Hujan adalah salah satu fenomena alam yang paling sering terjadi di Bumi, dan saya yakin Anda akan menyaksikannya secara rutin. Terkadang Anda siap dengan pakaian yang sesuai dan terkadang tidak! Curah hujan terkadang panjang dan ringan, kadang pendek dan besar, dan kadang-kadang panjang dan besar. Ketika curah hujan panjang dan besar, dapat menyebabkan banjir cepat, yang berbahaya bagi penduduk terdekat. Curah hujan juga diperlukan, karena menyediakan air untuk tanaman dan akhirnya mengisi sungai. Karena curah hujan merupakan sumber daya yang dibutuhkan dan juga merupakan ancaman, penting untuk lebih memahami fenomena alam ini.
Perlu anda ketahui bahwa hujan bervariasi dari waktu ke waktu. Ketika Anda tinggal di tempat yang sama, tidak hujan di sana sepanjang waktu. Bahkan selama terjadi hujan, kekuatan curah hujan dapat terus berubah dari sangat ringan menjadi sangat kuat. Periode hujan yang lebih kuat biasanya cukup singkat. Keragaman curah hujan semacam ini juga terlihat pada skala yang lebih besar, karena seperti yang Anda ketahui, ada bulan-bulan atau tahun-tahun yang lebih basah dan musim panas. Ada juga variabilitas di mana curah hujan terjadi.
Variabilitas adalah fitur dasar curah hujan yang membuatnya sulit untuk diukur. Ahli meteorologi (orang yang mempelajari cuaca) dan peneliti telah mengembangkan banyak perangkat pengukuran yang memungkinkan mereka untuk mempelajari variabilitas ekstrim curah hujan. Kami akan menjelaskan fungsi tiga perangkat yang paling umum digunakan. Data yang kami sajikan dikumpulkan di kampus Ecole des Ponts ParisTech, tempat saya bekerja.
BAGAIMANA KITA MENGUKUR JUMLAH HUJAN YANG JATUH?
Pengukuran curah hujan yang paling umum adalah total kedalaman hujan selama periode tertentu, dinyatakan dalam milimeter (mm). Misalnya, kita mungkin ingin tahu berapa milimeter hujan turun selama 1 jam, 1 hari, 1 bulan, atau 1 tahun.
Anda dapat dengan mudah mendapatkan pengukuran kasar curah hujan di rumah. Ikuti saja langkah-langkah ini:
(1) Ambil botol dengan sisi yang halus, potong bagian atas dan putar terbalik di bagian atas botol, untuk membuat semacam corong (lihat Gambar).
(2) Tempel penggaris di sisi botol dan isi botol air hingga tanda nol pada penggaris, yang seharusnya berada di atas tonjolan di bagian bawah botol. Benjolan jika tidak akan mempengaruhi pengukuran.
(3) Bawa pengukur hujan di luar, sejauh mungkin dari bangunan dan pohon.
(4) Catat ketinggian air secara teratur (misalnya, setiap pagi pukul 8:00 pagi sebelum pergi ke sekolah) untuk mengumpulkan data Anda sendiri. Jika Anda berencana untuk melakukan pengukuran selama musim panas, sebagian air di dalam botol akan menguap (hingga beberapa mm sehari) dan ini akan mempengaruhi pengukuran Anda. Untuk menghindarinya, Anda bisa menambahkan lapisan tipis minyak ke dalam air. Karena lebih ringan dari air, minyak akan mengambang di atas air dan mencegah penguapan. Pengukuran yang Anda dapatkan dari alat pengukur hujan akan memberi tahu Anda berapa banyak curah hujan yang terjadi selama periode waktu tertentu.
Gambar 1
A. Alat pengukur hujan buatan sendiri.
B. Alat ukur hujan ember tip profesional.
C. Contoh data yang diperoleh dengan pengukur hujan ember tip, menunjukkan berapa banyak hujan (dalam mm, sumbu Y) turun seiring waktu (sumbu X) pada 27 Juni 2017 di kampus Ecole des Ponts ParisTech. Waktu sesuai dengan waktu jam pada hari itu. Peningkatan tercepat, sesuai dengan hujan yang lebih kuat, terjadi antara pukul 13.00 dan 14.00.
Profesional menggunakan perangkat yang lebih rumit yang disebut pengukur hujan ember tip (Tipping bucket) Alat yang mengukur kedalaman curah hujan kumulatif (dalam mm) di lokasi yang tepat. dan Anda bisa melihatnya di Gambar . Pengukur hujan ini terlihat seperti perangkat buatan rumah Anda, kecuali ada dua ember di bawah corong. Air yang jatuh ke pengukur hujan akan dialihkan ke satu ember oleh corong. Setelah ember diisi, biasanya setelah 0,2 mm hujan turun, ia dirancang untuk secara otomatis terbalik, yang berarti bahwa ember lainnya sekarang akan berada di bawah corong. Proses dimulai dari awal lagi dengan ember lain ini, sampai penuh dan kiat. Pengukur hujan mencatat waktu semua tip ember, yang akan memberikan data peneliti tentang seberapa cepat hujan turun seiring waktu. Gambar 1C menunjukkan contoh data yang dapat diperoleh dengan menggunakan pengukur hujan ember tip. Pengamatan ini dilakukan pada 27 Juni 2017. Kedalaman curah hujan (dalam mm) dengan cepat meningkat antara pukul 13:00 dan 14:00, yang berarti hujan turun deras selama periode itu. Selama periode hujan ringan, perangkat ini tidak terlalu tepat. Misalnya, antara pukul 05:15 dan 13:00, yang dapat Anda katakan adalah bahwa 0,2 mm hujan turun (satu ujung ember), tetapi Anda tidak tahu persis kapan hujan itu turun. Jika ada banyak angin, itu juga dapat mempengaruhi keakuratan perangkat.
BAGAIMANA KITA MENGUKUR UKURAN TETES AIR HUJAN?
Terbuat dari apakah hujan? Hujan turun, jelas! Alat pengukur hujan tidak cukup sensitif untuk dapat melakukan pengukuran setiap tetes hujan. Untuk mulai mengumpulkan data tentang tetesan dan ukurannya, Anda memerlukan perangkat yang disebut perangkat disdrometerA yang mengukur ukuran dan kecepatan setiap tetes hujan yang melewatinya ..
Sebelum mendeskripsikan disdrometer "asli", berikut adalah bagaimana Anda dapat membuatnya di rumah (lihat Pustaka [1] untuk deskripsi yang lebih terperinci). Ikuti langkah-langkah ini:
(1) Ambil sepiring dan taruh beberapa milimeter tepung di atasnya.
(2) Saat hujan, pergilah ke luar dengan pelat tertutup, buka beberapa detik sehingga beberapa tetes jatuh di atasnya dan buat kawah kecil, lalu kembali ke dalam.
(3) Analisis hasilnya.
Anda akan mengamati sesuatu yang mirip dengan apa yang ditunjukkan pada Gambar 2A, dan Anda akan melihat bahwa tetesan tidak semua memiliki ukuran yang sama — ada yang sangat kecil dan ada yang sangat besar! Sebenarnya, kawah lebih besar daripada tetesan karena air sedikit menyebar setelah menyentuh piring, tetapi mereka masih memungkinkan Anda untuk secara langsung memvisualisasikan berbagai macam ukuran tetesan, bahkan dalam waktu yang sangat singkat.
Gambar 2
A. Pengukuran diperoleh dengan disdrometer buatan sendiri, terbuat dari tepung di atas piring.
B. Disdrometer optik. Terdiri dari pemancar yang menghasilkan lembaran cahaya ke arah penerima. Ketika setetes jatuh melalui perangkat, penerima mendapat bayang-bayang (lihat Rujuk [1, 2] untuk makalah ilmiah menggunakan perangkat ini).
C. Data disdrometer yang menunjukkan jumlah tetesan, berdasarkan kelas ukuran tetesan, diukur selama acara curah hujan yang terjadi pada tanggal 27 Juni 2017 di kampus Ecole des Ponts ParisTech. Pada sumbu X, Anda dapat melihat ukuran kelas diameter dan pada sumbu Y, jumlah penurunan untuk kelas itu. Seperti yang Anda lihat lebar dari berbagai kelas tidak selalu sama. Mereka lebih kecil untuk tetesan kecil yang lebih banyak jumlahnya
D. Laju curah hujan dalam mm / h (sumbu Y) dari waktu ke waktu dalam h (sumbu X), selama peristiwa hujan yang sama ditunjukkan dalam C. Grafik ini menunjukkan bahwa tiga puncak curah hujan terjadi pada hari itu.
Seperti yang dapat Anda bayangkan, para ahli meteorologi dan peneliti menginginkan perangkat yang lebih otomatis dan presisi daripada pelat tepung! Mereka sekarang terutama menggunakan disdrometer optik, yang berfungsi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2B. Disdrometer semacam ini terbuat dari dua bagian: pemancar dan penerima. Pemancar menghasilkan selembar cahaya setinggi beberapa mm. Penerima sejajar dengan pemancar, yang berarti bahwa ketika tidak hujan, penerima menerima semua cahaya. Namun, ketika setetes melewati lembaran cahaya, coba tebak apa yang terjadi? Jumlah cahaya yang diterima lebih kecil, karena sebagian terhalang oleh drop. Jika drop jatuh dengan sangat cepat, durasi penurunan cahaya yang diterima akan pendek. Ini adalah bagaimana kecepatan ke bawah (kecepatan) dari penurunan jatuh diperkirakan. Jika tetesannya besar, sinyal yang diukur oleh penerima akan berkurang lebih banyak dibandingkan dengan tetesan yang lebih kecil. Ini adalah bagaimana ukuran drop diperkirakan. Dengan cara ini, ukuran dan kecepatan setiap tetesan yang lewat antara pemancar dan penerima diukur.
Tetes hujan bisa sebesar 5-6 mm. Tetes yang lebih besar terbelah saat jatuh. Memang pada ukuran ini mereka tidak cukup kuat untuk menahan kekuatan angin yang mereka rasakan ketika jatuh dengan cepat. Kecepatan turunnya tetesan meningkat dengan ukurannya: Tetesan 1-mm jatuh pada 3 m / s sedangkan tetesan 5-mm (sangat besar) jatuh pada 8 m / s. Gambar 2C menunjukkan jumlah tetes dari setiap ukuran yang jatuh selama badai yang terjadi pada 27 Juni 2017 di wilayah Paris. Tetes kecil jauh lebih banyak daripada tetes besar. Tapi jangan lupa bahwa drop 1-mm memiliki volume 125 kali lebih kecil dari drop 5-mm! Ini berarti bahwa, meskipun jumlahnya tidak banyak, tetesan besar merupakan penyebab dari banyak curah hujan yang dalam. Mari kita perhatikan langkah waktu berturut-turut dari 30 detik. Kemudian, dengan menambahkan volume semua tetesan yang melewati disdrometer selama langkah waktu 30 detik, Anda dapat memperkirakan jumlah kedalaman hujan yang turun selama setiap langkah waktu 30 detik. Perkiraan ini akan memberi Anda tingkat hujan, dan biasanya dinyatakan dalam mm / jam. Tingkat hujan memberi Anda gambaran tentang kekuatan curah hujan. Tingkat hujan sesuai dengan kedalaman hujan yang akan terakumulasi selama 1 jam, jika tingkat hujan tetap konstan selama jam ini (yang sebenarnya tidak pernah terjadi dalam kehidupan nyata). Gambar 2D menunjukkan tingkat hujan (dalam mm / jam), dengan langkah waktu 30 detik, selama acara 27 Juni 2017 yang sama. Variabilitas yang kuat dalam tingkat hujan dapat dengan mudah dilihat dalam grafik.
BAGAIMANA KITA MEMBUAT PETA HUJAN?
Hingga saat ini, kami hanya membahas perangkat yang dapat memberikan pengukuran curah hujan di lokasi yang tepat. Baik alat pengukur hujan dan disdrometer hanya memberi Anda gambaran tentang hujan yang menimpa mereka, tetapi tidak di daerah sekitarnya atau 20 km jauhnya. Untuk membuat peta curah hujan, yaitu peta dengan jumlah hujan yang turun selama rentang waktu tertentu (misalnya, 5 menit atau 1 jam) di beberapa lokasi, kita perlu mengandalkan radar cuaca. Perangkat yang memungkinkan untuk menghitung peta curah hujan di atas area yang luas untuk berbagai langkah waktu (mis. 5 menit, 1 jam, dan 1 hari) ..
Fungsi radar cuaca diringkas dalam Gambar 3A. Pertama, peralatan radar memancarkan gelombang elektromagnetik dalam satu arah, yang mentransfer sejumlah energi melalui atmosfer. Ketika energi ini mencapai setetes air di awan, sebagian kecil dari energi itu dikirim kembali ke peralatan radar. Kemudian, peralatan mengukur jumlah energi yang sangat kecil yang diterima dari semua tetes. Menggunakan program komputer khusus, dimungkinkan untuk mengubah jumlah energi yang diterima menjadi jumlah hujan. Penting untuk diingat bahwa radar tidak secara langsung mengukur jumlah hujan, tetapi mengukur jumlah energi yang dikirim kembali oleh tetesan. Konversi energi ini menjadi jumlah hujan ternyata rumit dan orang-orang masih melakukan penelitian untuk memperbaikinya [3]. Sebagai contoh, saat ini distribusi ukuran drop dan lokasi drop dalam pixel radar dianggap homogen menjadi serupa di mana-mana .. Ini adalah penyederhanaan yang berlebihan dari kenyataan yang dapat mempengaruhi pengukuran [4]. Program komputer memungkinkan peralatan radar untuk memperkirakan jumlah curah hujan di tempat-tempat yang jauh darinya. Peralatan radar dapat berputar dan juga dapat mengubah sudutnya, sehingga dapat memperkirakan tingkat hujan di seluruh lingkungannya.
Gambar 3
A. Radar cuaca bekerja dengan mengirimkan gelombang di atmosfer tempat tetesan mengembalikan sebagiannya ke radar. Peralatan yang diperlihatkan terletak di kampus Ecole des Ponts ParisTech.
B. Peta curah hujan dibuat menggunakan data yang diperoleh dengan radar ini pada 15 September 2016 selama 3 menit dan 40 detik. Dua sel curah hujan yang sangat intens terlihat di bagian bawah peta.
https://kids.frontiersin.org/article/10.3389/frym.2018.00038