Staklim Banjarbaru Article

I. PENDAHULUAN

AWS  (Automatic Weather Stations) merupakan suatu peralatan atau sistem terpadu yang di disain untuk pengumpulan data cuaca secara otomatis serta di proses agar pengamatan menjadi lebih mudah. AWS ini umumnya dilengkapi  dengan sensor, RTU (Remote Terminal Unit), Komputer, unit LED Display dan bagian-bagian lainnya.

Sensor-sensor yang digunakan meliputi sensor temperatur, arah dan kecepatan angin, kelembaban, presipitasi, tekanan udara, pyranometer, net radiometer.

RTU (Remote Terminal Unit) terdiri atas data logger dan backup power, yang berfungsi sebagai terminal pengumpulan data cuaca dari sensor tersebut dan di transmisikan ke unit pengumpulan data pada komputer.

Masing-masing parameter cuaca dapat ditampilkan melalui LED (Light Emiting Diode) Display, sehingga para pengguna dapat mengamati cuaca saat itu  (present weather ) dengan mudah.

BMG telah memasang beberapa peralatan AWS  baik yang terpasang secara terintegrasi (AWS wilayah Jabodetabek) maupun yang berdiri sendiri (tidak terintegrasi). Saat ini AWS yang terpasang di stasiun pengamatan BMG telah lebih dari 70 peralatan dengan berbagai merk (a.l. Cimel, Vaisala, Jinyang, RM Joung dsb), sehingga hal ini relatif cukup sulit jika kita akan melakukan pemeliharaan karena memerlukan beberapa orang yang menguasai peralatan masing-masing merk. Kondisi ini diharapkan tidak mejadi penghalang bagi teknisi BMG untuk menguasai teknologi AWS tersebut justru diharapkan menjadi tantangan untuk dihadapi.

II.        KOMPONEN AWS

2.1. Secara umum AWS dibagi menjadi beberapa bagian utama, yaitu

2.1.1. Sensor

a.         Wind speed

b.         Wind direction

c.         Humidity

d.         Temperature

e.         Solar radiation

f.          Air Pressure

g.         Rain gauge

2.1.2.  Data Logger

2.1.3. Komputer (sistem perekam dan sistem monitor)

2.1.4.  Display (optional)

2.1.5.  Tiang untuk dudukan sensor dan data logger

2.1.6.  Penangkal petir

Spesifikasi teknis dari masing-masing komponen biasanya ditentukan, sesuai dengan dimana AWS tersebut akan dipasang.

2.2. HUBUNGAN ANTAR KOMPONEN AWS

Secara umum semua AWS mempunyai prinsip kerja yang relatif sama, hal ini juga terlihat pada hubungan antar komponen dari AWS tersebut.

Contoh hubungan antar komponen  AWS ada pada gambar 1 dan 2.

Gambar 1. Blok Diagram AWS

Gambar 2. Blok Diagram RM Joung AWS

III. SENSOR

Sensor yang digunakan pada AWS secara umum dibagi menjadi 2 (dua) kelompok sensor, yaitu :

3.1. Primary Sensors

-           Air Temperature 

-           Precipitation

3.2. Secondary Sensors

-           Wind Speed

-           Global Solar Radiation

-           Ground Surface (Skin) Temperature

-           Solar panels & Wind power (optional)

-           Extended Range Operating Envelopes

IV. STANDARISASI PENEMPATAN PERALATAN AWS

Dalam pemilihan dan menentukan penempatan peralatan AWS yang harus diperhatikan adalah sebagai berikut :

Gambar 3. Standarisasi Penempatan AWS

4.1.      Kedudukan standar peralatan AWS

• Di atas tanah yang tertutup rumput pendek atau pada area lokal reperesentatif
• Sensor-sensor meteorologi harus diletakkan jauh dari pengaruh luar seperti bangunan dan pohon (jarak tergantung daripada variabel jenis penghalang).
• Sensor harus diletakkan pada ketinggian yang sama (dan ditempatkan) sesuai dengan peralatan konvensional.
• Jaga kestabilan terhadap lokasi (perubahan tumbuh-tumbuhan, bangunan, dll)

4.2.      Sensor Temperatur dan  Kelembaban

• Diletakkan di bagian dalam dan teduh atau terlindung pada tingginya 1.25 sampai 2.0 m (tidak berventilasi atau yang berventilasi).
• Jenis,bentuk dan warna perisai yang berbeda memberi hasil pengukuran berbeda.
• Untuk perbandingan data dan kompatibel data dapat diinstall seperti pada Gambar 1 dan 2.

4.3. Pengukuran Curah hujan

• Berada pada lokasi terbuka yang kebanyakan instrumentasinya dipasangkan agak jauh dari raingauges.
• Pada ketinggian 1 m di atas tanah akan memberikan hasil yang berbeda dari pengukuran pada ketinggian 3 m atau 30 cm diatas tanah atau di dalam suatu lubang (galian) kecil;

4.4       Pengukuran Angin

• Ketinggian Standart baku adalah 10 m di atas tanah lapang terbuka ( jarak dari penghalang sekitar 10 kali dari tinggi penghalang);
• Kecepatan Angin terukur pada ketinggian rendah adalah + 10 m di atas permukaan tanah.

Diperlukan untuk titik pengamatan lainnya.

Gambar 4. Classic Stevenson Screen

V.       PENEMPATAN SENSOR

Dalam penempatan Sensor-sensor AWS  yang harus diperhatikan /diutamakan agar sensor dapat dipakai sesuai dengan kebutuhan seperti :

• Daerah batas-pengukuran;
• Data representatif;
• Kompatibel Data;
• Ketelitian;
• Kestabilitasan data untuk jangka panjang.

5.1. Daerah batas pengukuran dan data representatif

Di dalam peralatan Klimatologi,  AWS dapat dipasang pada daerah / wilayah yang berbeda (perlu dipertimbangkan luasan cakupan /range pengukuran dan temperatur di daerah Tropis, Lintang tinggi atau daerah kutub ). Selain  itu juga tergantung juga pada kebutuhan pemakai; Seperti pada daerah cakupan / range pengukuran ceilometer CT25K adalah 0-25.000ft sedangkan untuk CT12K adalah 0-12,500 ft saja

5.2.      Kompatibel Data

Dalam rangka mencapai kompatibel data saat penggunaan jenis  sensor yang berbeda , shielding and different exposure sensor yang berbeda dilakukan pada variabel yang sama, koreksi pada saat pengukuran aktual adalah perlu, seperti dalam pengukuran presipitasi atau kecepatan angin pada ketinggian berbeda di atas tanah.

5.3.      Ketelitian

Kedekatan antara hasil suatu pengukuran dan suatu nilai sebenarnya mutlak diperlukan. Untuk itu diperlukan ketelitian operasional yang berbeda, yaitu tergantung dari aplikasi, seperti perbedaan ketelitian jangkauan untuk variabel tertentu. Seperti; Tinggi awan : ketelitian yang diperlukan adalah 10% untuk ketinggian > 100 m, ketelitian jangkauan ( menggunakan CT25K) adalah 50 ft untuk keseluruhan range pengukuran.

5.4. Kestabilitasan data jangka panjang

Kemampuan untuk menyimpan ketelitian hasil pengukuran untuk periode yang lama dan dapat dinyatakan oleh drift ( kestabilitasan kalibrasi sensor terhadap waktu). Stabilitas keakuratan data yang baik dapat menghemat biaya dan waktu.

VI.      Karakteristik sensor

Untuk menghasilkan ketelitian dan ketepatan pengukuran dari suatu sensor perlu dilakukan pengamatan khusus pada sensor AWS seperti :

• Resolusi;
• Repeatabilitas;
• Linearitas;
• Respon Time;
• Drift;
• Histeresis.

6.1.      Resolusi, adalah perubahan terkecil yang terjadi pada sensor untuk dapat mendeteksi. Hal ini merupakan suatu nilai kwantitatif kemampuan untuk  menandakan suatu sensor dapat memberikan nilai terdekat  dengan indikasi kwantitasnya.

6.2.    Repeatabilitas,      adalah kemampuan sensor untuk mengukur suatu variabel lebih dari satu kali dan menghasilkan data / output yang sama dalam kondisi lingkungan yang sama pula.

6.3.      Linearitas, adalah gambaran tentang penyimpangan sensor dari perilaku garis lurus idealnya.

6.4.   Waktu respon, adalah waktu yang dibutuhkan sensor bila terjadi perubahan dengan pengukuran 63% dari perubahannya. Interval waktu antara waktu sesaat ketika stimulus terjadi pada subjek dalam tetapan perubahan kasar dan waktu sesaat ketika waktu respons tercapai dan meninggalkan dalam batas tertentu di sekitar nilai tetapnya ( Steady value ).

6.5. Drift,   adalah kalibrasi kestabilitasan sensor dengan waktu.

6.6. Histeresis,    adalah kemampuan sensor untuk menghasilkan pengukuran yang sama apakah peristiwa yang sedang berlangsung akan terus bertambah atau akan berkurang (Gambar 5).

Gambar 5. Grafik Histeresis

VII.     Akuisisi dan Pengolahan data

7.1.      Sampling sensor output, adalah Sampel pengukuran tunggal, yaitu salah satu dari satu rangkaian  suatu sistem sensor ( satu pengamatan diperoleh dari sejumlah sampel ).

Frekwensi Sampling yang berbeda digunakan :

• Untuk temperatur (5-6 kali suatu menit),
• Untuk wind gust (tiap-tiap 3 detik ), dll.

7.2.     Konversi keluaran sensor, adalah perubahan bentuk nilai-nilai keluaran sensor secara elektronik ke dalam unit parameter meteorologi.

7.3.      Liniarisasi,    jika transducer output tidak sebanding dengan kwantitas saat pengukuran, maka sinyal berbentuk linear, hal ini dapat digunakan sebagai instrument kalibrasi.

7.4.      Smoothing, digunakan untuk meniadakan sekecil mungkin noise ( fluktuasi dan kesalahan acak tidak sesuai untuk pemakaian ini ).

7.5.      Rata-Rata,    digunakan untuk membuang variabilitas-variabilitas kecil yang ada di atmosfir. Hal itu perlu dilakukan untuk memperoleh pengamatan representatif dan kompatibel data dari sensor berbeda.

7.6.     Koreksi,        adalah penyesuaian data untuk menggantikan kesalahan  yang terjadi sepanjang interval pengamatan sebagai akibat efek dari  lingkungan ataupun dari  instrumentasi.

7.7. Perhitungan perolehan data, kalkulasi jumlah statistik (ekstrim, total); data yang diperoleh dari parameter meteorologi (jarak penglihatan, titik embun dari kelembaban).

VIII.       AWS REKAYASA

Pada tahun anggaran 2005 dan 2006 Badan Meteorologi dan Geofisika cq. Pusat Sistem Instrumentasi dan Kalibrasi bekerja sama dengan staf GM ITB dan juga staf dari industri hardware dan software telah melaksanakan kegiatan dibidang rekayasa AWS. Hasil rekayasa AWS tahun 2005 kita sebut dengan AWS MGA-05, sedangkan untuk kegiatan tahun 2006 kita sebut AWS MGA-06.

Gambar 6.a. AWS MGA-05 Rekayasa

Gambar 6.b. Blok Diagram AWS MGA-05 Rekayasa

Gambar 7.a. AWS MGA-06 Rekayasa

Gambar 7.b. Blok Diagram AWS MGA-06 Rekayasa