agromet_laporan 1.pdf

7/21/2019 AGROMET_LAPORAN 1.pdf

1/5

Laporan Praktikum ke-2 Hari/tanggal : Jumat, 27 Februari 2015

M. K. Agrometeorologi Asisten :1. Nurhayati G241100112. Yudi Riadi FanggidaE G24110025

3. Hendra Yoni Sinaga G24110035

4. Riki Muhammad Rifai G24110037

ANALISIS SPEKTRUM RADIASI

Kelompok 3

Ega Pratama (G24120006)Astrianti Fauzi Salim (G24120047)

Saeful Rakhman (G24120070)Fardhani Rezky Pradipta (G24130024)Levina Juriskha (G24130074)

DEPARTEMEN GEOFISIKA DAN METEOROLOGI

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

2015


2/5

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Proses perubahan energi dalam sel tanaman dikenal dengan istilah fotosintesis. Laju

energi surya yang ditangkap dan diubah pada peristiwa fotosintesis dan aktivitas kemosintetik

yang dilakukan oleh produsen primer (tumbuhan).Kegiatan atau proses kehidupan diawali denganpengubahan energi fisik menjadi energi kimia oleh tanaman. Radiasi surya sebagai sumber energijumlahnya sangat besar. Akan tetapi pemanafaatan radiasi surya oleh tanaman hanya berkisar

antara 1 - 2 % dari total radiasi. Hal ini disebabkan proses fotosintesis hanya akan terjadi pada

cahaya tampak (PAR) (400-700 nmatau 0,4-0,7) saja. Sebagian besar radiasi digunakan untukevaporasi dan transpirasi.

Penyebaran radiasi surya di permukaan bumi dipengaruhi oleh keadaan awan, altitude(tinggi tempat), latitude (letak lintang), topografi, musim, dan waktu dalam hari. Untuk

mengetahui tingkat efisiensi penggunaan radiasi matahari, perlu dilakukan analisis radiasi globaldan direct untuk masing-masing spektrum gelombang dari radiasi matahari. Kemudian dilakukananalisis untuk menghitung jumlah radiasi matahari yang digunakan tumbuhan untuk melakukanproses fotosintesis.

Tujuan-

Menghitung total radiasi global dan direct untuk masing-masing selang spectrum panjang

gelombang dari radiasi matahari (misal UV, PAR, NIR dll.)-

Membuat grafik antara panjang gelombang (nm, sumbu x) dengan spectral irradiance(W/m2, sumbu y)

- Membandingkan dengan persentase distribusi (Monteith & Unsworth, 1990)

METODOLOGI

Alat dan BahanAlat dan bahan yang digunakan pada praktikum ini adalah laptop, software Ms.Excel, dan

data spektral radiasi.

Langkah Kerja (diagram alir)

Klasifikasikan panjang

gelombang sesuai

dengan namanya dengan

warna yang berbeda.

Pada kolom spectral

irradiance, hitung nilai

radiasi diffuse dengan

cara radiasi global

dikurangi radiasi direct.

Pada kolom spectral

irradiance konversikan

satuan radiasi global,

radiasi direct, dan radiasi

diffuse menjadi

W/m2.

Pada kolom Total

Radiasi, hitung nilai

radiasi direct dan radiasi

global.

Hitung nilai radiasi

diffuse dari selisih

antara radiasi global

dengan radiasi direct.

Jumlahkan nilai radiasi

direct setiap panjang

gelombang pada kolom

radiasi total.

Jumlahkan nilai radiasi

global setiap panjang

gelombang pada kolom

radiasi total.

Hitung persentase

energy di permukaan

bumi dari total radiasi

direct.

Hitung persentase

energy of solar constant

dari total radiasi global.

Buat grafik total radiasi direct

dan global dengan sumbu x

sebagai panjang gelombang dansumbu y sebagai nilai radiasi

(W/m2).

Bandingkan hasil distribusi

energy yang telah dibuat

dengan hasil distribusi energymenurut Monteith dan

Unsworth.


3/5

HASIL DAN PEMBAHASANRadiasi matahari yang sampai dipermukaan bumi terdiri dari tiga komponen, yaitu

langsung (direct), baur (diffuse) dan global. Radiasi global merupakan gabungan dari radiasi directdan radiasi diffuse. Radiasi direct atau biasa disebut beam radiation digunakan untukmenggambarkan radiasi matahari yang sampai ke permukaan bumi dalam suatu garis lurus .Radiasi diffuse menggambarkan sinar matahari yang telah dihamburkan oleh molekul-molekul danpartikel-partikel di atmosfer namun masih tetap sampai ke permukaan bumi. Radiasi directmemiliki arah yang jelas sedangkan radiasi diffuse mengarah dengan ke manapun (Watson AM

dan Watson DE 2011).

Gambar 1 Grafik jumlah radiasi spektral (spectral irradiance) yang dipancarkan oleh setiappanjang gelombang

Berdasarkan gambar di atas, terlihat perbedaan yang cukup signifikan antara radiasi direct

dan radiasi global untuk setiap panjang gelombang. Perbedaan paling mencolok antara keduanyaterlihat pada panjang gelombang yang semakin pendek yaitu sekitar 400-700 nm. Perbedaan antararadiasi directdan radiasi global terjadi karena dalam radiasi global jumlah radiasi yang dihitung

tidak hanya yang sampai ke permukaan bumi, tetapi juga memperhitungkan jumlah radiasi yangdihamburkan oleh molekul dan partikel di atmosfer. Dengan kata lain, radiasi global memiliki nilaiyang lebih besar daripada radiasi direct karena radiasi global mencakup semua radiasi baik yang

sampai ke permukaan bumi maupun yang terlah dihamburkan.Pada panjang gelombang di kisaran 300-400 nm yang termasuk dalam sinar UV memiliki

jumlah radiasi global dan directyang kecil, begitupun dengan selisih di antara kedua radiasnya.Hal ini terjadi karena spektrum gelombang ini terbilang pendek dan telah diserap oleh lapisan ozon

di statosfer. Pada panjang gelombang 400-700 nm yang termasuk dalam gelombang cahayatampak dan PAR, selisih antara radiasi global dan directmemiliki nilai yang besar. Hal ini terjadikarena radiasi matahari banyak dihamburkan oleh partikel dan molekul di atmosfer sebelumsampai ke permukaan bumi. Namun meskipun demikian, jumlah yang sampai ke permukaan bumimasih cukup besar dan dapat digunakan terutama oleh tanaman untuk berfotosintesis dan spektrumgelombang inilah yang dapat dilihat oleh mata manusia.

Pada spektrum gelombang yang memiliki panjang di atas 700 nm, tidak terlalu signifikanperbedaan antara radiasi directdan global. Radisi direct pada spektrum gelombang ini memilikiselisih yang paling kecil jika dibandingkan dengan spektrum gelombang lainnya. Hal ini terjadi

karena partikel dan molekul di atmosfer tidak banyak menghamburkan ataupun menyerap

0.0000

0.2000

0.4000

0.6000

0.8000

1.0000

1.2000

1.4000

1.6000

1.8000

0.0 2000.0 4000.0 6000.0

RadiasiW/m2/nm

Panjang Gelombang (nm)

direct

global


4/5

spektrum gelombang ini sehingga sampai ke permukaan bumi dengan jumlah yang tidak berbeda

jauh.Tabel 1 Jumlah total radiasi dan persentase energi matahari

Wave length

(nm)

Total Radiation %Energy of solar

constant di

permukaan bumi

%Energy of

solar constant

Direct

(W/m2)

Global

(W/m2)0-300

300-400 (UV) 17,287 36,077 1,271102941 2,652720588

400-700 (Visible&PAR)

290,5665 408,9805 21,36518382 30,07209559

700-1500 359,231005 412,7405 26,41404449 30,34856618

>1500 (near IR) 100,0893 104,73125 7,359507353 7,700827206

Jumlah 767,173805 962,52925 56,4098386 70,77420956

Berdasarkan hasil yang diperoleh di atas, jumlah radiasi global dan radiasi directbernilai

kurang dari solar constant dalam literatur sebesar 1360 W/m2. Dalam perjalanan transmisi radiasi

menuju permukaan bumi banyak mengalami halangan berupa objek, maupun material dan partikel

di atmosfer.Energi solar constant yang terhitung di puncak atmosfer tidak semuanya sampai ke

permukaan bumi. Hasil analisis di atas menunjukan hanya sekitar 56%. Hal ini dipengaruhi olehpengurangan intensitas irradiancepada atmosfer bumi, berupa pemantulan oleh atmosfer bumi,penyerapan zat-zat di dalam atmosfer (O3, H2O, O2, dan CO2), pengurangan karena Rayleigh

scattering, dan pengurangan karenaMie scattering(Sinambela et al. 2004).Energi matahari yang ditransmisikan mempunyai panjang gelombang di luar atmosfer

dengan range 0.25-3 mikrometer. Sedangkan di atmosfer bumi berkisar antara 0.32-2.53mikrometer. Jadi, persentase setiap panjang gelombang hanya 7% energi terdiri dari ultraviolet(AM), 47% cahaya tampak dengan panjang gelombang 0.4-0.75 mikrometer, dan 46% cahayainframerah (Watson AM dan Watson DE 2011).

Hasil analisis yang diperoleh untuk persentase energi solar constant setiap panjang

gelombang menunjjukkan nilai yang cukup berbeda dengan literatur menurut Watson AM dan

Watson DE (2011) di atas. Secara umum, hasil analisis yang telah diperoleh memiliki nilai yanglebih kecil dibandingkan dengan nilai dalam literatur tersebut.

Namun fokus pada spektrum gelombang PAR, hasil analisis menunjukkan bahwa energi

solar constant yang sampai ke permukaan bumi hanya sebesar 26 % dan di puncak atmosfersebesar 30%. Hal ini sesua dengan literatur lain yang diperoleh. Menurut (Sinclair dan Gardner1998), PAR memiliki persentase energi dari totalsolar constantsebesar 21-46%. PAR merupakan

spektrum gelombang yang digunakan tanaman untuk melakukan fotosintesis.Tabel 2 Distribusi energi (Monteith & Unsworth, 1990)

Wave length(nm)

%Energy ofsolar constant

W/m

0-300 1.2 16.4

300-400 (UV) 7.8 106.5

400-700 (visible& PAR)

39.8 543.7

700-1,500 38.8 530.0

>1,500 (nearIR)

12.4 169.8

Kedua tabel di atas menunjukkan bahwa terdapat perbedaan persentase energi solar

constantyang diperoleh dari hasil analisis dengan hasil penelitian Monteith dan Unsworth (1990).Hal ini dimungkinkan karena adanya perbedaaan metode dan tingkat ketelitian dalam perhitungan.

KESIMPULANTotal radiasi global dan direct untuk masing-masing selang spectrum panjang gelombang

dari radiasi matahari (misal UV, PAR, NIR dll.). Total radiasi direct dan global untuk sinar UV(300 nm-400 nm) berturut-turut adalah 17,29 W/m2 dan 36,08 W/m2. Total radiasi direct dan

global untuk sinar dengan panjang gelombang 400 nm -700 nm (Visible dan PAR) berturut-turut


5/5

adalah 290,57 W/m2dan 408,98 W/m2. Total radiasi direct dan global untuk sinar dengan panjang

gelombang lebih besar dari 1500 nm (near IR) berturut-turut adalah 100,09 W/m2 dan 104,73

W/m2. Dengan demikian total radiasi direct untuk keseluruhan panjang gelombang di atas adalah

767,12 W/m2dan total radiasi global keseluruhan adalah 962,60 W/m2.

Perbandingan persentase distribusi (Monteith & Unsworth, 1990) dengan hasil

perhitungan didapatkan persentase distribusi radiasi untuk sinar UV, sinar dengan panjanggelombang 400-700 nm (Visible dan PAR), sinar dengan panjang gelombang 700-1500 nm danuntuk sinar dengan panjang gelombang lebih besar dari 1500 nm (near IR) adalah berturut-turut

2,65%, 30,07%, 30,34%, dan 7,7%. Sedangkan berdasarkan distribusi (Monteith & Unsworth,1990) persentase distribusi radiasi untuk sinar UV, sinar dengan panjang gelombang 400-700 nm(Visible dan PAR), sinar dengan panjang gelombang 700-1500 nm dan untuk sinar denganpanjang gelombang lebih besar dari 1500 nm (near IR) adalah berturut-turut 1,2%, 7,8%, 39,8%,38,8%, dan 12,4%. Secara kesluruhan hasil perhitungan memiliki nilai persentase untukgelombang visible dan PAR yang lebih besar dibanding literatur. Sedangkan untuk panjang

gelombang lainnya tidak jauh berbeda.

DAFTAR PUSTAKASinclair TR, Gardner FP. 1998. Principles of Ecology In Plant Production. Wallingford: CAB

International.Sinambela W, Musafar, Kaloka S. 2004. Hubungan variasi radiasi ultraviolet matahari di

permukaan bumi dan variasi aktivitas matahari selama fase menurun siklus matahari ke-

22. Jurnal LAPAN. Vol.(1) : 195-202Watson AM, Watson DE. 2011. Direct, Diffuse and Reflected Radiation.

http://www.ftexploring.com/solar-energy/direct-and-diffuse-radiation.htm. [terhubungberkala]. 3 Maret 2015.
http://www.ftexploring.com/solar-energy/direct-and-diffuse-radiation.htmhttp://www.ftexploring.com/solar-energy/direct-and-diffuse-radiation.htmhttp://www.ftexploring.com/solar-energy/direct-and-diffuse-radiation.htm

agromet_laporan 1.pdf

Documents