Angin

Angin yang kuat dan laut yang kasar merupakan bencana serius yang dihadapi pelaut. Angin ini berarti pula tambahan bahan bakar/ pembakaran/ propulsi bagi perahu dan pesawat terbang. Angin berarti gerak udara akibat perbedaan tekanan atmosfer permukaan dari satu tempat ke tempat yang lain. Di beberapa meter terbawah atmosfer angin tidak pernah steady; selalu berubah arah dan kecepatannya akibat pengaruh gesekan. Angin pasat yang merupakan angin paling tunak (steady), juga bervariasi dari hari ke hari. Pada sabuk lintang tengah dimana baratan terjadi, perubahan arah dan kecepatan angin diakibatkan oleh pergerakan eddy berskala besar di atmosfer, depresi udara dan antisiklon. Variabilitas angin dari menit ke menit juga akibat eddy tapi orde skalanya jauh lebih kecil. Eddy turbulen yang konstan berkembang dan meluruh di atmosfer khususnya di lapisan bawah dan pergerakannya akibat dari variabilitas angin permukaan jangka pendek. Gesekan permukaan meningkatkan turbulen dan umumnya angin lebih bervariasi di atas daratan daripada di atas lautan.
Puncak angin yang meningkat disebut gust dan lembahnya disebut lull. Rasio persentase peningkatan gust terhadap laju rata-rata disebut Faktor Gust, biasanya kurang lebih 50% di atas laut terbuka. Faktor gust bergantung pada massa udara yang mempengaruhi daerah tersebut. Dia berkembang dengan sangat baik pada saat massa udara tidak stabil (yang menyebabkan gerak vertikal udara).
Awan Cu hasil dari udara yang dipanaskan yang naik dari permukaan bumi dalam bentuk gelembung-gelembung uap air. Udara ini digantikan oleh udara dari ketinggian kurang lebih 1 km di atas permukaan (level angin geostropik), yang dominan di atas lapisan gesek dekat permukaan. Udara yang turun mempertahankan arah dan kecepatannya dan tiba di permukaan sebagai intermittent gust. Gust kemudian berubah arah dan laju anginnya. Di BBU gust berubah arah terhadap ketinggian kurang lebih 20-30 derajat; demikian juga di BBS. Gust lebih sering terjadi dan lebih kuat ketika seseorang dekat dengan awan kumulus (Cu). Juga benar bahwa dalam beberapa hal angin calm bisa ditemukan di dekat sekitar awan-awan Cu akibat gerak udara vertikal yang menghasilkan awan.
Dalam kasus-kasus di atas, gust disebabkan oleh angin geostropik di level atas yang turun ke permukaan sebagai pertukaran udara yang dikonveksikan ke atas melalui pemanasan permukaan. Ini sering disebut sebagai “gust massa udara”. Gust yang lebih merusak berhubungan dengan shower dan badai guruh (dari awan Cb). Gust ini setidaknya sebagai akibat dari arus udara turun yang turun bersama tetes hujan yang disebut sebagai “downdraft gust”. Jika gust semacam ini hidup selama lebih dari semenit maka disebut SQUALL.

Efek angin lokal, udara cenderung bergerak sepanjang estuary/ saluran daripada memotongnya yang dikenal sebagai istilah channelling. Bila angin yang berhembus sepanjang estuary/ saluran maka laju angin di atas saluran tersebut lebih kuat daripada di atas daratan pada kedua sisi yang disebut Funnelling.
Radiasi matahari memanaskan permukaan daratan sampai kedalaman beberapa sentimeter sedangkan di laut menembus sampai kedalaman 10 meter pada siang hari. Pada malam hari proses di atas berbalik sehingga terjadi penurunan temperatur relatif besar di daratan dan relatif kecil di lautan. Perkembangan angin laut dan angin darat dapat ditaksir kekuatannya/ kecepatannya menggunakan skala Beaufort.

Badai guruh

Ribuan badai guruh terjadi setiap harinya di daerah tropis. Di wilayah kutub, tak diketahui jumlahnya dengan pasti. Badai guruh ini berhubugan dengan udara tak stabil dan gerak vertikal yang kuat yang menghasilkan awan kumulonimbus (Cb). Energinya datang dari pelepasan panas laten kondensasi dalam udara lembab yang naik. Lapse rate tak stabil merupakan hasil dari pemanasan lapisan permukaan atau introduksi di atas udara dingin. Proses2 umum sehingga badai guruh bisa berkembang adalah :
1). Pemanasan dan konveksi dalam udara basah di atas permukaan daratan yang hangat
2). Lewatnya udara dingin dan basah di atas perairan yang hangat
3). Udara tak stabil bersyarat yang dipaksa naik sepanjang zone konvergensi atau pada barrier pegunungan
4). Pendinginan radiatif pada level atas

Kebanyakan badai guruh terdiri dari beberapa sel konvektif yang tumbuh dan meluruh secara tidak teratur. Bila gaya udara yang naik cukup besar maka badai dapat mencapai ketinggian 4 sampai lebih dari 20 km.
Pendinginan dialami pada laju adiabatik kering sampai dasar awan badai dan menjadi cepat saat udara kering masuk dalam updraft yang kuat. Ketinggian badai guruh berhubungan dengan lintang dan musim. Ketinggian terbesar dicapai pada wilayah tropis dan musim panas.

Diameter badai guruh bisa mencapai 3-40 km. Sepanjang dasarnya, badai gelap dan dia didahului oleh squall line yang dibuat oleh arus udara yang bergerak dalam arah berlawanan. Presipitasi dari badai yang matang (mature) intensif dan terdiri dari tetes hujan yang besar. Jika gaya ke atas cukup kuat menembus di atas level beku, hail bisa turun dari awan, biasanya dari sisi pinggir. Pada kondisi temperatur yang cocok, presipitasi bisa dalam bentuk salju atau butiran salju. Badai guruh yang disebabkan oleh pemanasan permukaan di atas daratan paling umum terjadi pada musim panas dan di siang atau awal petang hari. Di atas lautan, selisih temperatur antara temperatur air dan udara sejuk di atasnya terbesar terjadi pada malam hari  sehingga aktivitas badai guruh lebih besar pada malam hari. Sepanjang dan di atas pegunungan, badai guruh maksimum biasanya terjadi pada siang atau awal petang hari ketika efek kombinasi pemanasan siang hari dan kenaikan orografik mencapai maksimum. Sepanjang zone konvergensi, badai guruh berkembang ketika udara dipaksa naik dengan cepat. Di lintang tengah badai guruh berhubungan dengan front dan seringkali dipicu oleh pemanasan permukaan, kenaikan orografi, atau diredakan oleh udara dingin di level atas. Sepanjang front dingin, biasanya lebih dekat ke permukaan dan lebih kuat daripada sepanjang front panas atau front atas.

Badai guruh konvektif terlokalisasi  pada suatu titik dengan pola yang tak teratur jalannya. Badai guruh pada front terkonsentrasi pada zona 20-80 km (lebar) dan panjang mungkin beberapa ratus kilometer. Badai guruh frontal kadang tidak terlihat oleh pengamat dari bawah karena puncak awan Cb sering tertutup oleh awan di bawahnya. Walaupun guruh dan kilat menyertai badai guruh yang masak (mature), perannya dalam perkembangan presipitasi tidak sangat jelas dipahami. Loncatan kilat bisa terjadi dari awan ke awan, di antara level-level yang berbeda dalam awan, atau dari dasar awan ke tanah. Guruh merupakan suara ledakan yang ditimbulkan saat udara mengembang tiba-tiba merespon panas yang besar akibat loncatan kilat dan kemudian dengan cepat mendingin dan berkontraksi/ menyusut.

Klimatologi semesta

Selubung udara yang menyelimuti bumi mempengaruhi kita dalam berbagai cara. Kadangkala kita menanggapinya dengan tak sadar seperti kita memilih tipe pakaian yang kita pakai, apakah kita perlu membawa payung hari ini/ tidak, dan sebagainya. Pada skala waktu yang lebih luas, rumah kita menunjukkan pengaruh iklim misal pada musim dingin di lintang menengah sampai lintang tinggi rumah kita harus dilengkapi dengan sistem pemanas. Pihak Dinas Pengairan harus merencanakan simpanan air yang cukup untuk mensuplai kebutuhan air selama musim kemarau. Perusahaan kontruksi harus menentukan angin terkuat untuk meyakinkan agar bangunan–bangunan tidak rusak, khususnya di wilayah lintang tengah dan tinggi.
Permasalahan–permasalahan ini merupakan permasalahan–permasalahan klimatologis yang memerlukan “prediksi” keadaan mendatang. Klimatologi modern mencoba mencari jawaban atas pertanyaan–pertanyaan semacam ini.
Sumber energi untuk semua gerak atmosfer adalah matahari. Energi dari matahari dipancarkan melalui atmosfer sampai ke permukaan bumi. Selama melintas tersebut sedikit energi diserap dan digunakan untuk memanaskan atmosfer, tetapi kebanyakan energi diserap permukaan. Ini akan memanaskan atmosfer di atasnya sehingga permukaan menjadi sumber utama pemanasan untuk atmosfer. Jumlah panas sangat bergantung pada tipe permukaan; panas bervariasi spatial dan temporal. Distribusi panas yang tidak sama berpengaruh langsung pada gerak horizontal (angin) dan gerak vertikal yang merangsang timbulnya awan dan presipitasi/ hujan. Energi yang diterima dari matahari tersebut sebagian dikembalikan keluar angkasa. Dari sini kita tahu bahwa hal ini bisa dipandang sebagai sederetan transformasi energi dan pertukaran di dalam dan di antara atmosfer dan permukaan di bawahnya.
Semua proses yang berhubungan dengan aliran energi ini mematuhi hukum–hukum fisika. Jadi untuk memahami bagaimana atmosfer bekerja, kita perlu memahami hukum–hukum fisika yang relevan dan menerapkannya. Karena hukum–hukum ini biasanya dinyatakan secara matematis maka pemahaman dasar–dasar matematis juga diperlukan. Namun demikian, kebanyakan konsep ini dapat dijelaskan dan dipahami tanpa rujukan matematis dan fisis yang mendetail.
Walaupun penggunaan hukum–hukum fisika sangat diperlukan, kita tidak boleh mengabaikan begitu saja efek–efek kimia yang sangat penting. Jelas bagi kita bahwa energi berinteraksi dengan atmosfer bergantung pada komposisi kimianya. Saat sekarang ini atmosfer didominasi oleh nitrogen dan oksigen. Selama evolusi bumi dan atmosfernya, bagaimanapun komposisi tersebut telah berubah. Sebagai contoh: CO2, SO2, NO2, dan O3, berubah sejak evolusi industri. Efeknya pada iklim dapat dilihat.
Iklim sangat bergantung pada kondisi permukaan bumi dan sembarang perubahan pada komposisi permukaan pastilah menjadikan perubahan iklim. Perubahan ini berjalan terus sebagai akibat dari perubahan permukaan laut yang disebabkan oleh arus atau peruntuhannya, sebagai akibat dari perubahan musiman di es dan salju dan sebagai hasil dari perubahan vegetasi. Semua perubahan ini sendiri dipengaruhi oleh kondisi iklim. Oleh karenanya pemahaman utuh tentang iklim juga memerlukan apresiasi dari sejumlah aspek oseanografi, glasiologi dan biologi.
Peningkatan klimatologi sebagai sains sangat terkait dengan peningkatan kemampuan kita dalam mengobservasi atmosfer. Pengamatan–pengamatan baru sering memberikan informasi mendasar yang kita butuhkan untuk memberikan kita pandangan–pandangan baru tentang bagaimana atmosfer bekerja.
Pemahaman tentang atmosfer bertambah selama berabad–abad. Perkembangan barometer dan termometer serta pencatat arah angin dan jumlah curah hujan menambah dimensi kuantitatif pada pengetahuan kita. Akhir abad ke 16 dan awal abad ke 20 kita mampu menggambarkan iklim di sebagian besar daratan dan beberapa bagian lautan secara rasional dan mendetail.
Sejumlah pengamatan tumbuh, serta muncul permasalahan besar yang orang gunakan untuk menggambarkan iklim di bumi. Demikian banyak angka/data dihasilkan sehingga tabulasi sederhana tidak lagi praktis. Nilai bulanan memberikan metode yang cocok. Namun karena nilai bulanan bervariasi dari tahun ke tahun maka diperlukan perata–rataan selama beberapa tahun. Hasilnya adalah perkembangan konsep “iklim normal”: suatu perata–rataan selama jangka waktu sedikitnya 30 tahun.
Rangkuman data spasial menghantarkan kita pada konsep iklim wilayah. Stasiun–stasiun dapat dikelompokkan karena mempunyai nilai normal yang serupa, atau pola normal bulanan yang mirip. Beberapa skema iklim diajukan.
Perkembangan teknologi komunikasi yang cepat juga berpengaruh. Kita bisa memperoleh data dari suatu stasiun dengan cepat, sekaligus dengan analisisnya. Meteorologi penerbangan memerlukan pengamatan udara atas sehingga memicu perkembangan peralatan pengukur dan juga komunikasi yang cepat. Untuk meresponnya maka pengamatan dengan radiosonde diluncurkan. Semuanya itu mendukung pada kemampuan kita untuk memahami proses–proses atmosfer dan meningkatkan kemampuan prediksi cuaca.
Datangnya informasi dari satelit memberikan kita suatu dimensi baru bagi klimatologi. Di masa lalu semua informasi didasarkan pada pengamatan permukaan dan sesaat. Satelit memungkinkan kita untuk pengamatan global dengan cepat dan bahkan gambaran 3D–nya. Satelit memungkinkan kita untuk mengukur fluks energi yang masuk dan meninggalkan atmosfer; informasi yang tidak kita peroleh dari sumber–sumber lain. Informasi baru ini meningkatkan pemahaman kita tentang proses–proses atmosfer, merangsang perkembangan model iklim dan prediksi proses–proses dan perubahan iklim; apalagi didukung oleh perkembangan komputer yang cepat.