rumus empiris dalam perkiraan anasir iklim

BAB 2

DASAR TEORI

 

2.1. Klimatologi

            Klimatologi pada dasarnya mempelajari peranan unsur-unsur cuaca atau iklim baik skala global, regional maupun lokal atau setempat dalam kegiatan pertanian. Batasan secara klasik menyatakan bahwa iklim adalah keadaan rata-rata, ekstrim (maksimun dan minimum), frekuensi terjadinya nilai tertentu dari unsur cuaca ataupun frekuensi dari tipe iklim. 

Iklim mengkaji dan membahas tentang pola tingkah laku cuaca pada suatu tempat atau wilayah berulang selama waktu periode waktu yang panjang. Sebagai suatu sistem, wilayah iklim cakupannya sangat luas mulai dari skala planiter sampai pada skala lokal atau setempat merupakan kisaran atmosfer secara bersambung. Kajiannya menyangkut berbagai aspek proses pembentukan iklim (Sabaruddin, 2014).

Berikut Beberapa anasir cuaca:

1. Radiasi Matahari

Radiasi yang dipancarkan matahari walaupun hanya sebagian kecil yang diterima permukaan bumi merupakan sumber energi utama untuk proses-proses fisika atmosfer. Proses-proses fisika atmosfer tersebut menentukan keadaan cuaca dan iklim. Udara timbul karena adanya radiasi panas matahari yang diterima bumi. Tingkat penerimaan panas oleh bumi dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain: Pertama sudut datang sinar matahari, yaitu sudut yang dibentuk oleh permukaan bumi dengan arah datangnya sinar matahari. 

Makin kecil sudut datang sinar matahari, semakin sedikit panas yang diterima oleh bumi dibandingkan sudut yang datangnya tegak lurus. Kedua lama waktu penyinaran matahari, makin lama matahari bersinar, semakin banyak panas yang diterima bumi.Ketiga keadaan muka bumi (daratan dan lautan), daratan cepat menerima panas dan cepat pula melepaskannya, sedangkan sifat lautan kebalikan dari sifat daratan.Keempat banyak sedikitnya awan, ketebalan awan mempengaruhi panas yang diterima bumi. Makin banyak atau makin tebal awan, semakin sedikit panas yang diterima bumi.

2. Suhu Udara

Suhu atau temperatur udara adalah derajat panas dari aktivitas molekul dalam atmosfer. Secara fisis suhu didefinisikan sebagai tingkat gerakan yang berasal dari molekul benda, makin cepat gerakan molekulnya, makin tinggi suhunya. Suhu dapat pula didefinisikan sebagai tingkat panas suatu benda.Suhu di permukaan bumi makin rendah dengan bertambahnya lintang dan juga makin rendah dengan bertambahnya ketinggian. 

Selain itu variasi menurut tempat juga dipengaruhi oleh posisi daerah terhadap daratan dan lautan serta keadaan unsur iklim. Di daerah tropika fluktuasi rata-rata suhu harian relatif kecil sepanjang tahun.

3. Tekanan Udara

Udara di atmosfer terdiri dari sejumlah gas. Gas-gas ini menekan ke bawah di permukaan bumi, memberikan kekuatan yang kita sebut tekanan atmosfer atau tekanan udara. Tekanan udara bervariasi dari waktu ke waktu dan dari tempat ke tempat. Makin tinggi suatu tempat, makin rendah tekanan udaranya.Udara dingin lebih berat dari pada udara hangat. 

Pada saat tekanan udara tinggi cuaca biasanya kering dan cerah. Sebaliknya, saat udara naik menyebabkan terjadi daerah tekanan rendah, cuaca biasanya basah dan berawan.Perubahan tekanan udara membuat angin bertiup membawa massa udara. Udara biasanya bergerak dari daerah bertekanan tinggi kedaerah bertekanan rendah, dan ini menghasilkan angin.

4. Angin

Angin adalah udara yang bergerak yang diakibatkan oleh rotasi bumi dan juga karena adanya perbedaan tekanan udara disekitarnya. Angin bergerak dari tempat bertekanan udara tinggi ke tempat bertekanan udara rendah.Angin diberi nama dari mana ia bertiup, misalnya angin timur artinya angin yang bertiup dari timur, angin selatan adalah angin yang bertiup dari selatan.

5. Kelembaban Udara

Kelembaban udara adalah kandungan uap air di udara yang terdiri dari kelembaban mutlak, kelembaban nisbi (relatif), maupun defisit tekanan uap air. Kelembaban mutlak adalah kandungan uap air persatuan volume, kelembaban relatif adalah membandungkan kandungan tekanan uap air aktual dengan keadaan jenuhnya.

 Kelembaban udara umumnya lebih tinggi pada malam hari. Kelembaban rata-rata harian atau bulanan di daerah tropika basah seperti Indonesia relatif tetap umumnya RH > 60 persen.

(Sabaruddin, 2014).

2.2. Evaporasi dan Evapotranspirasi

Penguapan (evaporasi) Evaporasi merupakan faktor penting dalam siklus hidrologi, evaporasi sangat mempengaruhi debit sungai, besarnya kapasitas waduk, besarnya kapasitas pompa untuk irigasi, penggunaan konsumtif untuk tanaman. 

Air akan menguap dari tanah, baik tanah gundul atau yang tertutup oleh tanaman dan pepohonan, permukaan tidak tembus air seperti atap dan jalan raya, air bebas dan air mengalir. Laju evaporasi atau penguapan akan berubah-ubah menurut warna dan sifat pemantulan permukaan dan hal ini juga akan berbeda untuk permukaan yang langsung tersinari oleh matahari dan terlindungi dari sinar matahari (Suharyono, 2011).

Evaporasi adalah air yang menguap langsung dari permukaan tanah dan permukaan air. Transpirasi adalah air yang menguap melalui tumbuh – tumbuhan. Jumlah kehilangan air tanah yang disebabkan kedua hal tersebut dinamakan evapotranspirasi. Perimbangan antara evaporasi dan curah hujan selama periode tertentu  menunjukkan  apakah selama periode tertentu tanaha dalam keadaan defisit air atau surplus ai. Untuk itulah dibedakan adanya bulan basah, bulan lembap, dan bulan kering (Risza, 2010).

Penguapan/evaporasi air laut merupakan tahapan pertama dalam daur hidrologi dan berpengaruh terhadap masukan air ke dalam daratan. Sekitar 85% evaporasi di bumi terjadi di lautan , sebagai proses fundamental yang menghubungkan antara laut dan atmosfer yaitu perpindahan massa air , sedangkan di daratan besarnya fluks evaporasi lebih kecil dibandingkan lautan, namun 60-70% volume curah hujan yang turun dievaporasikan di daratan . 

Proses evaporasi terjadi karena adanya ketersediaan energi bahang dan gradient/ defisit tekanan uap air yang tergantung pada faktor cuaca seperti suhu udara, kecepatan angin, tekanan atmosfer, radiasi matahari, kualitas air dan bentuk serta sifat dari permukaan yang berevaporasi (Trinah dkk., 2015).

Beberapa faktor meteorologi yang mempengaruhi besarnya tingkat evaporasi adalah sebagai berikut:

1. Radiasi matahari, evaporasi adalah proses perubahan air dengan wujud cair menjadi wujud gas. Proses ini terjadi di siang hari dan kerap kali juga di malam hari. Perubahan dari wujud cair menjadi gas, memerlukan energi berupa panas. Sumber energi utama proses evaporasi adalah sinar matahari, dan proses tersebut terjadi semakin besar pada saat penyinaraan langsung dari matahari. Awan merupakan penghalang proses evaporasi, yang mengurangi input energi matahari.
2. Angin, ketika air menguap ke atmosfir, maka lapisan batas antara tanah dengan udara menjadi jenuh dengan uap air, sehingga proses evaporasi berhenti. Agar proses evaporasi dapat terus berjalan, maka udara tersebut haruslah diganti dengan udara kering. Pergantian tersebut dapat dimungkinkan jika terjadi angin, jadi kecepatan angin memegang peranan dalam proses evaporasi.
3. Faktor lain yang mempengaruhi evaporasi adalah kelembaban relatif udara. Jika kelembaban relatif ini naik, kemampuannya untuk menyerap uap air akan berkurang sehingga laju evaporasinya akan menurun. Penggantian lapisan udara pada batas tanah dan udara dengan udara yang sama kelembaban relatifnya tidak akan menolong untuk memperbesar laju evaporasi.
4. Suhu/ temperatur, suatu input energi sangat diperlukan agar evaporasi berjalan terus. Jika suhu udara dan tanah cukup tinggi, proses evaporasi akan berjalan lebih cepat dibandingkan jika suhu udara dan tanah rendah, karena adanya energi panas tersedia. Karena kemampuan udara untuk menyerap uap air akan naik jika suhunya naik, maka suhu udara memiliki efek ganda terhadap besarnya evaporasi, sedangkan suhu tanah dan air mempunyai efek tunggal.

(Khambali, 2017).

 Faktor-faktor tersebut dipengaruhi oleh faktor lainnya juga seperti faktor lokasi geografis, musim, interval waktu dan lain-lain sehingga proses evaporasi merupakan proses yang cukup rumit untuk dilakukan pengukuran dan perhitungannya. Kebutuhan pengetahuan tentang proses fisik mengenai evaporasi di permukaan bumi sangat penting terutama bagi ahli-ahli meteorologi, hidrologi dan lingkungan untuk mengetahui besarnya nilai rata-rata evaporasi saat ini, apakah laju evaporasi semakin menurun atau meningkat terkait dengan perubahan iklim. 

Pengukuran evaporasi dari panci terbuka dapat digunakan sebagai indikator evaporasi di lingkungan sekitarnya. Studi mengenai pengamatan evaporasi panci menjadi sangat menarik saat ini mengingat adanya fenomena “The Evaporation Paradox” di beberapa negara yang menunjukkan adanya penurunan tren evaporasi yang disebabkan oleh peningkatan keawanan (Abteu dan Assefa, 2013).

             Pengaruh relatif dari faktor-faktor cuaca terhadap evaporasi sulit untuk dievaluasi dan beberapa simpulan harus dilihat berdasarkan interval waktu seperti jam-jaman, harian, 10-harian (dasarian), dan bulanan. Evaluasi perbandingan antara evaporasi panci dengan radiasi surya, defisit tekanan uap air, kelembaban relatif, kecepatan angin dan suhu udara pada interval waktu jam-jaman, harian, 10 harian dan bulanan di Changines Switzerland menunjukkan bahwa peran faktor pengendali evaporasi berbedabeda berdasarkan interval waktu. 

Defisit tekanan uap air memiliki paling berpengaruh terhadap proses evaporasi panci dengan korelasi terkuat pada semua interval waktu, sedangkan kecepatan angin tidak mempengaruhi proses evaporasi panci dengan korelasi paling kecil terutama pada interval waktu lebih dari satu hari (Abteu dan Assefa, 2013).

2.3. Evapotranspirasi Potensial (Eto)

Rumus empiris adalah rumus yang didapatkan secara empiris dari suatu kejadian (kejadian alam). Faktor-faktor yang mempengaruhi proses transpirasi adalah suhu, kecepatan angin, kelembaban tanah, sinar matahari, gradien tekanan uap. Juga dipengaruhi oleh faktor karakteristik tanaman dan kerapatan tanaman (Kodoatie dan Roestam, 2005). Ada 3 faktor yang mendukung kecepatan evapotranspirasi yaitu:

 (1) faktor iklim mikro, mencakup radiasi netto, suhu, kelembaban dan angin,

       (2) faktor tanaman, mencakup jenis tanaman, jumlah daun derajat penutupannya, struktur tanaman, stadia perkembangan sampai masak, keteraturan dan banyaknya stomata, mekanisme menutup dan membukanya stomata,

(3) faktor tanah, mencakup kondisi tanah, aerasi tanah, potensial air tanah dan kecepatan air tanah bergerak ke akar tanaman

(Linsley dkk., 1985).

Evapotranspirasi acuan (Eto) adalah nilai evapotransirasi tanaman rumput-rumputan yang terhampar menutupi tanah dengan ketinggian 8-15 cm, tumbuh secara aktif dengan cukup air, untuk menghitung evapotranspirasi acuan (Eto) dapat digunakan beberapa metode yaitu metode Penman, Metode panci evaporasi, metode Radiasi, metode Blanney-Criddle dan metode Penman modifikasi FAO (Prijono, 2012).Untuk metode Blanney Criddle rumus yang digunakan yaitu :

Eto = c (p(0,46T+8))

Keterangan :

c          : koefisien tanaman bulanan

p          : presentase bulanan jam-jam hari terang dalam tahun

T          : suhu udara

Untuk jika menentukan evapotranspirasi berdasarkan metode radiasi menggunakan persamaan empiris maka menggunakan rumus sebagai berikut:

( Eto ) = c (W *Rs )  

Keterangan :

Eto      : evapotranspirasi untuk tanaman referensi untuk suatu periode tertentu

Rs        :  radiasi matahari ( mm / hari )

W        : faktor pemberat yang tergantung dari temperatur

C         : faktor yang disesuaikan , tergantung dari RH rata – rata dan kecepatan       angin siang hari pada ketinggian 2 m di atas permukaan tanah.

2. 4. Manfaat Evapotranspirasi bagi Tanaman

Evapotranspirasi merupakan peubah yang sangat berkaitan dengan produksi tanaman.  Pengamatan evapotranspirasi harian dapat digunakan sebagai peringatan dini terhadap kekurangan air. Defisit evapotranspirasi merupakan selisih antara evapotrans-pirasi potensial dengan evapotranspirasi aktual. 

Evapotranspirasi potensial terjadi pada kondisi air tersedia maksimum atau kapasitas lapang, evapotrans-pirasi aktual terjadi pada kondisi air tersedia dibawah kapasitas lapang.  Jika kekurangan air dapat diatasi sedini mungkin maka penurunan produksi dapat dihindari. Evapotranspirasi merupakan proses yang sangat penting bagi tanaman. 

Metabolisme tanaman berlangsung jika evapotranspirasi terjadi. Jadi dengan mengetahui data evapotranspirasi pada tanaman kita dapat: 1. Menghitung kebutuhan air tanaman dengan mudah. 2. Sistem irigasi semakin berkembang, pemberian air irigasi dapat diprediksi waktu yang tepatnya (Suharyono, 2011).