Menurut Chang 1968 dalam June 1987, nilai d merupakan fungsi dari kerapatan,
ketinggian, dan keadaan mekanik dari tanaman. Nilai d meningkat seiring dengan
bertambahnya kecepatan angin. Namun hal tersebut hanya berlaku untuk tanaman-
tanaman yang relatif kecil dengan daun yang fleksibel, seperti rumput, barli atau oat pada
kecepatan angin kurang dari 5 m s
-1
Monteith 1973 dalam June 1987, sedangkan menurut
Makkink and
Heemst 1970
dalam Rosenberg 1974 menyatakan bahwa nilai d
menurun pada kecepatan angin kurang dari 5 m s
-1
untuk tanaman padi. Berdasarkan penelitian Retnowati 1984, nilai d akan
berubah-ubah menurut tinggi dan rendahnya kecepatan angin untuk tanaman padi.
Berdasarkan model regresi sederhana dengan metode trial and error dapat
ditentukan nilai parameter d, z , dan u.
Dalam regresi tersebut, variabel y merupakan ln z - d dan variabel x merupakan uz,
sehingga nilai d dapat ditentukan. Nilai parameter z
ditentukan dengan mengekstrapolasi hubungan linier antara uz
dan ln z - d pada suatu titik di mana uz = 0 x = 0 dan ln z - d = z
y = ln z , dan
menghasilkan slope = ku. Menurut Oke 1978, nilai z
dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut:
log z = log h
− 0,98 Kekasapan permukaan z
akan memperbesar percampuran dan olakan udara. Menurut
Sellers 1965 dalam Chang 1968, koefisien transfer naik sekitar 50 dengan kenaikan z
dari 0.2 cm sampai 0.7 cm. Karakteristik nilai parameter z
dan d berubah-ubah secara sistematis mengikuti
perubahan kecepatan angin. Hal tersebut terjadi jika pengukuran di atas tanaman yang
seragam Deacon 1975 and Doney 1963 dalam Monteith 1973. Pada beberapa
permukaan, nilai z
turun seiring dengan menurunnya kecepatan angin dan d hampir
konstan. Namun di atas permukaan yang lain, z
naik dengan meningkatnya kecepatan angin dan d turun.
2.2.4.4 Peranan Turbulensi dan Angin
Turbulensi merupakan aliran udara yang tidak beraturan dan berlangsung setiap saat,
serta berperan penting dalam proses-proses pemindahan, seperti pemindahan energi, uap
air, serta gas CO
2
. Turbulensi terjadi karena adanya gradien kecepatan angin, halangan
angin seperti
cabang, daun,
tangkai, bangunan, dan lain-lain, serta adanya
perbedaan kerapatan udara Rosenberg 1974. Menurut Geiger 1959, besarnya turbulensi
bergantung pada kecepatan aliran udara, stratifikasi suhu, dan gradien suhu antara
permukaan dan udara. Pada keadaan lapse rate turbulensi akan dipicu.
Menurut Chang 1968, laju fotosintesis naik dengan masukan CO
2
yang dalam peredarannya lebih banyak diatur oleh
turbulensi. Jika turbulensi besar, banyak CO
2
yang masuk ke dalam tanaman. Berdasarkan penyelidikan mengenai transfer turbulen
dalam kanopi barli oleh Johnson et al. 1976, langkah pertama untuk menduga fluks vertikal
dalam tanaman barli, difusivitas eddy untuk transfer turbulensi diduga dengan dua teknik
bebas,
yaitu metode
neraca energi
pengukuran radiasi
netto, suhu,
dan kelembaban yang menyeluruh dari kanopi
dan metode perhitungan fluks pengukuran fotosintesis
daun bersama-sama
dengan gradien CO
2
dalam kanopi dan fluks CO
2
tanah.
2.2.5 Presipitasi
Uap air merupakan sumber presipitasi seperti hujan dan salju. Jumlah uap air yang
terkandung pada massa udara merupakan indikator potensi atmosfer untuk terjadinya
presipitasi. Presipitasi didefinisikan sebagai bentuk cair air maupun padat es yang jatuh
ke permukaan bumi Tjasyono 2004.
Data hujan mempunyai variasi yang sangat besar dibandingkan unsur-unsur iklim lain,
baik variasi menurut waktu maupun tempat. Curah hujan yang diamati pada stasiun
klimatologi adalah tinggi curah hujan. Curah hujan ini dapat digunakan untuk menghitung
jumlah hari hujan dan intensitas hujan.
Curah hujan dapat diukur dengan alat pengukur curah hujan otomatis atau manual.
Alat-alat pengukur tersebut harus diletakan pada daerah yang masih alami, sehingga curah
hujan yang terukur dapat mewakili wilayah yang luas.
Salah satu tipe pengukur hujan manual yang paling banyak dipakai adalah tipe
observatorium obs atau sering disebut ombrometer Gambar 5. Data yang didapat
dari alat ini adalah curah hujan harian. Curah hujan dari pengukuran alat ini dihitung dari
volume air hujan dibagi dengan luas mulut penakar.
Alat tipe
observatorium ini
merupakan alat baku dengan mulut penakar seluas 100 cm
2
dan dipasang dengan ketinggian mulut penakar 1.2 meter dari
permukaan tanah.
Gambar 5 Penakar hujan tipe observatorium Sumber: foto pribadi.
2.3 Stabilitas Atmosfer
Stabilitas atmosfer dapat ditentukan secara statis dan dinamis. Stabilitas atmosfer
statis hanya ditentukan oleh gradien suhu, sedangkan
stabilitas atmosfer
dinamis ditentukan oleh gradien suhu maupun
kecepatan angin. Stabilitas atmosfer dinamis dapat ditentukan dengan angka Richardson
Richardson NumberRi.
Menurut Oke 1978: “The Richardson Number is a convenient means of categorizing
atmospheric stability
and the
state turbulence in the lowest layer
”. Persamaan Ri adalah sebagai berikut
Paulson 1970; Thom 1975; Oke 1978; McInnes et al. 1991; Arya 2001; Pereira et al.
2003; Zhang et al. 2010:
Ri = g
∂ϴ ∂z
T
a
∂ u
∂z
2
Keterangan : g
: percepatan gravitasi 9.8 m s
-2
T
a
: suhu absolute pada ketinggian z
a
; z
a
= z
1
z
2 12
θ : suhu potensial K;
θ = T − Γ
d
z dengan Γ
d
merupakan dry adiabatic lapse rate sebesar -0.00976 K m
-1
, T merupakan suhu absolute K, dan
z merupakan tinggi pengukuran meter Pada kondisi lapse kuat tidak stabil, free
forces mendominasi dan Ri bernilai negatif dengan meningkatnya gradien suhu, tetapi
peningkatan gradien
kecepatan angin
diperkecil. Pada kondisi inverse stabil, Ri bernilai positif dan Ri bernilai mendekati nol
pada kondisi netral Oke 1978.
2.4 Transfer
Momentum dan
Bahang Q
H
Fluks merupakan perpindahan massa dan energi per satuan waktu per satuan luasdan
jarak. Ada beberapa metodologi pengukuran fluks momentum dan bahang, yaitu sebagai
berikut: 1.
Metode Korelasi Eddy
Penentuan fluks momentum dan bahang pada permukaan seragam, yaitu sebagai
berikut Oke 1978; Arya 2001: τ = −ρ u w
H =
ρ C
p
θ w
Penentuan fluks momentum dan bahang dengan metode korelasi eddy sangat mudah,
tetapi membutuhkan peralatan berkualitas baik dengan sistem pengamatan yang tinggi
laju pengambilan 10-100 s
-1
, seperti sonic, laser,
atau hot-wire
anemometer dan
termometer thin-wire resistance. Kelebihan metode ini adalah pengukuran pertukaran
turbulen secara langsung, tanpa banyak membatasi asumsi mengenai permukaan alam
permukaan yang homogen.
2. Metode Aerodinamik dan Gradien
Penentuan fluks momentum dan bahang dengan metode aerodinamik dan gradien
Oke 1978; Arya 2001; June 2012: τ = ρ K
m
∂u ∂z
Q
H
= ρ C
p
k
2
u
2
− u
1
θ
2
− θ
1
ln z
2
− d z
1
− d
2
φ
m
φ
s
Keterangan: τ : transfer momentum N m
-2
K
m
: eddy viscosity m
2
s
-1
ρ : kerapatan udara kering kg m
-3
June 2012 ρ = 1.293
273.15 T
Q
H
: transfer bahang W m
-2
u : kecepatan angin m s
-1
θ : suhu potensial K d
: perpindahan bidang nol meter C
p
: bahang spesifik udara kering pada tekanan konstan 1004.67 J K
-1
kg
-1
s
: dimensionless gradient of θ
m
: dimensionless wind shear Penentuan fluks momentum dan bahang
ini baik digunakan pada pengukuran angin yang berbeda dengan ketinggian yang
berbeda, yaitu dengan metode aerodinamik atau pun metode gradien. Perbedaan dari
metode aerodinamik dengan gradien adalah banyaknya ketinggian pengukuran. Pada
metode aerodinamik menggunakan beberapa ketinggian, sedangkan metode gradien hanya
menggunakan dua ketinggian. Berdasarkan hasil penelitian Hatfield et al. 2010
diperoleh fluks sensible heat H sebesar 600 MJ m
-2
tahun
-1
untuk tanaman jagung dan 410 MJ m
-2
tahun
-1
untuk tanaman kedelai pada tahun 2004 di Midwestern US. Penelitian
tersebut menggunakan metode energy balance ratio EBR dan ordinary least square OLS.
III. METODOLOGI
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan dari bulan Mei 2012 hingga Agustus 2012. Penelitian ini
diawali dengan pengambilan data cuaca sekunder di Stasiun Klimatologi Klas I,
Darmaga, Bogor. Kemudian pengolahan dan analisis data dilakukan di Laboratorium
Agrometeorologi, Departemen Geofisika dan Meteorologi, Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.
3.2 Alat dan Bahan Penelitian
Alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain: 1 gun bellani integrator untuk
radiasi matahari, 2 ombrometer untuk curah hujan, 3 termometer bola kering untuk suhu
udara, 4 cup counter anemometer untuk kecepatan angin, 5 wind vane untuk arah
angin, dan 6 seperangkat komputer dengan perangkat lunak Microsoft Excel.
Data yang dibutuhkan selama penelitian adalah sebagai berikut:
1. Data suhu udara pada tiga ketinggian
4 meter, 7 meter, dan 10 meter dengan tiga waktu pengamatan, yaitu pukul 07.00
WS, pukul 14.00 WS, dan pukul 18.00 WS.
2. Data kecepatan dan arah angin pada tiga
ketinggian 4 meter, 7 meter, dan 10 meter dengan tiga waktu pengamatan,
yaitu pukul 07.00 WS, pukul 14.00 WS, dan pukul 18.00 WS.
3. Data kelembaban udara pada tiga
ketinggian 4 meter, 7 meter, dan 10 meter dengan tiga waktu pengamatan,
yaitu pukul 07.00 WS, pukul 14.00 WS, dan pukul 18.00 WS.
4. Data radiasi matahari harian.
5. Data curah hujan harian.
Data cuaca yang digunakan adalah data sekunder selama 1 tahun dari bulan Januari
2011 hingga Desember 2011.
3.3 Analisis Data
3.3.1 Identifikasi Faktor-Faktor Cuaca
Wilayah Penelitian pada Tahun 2011
Untuk mengidentifikasi cuaca wilayah penelitian, yaitu dengan membuat profil
unsur-unsur cuaca, seperti radiasi matahari, curah hujan, suhu udara, kelembaban udara,
dan kecepatan
angin. Profil
tersebut ditentukan dengan cara memplotkan data
unsur-unsur cuaca tersebut terhadap waktu, sedangkan untuk profil arah angin ditentukan
berdasarkan persentase data arah angin terbanyak di wilayah tersebut, yang kemudian
diplotkan ke dalam grafik. Profil arah angin ini bertujuan mengetahui arah angin dominan
setiap bulan pada wilayah Situ Gede, Darmaga, Bogor.
3.3.2 Stabilitas Atmosfer
Stabilitas atmosfer dinamis ditentukan dengan
angka Richardson
Richardson NumberRi. Penentuan stabilitas atmosfer
tersebut dengan menggunakan persamaan berikut Thom 1975; Oke 1978; Arya 2001;
June 2012:
Ri =
g
∂θ ∂z
T
a ∂u
∂z 2
1 Keterangan :
g : percepatan gravitasi 9.8 m s
-2
T
a
: suhu absolute pada ketinggian z
a
; z
a
= z
1
z
2 12
θ : suhu potensial K; θ = T − Γ
d
z dengan
Γ
d
merupakan dry adiabatic lapse rate sebesar -0.00976 K m
-1
, T merupakan suhu absolute K, dan
z merupakan tinggi pengukuran meter Berdasarkan hasil perhitungan tersebut
dapat dikategorikan kondisi atmosfer netral Ri = ± 0.01, stabil Ri 0.01, dan tidak
stabil Ri -0.01.
3.3.3 Karakteristik Kekasapan
Permukaan d, z
, dan u
Analisis kecepatan angin pada berbagai ketinggian untuk menentukan karakteristik
kekasapan hanya dilakukan pada kondisi atmosfer netral. Berdasarkan persamaan
logaritmik profil
angin tersebut
dapat ditentukan parameter zero-plane displacement
d, roughness length z , dan friction
velocity u Kimura et al. 1999; June 2012.
Langkah awal yang dilakukan untuk menentukan nilai parameter tersebut, yaitu
dengan menduga nilai d dari persamaan berikut Oke 1978:
d =
2 3
h
2 Nilai h merupakan tinggi tanaman rata-rata
meter. Tinggi tanaman rata-rata di wilayah pertanian Situ Gede adalah 2.14 meter.
Penentuan nilai d dugaan digunakan untuk menghitung nilai d terukur. Nilai d terukur
dapat ditentukan
dengan menggunakan
metode simplified Riou 1984, yaitu dengan persamaan sebagai berikut:
d =
a
2 Δu
Δu′ 2
z
1
−z
3
a
2 Δu
Δu′ 2
−1
3 Keterangan :
Δu : selisih kecepatan angin pada ketinggian 7 meter dengan 4 meter; uz
2
– uz
1
Δu : selisih kecepatan angin pada ketinggian 10 meter dengan 7 meter; uz
3
– uz
2
a : konstanta
yang diperoleh
dari persamaan sebagai berikut
a =
ln z 3−d0
z 2−d0 z3−d0 z2−d0 −0.5
ln z 2−d0
z 1−d0 z2−d0 z1−d0 −0.5
4 z
1
: tinggi pengukuran 4 meter z
2
: tinggi pengukuran 7 meter z
3
: tinggi pengukuran 10 meter d
: nilai d awal; nilai tersebut diperoleh dari nilai d dugaan, yitu 1.5 meter
Parameter z dan u ditentukan dengan
model regresi sederhana. Nilai parameter z ditentukan
dengan mengekstrapolasi
hubungan linier antara uz dan ln z - d pada suatu titik, di mana uz = 0 x = 0 dan
z - d = z y = ln z
, dan menghasilkan slope = ku
Gambar 6.
Gambar 6 Ekstrapolasi hubungan
linier antara uz dan ln z - d pada
x = 0 dan y = ln z Stull 1950;
Sutton 1953;
Oke 1978;
Arya 2001. Penentuan z
dan u diturunkan dari persamaan regresi linier grafik, yaitu sebagai
berikut Yanlian et al. 2006: y = bx + a
ln z − d =
k u
∗
u z + ln z
5 Jadi, dapat ditentukan nilai u, yaitu:
b = k
u
∗
maka,
u
∗
=
k b
6 k merupakan konstanta Von Karman sebesar
0.4 dan b merupakan nilai slope yang diperoleh dari persamaan regresi linier.
Penentuan nilai z adalah sebagai berikut:
a = ln z maka,
z = expa
7 a merupakan nilai intersep yang diperoleh dari
persamaan regresi linier.
3.3.4 Koefisien Transfer Momentum
K
m
Berdasarkan nilai parameter u dapat ditentukan nilai K
m
dengan persamaan berikut Thom
1975; Schwerdtfeger
1976; Arya 2001:
K
m
z = k z u
∗
8 Keterangan :
K
m
: eddy viscosity m
2
s
-1
k : konstanta Von Karman sebesar 0.4
u : kecepatan kasap m s
-1
z : tinggi pengukuran meter
Pada kondisi atmosfer netral, K
m
sama dengan K
E
, di mana K
E
adalah koefisien transfer untuk uap air evapotranspirasi
June 2012.
3.3.5 Transfer Turbulen
Setelah analisis profil kecepatan angin dilakukan pada kondisi atmosfer netral dan
nilai K
m
diperoleh, maka dapat diaplikasikan untuk menghitung transfer momentum
dan bahang Q
H
. 3.3.5.1
Transfer Momentum
Transfer momentum
dapat dihitung
dengan persamaan berikut Oke 1978; June 2012:
τ = ρ K
m ∂u
∂z
9 Keterangan :
τ : transfer momentum N m
-2
K
m
: eddy viscosity m
2
s
-1
ρ : kerapatan udara kg m
-3
y = bx + a y = bx + a
