Indeks ketidaknyamanan

Banyak peneliti membuat diagram, klasifikasi atau indeks temperatur-kelembapan untuk meninjau tingkat stress pada kondisi tertentu. Indeks ketidaknyamanan (discomfort index) atau indeks temperatur-kelembapan (THI) memberikan evaluasi yang mudah yang menggambarkan derajat ketidaknyamanan dari berbagai kombinasi temperatur dan kelembapan. Menurut kantor cuaca USA, rumusan berikut digunakan untuk menyatakan indeks ketidaknyamanan:

DI = 0,4 (T + Td) + 15       atau DI = T – 0,55 (100,01 RH)(T – 58)

Dalam hal ini T adalah temperatur udara (oF); Td adalah temperatur titik embun (oF) dan RH adalah kelembapan relatif (%).

Dengan menerapkan hubungan ini, ditemukan bahwa indeks di bawah 70 menunjukkan kenyamanan dan di atas nilai tersebut menunjukkan ketidaknyamanan. 50% orang yang diuji merasa tidak nyaman pada nilai indeks 75, sedangkan di atas 80 kebanyakan orang mengalami berbagai macam ketidaknyamanan. Nilai 85 pada indeks ketidaknyamanan (THI) digunakan oleh beberapa kantor pemerintah di USA untuk meliburkan pekerja karena ketidaknyamanan akut yang dialami oleh kebanyakan orang. Nilai-nilai ini tentu saja telah dikembangkan dengan mengujikan kepada  penduduk USA di lintang tengah dan mungkin akan berbeda dengan kondisi di wilayah Indonesia.

Indeks yang lain yakni temperatur global bola basah (wet bulb globe temperature WBGT) yang merupakan temperatur yang dapat secara aktual diukur dengan menyelimuti thermometer global dengan kain kaos yang dibasahi. WBGT biasanya didekati dari hubungan sederhana ini :

WBGT = 0,2 tg + 0,1 ta + 0,7 tw

Dimana tg adalah temperatur global kering (oC); ta adalah temperatur udara bola kering (oC) dan tw adalah temperatur bola basah (oC).

Marinir USA telah menggunakan indeks ini untuk mengatur aktivitas luar ruangan pada kondisi panas. Mereka menemukan bahwa dengan WBGT di atas 29,5oC aktivitas di luar ruangan seharusnya dibatasi hanya beberapa jam sehari, sedangkan bila lebih dari 31oC maka kegiatan di luar ruangan seharusnya ditunda. Hal ini untuk mengurangi masalah akibat stress panas.

Reaksi manusia terhadap kondisi temperatur dan kelembapan sangat dipengaruhi oleh kecepatan angin. Bila angin kencang maka akan lebih banyak udara basah yang  hangat di dekat permukaan kulit dipindahkan, evaporasi terjadi, sehingga seseorang akan merasa menjadi lebih dingin. Pada kondisi dingin maka makin besar kecepatan angin yang memindahkan lapisan udara yang dipanaskan di sekitar tubuh. Peningkatan kehilangan panas ini menghasilkan apa yang disebut sebagai efek “windchill”.

Windchill adalah ukuran kuantitas panas yang dapat diserap oleh atmosfer dalam waktu satu jam dari permukaan 1 meter persegi. Siple dan Passel (1945) memberikan rumus sebagai berikut:

K = ( √100 v + 10,45 – v)(33-ta)

Dimana v adalah kecepatan angin (m/s), ta adalah temperatur udara (oC), K adalah daya pendinginan total atmosfer yang terlindung dan tanpa memperhitungkan evaporasi (kg cal/m2 jam)

Seringkali temperatur ekuivalen windchill digunakan untuk menggantikannya. Temperatur ini adalah temperatur pada kondisi kecepatan angin kecil (2,2 m/s) yang sama dengan daya pendinginan untuk kombinasi temperatur aktual dan kecepatan angin. Indeks windchill telah secara luas dipelajari dan digunakan. Indeks ini  mempunyai keterbatasan namun masih bisa digunakan dengan syarat: (1) ia hanya berlaku untuk kehilangan panas dari permukaan kulit yang tidak terlindungi, (2) ia tidak memperhatikan kehilangan panas akibat respirasi, (3) ia tidak dapat digunakan untuk kecepatan angin lebih dari 20 m/s. Temperatur permukaan kulit diasumsikan 33oC. Radiasi matahari gelombang pendek dianggap mengurangi kehilangan panas atau mengurangi efek windchill. Cahaya matahari di lintang tengah bisa menambah sebesar 100-200 kg cal/m2 jam kepada seseorang dan mengurangi nilai kehilangan panas sebesar itu bila diagram tersebut diterapkan pada kondisi tidak terlindung.

Sumber: John R. Mather, Climatology fundamentals and applications, Mc Graw Hill Inc, 1974

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