Bagaimana hujan bisa turun dari awan?

Bagaimana hujan bisa turun dari awan? – Hujan terjadi melalui proses kondensasi di mana uap air berubah menjadi butiran air atau kristal es di awan, kemudian jatuh ke bumi karena gravitasi ketika massa butiran tersebut mencapai titik kritis sekitar 0.5 mm.

Mekanisme Fisika di Balik Terbentuknya Awan

Sebelum hujan turun, awan harus terbentuk terlebih dahulu melalui kombinasi antara penguapan dan penurunan suhu di atmosfer. Sistem ini mengikuti prinsip termodinamika yang ketat di mana tekanan dan suhu saling mempengaruhi.

Proses Evaporasi dan Adveksi

Saat matahari memanaskan permukaan bumi pada suhu rata-rata 28°C – 32°C, air dari laut, danau, dan sungai menguap menjadi gas (H₂O). Uap panas ini naik ke atas melalui mekanisme adveksi vertikal, membawa energi kinetik sekitar 0.6 kJ/g.

Kondensasi di Lapisan Troposfer

Ketika udara naik mencapai ketinggian 2-4 km, suhu turun drastis sesuai lapse rate sebesar 6.5°C per km. Pada titik ini, uap air mulai mengembun menjadi titik-titik awan mikro dengan diameter 10-20 mikrometer di sekitar partikel debu atau aerosol sebagai inti kondensasi.

Karakteristik Butiran Hujan dan Gravitasi

Agar awan bisa menghasilkan hujan, butiran air di dalamnya harus tumbuh cukup besar untuk melawan gaya angin yang naik (updraft). Ini adalah pertarungan antara massa butiran dan gaya gravitasi bumi.

Proses Koalesensi Butiran Air

Butiran air kecil saling bertabrakan dan menyatu (koalesensi) membentuk butiran yang lebih besar. Butiran hujan dewasa memiliki diameter optimal antara 0.5 mm hingga 4 mm. Di bawah 0.5 mm, butiran akan terbawa angin dan menguap lagi sebelum sampai tanah.

Kecepatan Jatuh Terminal

Semakin besar ukuran butiran, semakin cepat jatuh. Butiran berdiameter 1 mm jatuh dengan kecepatan 4 m/detik, sementara butiran 4 mm bisa mencapai 9 m/detik. Namun, jika terlalu besar (di atas 5 mm), butiran akan pecah karena gesekan udara.

Jenis Presipitasi Berdasarkan Suhu Awan

Tidak semua hujan turun sebagai cairan. Bergantung pada suhu awan dan lapisan atmosfer di bawahnya, hujan bisa berbentuk berbeda-beda.

Hujan Basah (Rain)

Terjadi ketika suhu di seluruh lapisan atmosfer dari awan ke tanah berada di atas 0°C. Butiran air jatuh tanpa mengalami pembekuan. Ini adalah bentuk hujan paling umum di daerah tropis dengan intensitas 0-50 mm/jam.

Salju dan Hujan Es

Jika suhu awan di bawah -15°C, uap air langsung menyublim menjadi kristal es heksagonal. Jika suhu lapisan bawah tetap di bawah 0°C, ini menjadi salju. Jika kristal es jatuh melalui lapisan udara hangat dan mencair sebagian, terjadilah hujan es (hail) dengan kecepatan jatuh hingga 100 km/jam.

Studi Kasus: Analisis Curah Hujan

Berikut adalah data aktual dari sistem hujan yang terjadi di berbagai wilayah untuk memahami variabel fisikanya.

1. Kasus Hujan Tropis: Di Jakarta, intensitas hujan konvektif bisa mencapai 80 mm/jam karena tingginya kadar uap air (RH > 85%) dan proses koalesensi yang sangat cepat di awan kumulonimbus setinggi 12 km.
2. Kasus Hujan Salju Pegunungan: Di puncak Gunung Fuji (3.776 mdpl), suhu udara -5°C menyebabkan presipitasi berupa butiran salju berbentuk bintang (dendrit) dengan massa sekitar 0.001 gram per butir, terbentuk melalui proses sublimasi langsung dari uap air.