Siklus Hidrologi
Siklus air atau siklus hidrologi adalah sirkulasi air
yang tidak pernah berhenti dari atmosfer ke bumi
dan kembali ke atmosfer melalui kondensasi, presipitasi, evaporasi dan transpirasi.
Pemanasan air laut oleh
sinar matahari merupakan kunci proses siklus hidrologi tersebut
dapat berjalan secara terus menerus. Air berevaporasi, kemudian jatuh sebagai
presipitasi dalam bentuk hujan, salju, hujan batu, hujan es dan salju (sleet),
hujan gerimis atau kabut.
Pada perjalanan menuju bumi beberapa presipitasi dapat
berevaporasi kembali ke atas atau langsung jatuh yang kemudian diintersepsi
oleh tanaman sebelum mencapai tanah. Setelah mencapai tanah, siklus hidrologi
terus bergerak secara kontinu dalam tiga cara yang berbeda:
· Evaporasi / transpirasi - Air yang ada di laut, di
daratan, di sungai, di tanaman, dsb. kemudian akan menguap ke angkasa (atmosfer) dan kemudian akan menjadi awan. Pada keadaan jenuh
uap air (awan) itu akan menjadi bintik-bintik air yang selanjutnya akan turun
(precipitation) dalam bentuk hujan, salju, es.
· Infiltrasi / Perkolasi ke dalam tanah - Air bergerak
ke dalam tanah melalui celah-celah dan pori-pori tanah dan batuan menuju muka
air tanah. Air dapat bergerak akibat aksi kapiler atau air dapat bergerak
secara vertikal atau horizontal dibawah permukaan tanah hingga air tersebut
memasuki kembali sistem air permukaan.
· Air Permukaan - Air bergerak di atas permukaan tanah
dekat dengan aliran utama dan danau; makin landai lahan dan makin sedikit
pori-pori tanah, maka aliran permukaan semakin besar. Aliran permukaan tanah
dapat dilihat biasanya pada daerah urban. Sungai-sungai bergabung satu sama
lain dan membentuk sungai utama yang membawa seluruh air permukaan disekitar
daerah aliran sungai menuju laut.
Air permukaan, baik yang mengalir maupun yang
tergenang (danau, waduk, rawa), dan sebagian air bawah permukaan akan terkumpul
dan mengalir membentuk sungai dan berakhir ke laut. Proses perjalanan air di
daratan itu terjadi dalam komponen-komponen siklus hidrologi yang membentuk
sistem Daerah Aliran Sungai (DAS). Jumlah air di bumi secara keseluruhan
relatif tetap, yang berubah adalah wujud dan tempatnya. Tempat terbesar terjadi
di laut.
Macam-Macam dan Tahapan Proses Siklus Air :
· Siklus Pendek / Siklus Kecil
1. Air laut menguap menjadi uap gas karena panas
matahari
2. Terjadi kondensasi dan pembentukan awan
3. Turun hujan di permukaan laut
· Siklus Sedang
1. Air laut menguap menjadi uap gas karena panas
matahari
2. Terjadi kondensasi
3. Uap bergerak oleh tiupan angin ke darat
4. Pembentukan awan
5. Turun hujan di permukaan daratan
6. Air mengalir di sungai menuju laut kembali
· Siklus Panjang / Siklus Besar
1. Air laut menguap menjadi uap gas karena panas
matahari
2. Uap air mengalami sublimasi
3. Pembentukan awan yang mengandung kristal es
4. Awan bergerak oleh tiupan angin ke darat
5. Pembentukan awan
6. Turun salju
7. Pembentukan gletser
8. Gletser mencair membentuk aliran sungai
9. Air mengalir di sungai menuju darat dan kemudian ke
laut
Bagaimana Terjadinya PETIR?
Petir, kilat, atau halilintar
adalah gejala alam yang biasanya muncul pada musim hujan
di saat langit memunculkan kilatan cahaya sesaat yang menyilaukan. Beberapa
saat kemudian disusul dengan suara menggelegar yang disebut guruh.
Perbedaan waktu kemunculan ini disebabkan adanya perbedaan antara kecepatan suara dan kecepatan cahaya.
Petir merupakan gejala alam yang bisa kita
analogikan dengan sebuah kondensator raksasa, dimana lempeng
pertama adalah awan (bisa lempeng negatif atau lempeng positif) dan lempeng
kedua adalah bumi (dianggap netral). Seperti yang sudah diketahui kapasitor
adalah sebuah komponen pasif pada rangkaian listrik yang bisa menyimpan energi sesaat (energy storage).
Petir juga dapat terjadi dari awan ke awan (intercloud), dimana salah
satu awan bermuatan negatif dan awan lainnya bermuatan positif.
Terdapat
beberapa definisi dari petir, antara lain:
- Fenomena alam yang merupakan Pelepasan muatan elektrostatis yang berasal dari badai guntur
- Pelepasan muatan ini disertai dengan pancaran cahaya dan radiasi elektromagnetik lainnya
- Arus listrik yang melewati saluran pelepasan muatan tadi dengan cepat memanaskan udara dan berkembang sebagai plasma yang menimbulkan gelombang bunyi yang bergetar ( guntur ) di atmosfir
Pelepasan Muatan Elektrostatis
Arus listrik yang mengalir tiba tiba dan sangat cepat karena adanya
kelebihan muatan listrik yang tersimpan pada sebuah benda yang isolator ke
benda yang berbeda potensial , misalnya tanah.
Badai Guntur
Disebut juga badai listrik, merupakan suatu karakter cuaca dimana terjadi
petir dan guntur, biasanya disertai dengan hujan lebat, hujan es.
Plasma
Istilah ilmu fisika, Gas yang terionisasi sehingga fase materinya berbeda
dengan gas itu sendiri.
Guntur
Bunyi dari getaran gelombang yang disebabkan oleh petir yang memanaskan
udara sampai 30.000 oC. Udara yang sangat panas itu mengembang
dengan cepat dan mengerut ketika dingin. Proses ini menimbulkan gelombang
bunyi.
Petir terjadi karena adanya perbedaan potensial antara awan dan bumi.
Proses terjadinya muatan pada awan karena pergerakannya yang terus menerus
secara teratur, dan selama pergerakan itu dia akan berinteraksi dengan awan
lainnya sehingga muatan negative akan berkumpul pada salah satu sisi, dan
muatan positif pada sisi sebaliknya. Jika perbedaan potensial antara awan dan
bumi cukup besar, maka akan terjadi pembuangan muatan negatif (electron)
untuk mencapai kesetimbangan. Pada proses ini, media yang dilalui electron
adalah udara, dan pada saat electron mampu menembus ambang batas isolasi udara
inilah akan terjadi ledakan suara yang menggelegar. Petir lebih sering terjadi
pada musim hujan karena pada keadaan tersebut udara mengandung kadar air yang
lebih tinggi sehingga daya isolasinya turun dan arus lebih mudah mengalir.
Karena adanya awan yang bermuatan positif dan negatif, maka petir juga bisa
terjadi antar awan yang berbeda muatan. Petir jenis ini dapat mengganggu
aktifitas penerbangan.
Awan, pada umumnya kurang lebih mengandung listrik. Secara mekanik,
thermodinamika, energi kimia diubah menjadi energi listrik dengan kutub yang
terpisah. Kebanyakan petir memiliki fase waktu, antara lain:
- Fase Waktu Pertumbuhan, sekitar 10 - 20 menit
- Fase Waktu Puncak, sekitar 15 - 30 menit
- Fase Waktu Menghilang, sekitar 30 menit
Dalam kondisi cuaca yang normal, perbedaan potensial antara permukaan bumi
dengan ionosphere adalah sekitar 200.000 sampai 500.000 Volts, dengan arus
sekitar 2x10-12 Amperes/m2 . Perbedaan potensial ini
diyakini memberikan kontribusi dalam distribusi badai petir (Thunderstorm)
di seluruh dunia.
Pada lapisan atmosphere bertebaran gumpalan-gumpalan awan yang diantaranya
terdapat awan yang bermuatan listrik. Awan bermuatan listrik tersebut terbentuk
pada suatu daerah dengan persyaratan:
- Kondisi udara yang lembab (konsentrasi air yang banyak)
- Gerakan angin ke atas
- Terdapat inti Higroskopis
Kelembaban terjadi karena adanya pengaruh sinar matahari yang menyebabkan
terjadinya penguapan air di atas permukaan tanah (daerah laut, danau).
Sedangkan pergerakan udara ke atas disebabkan oleh adanya perbedaan tekanan
akibat daerah yang terkena panas matahari bertekanan lebih tinggi atau karena
pengaruh angin. Di samping itu terdapat Inti Higroskopis sebagai inti
butir-butir air di awan akibat proses kondensasi. Ketiga unsure inilah yang
diperlukan untuk menghasilkan awan guruh/awan Commulonimbus yang bermuatan
negative yang karakteristiknya berbeda-beda sesuai dengan kondisi tempatnya.
Muatan awan bawah yang negative akan menginduksi permukaan tanah menjadi
positif maka terbentuklah medan listrik antara awan dan tanah (permukaan bumi).
Semakin besar muatan yang terdapat di awan, semakin besar pula medan listrik
yang terjadi dan bila kuat medan tersebut telah melebihi kuat medan tembus
udara ke tanah, maka akan terjadi pelepasan muatan listrik sesuai dengan hokum
kelistrikan, peristiwa inilah yang disebut petir.
Dengan letak geografis yang dilalui garis khatulistiwa, Indonesia beriklim
tropis. Hal ini mengakibatkan Indonesia memiliki hari guruh rata-rata per tahun
yang sangat tinggi. Oleh karena itu, dianggap perlu untuk membuat analisa
jumlah rata-rata petir tahunan yang dilakukan secara berkesinambungan (Iso
Kreaunik Level) yang kemudian pada gilirannya dapat digunakan sebagai acuan
untuk pembuatan Hazard Map yang akan dihubungkan dengan skala resiko (Lightning
Strike Intensity Based On Risk Scale).
SISTEM DETEKSI PETIR
Sistem deteksi petir yang digunakan adalah Sistem deteksi dan analisa petir
secara real-time menggunakan software Lightning/2000 yang dirangkai
dengan Boltek Lightning Detection System. StormTracker ini dapat
mendeteksi strokes petir secara optimal sekitar 300 mil yang kemudian akan
diplot secara otomatis dan real-time ke sistem, dimana semakin banyak strokes
maka semaikin maksimal penentuan posisi dari sistem. StormTracker
bekerja dengan mendeteksi sinyal radio yang dihasilkan oleh petir, dengan kata
lain, antena StormTracker dapat memberikan informasi arah dan jarak thunderstorm
yang dikalkulasikan dengan kekuatan sinyal yang diterima.
Thunderstorm, biasa juga disebut Electrical storm/ Lightning storm, adalah
sebuah bentuk cuaca yang dicirikan oleh adanya kehadiran petir. Dari petir
tersebut maka dapat dibuat klasifikasi dan sistem peringatan terhadap aktifitas
thunderstorm. Ada dua macam alarm yang ada dalam system deteksi
thunderstorm, antara lain:
- Close Storm Alarm, yang akan aktif jika terdapat sebuah Thunderstorm yang bergerak mendekat dari jarak sebelumnya.
- Severe Storm Alarm, yang akan aktif jika jumlah sambaran petir (Lightning Strikes) per menit melampaui jumlah sambaran petir sebelumnya.
Untuk mempermudah analisa, maka dibuat beberapa pengelompokan, yaitu:
- Berdasarkan Kekuatan Storm
Pengelompokan berdasarkan Indeks kekuatan (Severity Index), yaitu Thundershower (0-22), thunderstorm (23-43), strong thunderstorm (44-75) dan Severe Thunderstorm (>76) - Berdasarkan Jarak Storm
Pengelompokan jarak storm dibagi menjadi 3, antara lain nearby (0-20 Km), regional (21-60 Km), dan distance (>60 Km).
Warna
|
Distance / Jarak
|
Indeks Kehebatan
|
Thundershower
|
||
Thundershower
|
3 - 5
|
|
Thundershower
|
6 - 12
|
|
Thundershower
|
13 - 22
|
|
Thunderstorm
|
23 - 36
|
|
Thunderstorm - Strong t - storm
|
37 - 53
|
|
Strong t - storm
|
54 - 79
|
|
Strong t - storm
|
80 - 86
|
|
Strong t - storm
|
87 - 97
|
|
Strong t - storm
|
98 - 110
|
|
Strong t - storm
|
≥ 111
|
