21.11.16

Proses Pembentukan Awan dan Hujan

A. Pembentukan dan Pemusnahan Awan

Awan, merupakan bukti yang terlihat akan adanya air atau uap air didalam atmosfer. Campuran udara kering dan uap air disebut udara basah dan kebanyakan awan terbentuk dalam proses pendinginan udara basah. Oleh karena itu, maka proses-proses didalam atmosfer yang menghasilkan pendinginan udara dapat juga menghasilkan pembentukan awan.

1) Kondensasi, Pembekuan dan Deposisi

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 dan disebut inti higroskopis, misalnya : partikel-partikel garam laut. Pada inti higroskopis, kondensasi dapat terjadi pada kelembaban kurang dari 100%.

Tetes air di udara yang mengalami pendinginan dibawah 00C, belum tentu menjadi beku dan disebut sebagai super-dingin. Tetes-tetes awan umumnya terjadi dalam keadaan super dingin pada suhu sekitar -200C. 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. Tubulensi mekanis (turbulensi hambat).

b. Konveksi (turbulensi termis)

c. Kenaikan karena Orografi

d. Kenaikan lambat yang luas.

3) Proses Pembentukan Awan

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 Awan Konvektif

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.

clip_image002

Gambar 1 Proses pembentukan awan konvektif

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.

Awan orografi ini umumnya terbentuk terus menerus pada daerah lereng dimana angin datang, sedangkan dibalik pegunungan udara akan cerah.

clip_image004

Gambar 2. Proses pembentukan awan orografi

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).

clip_image006

Gambar 3. Proses pembentukan awan di daerah depresi

Depresi atau arus udara naik yang luas juga sering terjadi di sekitar daerah front. Daerah front adalah daerah yang memisah dua massa udara yang memiliki sifat-sifat berbeda seperti densitas dan suhunya. Depresi yang terbentuk pada daerah dan proses seperti ini disebut sebagai depresi frontal.

e. Pembentukan Awan pada Daerah Front

Front dibedakan dalam dua macam, yaitu front dingin dan front panas. Jika massa udara panas bergerak menggantikan tempat massa udara dingin disebut sebagai front panas. Posisi permukaan front adalah condong dan landai dan massa udara panas mengalir lambat ke atas massa udara dingin. Pada front panas umumnya terbentuk awan merata, apabila massa udara cukup basah. Jenis awan yang biasanya terbentuk adalah Nimbostratus (Ns), Altostratus (As) dan Cirostratus (Cs). Pembentukan awan pada front panas tergantung dari stabilitas dan kelembaban udara yang naik.

Jika massa udara dingin bergerak menggantikan tempat massa udara panas disebut sebagai front dingin. Awan yang terbentuk di daerah front dingin berubah-ubah tergantung dari stabilitas dan kelembaban udara massa udara panas, demikian juga kecondongan permukaan front. Umumnya permukaan front dingin lebih terjal dari pada front panas. Apabila front dingin bergerak mendekati suatu daerah, maka yang pertama tampak adalah jenis awan rendah kemudian diikuti oleh awan-awan merata yang lebih tinggi di belakang front.

Jika permukaan front dingin terjal, maka akan terbentuk awan yang hebat, terutama apabila udara panas yang terangkat ke atas cukup basah dan labil. Jenis awan yang terbentuk adalah Cumulus besar dan Cumolonimbus (Cb) di dalam daerah massa udara panas. Pada keadaan seperti ini akan terjadi showers yang lebat dan kadang-kadang disertai badai guntur.

clip_image008

Gambar 4. Proses pembentukan awan di daerah front dingin

4) Pemusnahan Awan

Perkembangan pembentukan awan akan menjadi lemah apabila proses yang dapat mengakibatkan pembentukan awan berhenti. Faktor lain yang juga mengurangi perkembangan pembentukan awan adalah proses-proses yang mengakibatkan hilangnya tetes-tetes air dalam awan. Proses tersebut antara lain adalah pemanasan udara, hujan yang bercampur dengan massa udara kering di sekitar awan.

Awan mengalami pemanasan karena menyerap radiasi matahari atau radiasi bumi. Namun demikian, hal ini terlalu kecil apabila dibandingkan dengan pemanasan adiabatis.

Pemanasan adiabatis terjadi apabila udara yang didalamnya terdapat awan mengalami subsidensi, karena suhu udara naik dan kelembaban turun sehingga udara menjadi tidak jenuh lagi. Hal ini akan mengakibatkan menguapnya (sublimasi) partikel-partikel awan menjadi uap yang tidak tampak lagi.

Insolasi, sering mengakibatkan musnahnya awan yang terbentuk karena turbulensi. Proses insolasi berlangsung sebagai berikut : apabila radiasi matahari dapat mencapai permukaan tanah dalam jumlah yang cukup, akan mengakibatkan naiknya suhu udara dekat permukaan tanah, akibatnya mixing condensation level (MCL) akan naik dan dasar awan-awan Stratus atau Stratocumulus juga akan naik, sehingga tebalnya awan dibawah lapisan inversi-turbulen akan berkurang, bahkan pada suatu keadaan awan-awan tersebut akan musnah.

B. Proses Pembentukan Hujan

1) Ukuran Partikel Awan dan Pertumbuhannya

a. Ukuran Partikel Awan

Tetes air terbentuk pada inti-inti kondensasi dari berbagai tipe dan ukuran. Partikel awan (tetes air) yang ada di dalam atmosfer dibedakan dalam tiga golongan berdasarkan ukurannya, yaitu :

· Inti biasa, dengan garis tengah < 0,1 µ

· Inti besar, dengan garis tengah 0,1 – 1,0 µ

· Inti sangat besar, dengan garis tengah > 1,0 µ

Inti besar jumlahnya jauh lebih banyak dibandingkan inti sangat besar dan memegang peranan dalam pembentukan awan. Konsentrasi inti kondensasi di atas daratan umumnya lebih rapat dari pada di atas lautan, sehingga partikel-partikel awan di atas lautan memiliki ukuran umumnya lebih besar. Partikel awan di atas daratan rata-rata bergaris tengah 2 - 10 µ, sedangkan di atas lautan berkisar antara 3 - 22 µ.

Inti-inti kondensasi sangat besar yang terdiri dari inti-inti garam dapat membentuk partikel atau tetes air dengan garis tengah antara 20 - 30 µ, dan konsentrasinya umumnya hanya satu inti tiap satu liter udara yang ditemui baik di atas daratan maupun di atas lautan.

Tetes air ini untuk dapat jatuh dari dasar awan harus mencapai ukuran tertentu, sehingga arus udara naik tidak dapat menahan lagi berat tetes air tersebut. Ukuran yang sesuai untuk dapat jatuh sebagai hujan adalah sekitar 100 µ dan menghasilkan kecepatan akhir 1 meter per detik.

b. Pertumbuhan Partikel Awan

Banyak faktor yang mempengaruhi pertumbuhan partikel awan, diantaranya adalah kelembaban udara disekitarnya, tegangan permukaan, sifat inti kondensasinya, dan cepatnya pemindahan panas latent ke dalam udara sekitarnya.

Pada saat permulaan, proses kondensasi pada inti-inti berlangsung sangat cepat sampai padea suatu ukuran yang dapat dilihat dalam sekejap mata, kemudian proses selanjutnya akan belangsung secara perlahan. Dari hasil proses kodensasi sendiri, tidak akan menghasilkan tetes-tetes air yang garis tengahnya bisa melebihi 30 µ. Dengan demikian, untuk mengetahui terjadinya tetes-tetes air yang lebih besar di dalam awan dapat diterangkan dengan metode benturan dan penggabungan diantara tetes-tetes air yang ada.

2) Mekanisasi Proses Penggabungan

Tetes awan yang terangkat oleh arus udara naik akan terjatuh kembali sedikit ke bawah. Pada kejadian ini, maka tetes-tetes awan yang lebih besar akan jatuh menimpa tetes-tetes awan yang lebih kecil di sekitarnya. Tetes air ini baru dapat berbenturan antara satu dengan lainnya apabila garis tengahnya sudah lebih dari sekitar 18 µ.

Proses benturan dan penggabungan ini sangat perlu untuk perkembangan hujan dari awan-awan panas yang suhunya diatas 00 C dan seluruhnya terdiri dari tetes air. Tetes air juga didapati (terjadi) dalam awan dingin yang suhunya kurang dari 00 C dan terdiri dari tetes-tetes air super dingin. Tetes air super dingin ini dapat pula berkembang besar dalam proses benturan dan penggabungan. Beberapa awan dingin dapat juga mengandung kristal-kristal es.

3) Sifat dan Bentuk Hujan

Jatuhan hidrometeor yang meninggalkan dasar awan, baik dalam bentuk tetes air maupun dalam berbagai bentuk es dan mencapai tanah disebut hujan. Agar hidrometeor tersebut dapat mencapai tanah, diperlukan suatu keadaan dimana udara dibawah awan tidak terlalu panas dan kering. Namun demikian, selama dalam perjalanan jatuh, hidrometeor tersebut tetap akan mengalami penguapan atau sublimasi.

a. Drizzle

Drizzle, adalah hujan yang serba sama dengan tetes-tetes air yang kecil dan rapat. Berdasarkan ketentuan internasional, drizzle terdiri dari tetes air yang memiliki garis tengah kurang dari 250 µ yang selanjutnya disebut tetes-tetes drizzle.

Drizzle umumnya jatuh dari awan-awan jenis Stratus yang tebalnya hanya beberapa ratus meter dan dapat mencapai tanah jika arus udara naik sangat lemah.

b. Hujan

Hujan, terdiri dari tetes-tetes air yang memiliki garis tengah lebih dari 250 µ. Tetes-tetes hujan yang besar umumnya dihasilkan dari awan-awan yang tebalnya beberapa kilometer dan jatuhan hujan tertinggi (lebat) dihasilkan dari awan-awan jenis Cumulus yang tingginya bisa mencapai 10 kilometer atau lebih dengan arus udara naik yang kuat di dalamnya.

c. Salju

Salju, adalah hujan dalam bentuk kristal-kristal es. Sebagian terbesar dari kristal es ini bercabang yang kadang-kadang berbentuk seperti bintang. Kelompok dari kristal-kristal es ini disebut keping salju. Kristal-kristal es juga bisa berbentuk seperti jarum, butiran atau lempengan dan disebut sebagai prisma-prisma es. Prisma es ini sering sedemikian kecilnya sehingga seolah melayang di udara.

d. Butir-butir Salju

Butir salju, terdiri dari biji-biji es yang berwarna putih kabur dalam bentuk bola atau kerucut dengan garis tengah antara 2 – 5 mm.

Butir salju terbentuk dari accretion air super dingin pada kristal es atau keping salju dalam bentuk rime. Butir salju bersifat kering dan mudah pecah dan jika jatuh mengenai benda keras akan memantul.

e. Butir-butir Es

Butir-butir es, terdiri dari butir es yang transparan maupun translusen dengan bentuk bola atau bentuk yang tidak teratur. Diameternya 5 mm atau kurang dan jika jatuh menimpa benda keras akan memantul dan bersuara.

Butir-butir es dibedakan dalam dua macam, yaitu :

· Tetes-tetes air yang membeku atau keping salju yang sebagian besar meleleh kemudian membeku kembali.

· Butir-butir salju yang terbungkus oleh lapisan es.

f. Rambun (Hail)

Rambun atau hail adalah hujan yang terdiri dari bola-bola atau potongan-potongan es kecil. Tiap butiran disebut batu-rambun (hail-stone) yang memiliki garis tengah antara 5 – 50 mm.

Hail stone umumnya terjadi di dalam awan Cumolonimbus (Cb) dan sering disertai dengan adanya badai guntur.

Hail umumnya jatuh dari ketinggian beberapa kilometer, sehingga umumnya telah mencair sebelum mencapai permukaan tanah. Hal ini salah satu penyebab mengapa hail (rambun) jarang diamati pada dataran rendah di daerah tropis.

NEXT ARTICLE Next Post
PREVIOUS ARTICLE Previous Post
NEXT ARTICLE Next Post
PREVIOUS ARTICLE Previous Post
 

Delivered by FeedBurner