Mengenal Awan Kumulonimbus (CB) Penyebab Terjadinya Puting Beliung, Hujan Es, Angin Kencang serta Petir dan Kilat

Climate4life.info/button/#FF6347 - Mengenal Awan Kumulonimbus (CB) Penyebab Terjadinya Puting Beliung, Hujan Es, dan Angin Kencang.

Genera Awan

Awan sejatinya hanya berisi kumpulan titik air dan atau butiran es. Tetapi pada keadaan fisis tertentu pertumbuhan awan dapat menyebabkan cuaca yang memberi dampak buruk bagi manusia.

Hujan deras merupakan contoh dari proses pertumbuhan awan yang kuat. Cuaca ekstrem lain seperti puting beliung, hujan es dan angin kencang adalah fenomena yang terjadi dengan dimulai dari proses fisis pembentukan awan.

• Proses fisis pembentukan awan dan hujan di kawasan Tropis

WMO membagi awan dalam 10 klasifikasi utama yang disebut Genera, yang terdiri dari:

1. Cirrus (Ci),
2. Cirrocumulus (Cc),
3. Cirrostratus (Cs),
4. Altocumulus (Ac),
5. Altostratus (As,
6. Nimbostratus (Ns),
7. Stratocumulus (Sc),
8. Stratus (St),
9. Cumulus (Cu),
10. Cumulonimbus (Cb)

• Mengapa bentuk awan berbeda-beda?

Genera awan tersebut dibedakan berdasarkan bentuk utama dan juga ketinggian, seperti terlihat pada gambar di bawah ini.

Gambar 1. Klasifikasi awan menurut WMO [1]

Awan yang cukup menarik adalah dari genera Kumulonimbus (CB) yang dapat tumbuh menjulang tinggi mulai dari level awan rendah hingga awan tinggi.

Awan Kumulonimbus (Cumulonimbus - CB)

1. Deskripsi Awan CB

Cumulonimbus merupakan satu dari jenis awan yang biasa dilaporkan dalam sinoptik. Salah satu awan yang dikenal menghasilkan cuaca buruk seperti puting beliung, hujan es dan angin kencang adalah awan dari jenis  ini. 

Awan Kumulonimbus atau awan CB ini juga juga menghasilkan petir dan kilat.

Awan Kumulonimbus adalah awan yang tumbuh secara konvektif menjulang tinggi seperti menara. Ketinggian dasarnya berkisar pada 450-600 meter dengan tinggi puncak dapat mencapai 12 kilometer.

Cumulonimbus berasal dari bahasa Latin, "cumulus" yang bermakna terakumulasi dan "nimbus" yang berarti hujan.

Awan CB biasanya direkomendisikan untuk dihindari dalam penerbangan, karena dapat menghempaskan suatu pesawat terbang.

• Fenomena Turbulensi yang dapat menghempaskan pesawat terbang

Banyaknya insiden pada penerbangan yang berkaitan dengan awan Kumulonimbus ini sehingga awan ini seolah menjadi momok atau hantu bagi penerbangan.

Umumnya pilot akan terbang menghindari awan CB ini baik dengan berbelok ataupun menaikkan ketinggian pesawat.

2. Fase Pertumbuhan Awan Kumulonimbus

Secara umum pertumbuhan awan kumulonimbus (CB) terdiri dari tiga fase yaitu fase pertumbuhan, fase matang dan terakhir fase punah.

Fase pertumbuhan awan kumulonimbus [6]

Fase pertumbuhan merupakan fase awal terbentuknya awan Cumulonimbus ini di mana angin bergerak ke atas.

Saat siang hari kita mulai merasa gerah, maka itu sebuah pertanda proses konvektif pengangkatan massa udara yang akan berkembang menjadi awan seperti CB sedang terjadi.

Awan CB mulai terbentuk saat kondisi atmosfer yang tidak stabil. Pada saat itu pengangkatan massa udara sangat kuat bergerak vertikal mencapai ketinggian maksimal. 

Fase matang adalah fase di mana massa udara berubah menjadi air dan juga butiran es. Di dalam awan CB sendiri akan ada pergerakan massa udara ke atas dan juga pergerakan ke bawah. 

Adapun fase terakhir atau fase punahnya awan Kumulonimbus. Pada saat ini sudah tidak ada lagi  pasokan udara lagi dari bawah.

Selanjutnya semua massa air turun ke bawah dalam bentuk hujan ataupun es.

Coba amati bagaimana mekanisme proses udara naik (updraft) dan udara turun (downdraft) dalam awan CB  pada gambar berikut.

Gambar 2. Mekanisme proses udara naik (updraft) dan udara turun (downdraft) dalam awan Cumulonimbus.

Sumber: Ahrens - Essential of Meteorology

3. Struktur Awan Kumulonimbus

Struktur awan CB terbagi dalam tiga lapisan muatan di mana bagian bawah dekat dasar awan CB umumnya berisi butiran air.

Muatan butiran air ini karena karena terbentuk pada lapisan udara dengan suhu masih lebih dari 0 °C atau di atas level beku (freezing level).

Pada bagian tengah awan CB di atas merupakan lapisan yang berisi campuran es dan air.  Adapun pada bagian puncak awan hanya ada butiran es.

Bagian puncak CB merupakan lapisan yang yang sangat dingin, karenanya uap air yang naik ke lapisan tersebut oleh arus updraft akan membeku secara cepat menjadi bola es.

Distribusi awan Kumulonimbus yang dapat menyebabkan terjadinya puting beliung, hujan es dan angin kencang serta kilat dan petir tersebut sebagaimana terlihat di bawah ini.

Gambar 3. Distribusi muatan dalam awan Cumulonimbus penyebab hujan es.
Sumber: Ahrens - Essential of Meteorology

Sebuah bola es untuk tumbuh menjadi sebesar bola golf hanya membutuhkan waktu  sekitar 5-10 menit. 

Jika proses konventif dari permukaan tanah sangat kuat maka proses massa udara yang naik akan terus berlangsung yang akan menyebabkan bola es dalam awan CB akan terus membesar.

Proses Terjadinya Puting Beliung dari Awan CB 

Angin Puting beliung adalah angin kencang dengan arah memutar yang dapat membawa terbang apa-apanya yang dilaluinya.

Umumnya di Indonesia dan wilayah tropis lainnya diameter puting beliung hanya beberapa meter dengan waktu terjadi cukup singkat, sekitar lima menit saja.

Angin ini dikenal juga dengan istilah "whilrwind" atau juga angin pilin.

Angin puting beliung dalam skala besar dengan durasi kejadian yang cukup lama dikenal dengan nama tornado. Umumnya terjadi di wilayah subtropis.

Keduanya jika terjadi di laut dikenal dengan istilah waterspout, lihat Gambar 5 di bawah.

Baik puting beliung berupa whirlwind ataupun tornado keduanya terjadi karena adanya awan Kumulonimbus. Mekanisme terbentuknya seperti tersaji pada gambar berikut.

Gambar 4. Mekanisme terbentuknya puting beliung atau juga tornado dalam Cumulonimbus [2]

Sebagaimana disebut sebelumnya pada Gambar 2, di dalam awan CB terdapat mekanisme arus udara naik dan turun. Peningkatan kecepatan angin yang naik kemudian menjadikan arahnya miring. 

Peningkatan angin secara mendadak ini disebut wind shear yang dapat terjadi secara vertikal ataupun horizontal [2]

Karena area terbentuknya awan Kumulonimbus memiliki tekanan yang lebih rendah dari sekitarnya maka arus udara dari arah horizontal juga bergerak menuju area tersebut.

Arus udara yang juga berupa wind shear tersebut kemudian membentuk pusaran yang disebut vortex cube. Secara perlahan pusaran ini kemudian condong secara vertikal mengikuti arah arus naik ke dalam awan Kumulonimbus [3].

Pusaran angin yang naik inilah yang kemudian disebut sebagai angin puting beliung atau angin pilin atau juga angin puyuh. 

Jika perbedaan tekanan ini sangat signifikan maka kekuatan angin ini akan menjadi semakin kuat.

Gambar 5. Waterspout - angin puting beliung yang terjadi di lautan [4]

Terjadinya Hujan Es dari Kumulonimbus

Hujan es dalam meteorologi disebut juga hail. Hail merupakan salah satu bentuk jatuhan hidrometeor yang sampai ke permukaan tanah yang disebut juga presipitasi.  

Di negara kita yang memiliki ciri iklim tropis  suhunya akan selalu hangat sepanjang tahun, sehingga presipitasi yang umum terjadi dalam bentuk cair yang dikenal masyarakat sebagai hujan. 

Sangat jarang terjadi presipitasi yang sampai ke permukaan tanah dalam bentuk padat seperti jatuhan keping es atau salju. 

Hujan es atau hail merupakan jenis hujan konvektif. Hail berisi campuran cair dan butir es yang diproduksi oleh awan Cumulonimbus (CB) tersebut.

Proses terjadinya hujan es atau hail yang bersumber dari awan Kumulonimbus sebagai berikut.

Pada awalnya embrio bola es (hailstone embryo) akan bergerak melayang di lapisan atas karena dorongan updraft atau udara naik, seperti pada Gambar 2 di atas.

Ketika gaya angkat (updraft) melemah, maka embrio bola es turun dengan lintasan hampir horizontal dan menangkap semua butiran es yang dilaluinya. 

Hal ini membuat embrio bola es tersebut berkembang membesar menjadi bola es yang lebih  besar. Adanya gaya gravitasi bumi dan gerakan massa udara turun (downdraft) maka bola es tersebut bergerak jatuh ke permukaan bumi.

Bola es yang jatuh ke permukaan bumi karena ukurannya sangat besar.  Meskipun suhu udara di permukaan bumi panas atau hangat, tidak semua massa bola es tersebut sempat mencair yang akan jatuh sebagai hujan. 

Sebagian bola es tersebut berhasil mencapai permukaan bumi dalam bentuk tetap seperti bola es namun dengan ukuran kecil. 

• Hujan es yang terjadi pada beberapa kota di Indonesia

Bola es yang tidak mencair yang berhasil mencapai permukaan bumi inilah yang kemudian kita sebut sebagai hujan es.

Angin Kencang dari Awan Cumulonimbus

Angin kencang yang terjadi di bawah awan CB dapat terjadi dengan atau tanpa disertai hujan es. Dan juga bukan dalam bentuk angin puting beliung.

Perhatikan pada gambar mekanisme proses udara naik (updraft) dan udara turun (downdraft) dalam awan Cumulonimbus tersebut di atas.

Pada gambar tersebut terlihat dua  garis panah mengarah ke  bawah yang berwarna biru. Garis panah pertama menunjukkan arah jatuhnya hujan deras bercampur es (rain showers and hail).

Adapun garis panah biru kedua adalah downdraft yaitu hempasan arus udara yang turun.

Downdraft jika mencapai permukaan bumi disebut sebagai microburst. Microbust inilah yang kemudian kita rasakan sebagai fenomena angin kencang.

Perbedaaan angin kencang microbust dengan angin puting beliung adalah pada arah anginnya. Hempasan angin Microbust terjadi hanya pada satu arah horizontal saja.

Adapun pada puting beliung akan terlihat benda-benda yang dilaluinya terhempas secara memutar.

Petir dan Kilat pada Awan CB

Di dalam awan Kumulonimbus yang telah mencapai fase matang terdapat lapisan es pada bagian puncaknya, seperti terlihat pada Gambar 3 di atas. 

Pada saat butiran es tersebut mulai jatuh dan membentur butiran es di bawahnya (proses kolisi) maka terjadi pelepasan elektron dari partikel es tersebut yang disebut ionisasi.

Proses ini sama dengan percikan listrik yang kita kenal.

Pada bagian atas akan terbentuk lapisan yang mengandung atom positif atau kation dan bagian bawah awan mengandung atom negatif (anion).

Muatan listrik pada awan Kumulonimbus [5]

Perbedaan potensial listrik antara dua lapisan dalam awan CB ini sangat besar, berkisar 109 hingga 1010 volt. (Bandingkan dengan potensial PLN yang rata-rata 220 volt).

Arus listrik akan mengalir di antara kedua lapisan berbeda muatan tersebut yang kemudian memanaskan kolom udara yang dilaluinya.

Karena panas inilah kolom udara terlihat merah selama terjadinya kilat dan petir. Kolom udara yang dipanaskan mengembang dan menghasilkan gelombang kejut yang kita sebut guntur.

Petir dari awan CB juga dapat mencapai bumi karena bumi adalah konduktor listrik yang baik yang bersifat netral namun cenderung mengandung muatan positif [5].

Karenanya arus listrik dari dasar awan akan melompat ke bumi yang kemudian kita sebut sebagai sambaran petir.

Demikian ulasan mengenai awan Kumulonimbus penyebab terjadinya puting beliung, hujan es dan angin kencang serta juga kilat dan petir.

Referensi

Ulasan mengenai terjadinya puting beliung, hujan es, angin kencang dan juga petir serta kilat yang bersumber dari awan Cumulonimbus (CB) bersumber dari:

1. WMO: https://public.wmo.int/en/WorldMetDay2017/classifying-clouds
2. https://www.weather.gov/source/zhu/ZHU_Training_Page/thunderstorm_stuff/Thunderstorms/thunderstorms.htm
3. https://stormchasing2016.wordpress.com/science/
4. https://www.pmfias.com/wp-content/uploads/2016/01/Waterspout.jpg
5. https://www.skybrary.aero/index.php/Lifecycle_of_the_Thunderstorm
6. https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/80/Typical_Lifecycle_of_a_Single_Cell_Thunderstorm.png

Climate4life.info mendapat sedikit keuntungan dari penayangan iklan dan digunakan untuk operasional blog ini.

Jika menurut anda artikel ini bermanfaat, maukah mentraktir kami secangkir kopi melalu "trakteer id"?