PROSES PEMBENTUKAN AWAN
Awan dapat terbentuk jika terjadi
kondensasi uap air di atas permukaan bumi. Udara yang mengalami kenaikan akan
mengembang secara adiabatik karena
tekanan udara di atas lebih kecil daripada tekanan di bawah. Partikel-partikel
yang disebut dengan aerosol inilah yang berfungsi sebagai perangkap air dan
selanjutnya akan membentuk titik-titik air. Selanjutnya aerosol ini terangkat
ke atmosfer, dan bila sejumlah besar udara terangkat ke lapisan yang lebih
tinggi, maka ia akan mengalami pendinginan dan selanjutnya mengembun. Kumpulan
titik-titik air hasil dari uap air dalam udara yang mengembun inilah yang
terlihat sebagai awan. Makin banyak udara yang mengembun, makin besar awan yang
terbentuk.
Karakteristik dari arus udara vertikal akan menentukan jenis dan bentuk awa.
Berdasarkan sebab-sebab kenaikan udara, maka awan dapat diklasifikasikan
menurut ketinggian dasar awan dan metode formasinya: (sumber : Meteorologi Indonesia Vol 1)
1. PROSES PEMBENTUKAN AWAN
A. Evaporasi
Secara umum,
energi dari penyinaran matahari yang sampai di permukaan bumi akan diserap oleh
laut, sungai, danau dan tumbuhan, sehingga menyebabkan terjadinya penguapan di
permukaan bumi. Uap air yang naik ke udara atau atmosfer semakin lama semakin
tinggi karena tekanan udara di dekat permukaan bumi lebih besar dibandingkan di
atmosfer bagian atas. Semakin ke atas, suhu atmosfer juga semakin dingin, maka
uap air mengembun pada debu-debu atmosfer membentuk titik air yang sangat halus
berukuran 2 - 100 mm (1 mm = 1 / 1.000.000 meter). Miliaran titik-titik air
tersebut kemudian berkumpul membentuk awan.
Udara di sekeliling kita banyak mengandung uap air. Tidak terhitung banyaknya
gelembung udara yang terbentuk oleh busa laut secara terus-menerus dan
menyebabkan partikel-partikel air terangkat ke langit. Partikel-partikel yang
disebut dengan aerosol inilah yang berfungsi sebagai perangkap air dan
selanjutnya akan membentuk titik-titik air. Selanjutnya aerosol ini naik ke
atmosfer, dan bila sejumlah besar udara terangkat ke lapisan yang lebih tinggi,
maka ia akan mengalami pendinginan dan selanjutnya mengembun. Kumpulan
titik-titik air hasil dari uap air dalam udara yang mengembun inilah yang
terlihat sebagai awan. Makin banyak udara yang mengembun, makin besar awan yang terbentuk.
B. Kondensasi
Proses kondensasi dan pembentukan awan di daerah tropis dan di daerah lintang
menengah dan tinggi mempunyai perbedaan yang menyolok. Di daerah tropis umumnya
proses kondensasi dan pembentukan awan dapat terjadi pada suhu tinggi (>0°C)
melalui pengangkatan udara atau konveksi yang diakibatkan oleh pemanasan yang
kuat. Sedang di daerah lintang menengah dan tinggi proses yang terjadi umumnya
karena adanya front yaitu pertemuan massa udara panas dan massa udara dingin.
Cuaca di daerah tropis ditandai dengan perubahan yang
cepat dan mendadak, hal ini disebabkan oleh berbagai hal seperti adanya garis
ekuator dimana gaya coriolli mendekati nol, adanya ITCZ, ridge dan through,
awan-awan konvektif, sel hadley dan sirkulasi walker.
Dalam atmosfer tetes awan
terbentuk pada aerosol yang berfungsi sebagai inti kondensasi atau inti
pengembunan. Inti kondensasi adalah partikel padat atau cair yang dapat berupa
debu, asap, belerang dioksida, garam laut (NaCl) atau benda mikroskopik lainnya
yang bersifat higroskopis, dengan ukuran 0,001 – 10 mikrometer. Kecepatan
pembentukan tetes tersebut ditentukan oleh banyaknya inti kondensasi. Proses
dimana tetes air dari fasa uap terbentuk pada inti kondensasi disebut
pengintian heterogen. Adapun pembentukan tetes air dari fasa uap dalam suatu
lingkungan murni yang memerlukan kondisi sangat jenuh (supersaturation) disebut
pengintian homogen. Pengintian homogen yaitu pembekuan pada air murni hanya
akan terjadi pada suhu dibawah -40°C. Akan tetapi dengan keberadaan aerosol
sebagai inti kondensasi maka pembekuan dapat terjadi pada suhu hanya beberapa
derajat dibawah 0° C.
Apabila udara basah didinginkan hingga dibawah suhu titik embunnya, maka akan
terjadi kondensasi pada inti-inti kondensasi yang terdapat di udara. Inti
kondensasi tersebut ada yang memiliki daya serap kuat terhadap air, yang
disebut dengan inti higroskopis, misalnya : partikel-partikel garam laut. Pada
inti higroskopis, kondensasi dapat terjadi pada kelembaban kurang dari 100%.
Secara singkat proses kondensasi
dalam pembentukan awan adalah sebagai berikut:
Udara yang bergerak ke atas akan mengalami pendinginan secara adiabatik
sehingga kelembaban nisbinya (RH) akan bertambah, tetapi sebelum RH mencapai
100 %, yaitu sekitar 78 % kondensasi telah dimulai pada inti kondensasi yang
lebih besar dan aktif. Perubahan RH terjadi karena adanya penambahan uap air
oleh penguapan atau penurunan tekanan uap jenuh melalui pendinginan.
Tetes air kemudian mulai tumbuh menjadi tetes awan pada saat RH mendekati 100
%. Karena uap air telah digunakan oleh inti-inti yang lebih besar dan inti
yang lebih kecil kurang aktif tidak berperan maka volume tetes awan yang
terbentuk jauh lebih kecil dari jumlah inti kondensasi.
Tetes awan yang terbentuk umumnya mempunyai
jari-jari 5 – 20 mm. Tetes dengan ukuran ini akan jatuh dengan kecepatan 0,01 –
5 cm/s sedang kecepatan aliran udara ke atas jauh lebih besar sehingga tetes
awan tersebut tidak akan jatuh ke bumi. Bahkan jika kelembaban udara kurang
dari 90 % maka tetes tersebut akan menguap. Untuk dapat jatuh ke bumi tanpa
menguap maka diperlukan suatu tetes yang lebih besar yaitu sekitar 1 mm (1000
mikrometer), karena hanya dengan ukuran demikian tetes tersebut dapat
mengalahkan gerakan udara ke atas (Neiburger, et. al., 1995).
Jadi perbedaan antara tetes awan dan tetes hujan adalah pada ukurannya. Jika
sebuah awan tumbuh secara kontinu, maka puncak awan akan melewati isoterm 0°C.
Tetapi sebagian tetes-tetes awan masih berbentuk cair dan sebagian lagi
berbentuk padat atau kristal-kristal es jika terdapat inti pembekuan. Jika
tidak terdapat inti pembekuan, maka tetes-tetes awan tetap berbentuk cair
hingga mencapai suhu -40°C bahkan lebih rendah lagi.
C. Pembekuan dan Deposisi
Tetes air di udara yang mengalami pendinginan dibawah 00C, belum tentu menjadi
beku dan disebut sebagai air super-dingin. Tetes-tetes awan umumnya terjadi
dalam keadaan super dingin pada suhu sekitar -2000 C. Namun demikian, apabila
tetes-tetes super dingin tersebut tersentuh oleh benda padat atau partikel lain
yang ada di udara, maka akan segera membeku. Pada proses pembekuan yang terjadi
di dalam atmosfer ini, terdapat inti-inti tertentu yang disebut sebagai
inti-bekuan.
Proses dimana uap air langsung membeku tanpa melalui proses mencair terlebih
dahulu disebut dengan deposisi. Inti bekuan, umumnya digunakan dalam istilah
meteorologi untuk inti-inti yang menyebabkan pembentukan es. Pembentukan es ini
asalnya terdapat pada selapis tipis air pada permukaan inti bekuan, kemudian
baru membeku. Karena sangat tipisnya lapisan air tersebut,
sehingga sukar untuk menandai adanya tetes air. Inti-inti bekuan yang terjadi
tersebut disebut juga dengan inti-inti es.
Adanya inti-inti bekuan di atmosfer kemungkinan berasal dari partikel-partikel
tanah/debu tertentu yang tertiup angin kemudian melayang di udara. Karena
adanya turbulensi, memungkinkan inti-inti tersebut melayang sampai ketinggian
yang cukup tinggi.
2. PENYEBAB UMUM PEMBENTUKAN AWAN
Kebanyak awan terbentuk apabila udara basah bergerak vertikal ke atas dan
kemudian mengalami pendinginan karena udara mengembang yang selanjutnya
sebagian uap air berkondensasi dan membentuk awan. Beberapa gerakan vertikal
yang menyebabkan pembentukan awan adalah :
a. Pembentukan karena Tubulensi Mekanis
Arus udara di permukaan bumi umumnya mengalami perubahan bentuk karena pengaruh
gaya hambat yang mengakibatkan terbentuknya serangkaian olakan-olakan angin
(eddy). Gerak turbulensi ini terbentuk karena arus udara melalui
bangunan-bangunan, pepohonan, bukit-bukit dan lain sebagainya.
Jika pada mulanya lapisan
udara dalam keadaan stabil, kemudian mengalami percampuran, maka lapisan udara
bagian atas akan mengalami pendinginan, sedangkan bagian bawahnya akan
mengalami pemanasan. Sebagai akibatnya, maka akan terbentuk lapse rate
adiabatis kering, selama udara masih belum jenuh. Uap air yang terbawa dalam
proses percampuran tersebut, pada suatu ketinggian dibawah puncak lapisan
hambat kemungkinan akan menjadi jenuh dan terjadi kondensasi. Ketinggian dimana
mulai terjadi kondensasi pada
proses tersebut disebut dengan ketinggian kondensasi campuran (mixing
condensation level disingkat MCL), yang merupakan dasar dari awan yang
terbentuk.
Awan yang terbentuk melalui proses ini adalah awan-awan merata (stratus) dan
merupakan lembaran awan yang tidak memiliki bentuk tertentu. Awan turbulensi
juga bisa terbentuk dibawah dasar awan-awan hujan seperti Nimbostratus (Ns),
Altostratus (As) dan Cumolonimbus (Cb).
b. pembentukan konvektif termal
Apabila udara mengalami pemanasan dekat permukaan bumi, maka berkembanglah arus
konveksi. Bersamaan dengan turbulensi mekanis akan mengakibatkan percampuran
udara pada lapisan bawah atmosfer.
Awan yang terbentuk melalui proses ini adalah awan-awan rendah jenis Cumulus
(Cu). Ketebalan awan konvektif (dari dasar awan sampai puncak awan) berkisar
dari satu atau dua kilometer sampai mencapai sepuluh kilometer atau lebih.
Cumulus-Cumulus kecil yang terpisah-pisah dan dalam perkembangannya tidak
memungkinkan untuk terjadinya hujan, disebut awan Cumulus cuaca-cerah.
Sumber : Soejitno (1973), Meteorologi Umum hal.106
Kadang-kadang perkembangan vertikal dari awan Cu ini terhalang oleh adanya
lapisan inversi, sehingga puncak awan kemudian terpencar horizontal dibawah
lapisan inversi tersebut yang kemudian berkembang menjadi awan Stratocumulus
(Sc).
Puncak awan konvektif bisa mencapai ketinggian dimana kristal-kristal es mulai
terbentuk dan disebut sebagai awan Cumolonimbus (Cb) yang biasanya disertai
dengan badai guntur. Awan Cb ini kadang-kadang memiliki tinggi dasar awan
kurang dari satu kilometer dengan puncak awan lebih dari sepuluh kilometer.
Bentuk pucak awan Cb sering tampak seperti landasan, hal ini disebabkan karena
puncak awan ini terhalang oleh lapisan udara yang stabil atau lapisan inversi
di atasnya, sehingga puncaknya kemudian terpencar horizontal.
Dalam keadaan labilitas yang kuat, jumlah energi yang maha besar akan timbul
dari terlepasnya panas latent. Arus udara ke atas mencapai lebih dari sepuluh
kilometer per detik yang dapat menahan jatuhnya tetes-tetes air kebawah. Jika
dalam keadaan ini arus udara yang naik terganggu dan menjadi lemah, maka
terjadilah hujan lebat disertai badai guntur.
c. Pembentukan Awan karena Orografi
Jika pada suatu saat arus udara mencapai kaki gunung atau barisan pegunungan,
maka udara dipaksa naik melalui lereng-lereng pegunungan tersebut. Hal ini
terjadi baik bagi udara dekat permukaan tanah maupun udara di atasnya.
Pengaruh dari naiknya arus udara tersebut dapat mencapai kedalam lapisan
atmosfer yang tinggi, sehingga dapat merubah keadaan suhu dalam lapisan
tersebut. Udara yang telah dipaksa naik akan mengalami pendinginan adiabatis
yang selanjutnya memungkinkan terbentuknya awan. Tidak semua arus udara yang
naik ke atas pegunungan akan membentuk awan, seperti pada udara yang tidak
cukup basah.
Jenis awan yang terbentuk dari proses ini tergantung dari beberapa faktor,
diantaranya keadaan stabilitas udara. Dalam udara basah yang stabil, biasanya
terbentuk awan Stratus (St) dan jika udara basah labil, maka akan terbentuk
awan Cumulus(Cu) atau Cumolonimbus(Cb).
Di wilayah balik pegunungan, arus udara yang semula naik akan bergerak turun
dan udara akan mengalami pemanasan yang mengakibatkan menghilangnya awan dengan
cepat.
Sumber : Soejitno (1973), Meteorologi Umum hal.103
Awan orografi ini umumnya
terbentuk terus menerus pada daerah lereng dimana angin datang, sedangkan
dibalik pegunungan udara akan cerah.
Awan-awan orografi tampak seperti tidak bergerak (stasioner), meski sebenarnya
arus udara berlangsung terus. Dalam hal ini kadang-kadang awan terbentuk tinggi
di atas gunung atau bukit, dimana terdapat lapisan udara yang hampir jenuh di
atas gunung tersebut, sehingga bentuk awan ini seperti topi bagi gunung
tersebut. Awan semacam ini apabila dilihat dari bawah akan tampak seperti
lensa, sehingga disebut awan lensa (lenticular cloud).
d. Pembentukan Awan karena Kenaikan Lambat dan Luas
Pembentukan awan yang telah diuraikan sebelumnya, umumnya terjadi di atas
daerah yang luasnya hanya meliputi beberapa kilometer. Selain itu, awan juga
terjadi oleh gerakan udara vertikal pada suatu daerah yang luas karena pengaruh
suatu sistem arus udara yang sangat luas. Sistem tersebut adalah sistem tekanan
rendah (depresi) dan sistem tekanan tinggi (antisiklon).
Arus udara vertikal ke bawah
terjadi di atas daerah antisiklon yang disebut subsidensi dan disertai oleh
konvergensi di bagian atas serta divergensi di bagian bawah. Proses sebaliknya
terjadi di atas daerah depresi yang disertai divergensi di bagian atas dan
konvergensi di bagian bawah akan mengakibatkan adanya arus udara vertikal naik.
Arus udara naik di atas daerah depresi ini terjadi pada daerah yang sangat
luas, sehingga kecepatan udara naik ini relatif kecil. Namun demikian, arus
udara naik ini dapat berlangsung lama (beberapa hari) sehingga mengakibatkan
naiknya massa udara dalam jumlah yang besar di atas wilayah yang luas (beberapa
kilometer).
Prinsip kerja termos
air panas
Menurut Teori
Pertukaran dari Henry Prevost Babbage (1824 – 1918) bahwa benda yang lebih
dingin selalu menyerap gelombang panas dari benda yang lain sampai keduanya
mempunyai temperatur yang sama. Didasarkan pada teori ini maka teh yang panas
ataupun dingin dalam termos akan kehilangan panas atau menyerap panas dari
tempatnya. Namun, termos sudah didesain agar bisa menghambat
ketiga cara panasberpindah: konduksi, konveksi,
dan radiasi.
Lalu Bagaimana Prinsip Kerja Termos?
Prinsip kerja termos itu sederhana. Termos
menggunakan bahan yang bersifat adiabatik. Bahan adiabatik secara
ideal menghambat atau tidak memungkinkan terjadinya interaksi, antara sistem
dengan lingkungan.
Kalau tidak ada interaksi antara sistem dan
lingkungan, maka tidak ada perpindahan kalor antara sistem dalam termos dengan
lingkungannya. Akibatnya tidak terjadi pertukaran temperatur.
Dengan menggunakan bahan adiabatik ini termos
mampu mempertahankan suhu air yang berada di dalamnya. Air panas yang udah
masuk termos tidak cepat dingin.
Pada tahun 1902, ketika
James Dewar ingin memberikan susu pada anaknya. Ia mengalami suatu problematika
dimana susu hangat yang beliau simpan, cepat sekali mengalami penurunan suhu.
Beliau berpikir mengenai suatu alat yang dapat digunakan untuk mempertahankan
suhu hangat dalam suatu minuman tanpa melibatkan suatu energi apapun. Baik
panas maupun listrik.
Akhirnya beliau berhasil menciptakan sebuah wadah yang bernama
“Bejana Dewar”. Sebuah wadah cikal bakal termos.
Bagaimana beliau membuatnya adalah dengan menciptakan botol
vacuum. Termos terdidi dari dua lapisan. Lapisan dalam dan lapisan luar.
Lapisan dalam dilapisi dengan material perak atau kaca agar dapat mempertahankan
panas. Itulah sebabnya mengapa sewaktu kalian melihat bagian dalam termos akan
terlihat material berkilau seperti kaca.
Antara lapisan dalam dan lapisan luar, terdapat sebuah ruangan
kosong dan dalam kondisi vacuum. Yaitu kondisi dimana udara tidak dapat masuk
dan keluar. Akibat dari adanya ruangan hampa seperti inilah yang dapat mencegah
dan mengurangi perambatan kalor/suhu panas dari air keluar dinding. Sehingga
kondisi suhu pada air dapat dipertahankan selama beberapa hari.
Dengan kata lain radiasi panas yang dipancarkan oleh air dapat
dicegah. Itulah sebabnya mengapa jika kalian menyentuh dinding termos yang
berisi air panas tidak terasa panas. Berbeda jika halnya ketika kalian
menyentuh dinding gelas yang berisi air panas akan terasa panas.