Jumlah uap air aktual dalam volume udara tertentu dan pada suhu udara tertentu adalah kelembapan

Definisi kelembaban udara adalah banyaknya kandungan uap air di atmosfer. Udara atmosfer adalah campuran dari udara kering dan uap air. Kelembaban udara adalah tingkat kebasahan udara karena dalam udara air selalu terkandung dalam bentuk uap air. Kandungan uap air dalam udara hangat lebih banyak daripada kandungan uap air dalam udara dingin. Kalau udara banyak mengandung uap air didinginkan maka suhunya turun dan udara tidak dapat menahan lagi uap air sebanyak itu. Uap air berubah menjadi titik-titik air. Udara yang mengandung uap air sebanyak yang dapat dikandungnya disebut udara jenuh.

Macam-macam kelembaban udara sebagai berikut :

1)   Kelembaban relatif atau nisbi yaitu perbandingan jumlah uap air di udara dengan yang terkandung di udara pada suhu yang sama.

2)   Kelembaban absolut atau mutlak yaitu banyaknya uap air dalam gram pada 1 m3.
Contoh : 1 m3 udara suhunya 250 C terdapat 15 gram uap air maka kelembaban mutlak = 15 gram. Jika dalam suhu  yang sama, 1 m3 udara maksimum mengandung 18 gram uap air, maka kelembaban relatifnya = 15/18 X 100 % = 83,33 %.

Beberapa cara untuk menyatakan jumlah uap air yaitu :

1. Tekanan uap adalah tekanan parsial dari uap air. Dalam fase gas maka uap air di dalam atmosfer seperti gas sempurna (ideal).
2. Kelembaban mutlak yaitu massa air yang terkandung dalam satu satuan volume udara lengas.
3. Nisbah percampuran (mixing ratio) yaitu nisbah massa uap air terhadap massa udara kering.
4. Kelembaban spesifik didefinisikan sebagai massa uap air persatuan massa udara basah.
5. Kelembaban nisbi (RH) ialah perbandingan nisbah percampuran dengan nilai jenuhnya dan dinyatakan dalam %.
6. Suhu virtual.

Besaran yang sering dipakai untuk menyatakan kelembaban udara adalah kelembaban nisbi yang diukur dengan psikrometer atau higrometer. Kelembaban nisbi berubah sesuai tempat dan waktu. Pada siang hari kelembaban nisbi berangsur – angsur turun kemudian pada sore hari sampai menjelang pagi bertambah besar.

• Kelembaban udara menggambarkan kandungan uap air di udara yang dapat dinyatakan sebagai kelembaban mutlak, kelembaban nisbi (relatif) maupun defisit tekanan uap air.
• Kelembaban nisbi membandingkan antara kandungan/tekanan uap air aktual dengan keadaan jenuhnya atau pada kapasitas udara untuk menampung uap air.
• Kapasitas udara untuk menampung uap air (pada keadaan jenuh) tergantung pada suhu udara
• Defisit tekanan uap air adalah selisih antara tekanan uap air jenuh dengan tekanan uap aktual.
• Pengembunan akan terjadi bila kelembaban nisbi mencapai 100 %.

Kerapatan Uap Air

• Massa uap air per satuan volume udara yang mengandung uap air tersebut.(kelembaban mutlak)
• Massa uap air per satuan volume udara yang mengandung uap air tersebut (kelembaban mutlak)

ρv = kerapatan uap air (kg m-3)

Mv= massa uap air (kg) pada volume udara sebesar V

V = volume udara (m3)

• Pada daerah lembab seperti di daerah tropis, ρv akan lebih tinggi daripada daerah temperate yang relatif kering terutama pada musim dingin (winter).
• Pada musim dingin kapasitas udara untuk menampung uap air menjadi kecil

Tekanan Uap Air

ea  = Tekanan uap air (mb)

R = Tetapan gas umum (8.3143 J K-1 mol -1)

T = suhu mutlak (K)

V = volume udara (m3)

• Jumlah mol adalah n = m/Mv dan Mv = 18.016 untuk uap (H2O), serta ρv = mv /V, maka

Berdasarkan persamaan di atas, maka tekanan uap ditentukan oleh kerapatan uap air (ρv ) serta suhu udara (T)

Kelembaban Spesifik

• Specific humidity (q)
• Perbandingan antara massa uap air (mv), dengan massa udara lembab, yaitu massa udara kering (md) bersama-sama uap air tersebut (mv)

q = m/(md + mv)

NIsbah campuran (r) (mixing ratio), massa uap air dibandingkan dengan massa udara kering

r = mv/md

Kelembaban Relatif

• Relative humidity (RH)
• Perbandingan antara kelembaban aktual dengan kapasitas udara untuk menampung uap air.

RH = 100 ea / es

ea = kelembaban aktual/tekanan uap air aktual

es = kapasitas udara untuk menampung uap air/tekanan uap jenuh

Kelembaban Relatif (RH)

• Bila RH 100% maka, ea = es
• Es tergantung pada suhu udara (T)
• Makin tinggi T, kapasitas untuk menampung uap air/ es meningkat.
• Pada ea yang tetap, RH akan lebih kecil bila suhu udara meningkat, sebaliknya RH makin tinggi bila suhu udara rendah.

Sebaran Kelembaban

• ea yang tetap antara siang dan malam, menyebabkan RH akan lebih rendah pada siang hari ytetapi lebih tinggi pada malam hari
• RH lebih tinggi pada malam hari dam mencapai maksimum pada pagi hari sebelum matahari terbit.
• Hal tersebut menyebabkan proses pengembunan bila udara bersentuhan dengan bidang/permukaan yang suhunya lebih rendah dari suhu titik embun.
• Embun terbentuk pada tempat-tempat yang terbuka atau tidak ternaungi seperti bagian terluar dari tajuk pohon dan di rumput (tidak terlindungi benda lain).
• Tempat tersebut memiliki suhu terendah karena paling banyak kehilangan energi melalui pancaran radiasi gelombang panjang.

Prinsip Pengukuran Kelembaban Udara

1. Metode pertambahan panjang pada benda-benda higroskopis (mudah menyerap air or uap air)
2. Metode pertambahan berat pada benda-benda higroskopis
3. Metode termodinamika

Alat pengukur kelembaban udara secara umum disebut higrometer, sedangkan yang menggunakan prinsip metode termodinamika disebut dengan psikrometer.

2. Tekanan Udara

Tekanan udara merupakan tenaga yang bekerja untuk menggerakkan massa udara dalam setiap satuan luas tertentu. Diukur dengan menggunakan barometer. Satuan tekanan udara adalah milibar (mb). Garis yang menghubungkan tempat-tempat yang sama tekanan udaranya disebut sebagai isobar.

2.2.1. Variasi Tekanan Udara

Tekanan udara dibatasi oleh ruang dan waktu. Artinya pada tempat dan waktu yang berbeda, besarnya juga berbeda. Tekanan udara secara vertikal yaitu makin ke atas semakin menurun. Hal ini dipengaruhi oleh:

• Komposisi gas penyusunnya makin ke atas makin berkurang.
• Sifat udara yang dapat dimampatkan, kekuatan gravitasi makin ke atas makin lemah.
• Adanya variasi suhu secara vertikal di atas troposfer (>32 km) sehingga makin tinggi tempat suhu makin naik.

Tekanan udara secara horizontal yaitu variasi tekanan udara dipengaruhi suhu udara, bahwa daerah yang suhu udaranya tinggi akan bertekanan rendah dan daerah yang bersuhu udara rendah tekanannya tinggi. Pola penyebaran tekanan udara horizontal dipengaruhi:

• Lintang tempat.
• Penyebaran daratan dan lautan.
• Pergeseran posisi matahari tahunan.

Tekanan udara diukur berdasarkan tekanan gaya pada permukaan dengan luas tertentu, misalnya 1 cm2. Satuan yang digunakan adalah atmosfer (atm),millimeter kolom air raksa (mmHg) atau milibar (mbar).

Tekanan udara patokan (sering juga disebut) tekanan udara normal) adalah tekanan kolom udara setinggi lapisan atmosfer bumi pada garis lintang 450 dan suhu 00C. besarnya tekanan udara tersebut dinyatakan sebagai 1 atm. Tekanan sebesar 1 atm ini setara dengan tekanan yang diberikan oleh kolom air raksa setinggi 760 mm. satuan tekanan selain dengan atm atau mmHg juga dapat dan sering dinyatakan dalam satuan kg/m2. Konversi antara satuan tekanan udara tersebut adalah sebagai berikut 1 atm = 760 mmHg = 14,7 Psi = 1,013 mbar.

Alat untuk mengukur tekanan udara disebut barometer. Tekanan udara berkurang dengan bertambahnya ketinggian tempat(elevasi atau altitude). Hubungan antara tekanan udara dengan ketinggian dapat dilihat pada persamaan laplace sebagai berikut :

H = k(1+¥t)log(β0/βh)

Keterangan :

H = ketinggian tempat

k = konstanta (18.400)

¥ = koefisien pemuaian udara (0,000367)

t = suhu rata – rata antara permukaan laut sampai pada ketinggian h

β0 = tekanan udara pada permukaan laut

βh = tekanan udara pada permukaan ketinggian h

Hubungan antara tekanan udara dengan ketinggian tempat itu dimanfaatkan dalam merancang alat untuk pengukuran ketinggian tempat yang disebut altimeter. Tekanan udara dipengaruhi oleh suhu.

Kepadatan udara tidak sepadat tanah dan air. Namun udara pun mempunyai berat dan tekanan. Berat atau kecilnya tekanan udara, dapat diukur dengan menggunakan barometer. Orang yang pertama kali mengukur tekanan udara adalah Torri Celli (1643). Alat yang digunakan adalah barometer raksa.

Tekanan udara menunjukkan tenaga yang bekerja untuk menggerakan massa udara dalam setiap satuan luas tertentu. Tekanan udara semakin rendah apabila semakin tinggi dari permukaan laut. Gerakan tersebut dinamakan angin. Angin adalah udara yang bergerak. Ada tiga hal yang penting yang menyangkut sifat angin yaitu:

Menurut hukum Buys Ballot, udara bergerak dari daerah yang bertekanan tinggi (maksimum) ke daerah bertekanan rendah (minimum), dibelahan bumi utara berbelok ke kanan sedangkan dibelahan bumi selatan berbelok ke kiri.

2. Arah angin

Arah angin dipengaruhi oleh tiga faktor yaitu gradient barometrik, rotasi bumi, dan kekuatan yang menahan

3. Kecepatan angin

Tekanan udara secara vertikal yaitu makin ke atas semakin menurun. Hal ini dipengaruhi oleh:

• Komposisi gas penyusunnya makin ke atas makin berkurang.
• Sifat udara yang dapat dimampatkan, kekuatan gravitasi makin ke atas makin lemah.
• Adanya variasi suhu secara vertikal di atas troposfer (>32 km) sehingga makin tinggi tempat suhu makin naik.

Tekanan udara secara horizontal yaitu variasi tekanan udara dipengaruhi suhu udara, bahwa daerah yang suhu udaranya tinggi akan bertekanan rendah dan daerah yang bersuhu udara rendah tekanannya tinggi. Pola penyebaran tekanan udara horizontal dipengaruhi:

• Lintang tempat.
• Penyebaran daratan dan lautan.
• Pergeseran posisi matahari tahunan.
• Tekanan Udara Normal, tekanan kolom udara setinggi lapisan atmosfer bumi pada garis lintang 45 o dan suhu 0 0C. Besarnya tekanan udara dinyatakan dalam atm.
• Tekanan udara diukur berdasarkan tekanan gaya pada permukaan dengan luas tertentu (1 cm2, 1 m2, dll)
• Tekanan 1 atm setara dengan tekanan yang diberikan oleh kolom air raksa setinggi 760 mm.
• 1 atm = 760 mm Hg = 14.7 psi = 1.013 mbar
• Psi (pound per square inchi)

a.      Hubungan Ketinggian dengan Tekanan Udara

• Hubungan antara tekanan udara dengan ketinggian tempat dipakai untuk merancang alat untuk pengukuran tinggi tempat = ALTIMETER
• Tekanan udara umumnya menurun untuk setiap bertambah ketinggian 100 m

3. Angin

    A. Definisi angin:

Angin yang mengikuti pola umum sirkulasi udara  = prevailing wind

• Prevailing wind pada daerah tropis disebut trade wind, beriklim sedang, westerlies wind, daerah kutub, polar wind
• Angin musiman (seasonal wind)
• Angin moonsoon, angin berubah sesuai musim.
• Angin bertiup dari arah timur laut selama periode 6 bulan dan dari arah barat daya selama 6 bulan berikutnya
• Angin di dekat permukaan bumi, kecepatannya lebih rendah dibandingkan denganlapisan udara yang kebih tinggi.
• Terjadi karena hambatan akibat geseran dengan permukaan bumi.
• Arah Angin pada ketinggian lapisan udara yang tinggi juga lebih bervariasi.
• Pada ketinggian 6 – 12 km, dapat dijumpai angin dengan kecepatan samapi 300 km/jam yang umumnya berhembus dari barat, disebut jet stream.
• Angin Darat dan Angin LautTerjadi akibat perbedaan suhu udara dia tas laut (atau danau) dengan udara di atas wilayah daratan.
• Siang hari, diatas daratan lebih panas dibanding lautan sehingga angin berhembus dari arah laut ke daratan, ANGIN LAUT.
• Malam hari, daratan lebih dingin sehingga tekanan udaranya lebih tinggi, menyebabkan angin berhembus dari daratan ke arah lautan, ANGIN DARAT

B. Angin GUNUNG dan Angin LEMBAH

• Siang hari, bagian pun cak gunung menerima radiasi matahari lebih banyak sehingga suhunya lebih tinggi, angin berhembus dari lembah ke puncak gunung, ANGIN LEMBAH.
• Malam hari, angin akan bergerak dari puncak ke arah lembah karena udara di puncak lebih dingin dibanding lembah akibat kehilangan panas melalui radiasi gelombang panjang ke atmosfer. Angin dari arah puncak pada malam hari disebut ANGIN GUNUNG.

     C. ANGIN LOKAL

• Angin foehn, angin yang melintasi pegunungan, mengalami tekanan karena turun dari elevasi tinggi ke ke levasi rendah. Angin bersifat kering dan panas.
• Angin chinook yang berhembus di lereng timur pegunungan Rocky (USA) dan Santa Ana di California Selatan, dapat merusak tanaman pertanian.
• Angin Bohorok, Sumut.

D. FUNGSI ANGIN

Tiga sifat Angin:

1. Angin menyebabkan tekanan terhadap permukaan yang menentang arah angin tersebut
2. Angin mempercepat pendinginan dari benda yang panas
3. Kecepatan angin sangat beragam dari tempat ke tempat lain dan dari waktu ke waktu.

   E. Profil angin logaritmik di atas kanopi

• Fungsi lain: pencampur lapisan udara, antara udara panas dan udara dingin, udara lembab dan udara kering, udara yang kaya dengan CO2 dengan udara dengan CO2 yang rendah.
• Fungsi tersebut, maka siklus hidrologi dapat berlangsung, dan keracunan CO2 pada pusat kota dan kawasan industri dapat dihindari.

      F. TURBULENSI ATMOSFER

• Angin dalam pergerakannya tidak mengikuti garis lurus tetapi berkelok-kelok sesuai dengan medan yang dilewatinya.
• Angin akan menghindar (berbelok ke arah lain) jika kekuatan dorongnya lebih rendah dari hambatan yang dimiliki oleh struktur fisik benda yang diterpanya.
• Kecepatan angin juga tidak stabil, pergerakan angin akan lebih cepat jika hambatan/resistensi media yang dilaluinya rendah.
• Fenomena arah dan kecepatan angin yang berubah-ubah disebut TURBULENSI.
• Variasi arah dan kecepatan angin yang disebbkan oleh kekasaran permukaan, Turbulensi Mekanis.
• Turbulensi yang terjadi disebabkan perbedaan suhu lapisan atmosfer, turbulensi termal/t. konvektif.
• Turbulensi termal, terjadi pada saat udara panas pada permukaan bergerak ke atas secara vertikal karena resistensi dari lapisan udara di atasnya.
• Kecepatan angin turbulensi mekanis fluktuasinya lebih kecil tetapi frekuensinya lebih tinggi dibandingkan fluktuasi akibat t. termal.

 G. KECEPATAN ANGIN

• Kecepatan angin: kecepatan angin horisontal pada ketinggian 2 m dari permukaan tanahnyang ditanami rumput.
• Alat pengukur = ANEMOMETER
• Kecepatan angin ditentukan oleh perbedaan tekanan udara antara tempat asal dan tujuan angin dan resistensi medan yang dilaluinya.

u = [u*/kk].Ln[Z + ZM – d)/ ZM )]

Dimana

u  = kecepatan angin (m/det)

u* = velositas friksi (m/det)

Kk = konstanta von Karman (0.4)

Z  = ketinggian dari permukaan tanah

ZM = parameter kekasaran momentum (momentum rougness parameter)

d = ketinggian alihan permukaan (zero plane displacement)

Untuk tanaman/vegetasi yang seragam, d = 0.4 h , Zm = 0.13 h, dimana h = tinggi vegetasi rata-rata.