BAHAN AJAR MATA KULIAH
TINJAUAN MATA KULIAH Deskripsi singkat matakuliah Matakuliah Klimatologi mengajarkan tentang pengertian dan ruang lingkup klimatologi secara umum dan khususnya tentang kaitan iklim mikro dengan aspek teknik pertanian.
Tujuan Pembelajaran Seorang mahasiswa yang telah menyelesaikan kegiatan pembelajaran minimal 75 % (kuliah, latihan, mengerjakan tugas individu, dan tugas kelompok) diharapkan akan : Mampu menjelaskan pengertian tentang iklim dan cuaca, mampu mendisain tata letak peralatan dalam stasiun agroklimat. Mampu menganalisis interpretasi data iklim Mampu memahami aspek radiasi surya terhadap kehidupan di bumi Mampu memahami hubungan antara anasir-anasir ikllim dengan teknik pertanian.
RENCANA KEGIATAN PEMBELAJARAN MINGGUAN Minggu ke : 1 dan 2 Topik : Pendahuluan Diuraikan peranan ilim dan atmosfir bagi kehidupan di bumi, Uraian ini dimaksud untuk memberikan rangsangan kepada mahasiswa agar timbul motivasi secara aktif mengikuti kuliah ini. Minggu ke : 3 dan 4 Topik : Kebutuhan pokok stasiun stasiu n agro klimat Unsur yang dikupas adalah pemilihan tempat stasiun agroklimat, tata letak stasiun, dan syarat-syarat pendirian stasiun Minggu ke : ke 5 dan dan 6 Topik : Klasifikasi Klasif ikasi iklim Unsur yang dikupas adalah penentuan klasifikasi iklim metode Koppen, Mohr, Mohr, Shmidt-Ferguson S hmidt-Ferguson dan Oldeman. Minggu ke : 7 Topik : Ujian sisipan sisipa n
Minggu ke : 8 dan 9 Topik : Energi surya Unsur yang dikupas adalah konsep dasar keseimbangan panas di bumi, pengaruh radiasi surya pada berbagai panjang gelombang terhadap teknik pertanian, perhitungan radiasi bumi efektif dan radiasi neto. Minggu ke : 10 dan 11 Topik : Fotosintesis dan agihan radiasi dalam kanopi Unsur yang dikupas adalah peranan energi dalam proses fotosintesis, efisiensi pemanfaatan sinar matahari dalam proses fotosintesis, hubungan fotosintesis dengan temperatur, distribusi radiasi dalam kanopi tanman, penggunaan radiasi oleh tanaman. Minggu ke : 12 dan 13 Topik : Hubungan temperatur dan angin terhadap tanaman Unsur yang dikupas adalah peranan temperatur dalam pertumbuhan tanaman, pengaruh angin terhadap transpirasi, pematah angin, persamaan logaritmis kecepatan angin. Minggu ke : 14 dan 15 Topik : Hubungan iklim dan teknik pertanian Unsur yang dikupas adalah peranan iklim dengan faktor-faktor yang berkaitan dengan teknik pertanian.
PENDAHULUAN
Definisi iklim Cuaca atau meteorologi adalah ilmu yang mempelajari semua kejadian alam yang ada di atmosfir, yang dinamis, berubah-ubah dalam waktu yang singkat (dalam jam, hari). •
•
•
Iklim adalah keseluruhan dari fenomena-fenomena meteorologi yang mencirikan keadaan umum atmosfir pada sebuah daerah (titik) tertentu pada suatu periode atau jangka waktu yang lama, atau bisa dikatakan bahwa kumpulan statistik cuaca (data yang terkumpul) selama kurun waktu tertentu disebut sebagai Iklim
Berdasarkan skala waktu dan ruang maka proses dari fenomena cuaca atau iklim dapat digolongkan dalam : (i) iklim mikro, (ii) iklim lokal, (iii) iklim meso, (iv) iklim makro.
Tabel Penggolongan fenomena cuaca berdasarkan skala ruang dan waktu prosesnya No.
Proses (fenomena)
Skala ruang (horisontal)
Skala Waktu
1
Skala mikro
Skala mikro 10- Detik 2 -103 m
2
Awan kumulus, kabut setempat, angin laut, dsbnya
Skala lokal 102 - 5.104 m
Menit
3
Hujan, badai, angin lokal (bohorok, gending, dll)
Skala meso, 104 - 2.105 m
Jam
4
Topan, jetstream, muson dll
Skala makro 105 - 108 m
Hari - Minggu Bulan
–
–
–
menit Jam
Hari
Manfaat ilmu iklim Iklim dalam kehidupan sehari-hari akan menjadi bahan pertimbangan dalam rancang bangun bangunan, bahan dan pakaian, penerbangan, pelayaran, jenis pangan yang dikomsumsi dan aktifitas sosial budaya, serta untuk bidang pertanian antara lain : iklim akan mempengaruhi jenis tanaman, jadwal tanam dan teknik budidaya. Atmosfir Peran penting lapisan atmosfir antara lain : 1. Mengurangi radiasi matahari yang sampai pada permukaan bumi dan mencegah pendinginan bumi berlebih 2. Mendistribusikan air ke berbagai wilayah permukaan bumi 3. Menyediakan oksigen dan karbon dioksida Dalam skala waktu harian, permukaan bumi akan berpengaruh terhadap bagian troposfir di bagian bawah yang dikenal sebagai : Planetary Boundary Layer PBL (lapisan keplanitan) atau Atmospheries boundary layer (lapisan keliling atmosferik) atau Boundary layer ( Lapisan keliling). –
Tabel Susunan udara kering bersih di atmosfir No.
Penyusun
% total molekul (volume)
Berat Molekul
1
Nitrogen (N2)
78.08
28.02
2
Oksigen (O2)
20.94
32.00
3
Argon (Ar)
0.93
39.88
4
Carbondioksida (CO2)
0.03
44.0
5
Neon (Ne)
0.0018
20.18
6
Helium (He)
0.0005
4.00
7
Krypton (KR)
0.0001
-
8
Hidrogen (H)
0.00005
2.02
9
Ozone (O3)
0.00006
48.00
Proses pembentukan O3 yang terjadi di atmosfir
O2 + hv
O+O
Dimana : Panjang gelombang hv
(1)
< 0.240
hv adalah energi suatu foton cahaya
O2 + O + M
O3 + M
(2)
Dimana : M adalah molekul ke tiga, yang keberadaannya diperlukan untuk menstabilkan peoses, sebab molekul O dan M akan membentuk O3 dengan tumbukan.
Tetapi O3 di dalam cahaya tidak stabil sehingga apabila mengabsorbsi energi yang mempunyai panjang gelombang < 1,100 akan mengalami perubahan kembali ke dalam bentuk Oksigen Diatonik dan Monotomik.
O3 + hv
O2 + 0
(3)
Dimana : panjang gelombang < 1,100
O3 + O
2O2
(4)
KEBUTUHAN POKOK STASIUN AGROKLIMAT Kebutuhan pokok stasiun agroklimat 1. Letak stasiun harus mewakili hubungan tanaman – tanah/air – iklim didaerah dimana data tersebut diperoleh. 2. Masing-masing instrumen harus menghasilkan data-data meteorologi yang benar dan alat-alat tersebut tidak mudah rusak dan mudah pemeliharaannya. 3. Pembacaan alat mudah dilaksanakan dan mudah dicatat 4. Pengamat cukup tersedia dan terlatih dengan baik serta bertempat tinggal tidak jauh dari stasiun tersebut demi kelancaran pengamatan.
Tata Letak Stasiun Agroklimat Sebuah stasiun agroklimat membutuhkan letak yang cukup luas, terbuka dengan taman alat di tengahnya. Ukuran luas yang diperlukan tergantung pada banyaknya alat serta persyaratan karakteristik masing-masing alat-alat tersebut 50 m
10 m
Stasiun Agroklimat TA : Taman Alat
50 m 10 m Gambar Tata letak stasiun agroklimat
4
5
3
6
2
7
1
8 10
9
Keterangan : 1. Anemometer 2. Evaporimeter 3. Solarimeter 4. Ombrometer otomatis 5. Termometer shelter 6. Termometer tanah 7. Termometer Min rumput 8. Ombrometer observation 9. Persediaan Air 10. Pagar
Gambar 4. Tata Letak Taman Alat
Beberapa pengaruh lokal yang sering terjadi
1. Turbulensi lokal 2. Efek Oase 3. Naungan
Termometer shelter (sangkar termometer)
Syarat penempatan termometer shelter adalah sebagai berikut : 1. Diletakkan pada tempat yang kering di atas tanah yang ditanami rumput dan jauh dari ombrometer dan evaporimeter. 2. Mempunyai ventilasi yang baik sehingga angin dapat lewat secara bebas baik dari samping maupun dari atas. 3. Dibuat dari kayu yang dicat putih mengkilap baik dalam maupun luarnya 4. Pintu diatur sedemikian rupa sehingga kalau dibuka sinar matahari tidak langsung mengenai instrumen 5. Di daerah tropis disarankan dua pintu atau satu pintu yang dapat berputar 180o, sehingga pada bulan Maret dan September matahari tidak langsung mengenai instrumen ketika pembacaan sedang dilakukan 6. Tinggi pemasangan 1,5 – 2,0 meter di atas permukaan tanah tetapi untuk kepentingan pertanian dapat disesuaikian dengan keperluan.
Jenis Termometer : 1. Termometer maximum 2. Termometer mimimum 3. Thermograf 4. Termometer tanah
Interpretasi data : 1. Temperatur rata-rata harian (cara aljabar) 2. Homogenitas data temperatur udara
Kelembaban Udara : •
Kerapatan uap air: massa uap air persatuan vulume udara
•
Lengas nisbi: nisbah uap air dalam udara dengan uap air jenuh
Peralatan pengukur kelembaban udara. 1. Psychrometer : a.Aspirated psychrometer tipe Asmann b. Natural ventilated psychrometer c. Psychrometer ayunan/ sling psychrometer 2. Perekam kelembaban udara otomatis ( recording air humidity ) a. Recording psychrometer b. Hair Higrograph c. Hygrothermometer
Angin : Peralatan pengukur angin : a. Anemometer b. Arah Angin c. Recording anemometer d. Hand anemometer
Perkiraan nilai penurunan kecepan angin pada ketinggian yang berbeda dengan kecepatan angin dngan ketinggian 2 m adalah :
Tinggi pengukuran (m)
0.5
1.0
Faktor koreksi
1.35 1.15
1.5
2.0
1.06 1.00
3.0
4.0
5.0
6.0
10.0
0.93
0.88 0.85 0.83 0.77
Tabel Kecepatan angin perkiraan Kecepatan (m/det) 0.0 0.2 0.3 1.5 –
–
1.6 3.3 –
3.4 5.4 –
5.5 7.9 8.0 10.7 10.8 13.8 13.9 17.1 17.2 20.7 20.8 24.4 24.5 28.4 > 28.5 –
–
–
–
–
–
–
Keterangan Asap membubung secara vertikal Beberapa asap mengapung tdk ada gerakan pada balingbaling Angin terasa di wajah, daun-daun menggerisik, angin menggerakan bendera dengan ringan Pasir naik, cabang-cabang kecil bergerak, kertas tertiup pergi Pohon-pohon kecil bergoyang, terjadi gelombang pada tanah-tanah yang berair Cabang besar bergerak, kawat-kawat telpon berbunyi, payung sukar digunakan Seluruh pohon bergerak, sangat sukar untuk berjalan Ranting-ranting patah Cerobong dan atap jatuh Pohon-pohon tercabut dan rusak Timbul kerusakan yang luas atau besar
Radiasi Matahari Alat pengukur lamanya penyinaran matahari (sunshine duration ) : Solarimeter a. Tipe Campbell Stokes b. Tipe Jordan c. Thermo electric Solarimeter –
Alat pengukur intensitas penyinaran matahari (solar intensity radiation ) a. Bimetallic Actinograph b. Bellani Pyranometer
Observasi Awan Tabel Penutupan Awan
Penutupan Awan
Oktas
Persepuluh
Tidak ada penutupan awan, cahaya berkabut, tetapi matahari tampak Jejak sampai 1/8 dari total penutupan langit 2/8 dari total penutupan langit 3/8 dari total penutupan langit 4/8 dari total penutupan langit 5/8 dari total penutupan langit 6/8 dari total penutupanlangit 7/8 dari total penutupan langit
0
0
1
Langit tertutup seluruhnya, kabut ynag tebal
8
1/10 atau kurang tetapi tidak nol 2/10 – 3/10 4/10 5/10 6/10 7/10 – 8/10 9/10 atau lebih tetapi tidak nol 10/10
2 3 4 5 6 7
Presipitasi : Alat pengukur curah hujan Penakar hujan manual/ standar/observasi/ biasa/ Raingauges Penakar curah hujan otomatis ( rainfall recorder) Tipe sipon (tipe pelampung, float gauge) Tipe pemberat (Weighing type) Tipe ember jungkit ( Tipping bucket type Untuk menguji himogenitas datra curah hujan digunakan cara sederhana sebagai berikut : a. Plotting data b. Run test c. Double massa curve analysis (analisa kurva massa ganda Interprestasi data hilang (missing data) a. Melengkapi data yang hilang - Normal ratio methode - Inversed square distance b. Penambahan data Curah hujan kawasan 1. Cara rerata aljabar (artmatic mean 2. Cara Poligon Thiessen 3. Cara Garis Isohyet • •
• • •
KLASIFIKASI IKLIM
Klasifikasi iklim menurut Koppen Klasifikasi iklim menurut Mohr Klasifikasi iklim menurut Schmidt-Ferguson Klasifikasi iklim menurut Oldeman
RADIASI SURYA A. Pengaruh spektrum radiasi surya terhadap tanaman: 1. Band I : radiasi dengan > 1,0 . Tidak diketahui pengaruhnya terhadap tanaman. Radiasi ini setelah diserap tanaman lalu dirubah menjadi panas tanpa ada pengaruh biokimia. 2. Band II : radiasi antara 1,0 dan 0,72. Mempunyai pengaruh memeperpanjang tanaman. Farred (merah rua) penting utnuk fotosintetis, pertumbuhan bibit, pembungaan dan pembuahan. 3.Band III: radiasi antara 0,72 dan 0,61 . Spektrum ini diserap oleh kloropil. Meningkatkan aktivitas fotosintetis tetapi tak begiru besar. 4. Band IV : radiasi antara 0,61 dan 0,51 , Daerah ini berpengaruh kecil terhdap fotosintetis. 5. Band V : radiasi antara 0,51 dan 0,4 . Daerah ini penyerapan yang kuat oleh kloropil dan pigmen kuning, juga terhadap fotosintetis kuat dalam daerah biru violet. 6. Band VI : 0,4 –0,315 . Tanaman menjadi lebih pendek dan daun makin tebal 7. Band VII : 0,15 – 0,28 . Radiasi ini merusak semua jenis tanaman 8. Band VIII : < 0,28 . Radiasi pembunuh tanaman.
B. Pengurangan radiasi di atmosfer C. Radiasi Global D. Hubungan radiasi dan lama sinar Q QA Q QA N
a b / N
= radiasi yang sesungguhnya diterima = nilai Angot atau jumlaj radiasi teoritis yang mencapai permukaan bumi jika tidak ada atmosfir. = lamanya penyinaran sesungguhnya = lamanya penyinaran maksimum yang mungkin terjadi a dan b konstanta
Intensitas radiasi bumi (terrestirial radiation) dinyatakan dalam formula : Qt= T4 Qt = radiasi bumi ; = emisivitas permukaan ; = tetapan Stefan-Boltzman : 8,17 x10-11 langley/T 4/menit atau5,7 x 10-5 erg/cm2/T4/detik, T = suhu absolut permukaan Formuempiris untuk pppmenghitung radiasi dari bumi dikembangkan oleh Brunt (19kkk34rADIASI DARI BUMI OLEH Brunt (1935)) : Radiasi bumi oleh Brunt (1934) Qb = T4(0,56 – 0,08 e) (1-ac) Qb = radiasi bumi efektif = tetapan Stefan-Baltzman : 8,17 x 10 -11langley/T4 /menit atau 5,70 x 10-5erg/T4/detik T = suhu absolut udara di permukaan e = tekanan uap udara , mb C = keadaan awan a = konstanta tergantung awan (0,025 : awan tebal, 0,06 : awan sedang, 0.09 : awan tipis)
F. Radiasi Netto Qn = (1-r) Q +Qb Qn = radiasi neto R = koefisien pantulan (albedo) Q = radiasi gelombang pendek yang datang Qb = radiasi gelombang panjang
Dipantulkan awan Radiasi Surya
Dipancarkan
Evaporasi Radiasi gelombang Konveksi
Radiasi Netto
Panas flux ke dalam tanah
Konduksi
FOTOSINTETIS a. Reaksi Fotosinthesis
Kloropil
CO2 – H2O + energi
(CH2O) + O2 – 112.000 kalori
b. Proses-proses fotosinthesis c. Efisiensi penggunaan sinar d. Hubungan fotosintesisi dengan suhu e. Respirasi dan fotosintesis netto
CH20 + O2
CO2 +H2O + panas kombusi
f. Faktor lain yang mempengaruhi fotosintesis
GAMBAR Laju fotosintesis pada tanaman gula bit sebagai fungsi dari radiasi bersama-sama dengan efisiensi penggunaan radiasi dalam fotosintesis
Gambar Hubungan suhu daun dan fotosintesis
Gambar hubungan suhu dan respirasi
Hasil respirasi CO2 per 64 menit/ gram
1,6 1,2
0,8
Y = 0,5333 + 0,078 x
0,4
10
20
Suhu (oC)
AGIHAN RADIASI DALAM KOMUNITAS TANAMAN Gambar 11. Hubungan kloropil dan transmisinitas daun Transmisitas (%) log
10
5
2
4
6
Kandungan kloropil (10-4 mg/cm2)
Distribusi Radiasi dalam Kanopi Distribusi radiasi di dalam kanopi dinyatakan dalam hukum Beer : I = Ioe-KF Gambar Hubungan antara tinggi tanaman dan bagian radiasi surya pada permukaan tanah di bawah kanopi (tanaman jagung)
Bagian radiasi di bawah tanaman
Y = 1,09 – 1,22 x
1,0
0,5
0,1
10
20
30
40 Tinggi Tanaman (cm)
Indeks Luas Daun (Leaf Area Index) (ILD) = LAI
Penggunaan Radiasi oleh Tanaman Ada 4 alasan ketidak efisienan penggunaan radiasi oleh daun : 1. Sebagian radiasi dipantulkan dan hanya sinar yang dapat dilihat (visible light) yang efektif untuk fotosintesis. 2. Quantuk energi dibutuhkan untuk fotosintesis tinggi. 3. Kejenuhan sinar pada daun dicapai jauh di bawah sinar penuh. 4. Respirasi mengurangi fotosintesis.
Fotoperiodisme Panjang sinar disebut fotoperiod (panjang sinar) dan respon tanaman terhadap panjang sinar disebut fotoperiodisme.
HUBUNGAN TEMPERATUR UDARA DAN TANAMAN
A.Temperatur Kardinal B. Hukum Van’t Hoff
HUBUNGAN ANGIN DAN TANAMAN
A. Pengaruh angin terhadap tanaman B. Pematah angin ( Wind Break )
Persamaan Logaritmis Kecepatan Angin
u
1
k
Ln
Z Zo
dimana : U = kecepatan angin pada ketinggian Z K = konstanta Von Karman yang besarnya 0,4 = berat jenis udara = gaya gesek Zo = parameter kekerasan permukaan
u
1
k
Ln
Z
d
Zo
Berdasarkan persamaan ini kecepatan angin dekat permukaan tanah meningkat secara eksponensial terhadap tinggi. Kendala persamaan ini : 1. Validitasnya tergantung pada tegangan/ gaya geser sampai ketinggian mendekati 30 m diatas permukaan tanah 2. Persamaan ini hanya cocok untuk kondisi netral
