SOLAR RADIATION

RADIASI MATAHARINUR AZIZAH1ContentsUnsur-unsur radiasi matahari 5Faktor-faktor yang mempengaruhi penerimaan energy matahari 6Hukum-hukum radiasi (Radiation lows) 2Radiasi matahari di permukaan bumi3Keseimbangan energy4Karakteristik matahari12KARAKTERISTIK RADIASI MATAHARIMatahari adalah gas zat asam yang sangat besar dan menyala. Naufal (1983) :

Garis tengah matahari >3 juta km, Luas permukaannya = 325 x luas Permukan Bumi (luas Permukaan Bumi = 509.951 x 106 km2)Beratnya diperkirakan = 332 x berat bumi. Suhu bagian dalam matahari = 20 juta C & bagian terluarnya = 6.000 K.Memancarkan kilatan api setinggi 500.000 km

3PANCARAN RADIASI MATAHARI

RMBMIPemanasan udara (H)Pemanasan tanah dan lautan (G)penguapan (E) fotosintesis tanaman (P) menentukan keadaan cuaca dan iklim 50% = 680 watt m-2gelombang elektromagnitik yang dibangkitkan dari fusi nuklir dengan mengubah atom hidrogen - Heliumsetiap permukaan matahari yang bersuhu sekitar 6000 K adalah sebesar 73,5 juta watt m-2. ATM1360 watt m-2

4 Energi yang dihasilkan = 1.674.000 tenaga kuda per m2

Energi yang dipancarkan = 56 x 1021 cal/menit atau = 29 x 1032 cal/tahun

Energi yang sampai di Permukaan Bumi = 2 x 10-9 bagian.

KARAKTERISTIK RADIASI MATAHARI5RADIATION PHYSICSThe chief radiation or energy source for the earth is the sun electromagnetic radiationIt travels at the speed of light in the form of waves

6

7These radiation laws are based on the blackbody conceptThe characteristic of a blackbody is that all radiation falling on the blackbody is absorbed and that maximum possible emission occurs in all wavelengths and directions (Wallace and Hobbs, 1977). RADIATION LAWS8Planck's law Particle concept E = h x vv= E/h

Radiasi elektromagnetik terdiri atas aliran partikel atau kuantum, setiap kuantum memiliki energiContoh : Proses fotosintesis92. Kirchoffs law.

a= absorptivityr = reflectivityt= transmissivity

Reflectivity is defined as the ratio of the radiant energy reflected to the total that is incident upon that surfaceTransmissivity is defined as the ratio of transmitted radiation to the total radiation incident upon the medium

103. Stefan-BoltzmanS law

114. Wein's displacement law

The range of the solar spectrum is about 0.15 - 4.0 m (shortwave radiation)The range of the earths radiation is about 3-80 m (long wave radiation)

12

5. Beers law

I = flux density after passage through a depth x of mediumI0 = flux density

13Radiasi matahari sebelum mencapai permukaan bumi mengalami beberapa hambatan: Di atmosfer, radiasi matahari mengalami pengurangan melalui :absorbsi refleksi.Di permukaan bumi, kehilangan energi terjadi, melalui: refleksi, konveksi,konduksi dan untuk evaporasi

RADIASI MATAHARI DI PERMUKAAN BUMI14

15The shortwave radiation balance25% absorbed by the atmosphere clouds : 5%, atmospheric gases and particulate matter :20% 28% is lost due to reflection clouds : 19%atmospheric gases and particulates : 6%earth's surface 3%47% of the original extra-terrestrial radiation available to be absorbed at the earth's surface

16KESEIMBANGAN ENERGI Penerimaan Energi Kehilangan EnergiDi Permukaan Bumi Radiasi Langsung 27% Radiasi dari Permukaan Bumi 23% Radiasi Tak Langsung 16% Proses Konveksi dan Evaporasi 23% Transfer Turbulensi 3% Jumlah 46% Jumlah 46%Di Atmosfer Absorbsi Radiasi Matahari 15% Radiasi Atmosfer 51% Absorbsi Radiasi Bumi 16% Transfer Turbulensi 3% Konveksi dan Evaporasi 23% Jumlah 54% Jumlah 54%Di Luar Atmosfer Refleksi Atmosfer 40% Radiasi dari Matahari 100% Refleksi Radiasi Bumi 2% Radiasi Atmosfer 51% Radiasi Permukaan bumi 7% Jumlah 100% Jumlah 100%17UNSUR-UNSUR RADIASI MATAHARIIntensitas radiasi matahariPeriodisitas radiasi matahariKualitas radiasi matahari181. Intensitas radiasi matahari energi matahari yang sampai suatu luasan tertentu dari suatu permukaan pada waktu yang tertentu Satuan : Calori, Joule, Lux atau Watt. m-2

Faktor faktor yang mempengaruhi:Sudut datang sinarLetak lintangKetinggian tempat

19Adalah lamanya matahari bersinar cerah dalam kurun waktu 24 jam,

Lama penyinaran sangat dipengaruhi oleh tingkat keawanan

2. Periodisitas radiasi matahari20Lama Penyinaran berpengaruh terhadap aktivitas makhluk hidup:Meningkatkan laju fotosintesis pada tumbuhanMempengaruhi aktivitas hormon pada tumbuhan, terutama hormon yang berperan dalam inisiasi bunga.

Beberapa jenis tumbuhan perkembangannya sangat dipengaruhi oleh lama penyinaran, terutama sehubungan dengan kapan tumbuhan tsb akan memasuki fase generatifnya.

21Berdasarkan responnya terhadap variasi panjang hari, maka dikenal :1. Tumbuhan Hari Panjang (Long day plant) : kelompok tumbuhan yg akan memasuki fase generatifnya (membentuk organ reproduktif) hanya jika tumbuhan tsb menerima penyinaran yang panjang (> 14 jam), contoh : spinasi, beberapa jenis radis dan sawi.

2. Tumbuhan Hari Pendek (Short day plant) : kelompok tumbuhan yg akan memasuki fase generatif (membentuk organ reproduktif) hanya jika tumbuhan tersebut menerima penyinaran yang pendek (< 10 jam) contoh : labu siam, kecipir dan bayam.

3. Tumbuhan Hari Netral (Neutral day plant) : kelompok tumbuhan yg fase perkembangannya tidak dipengaruhi oleh lama penyinaran. Kelompok tumbuhan ini tetap akan memasuki fase generatif baik jika menerima yg panjang/ pendek contoh : tomat, blewah, kacang-kacangan dll.22

Menggambarkan spektrum cahaya yang dipancarkan oleh matahari yang terdiri dari berbagai gelombang 3. Kualitas radiasi matahari23

24Kisaran panjang gelombang yang penting artinya secara biologis adalah Ultra violet (< 400 nm), Cahaya tampak (400-700 nm) : ungu, biru, hijau, kuning, jingga dan merahInfra merah (> 700 nm).

Dari kisaran cahaya tampak, ternyata yang sangat berperan (diserap secara kuat oleh klorofil) untuk fotosintesis adalah cahaya biru (425 490 nm) dan merah (640 740 nm). 25 Karakteristik Cahaya Ultra Violet, Cahaya Tampak dan Infra Merah JenisCahayaKisaran PanjangGelombang (nm)Panjang GelombangRepresentatif (nm)Frekuensi(1014 hertz)Energi(kJ.mol-1)Ultra violetVioletBiruHijauKuningJinggaMerahInframerah< 400400 425425 490490 560560 585585 640640 740> 740254410460520570620680140011,807,316,525,775,264,844,412,1447129226023021019317685Sumber : Rubatzky dan Yamaguchi (1998)26ResponPanjang Gelombang (nm)Pemanjangan batangTerhambatnya perkecambahan biji pada spesies tanaman tertentuPerangsangan pembentukan umbi bawang BombayPenghambatan pembentukan umbi bawang BombayPembentukan pigmen merah (likopen) pada TomatPerangsangan pembungaan tanaman hari panjangPenghambatan pembungaan tanaman hari pendekPeningkatan perkecambahan biji pada beberapa spesiesPeningkatan pembentukan antosianinFotosintesis Pembentukan klorofil Fototropisme 720 1000650 690 440 655445 660350 - 500Tabel Respon Fisiologis Tanaman terhadap Cahaya27Peranan kualitas cahaya matahari dlm kehidupan TanamanSpektrum warnaPanjang gelombang (m)Peranan bagi tanamanUltra violet< 0,280Tanaman rusak0,280 - 0,320Sel tanaman mengalami kerusakan0,320 - 0,405Tanaman kerdilVisible light(PAR)0,405 - 0,505 Diserap klorofil utk Fotosintesis (biru)0,505 0,552Untuk pertumbuhan daun (hijau)0,552 0,585Untuk pembentukan pigmen (kuning)0,585 0,620Untuk pembentukan fotoklorofil(jingga)0,620 0,760diserap klorofil untuk fotosintesisNear Infra Red (NIR)0,760 1,000diterima tanaman untuk aktifitas foto-Morfo Genetik perkecambahan dan pertumbuhan memanjangFar InfraRed (FIR)

> 1,000 Diterima tan & dikonversikan dlm bentuk thermal, dan utk energi evapotranspirasi28

Radiasi Surya (MJ/m2/hari)Catatan !bumiMatahari42086Waktu setempat (WS) dihitung berdasarkan posisi Bujur bumi.Pukul 12.00 WS jika sudut datang cahaya matahari (zenith angle)sama dengan nol.

18161412100246810 12 14 16 18 20 22 24 26 28Tanggal (Februari 2000)Bogor1206181 0000Waktu Setempat (jam)Diukur dengan solarimeter

akibat penutupan awanJarak antara matahari dan BumiPanjang hariSudut datangPengaruh atmosfer bumi

FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI PENERIMAAN RADIASI MATAHARI DI BUMI

29

Setiap saat, separuh belahanbumi menerima radiasi surya(rata-rata 1360 W.m-2 di puncakMatahariatmosfer) pada siang hari.

Rotasi bumi ( 1.600 km/jam )menyebabkan perbedaan waktudi bumi (siang-malam). Saturotasi = 3600 Bujur = 24 jam.

Mataharia. Jarak bumi dan matahari30

Bumi mengelilingi matahari (revolusi)selama 1 tahun tiap putaran dgnkecepatan 100.000 km/jam.

Deklinasi bumi (23.5o Lintang)menyebabkan perbedaan: panjang hari, musim (summer & winter) dan penerimaan energi radiasi surya di permukaan bumi.Mataharia. Jarak bumi dan matahari31 ..b. Panjang hari adalah periode ( jam ) antara matahari terbit sampai terbenam Panjang hari dihitung dari letak lintang dan tanggal (julian date)

Sudut datang Besarnya energi radiasi matahari yg diterima oleh permukaan bumi berhubungan dg sudut datang

Rs = q Io Sin 32 energi matahari yang sampai di permukaan bumi (Rs) secara umum ditentukan oleh transparansi atmosfer (q) dan besarnya tetapan surya (solar constant = Io), Rs = q x Io

Rs = jumlah energi matahari yang sampai di permukaan bumi q = trasnparansi atmosfer dan Io = solar constant, yaitu energi matahari yang sampai pada permukaan terluar atmosfer secara tegak lurus.

d. Atmosfer bumi33 Apabila transparansi atmosfer semakin tinggi, menunjukkan atmosfer bersih energi yang diterima oleh bumi semakin tinggi.Apabila di atmosfer banyak terkandung uap air (awan) / gas-gas polutan (ex : CO, NO2, SO2, CH4) dan partikulat (ex: debu dan asap) nilai q semakin rendah

Apabila atmosfer cerah, yaitu bila kandungan awan dan gas-gas rumah kaca sedikit, berarti nilai q nya tinggi,

radiasi matahari yang sampai permukaan bumi semakin tinggi 34TERIMA KASIH35