kuliah 1 tema 3 sistem atmosfera

UNSUR-UNSUR CUACA DAN IKLIM, SINARAN DAN BAHANGAN SERTA BAJET HABA

1

Konsep Cuaca dan Iklim

Cuaca merujuk kepada fenomena harian yang sentiasa berubah mengikut tempat dan masa. Contohnya, cuaca tempat A mungkin tidak sama dengan tempat B walaupun jaraknya hanya beberapa kilometer.

Iklim merujuk kepada purata unsur-unsur cuaca seperti suhu, hujan, kelembapan udara dalam tempoh 35 tahun meliputi skala yang luas seperti sebuah negara atau rantau/wilayah.

2

Unsur-unsur cuaca

1. Suhu

Darjah kepanasan udara di sesuatu tempat. Darjah kepanasan datang dari sinaran matahari atau bahangan matahari. Cthnya, sinar ultra

unggu, sinar infra red, sinar gamma, sinar X.Sinar infra red yg paling banyak membawa tenaga

haba. Apabila tenaga haba bertambah, maka udara

akan menjadi panas dan indeks suhu akan meningkat.

Indeks suhu di ukur dalam unit darjah selsius menggunakan termometer Six.

3

Unsur-unsur cuaca

2. Kerpasan

Merangkumi hujan, salji, hujan batu dan hujan beku.

Unsur yang paling penting ialah hujan yang terjadi akibat proses pemeluwapan dan kondensasi.

Akibat sejatan wap air akan naik ke atmosfera dan bercantum antara satu sama lain dengan bantuan nukleus kondensasi seperti garam galian dan bahan pencemar udara membentuk awan.

Turun dalam bentuk hujan apabila awan mencapai tahap tepu.

Hujan disukat menggunakan alat tolok hujan dan dinyatakan dalam unit milimeter.

4

Unsur-unsur cuaca

3. Kelembapan udara

Merujuk kepada jumlah wap air yang terdapat dalam udara.

Terbahagi kepada dua: a) Kelembapan mutlak – ialah kandungan wap air

yang sebenarnya terdapat dalam udara pada satu masa. Dinyatakan dalam unit gram semeter padu (gm/m3)

b) Kelembapan bandingan – ialah nisbah jumlah wap air yang sebenarnya terdapat dalam udara berbanding dengan jumlah wap air yang boleh ditampung oleh udara berkenaan dlm keadaan suhu tertentu dinyatakan dlm bentuk peratus.

Diukur menggunakan alat higrometer putar yang mengandungi termometer bebuli kering dan termometer bebuli basah.

5

Unsur-unsur cuaca

4. Awan

Merupakan titisan air yang sangat halus yang berdiameter antara 0.02 mm hingga 0.06 mm serta terapung di udara.

Terbentuk akibat penyejukan udara di bawah takat beku yang menyebabkan air terpeluwap di

atmosfera. Berdasarkan ketinggian dan lokasi awan terbahagi

kepada 4: a) Awan tinggi – 6100 m – 12 000 m seperti awan

sirus, sirostratus dan sirokulumulus.b) Awan Pertengahan – 1200 m – 6100 m seperti awan

altostratus, altokumulus.c) Awan rendah – 0 – 1200 m seperti awan

stratokumulus, stratus, nimbostratus.d) Awan tegak – had dasar 180 m seperti awan

kumulus dan kumulonimbus. 6

Unsur-unsur cuaca

5. Tekanan udara

tekanan yang dihasilkan oleh atmosfera terhadap permukaan bumi.

Pada paras laut tekanan udara normal ialah kira- kira 1.03 kg/cm2 bagi setiap permukaan yang terdedah kepadanya.

berubah mengikut ketinggian. udara semakin berkurangan apabila ketinggian

bertambah dan beratnya juga berkurangan. Disukat dgn menggunakan alat barometer

aneroid dlm unit milibar (mb). 1000 mb = 760 mm.

7

Unsur-unsur cuaca

6. Angin

adalah udara yang bergerak secara mendatar. bertiup dari kws tekanan udara tinggi ke kws

tekanan udara rendah. arah tiupan merujuk kepada arah dari mana

angin itu bertiup dan ditunjukkan oleh penunjuk arah angin.

halaju angin diukur menggunakan alat anemometer.

kesan halaju angin boleh dilihat dengan menggunakan skala angin Beufort.

8

Sinaran dan Bahangan

Bahangan Suria/Matahari

tenaga paling utama menggerak dan meneruskan semua proses di atmosfera dan permukaan bumi.

tenaga matahari datangnya daripada perubahan hidrogen kepada helium yang berlaku dalam teras matahari.

tenaga ini dihantar terus ke bumi dalam bentuk gelombang eletromagnet atau tenaga sinaran.

gelombang yang dikeluarkan oleh matahari adalah gelombang pendek (0.2 – 0.4 mikron).

komponen utama bahangan matahari yang sampai ke bumi ialah sinar infra red (50%), sinar cahaya (41%), sinar x dan sinar gamma (9%).

9

Sinaran dan Bahangan

Perubahan Tenaga matahari bila memasuki atmosfera.

10

Bahangan Bumi

Bumi menyerap bahangan matahari pada waktu siang dan akan membebaskan bahangannya pada waktu malam.

Pembebasan bahangan bumi berlaku dalam bentuk gelombang panjang.

Bahangan yang dibebaskan pada waktu malam ini akan diserap oleh lapisan atmosfera .

Penyerap utama bahangan bumi ialah wap air, karbon dioksida, gas ozon dan awan.

Kehilangan maksimum bahangan bumi berlaku ketika langit cerah, tidak berawan dan ketika kelembapan udara adalah rendah.

11

Konsep Bajet Haba dan Imbangan Haba

Barry & Chorley (1977), bajet haba ialah cara-cara nilai sinaran matahari itu digunakan.

Sinaran matahari yang memasuki atmosfera bumi akan diserap, diserak, dipantul oleh pelbagai juzuk dan unsur dalam atmosfera.

Imbangan haba merujuk kepada keseimbangan yang berlaku antara jumlah bahangan matahari yang masuk ke sistem bumi-atmosfera dengan

bahangan bumi yang dibebaskan semula ke angkasa.

12

Proses dalam Imbangan haba: 1.Proses Serakan

Partikel-partikel akan menyerakan bahangan matahari secara mendatar apabila bahangan tersebut dipancar kepadanya.

Darjah serakan bergantung kepada saiz partikel yang terlibat berbanding dengan jarak gelombang bahangan suria.

Partikel menyerakan sinaran matahari melalui 2 cara.

a) Serakan Rayleigh

b) Serakan Mei13

A)Serakan Rayleigh

Jika saiz partikel lebih kecil berbanding dengan jarak gelombang.

Menyebabkan langit berwarna biru pada siang hari.

B) Serakan Mie

Jika saiz partikel sama besar dengan jarak gelombang.

Menyebabkan langit berwarna kemerahan.

14

2. Proses Serapan

Dilakukan oleh partikel di atmosfera dan stratosfera seperti wap air, karbon dioksida dan ozon.

Gas-gas ini cenderung untuk memilih jenis-jenis gelombang suria yang hendak diserap dan keupayaannya menyerap bergantung kepada jarak-jarak gelombang (dinamakan serapan terpilih).

Daripada 100% sinaran suria, 36% akan dibalikan/albedo oleh sistem bumi-atmosfera. 64% akan dipancarkan ke bumi.

Daripada 64% pula akan diserap 2% oleh ozon khasnya sinar ultra ungu.

62% akan melepasi ozon dan akan diserap oleh wap air, habuk, debu, karbon dioksida dan juga awan sebanyak 15%. Hanya 47% akan sampai ke permukaan bumi.

15

3. Proses balikan/pantulan

Bahangan matahari apabila terkena partikel akan dipantulkan semula ke angkasa secara menegak (vertikal).

Proses balikan banyak dilakukan oleh partikel berwarna cerah seperti manik hujan, titisan air dalam awan, hablur ais dalam awan yang tinggi.

Proses pantulan mempengaruhi keamatan cahaya contohnya jika kadar pantulan tinggi langit kelihatan gelap.

Elemen utama membalikkan sinar suria ialah awan. Semakin tebal awan semakin tinggi kadar pembalikan. 16

4. Proses Albedo

Albedo ditakrifkan sebagai darjah keputihan atau kecerahan sesuatu permukaan bumi.

Semakin cerah sesuatu permukaan maka semakin tinggi jumlah sinaran matahari yang akan dipantulkan.

Albedo sebenarnya nisbah antara cahaya yang dipantulkan dengan cahaya yang diterima oleh permukaan bumi.

Nilai albedo berbeza antara tempat bergantung kepada sifat permukaan bumi di kawasan berkenaan.

17

Taburan Tenaga Sinaran Global:

Taburan suhu secara mendatar

Taburan suria mengikut kawasan atau ruang dipermukaan bumi.

Jumlah sinaran suria yang diterima oleh permukaan bumi bergantung kepada empat faktor berikut;

Ouput suria Jarak Permukaan bumi dari matahari Sudut zenith matahari Tempoh siang dan malam

18



1. Ouput Suria

kadar pengeluaran tenaga elektromagnet oleh matahari.

kadar pengeluaran tenaga ditentukan oleh proses penukaran hidrogen kepada helium.

jika terdapat banyak hidrogen ditukar kepada helium maka suhu permukaan matahari menjadi panas dan tenaga elektromagnet yang terhasil untuk dihantar ke bumi juga menjadi tinggi.

19



2. Jarak permukaan bumi dari matahari.

antara tempat di permukaan bumi mempunyai jarak yang berbeza dari matahari.

kawasan khatulistiwa merupakan kawasan paling dekat dengan matahari berbanding dengan kawasan artik.

oleh itu kawasan khatulistiwa akan menerima jumlah sinaran yang lebih banyak.

20



3. Sudut Zenith matahari

sudut zenith ialah sudut yang dikira dari garisan tegak di atas kepala seseorang.

jika matahari tepat di atas kepala maka nilai sudut zenithnya ialah 0o dan penerimaan sinaran matahari ialah 100%.

Sekiranya matahari berada di ufuk nilai sudut zenithnya 90o dan penerimaan sinaran matahari adalah paling minimum.

21


Taburan suhu secara mendatar: ketidakseimbangan mengikut ruang.

4. Tempoh siang dan malam

kawasan yang mengalami waktu siang yang lebih panjang maka ia akan menerima lebih banyak dan lebih lama sinaran matahari berbanding dengan kawasan yang lebih pendek waktu siangnya.

22


Taburan suhu mengikut kawasan adalah tidak sama.Perbezaan taburan suhu mengikut kawasan adalahdisebabkan oleh faktor berikut;

a) Perbezaan latitud

perbezaan penerimaan tenaga matahari disebabkan sifat bumi itu sendiri yg berbentuk sfera.

kesannya latitud di tengah glob seperti khatulistiwa adalah lebih dekat dgn matahari dan menerima sinaran matahari yg byk , di bulatan artik jauh dari matahari menerima sedikit sinaran .

23

perbezaan latitud juga mempengaruhi sudut tuju sinaran matahari. Di khatulistiwa pancaran bersudut tepat mana kala di kutub bersudut condong , jadi keamatan tenaga matahari tinggi di khatulistiwa.

Kawasan khatulistiwa dipanggil “kawasan sumber haba” (imbangan tenaga positif) manakala kawasan kutub dipanggil “kawasan benam haba” (imbangan tenaga negati).

24

b) Perbezaan litupan awan

Mengikut Maury (1958), kws yang menerima jumlah tenaga suria yg paling tinggi bukannya terletak di khatulistiwa tetapi berada di gurun panas.

Ini krn kws gurun mempunyai litupan awan yg nipis berbanding dengan khatulistiwa.

Litupan awan berfungsi mengurangkan jumlah pancaran matahari ke bumi melalui proses serakan, serapan dan balikan. Cthnya awan kumulonimbus memerangkap hampir 75% drp sinaran matahari.

25

c) Perbezaan ciri permukaan bumi

Perbezaan muka bumi mempengaruhi albedo.

Permukaan bumi yang gelap seperti jalan bertar akan menyerap bahangan matahari dengan banyak berbanding dengan kawasan salji yang lebih banyak membalikkan bahangan matahari.

26Menyerap bahangan Membalikan bahangan

d) Jarak dari laut

Antara kws tengah benua dgn kws yg berhampiran laut atau kepulauan mempunyai nilai suhu yang berbeza.

Kws tengah benua lebih panas berbanding kws kepulauan pada waktu siang, sebaliknya pada waktu malam kws tengah benua lebih sejuk berbanding kws kepulauan.

Ini disebabkan batuan di tengah benua lebih cepat menyerap haba berbanding air laut pada siang hari dan cepat kehilangan haba pada waktu malam berbanding air laut yang bukan pengalir haba yang baik.

27

e) Arus lautan

Terdapat dua jenis arus lautan iaitu arus lautan panas dan arus lautan sejuk.

Arus lautan panas akan meninggikan suhu di kws pantai dilaluinya. Contoh Arus panas Benguela di Afrika.

Arus lautan sejuk akan merendahkan suhu di kws pantai dilalulinya. Contoh Arus sejuk Labrador di Amerika Utara.

28

f) Kehadiran bahan pencemar udara

Kawasan yg mempunyai kadar pencemaran udara yg tinggi adalah lebih panas berbanding kws yg mempunyai udara bersih.

Ini kerana bahan-bahan pencemar udara seperti karbon dioksida, karbon monoksida, sulfur dioksida dan hidro-karbon bertindak membenarkan bahangan matahari melepasinya tetapi menghalang pembebasan keluar bahangan bumi ke angkasa.

Akibatnya bahangan bumi terperangkap dlm ruang atmosfera menyebabkan nilai suhu sekitar khususnya pada waktu malam adalah tinggi dan fenomena ini dinamakan kesan ‘rumah hijau’.

29

PEMINDAHAN HABA SECARA MENDATAR

Kws Tropika khususnya kws khatulistiwa merupakan kws sumber haba dunia.

Haba yg berlebihan ini perlu disebarkan ke kws lain untuk mewujudkan keseimbangan haba dunia.

Mekanisme menyebarkan haba ini adalah melalui pengangkutan haba secara mendatar.

Proses pemindahan haba secara mendatar berlaku melalui atmosfera dan lautan.

30


Proses pengangkutan haba secara mendatar dari kws khatulistiwa ke kutub berlaku melalui medium atmosfera dan lautan.

Melalui atmosfera ia dikenali sebagai “alir lintang haba” kerana ia melibatkan pergerakan angin. Tenaga yg terlibat di sini ialah haba pendam.

Pengangkutan melalui medium lautan pula dilakukan oleh arus lautan yang melibatkan tenaga haba rasa.

Di lapisan atmosfera ini terdapat satyu zon tekanan tinggi di khatulistiwa dan satu zon tekanan rendah di kutib utara dan selatan.

31


Kesannya haba akan mengalir melalui arus udara jet dari atmosfera khatulistiwa menuju ke dua-dua kutub.

Pemindahan haba melalui lautan pula dilakukan oleh arus panas yg mengalir di permukaan laut dari kws khatulistiwa ke kutub dan arus sejuk yang mengalir di dasar lautan dari kutub ke khatulistiwa.

Dengan ini imbangan haba bumi dapat dikekalkan dalam jangka masa panjang.

Kadar pengangkutan haba berbeza mengikut latitud. Pengangkutan haba secara maksimum berlaku di latitud 35o hingga latitud 45o di hemisfera utara dan selatan.

32

TABURAN SUHU SECARA MENEGAK

Merujuk kpd taburan suhu mengikut ketinggian muka bumi. Taburan suhu ini ditentukan oleh proses pemindahan haba oleh pergerakan udara menegak.

Pergerakan udara menegak dipengaruhi oleh jenis-jenis sistem tekanan.

Kws tekanan tinggi dikaitkan dengan dengan penurunan suhu, manakala kws tekanan rendah dikaitkan dengan peningkatan suhu.

Proses Pengangkutan secara menegak berlangsung dalam tiga keadaan iaitu pengangkutan oleh arus perolakan, pengangkutan oleh wap air yang tersejat ke udara yg melibatkan haba pendam dan pengangkutan oleh udara panas dipermukaan bumi.33


Pengangkutan oleh arus perolakan berlaku di kawasan antara khatulistiwa dan garis lintang tengah.

Pergerakan sel Hadley amat pesat di zon tropika dan semakin kurang di kws iklim sederhana dan hampir tiada langsung di kws kutub.

34


Pengangkutan oleh wap-wap air melibatkan haba pendam yang diperolehi dari matahari semasa proses sejat-peluhan tumbuhan dan sejatan air permukaan.

Bagi setiap gram air yang tersejat pada suhu 0o C maka sejumlah 600 kalori tenaga haba pendam akan diserap bersamanya.

Bagi setiap gram air yang tersejat pada suhu 100o C pula sejumlah 540 kalori haba pendam akan diserap bersama wap air.

35


pada umumnya semakin tinggi sesuatu tempat itu maka suhu akan jatuh.

keadaan ini berlaku kepada lapisan bawah atmosfera hingga ke takat 8 kilometer dari permukaan bumi.

Secara purata kadar pengurangan tersebut adalah 0.65o C bagi setiap 100 meter kenaikan. Kadar ini dinamakan kadar ‘Tukaran Normal’.

Antara sebab lapisan atmosfera bawah mempuyai suhu yang tinggi ialah lebih banyak wap air , zarah-zarah air, habuk dan partikel terampai yang menyerapa bahangan berbanding dengan lapisan atas atmosfera.

36


Fenomena Olak suhu

suatu fenomena di mana suhu semakin meningkat apabila ketinggian bertambah.

Olah suhu terbahagi dua:

Olak suhu permukaan – berlaku hampir dengan permukaan bumi, pada waktu malam akibat penyerapan bahangan bumi oleh lapisan bawah atmosfera.

Olak suhu atas permukaan – berlaku di atmosfera atas, hasil pertembungan dua jisim udara yang panas dan yang sejuk.

37

kuliah 1 tema 3 sistem atmosfera

Documents