATAHARI JENIS JORDAN Alat ini mencatat sendiri lamanya matahari bersinar dalam sehari yang terdiri dari dua kotak berbentuk setengah silinder dan tertutup. Di bagian dalam dipasang kertas yang sangat peka terhadap sinar matahari langsung. Apabila seberkas matahari langsung mengenai kertas ini akan meninggalkan bekas yang gelap. Alat ini diatur sedemikian sehingga satu pias dipakai untuk pagi dan pias lainnya untuk siang hari.
3. PENGUKURAN INTENSITAS RADIASI MATAHARI Untuk mengetahui intensitas radiasi yang jatuh pada permukaan bumi baik yang langsung maupun yang dibaurkan oleh atmosfer. Intensitas radiasi matahari ialah jumlah energi yang jatuh pada suatu bidang persatuan luas dalam satu satuan waktu. Dalam atmosfer bumi terdapat bermacam-macam radiasi seperti : a. Direct Solar Radiation (S) yaitu radiasi langsung dari matahari yang sampai ke permukaan bumi. b. Radiation Difus (D) yang berasal dari pantulan-pantulan oleh awan dan pembauran-pembauran oleh partikel-partikel atmosfer. c. Surface Raflectivity (r) yaitu radiasi yang berasal dari pantulan-pantulan oleh permukaan bumi. d. Out Going Terrestial radiation (O), yaitu radiasi yang berasal dari bumi yang berupa gelombang panjang. e. Back Radiation (B) yaitu radiasi yang berasal dari awan-awan dan butir-butir uap air dan CO2 yang terdapat dalam atmosfer. f. Global (total) Radiation (Q) g. Net Radiation (R) Dengan banyaknya jenis radiasi yang terdapat didalam atmosfer berarti banyak pula alat-alat yang diperlukan untuk mengukur radiasi langsung (S). Misalnya : Pyrheliometer untuk mengukur radiasi langsung (S) Solarimeter dan Pyranometer untuk radiasi total (Q) Pyrgeometer untuk mengukur radiasi bumi (O) Net Pyrradiometer untuk mengukur radiasi total (R) Pada prinsipnya sensor alat pengukur intensitas radiasi matahari dibagi 2 jenis: a. Sensor yang dibuat dari bimetal yaitu 2 jenis logam yang mempunyai koefisien muai panjang yang berbeda dan diletakkan satu sama lainnya. Alat yang memakai sensor jenis ini ialah Actinograph. b. Sensor yang dibuat dari Thermopile seperti yang terdapat pada Solarimeter, Pyranometer dll
4. AMSTRONG PYRHELIOMETER Pyrheliometer dipakai untuk mengukur intensitas radiasi matahari langsung (S). Pyrheliometer terdiri dari 2 bagian pokok, yaitu sensor yang menghasilkan gaya gerak listrik dan recorder yang berisi battery, galvanometer dan amperemeter. Sensor berada didalam sebuah tabung/silinder logam yang dapat diputar horizontal dan vertikal. Tabung diputar mengikuti gerakan matahari sehingga sinar selalu jatuh tegak lurus ke permukaan sensor. Pada bagian ujung/ muka tabung terdapat tutup yang dapat diputar terhadap permukaan silinder. Penutup ini berfungsi sebagai pelindung sensor terhadap matahari dan juga sebagai pemutus dan penghubung kontak listrik.
5. SOLARIMETER DAN PYRANOMETER Digunakan untuk mengukur radaiasi matahari total. Untuk memperoleh data intensitas matahari secara kontinue, Solarimeter dihubungkan ke sebuah alat pencatat yang dinamakan Chart Recorder yang mempunyai sifat Self Balancing Potentiometric yaitu suatu recorder yang bekerjanya berdasarkan keseimbangan antara signal (tenaga listrik yang masuk berasal dari Solarimeter dengan tenaga listrik dari power supply. Gerakan dan kedudukan pena ditentukan oleh keseimbangan kedua unsur tersebut. Dengan demikian recorder ini memerlukan tenaga listrik yang diperlukan selain untuk keseimbangan juga untuk menggerakkan pias (Chart) dan jam. Recorder ini sangat peka terutama ketika sedang beroperasi, sedapat mungkin dihindarkan terhadap getaran-getaran yang dapat mengganggu keseimbangan.
