Sub sistem atmosfer

Atmosfer merupakan sistem termohidrodinamis dari sistem iklim bumi. Komposisi atmosfer merupakan titik awal kritis untuk memahami sistem iklim. Kondisi termodinamis atmosfer seperti dicirikan oleh tekanan, temperatur dan kelembapan spesifik menunjukkan luasnya pembahasan tentang sifat-sifat  atmosfer. Medan gerak 3D dari atmosfer dihasilkan dari pengaruh kombinasi antara komposisi dan keadaan termodinamika atmosfer. Setiap karakteristik ini merupakan hal penting dalam mendefinisikan iklim bumi.

Atmosfer bumi merupakan selubung gas tipis yang terdistribusi hampir seragam di atas permukaan. Atmosfer kering kebanyakan terdiri dari molekul-molekul nitrogen, oksigen dan sejumlah gas lain. Dalam arah vertikal , 50% massa atmosfer ditemukan sampai pada ketinggian 5,5 km dan lebih dari 99% ditemukan di bawah ketinggian 30 km. Sampai dengan mesopause pada ketinggian kira-kira 78 km, komposisi atmosfer praktis seragam untuk konsentrasi nitrogen, oksigen dan gas mulia lain serta karbon dioksida. Sedangkan uap air terutama terkonsentrasi di troposfer bawah dan ozon terkonsentrasi di stratosfer tengah.

Komposisi atmosfer merupakan determinan utama dari respon iklim bumi terhadap energi radiasi. Molekul nitrogen dan oksigen, gas-gas atmosfer yang paling melimpah, tidak aktif secara radiatif akibat struktur diatomiknya dan tiadanya pergerakan dipole bahkan ketika bergetar sekalipun. Sedangkan gas-gas atmosfer yang penting untuk penyerapan dan emisi energi radian hanya berjumlah kurang dari 1% massa atmosfer.

Sumber: Mc Gregor & Nieuwolt, Tropical Meteorology, John Wiley & Sons, New York, 1998

Air dalam sistem iklim

Air merupakan salah satu isi dalam sistem iklim global dan kuantitas air secara kontinyu bergerak dalam sistem iklim di bumi. Sifat-sifat fisis air menunjukkan bahwa air mempunyai peran utama. Kapasitas termalnya yang tinggi menyebabkan munculnya mekanisme moderasi temperature musim dingin di lintang tengah. Variasi tekanan uap jenuh terhadap temperatur merupakan faktor yang menyebabkan SST di lintang rendah dibatasi oleh evaporasi pada nilai mendekati 29oC, sehingga membatasi temperatur udara di atas  laut tropis pada nilai yang sama. Jumlah energi yang terlibat dalam perubahan fasa mengatur lewatnya energi matahari melalui atmosfer. Karakteristik radiasi infra merah dari  uap air menyebabkannya bertindak sebagai agen penting dalam kehilangan energi dari atmosfer melalui radiasi infra merah ke ruang angkasa. Melalui perannya dalam proses pertukaran energi dan terkait dengan proses-proses dinamis, air merupakan kontributor utama dalam mengatur temperatur atmosfer bebas.

Air secara kontinyu bergerak di antara sub-sub sistem. Pergerakan ini memberikan relokasi kebasahan dan transfer energi baik vertikal maupun horizontal. Namun untuk tujuan praktis kuantitas air berhingga. Dia berubah keadaan atau fase dan bergerak dari satu sub sistem ke sub sistem yang lain. Waktu tinggal di setiap sub sistem berbeda-beda. Rata-rata kebasahan berada di atmosfer dalam 3 hari, tetapi kriosfer bisa menyimpan kebasahan selama puluhan bahkan ratusan ribu tahun. Rata-rata molekul air harus menunggu dalam periode waktu yang sangat panjang di lautan, di lempeng es, atau di akuifer dalam di antara perjalanannya yang singkat di atmosfer.
Sumber: Mc Gregor & Nieuwolt, 1998

Iklim monsoon ekuator

Iklim ini umum terjadi di kebanyakan kepulauan Indonesia, Malasyia, dan PNG serta beberapa kepulauan kecil di timur jauh. Semua area ini terletak di antara kira-kira 10 S dan 8 N sehingga benar-benar merupakan wilayah ekuator. Karakteristik dari wilayah ini adalah campuran antara permukaann daratan dan lautan yang membuatnya benar-benar merupakan kontinen maritim. Campuran lautan dan daratan serta  karakter pegunungan di kebanyakan kepulauan membuat iklim lokal di wilayah ini sangat  bervariasi, terutama yang terpengaruh oleh monsoon dan ketinggian tempat. 

Monsoon timur laut, yang mendominasi sirkulasi di wilayah ini  dari kira-kira  bulan Desember sampai Maret, secara bertahap berubah menjadi angin barat laut di dekat ekuator. Di selatan ekuator, khususnya Jawa, monsoon ini sering disebut dengan monsoon barat atau karena dia membawa curah hujan total yang besar maka dia disebut dengan monsoon basah.

Monsoon barat daya yang terjadi pada kira-kira bulan Juni sampai September merupakan kelanjutan dari angin tenggara di belahan bumi selatan. Di Jawa, ini sering disebut dengann monsoon timur dan karena membawa massa udara yang agak kering ke bagian timur Jawa maka dia disebut juga monsoon kering, suatu karakteristik yang tidak berlaku untuk wilayah Jawa bagian barat.

Di Asia ekuator kedua monsoon ini sangat mirip. Keduanya membawa massa udara yang hangat dan lembap. Ini berhubungan dengan SST yang tinggi di wilayah itu dan lautan di sekitarnya, yang hampir dimana-mana di atas 25 C sepanjang tahun. Hutan hujan ekuator yang rapat di kepulauan-kepulauan ini juga menghasilkan jumlah uap air yang besar. Udara di atas wilayah ini mengandung lebih banyak uap air daripada wilayah ekuator yang lain.

Selama periode antara dua monsoon yang terjadi pada Maret sampai Mei dan September sampai November, angin umumnya bervariasi dan cukup lemah. Faktor-faktor lokal bisa sangat mempengaruhi  distribusi curah hujan akibat massa udara yang hangat dan lembap mendominasi wilayah ini. Massa udara yang hangat dan lembap hanya membutuhkan sedikit pengangkatan agar menghasilkan hujan.

Konveksi, konvergensi, pengangkatan orografis dan sirkulasi lokal dapat terjadi sendiri-sendiri atau bersama-sama untuk menghasilkan curah hujan di wilayah ini. Total curah hujan tahunan mencapai 2000 mm tetapi di banyak area bisa mencapai lebih dari 3000 mm. Perbedaan lokal yang besar ini biasanya dikarenakan oleh karakter pegunungannya. Tidak semua perbedaan ini dapat diketahui dengan baik karena sedikitnya pengamatan hujan di wilayah ini khususnya pada kepulauan-kepulauan kecil.

Distribusi curah hujan diurnal mengikuti pola biasa dimana maksimum siang di daratan dan maksimum malam di atas laut. Stasiun-stasiun observasi di pantai menunjukkan variasi curah hujan yang besar akibat pengaruh lokal dan regional dimana variasi musiman kecil, perbedaan atau selisih diurnal dianggap lebih penting. Jangkauan diurnal temperatur melebihi jangkauan tahunannya dimana-mana di wilayah ini. Dapat dianggap bahwa wilayah ini ideal untuk pertanian; banyak tanaman khususnya padi dapat tumbuh dengan baik. Walaupun umumnya cukup air untuk dua bahkan tiga musim tanaman padi per tahun, namun umumnya padi ditanam pada lahan beririgasi sehingga lebih mudah untuk mengontrol ketinggian air. Tanaman perkebunan lain seperti karet, sawit, teh dan kopi bisa ditanam tanpa periode kering, tetapi produksinya sering tertunda karena hujan.

Sumber: Mc Gregor & Nieuwolt, 1998