Mengenal Pengamatan dan Jenis Radiasi Matahari

Climate4life.info - Mengenal Pengamatan dan Jenis Radiasi Matahari

Radiasi matahari merupakan salah satu unsur utama meteorologi yang menentukan pola cuaca dan iklim di seluruh dunia. Intensitas radiasi matahari yang mencapai atmosfer dan permukaan bumi menandakan jumlah energi yang menjadi ‘bahan bakar’ dari setiap fenomena cuaca dan iklim.

Selain itu, parameter intensitas radiasi matahari juga merupakan salah satu unsur penting dalam layanan iklim di berbagai sektor terapan, diantaranya sektor energi, agrikultur, hingga kesehatan. Dalam sektor energi, intensitas radiasi yang diterima di setiap wilayah berpengaruh pada jumlah permintaan energi (energy demand) di wilayah tersebut.

Pada sektor pertanian, jumlah radiasi yang diterima dalam periode tertentu juga menentukan tingkat evapotranspirasi tanaman, yang pada akhirnya memiliki andil dalam menentukan jumlah produksi tanaman pertanian.

Contoh contoh di atas menunjukkan potensi eksplorasi dan pemanfaatan data radiasi matahari di bidang meteorologi dan klimatologi.

Konsep kesesuaian iklim untuk pertanian
Kalkulator Konversi Satuan Radiasi Matahari

Kendati demikian, data radiasi matahari masih cukup jarang ditinjau, khususnya di wilayah Indonesia. Beberapa faktor yang menyebabkan ini diantaranya adalah data intensitas radiasi matahari yang masih cukup sulit didapatkan dan kurang umumnya pengetahuan mengenai radiasi matahari.

Daftar Isi

Mengapa Bisa Timbul Radiasi
Jenis dan Satuan Radiasi Matahari
Jenis Pengamatan Radiasi Matahari Oleh BMKG
Neraca Kesetimbangan Energi Panas
Radiasi Langsung (Direct Radiation)
Radiasi Baur (Diffuse Radiation)
Radiasi Global (Global Radiation)
Radiasi Pantul (Reflected Irradiance)
Lama Penyinaran Matahari (Sunshine Duration)
Referensi

Mengapa Bisa Timbul Radiasi

Pada dasarnya setiap benda akan memancarkan radiasi yang bergantung pada suhu benda tersebut. Untuk menghitung tingkat pancaran radiasi sebagai suatu fungsi dari suhu benda digunakan Persamaan Stefan-Boltzmaan seperti berikut.

R = 𝞮𝞼T⁴

Di mana:

R = pancaran (flux) radiasi (W/m² = J/m².s)
𝞮 = emisivitas benda (0<𝞮<1)
𝞼 = konstanta Stefan-Boltzmann (5,67032 x 10^-8 W/m².K⁴)
T = suhu dalam K

Matahari memancarkan radiasi yang sangat besar karena suhunya yang sangat tinggi. Bagian terpanas dari matahari yang merupakan hasil dari reaksi nuklir (fisi dan fusi), adalah intinya dengan suhu sekitar 19.450.000 ⁰C.

Permukaan matahari yang disebut juga photosphere memancarkan panas dan radiasi dengan suhu mencapai 5.500 ⁰C. Dengan menganggap matahari sebagai suatu benda hitam sempurna dalam mengabsorbsi dan memancarkan radiasi (𝞮 = 1), tingkat radiasi yang dipancarkan adalah:

5,67032 x 10^-8 x (5.500 + 273)⁴

atau setara dengan:

62,98 MW/m² = 62,98 MJ/m².s

Jenis dan Satuan Radiasi Matahari

Dalam ilmu fisika, radiasi matahari didefinisikan dalam beberapa jenis dengan satuan yang berbeda, bergantung konteks penggunannya, seperti terlihat pada tabel di bawah ini.

Definisi terminologi dan satuan radiasi yang biasa digunakan

Sumber: SM Sitompul - Radiasi dalam Agroforestri

Jenis Pengamatan Radiasi Matahari Oleh BMKG

BMKG sebagai lembaga yang salah satu fungsi utamanya adalah pengamatan dan pengolahan data data meteorologi dan klimatologi di Indonesia, sudah mulai memperluas jaringan dan meningkatkan kapasitas pengamatan radiasi matahari selama beberapa tahun terakhir, khususnya pengamatan radiasi gelombang pendek (shortwave radiation).

Dengan bertambahnya kualitas dan kuantitas data radiasi matahari di Indonesia, diharapkan kajian dan studi terkait parameter radiasi matahari juga semakin banyak dan beragam.

Secara garis besar, radiasi matahari yang diamati BMKG terdiri dari beberapa jenis, diantaranya radiasi langsung, radiasi baur, radiasi global, radiasi pantulan, dan durasi penyinaran matahari. Setiap jenis radiasi diamati menggunakan instrumen dan tata letak yang berbeda-beda.

Pada kondisi cerah, radiasi yang diterima di puncak atmosfer rata rata sebesar 1367 W/m², namun hanya sebagian yang mencapai permukaan bumi.

Susunan dan lapisan atmosfer bumi kita
Pengamatan Atmospheric Optical Depth, salah satu indikator kualitas udara

Ketika radiasi matahari memasuki atmosfer bumi, beberapa jenis proses terjadi, yakni pembauran (scattering), penyerapan (absorption), dan pembelokan (reflection), baik oleh partikel padat, gas, dan cair yang ada di atmosfer [1]. Proses proses inilah yang membedakan jenis jenis radiasi seperti disebutkan sebelumnya.

Gambar 1. Ilustrasi proses yang terjadi di atmosfer terhadap radiasi matahari.

Neraca Kesetimbangan Energi Panas

Besarnya energi radiasi matahari yang mencapai bumi dan yang dikembalikan lagi ke angkasa disebut neraca kesetimbangan energi.

Dari semua energi matahari yang mencapai bumi, sekitar 30% dipantulkan kembali ke luar angkasa oleh atmosfer, awan, dan permukaan Bumi. 23% energi lainnya diserap oleh uap air, awan, dan debu di atmosfer, di mana ia diubah menjadi panas.

Kurang dari setengahnya yaitu sekitar 47% dari radiasi matahari yang masuk, diserap oleh daratan dan lautan, dan energi ini kemudian akan memanaskan permukaan bumi.

Energi yang diserap oleh bumi dan kemudian kembali ke atmosfer umumnya melalui tiga proses yaitu konduksi, radiasi, dan panas laten.

Radiasi Langsung (Direct Radiation)

Sesuai dengan namanya, radiasi langsung memiliki makna radiasi yang mencapai permukaan bumi dengan jumlah ‘gangguan’ se-minimum mungkin, atau dengan kata lain, radiasi yang diterima langsung dari matahari.

Radiasi langsung bisanya diidentifikasi sebagai jumlah radiasi yang datang dari sudut datang matahari, sehingga dianggap tidak mengalami proses penyerapan ataupun pembelokan dalam perjalanannya. Besaran radiasi langsung biasanya sangat bergantung dengan posisi tutupan awan.

Gambar2. Contoh distribusi data radiasi langsung di Stasiun Klimatologi Jambi [2]

Radiasi langsung biasanya diukur menggunakan pyrheliometer. Pyrheliometer digunakan untuk mengukur berkas sinar matahari langsung yang dipasang beriringan dengan sun tracker untuk mengarahkan sensor ke arah sudut datang matahari.

Pyrheliometer didesain untuk mengikuti sudut normal matahari. Hal ini dimungkinkan dengan terpasangnya GPS yang menghitung koordinat alat dan waktu pengamatan, dimana data data tersebut digunakan dalam perhitungan posisi relatif matahari.

Gambar 3. Pyrheliometer di Stasiun Klimatologi Jambi [2]

Radiasi Baur (Diffuse Radiation)

Jika radiasi langsung merupakan radiasi yang diterima dari sudut datang matahari, maka radiasi baur adalah seluruh radiasi matahari yang diterima dari segala sudut kecuali sudut datang matahari.

Besaran ini merepresentasikan jumlah radiasi matahari yang mengalami proses pembauran dan penyerapan di atmosfer. Nilai radiasi baur cenderung lebih besar saat kondisi berawan.

Gambar 4. Contoh distribusi data radiasi baur di Stasiun Klimatologi Jambi [2]

Radiasi baur bisanya diukur dengan menggunakan pyranometer yang dipasang secara horizontal, dan dilengkapi dengan komponen berbentuk ‘lengan’ yang mengikuti posisi matahari, yang biasa disebut sun tracker, di mana fungsinya adalah untuk menghalangi radiasi yang datang langsung dari matahari.

Alat ini biasanya dipasang berdampingan dengan pyrheliometer.

Gambar 5. Pyranometer radiasi baur di Stasiun Klimatologi Jambi [2]

Radiasi Global (Global Radiation)

Radiasi global merupakan total seluruh radiasi matahari yang mencapai permukaan bumi, yang terdiri dari komponen radiasi langsung dan radiasi baur. Besaran radiasi global biasanya dapat dihitung secara teoretis menggunakan rumus berikut:

Di mana SZA (solar zenith angle) merupakan sudut yang dibentuk antara sudut datang matahari dan sudut zenith, seperti ditunjukkan dalam gambar di bawah.

Gambar 6. Ilustrasi mengenai solar zenith angle

Radiasi global biasanya diukur menggunakan pyranometer yang menghadap ke langit dan dipasang secara horizontal.

Radiasi Pantul (Reflected Irradiance)

Sesuai dengan namanya, radiasi pantul mengacu pada jumlah radiasi matahari yang dipantulkan oleh permukaan bumi. Radiasi pantul biasanya diukur dengan pyranometer yang dipasang menghadap permukaan bumi.

Meskipun dipasang menghadap permukaan bumi, alat ini hanya akan mengukur radiasi matahari yang dipantulkan bumi, tapi tidak termasuk radiasi yang diemisikan bumi, karena radiasi yang dipancarkan bumi memiliki panjang gelombang yang lebih panjang daripada yang dapat diukur pyranometer (longwave radiation).

Gambar 7. Pyranometer yang mengukur radiasi global (atas) dan radiasi pantul (bawah) di Stasiun Klimatologi Jambi [2]

Lama Penyinaran Matahari (Sunshine Duration)

Selain intensitas radiasi matahari, kita juga dapat mengukur parameter lain dari radiasi matahari, yang biasa disebut dengan lama penyinaran matahari. Lama penyinaran matahari merupakan kuantitas yang menunjukkan durasi waktu dimana radiasi matahari langsung (direct irradiance) yang mencapai permukaan bumi melampaui ambang nilai tertentu.

Salah satu alat yang digunakan untuk mengukur lama penyinaran matahari adalah campbell stokes sunshine recorder yang dilengkapi dengan pias khusus, dimana ambang batas nilai radiasi (radiasi langsung/ direct irradiance) yang digunakan untuk menghitung lama penyinaran matahari adalah 120 W/m² [3].

Lama penyinaran matahari dihitung berdasarkan panjang ruas kertas pias yang terbakar. Selain itu, lama penyinaran matahari juga dapat dihitung dengan mengolah data yang dikeluarkan oleh pyrheliometer, sesuai definisi yang dibuat WMO.

Gambar 8. Contoh hasil pengukuran menggunakan campbell stokes [4]. Total lama penyinaran matahari dapat dilihat dari panjang ruas kertas yang terbakar.

Pengukuran lama penyinaran matahari dengan Campbell Stokes

Demikianlah beberapa jenis parameter radiasi matahari yang mencapai permukaan bumi, meskipun masih terdapat beberapa jenis radiasi matahari lainnya yang belum tercakup dalam artikel ini, seperti radiasi gelombang panjang yang biasanya diukur dengan pyrgeometer.

Semoga dengan bertambahnya pengetahuan kita mengenai unsur meteorologi yang satu ini dapat meningkatkan minat dalam pengolahan dan pemanfaatan data radiasi matahari di wilayah Indonesia.

Referensi

Kafka, J. and Miller, M., 2019. A climatology of solar irradiance and its controls across the United States: Implications for solar panel orientation. Renewable Energy, 135, pp.897-907.
Sianturi, Y., 2021: Pengukuran dan Analisa Data Radiasi Matahari di Stasiun Klimatologi Muaro Jambi. Megasains, 12, 40-47, doi:10.46824/megasains.v12i1.45.
2018: Guide to meteorological instruments and methods of observation. World Meteorological Organization, Geneva, Switzerland,.
Hamdi S., 2014. Mengenal Lama Penyinaran Matahari Sebagai Salah Satu Parameter Klimatologi. Berita Dirgantara, Vol. 15 (1).

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"?