11 BAB III Landasan Teori Pada Bab ini dibahas mengenai teori dasar yang berkaitan dengan hujan, peralatan pengukur curah hujan, radar cuaca, pemanfaatan radar cuaca dalam estimasi curah hujan menggunakan persamaan Z-R, serta machine learning. III.1 Hujan Hujan adalah sebuah peristiwa presipitasi yang merupakan produk cair ataupun padat yang berasal dari peristiwa kondensasi uap air yang jatuh dari awan hingga ke tanah (WMO, 2021). Hujan yang sampai ke permukaan tanah dapat diukur dengan cara menghitung tinggi air hujan tersebut dengan berdasarkan volume air hujan per satuan luas. Hasil dari pengukuran tersebut dinamakan dengan curah hujan (Lie dkk., 2020). Curah hujan didefinisikan sebagai jumlah seluruh hujan yang sampai ke tanah yang dinyatakan berupa kedalaman air dalam bentuk vertikal yang mencakup permukaan bumi secara horizontal (WMO, 2021). Data curah hujan penting untuk prediksi cuaca, dan data tersebut juga sangat dibutuhkan guna perencanaan khususnya digunakan untuk teknik bangunan air seperti pelabuhan, bendungan, drainase, irigasi, dermaga, dan lainnya sehingga data curah hujan di suatu daerah dilakukan pencatatan yang berkelanjutan untuk menghitung perencanaan yang akan dilakukan. Semakin lengkap data curah hujan yang tersedia maka semakin tinggi keakuratan perencanaan yang dapat dilakukan (Prawaka dkk., 2016). Curah hujan dapat diklasifikasikan berdasarkan intensitas pada tabel III.1. Tabel III.1 Klasifikasi kategori curah hujan di Indonesia menurut BMKG Curah Hujan Kategori (mm/jam) (mm/hari) 1-5 5-20 Ringan 5-10 20-50 Sedang 10-20 50-100 Lebat > 20 > 100 Sangat Lebat 12 III.2 Peralatan Curah Hujan Sistem operasional meteorologi BMKG secara garis besar dikelompokkan menjadi 3 (tiga) bagian, yaitu pengamatan meteorologi, analisis dan pembuatan prakiraan cuaca; dan diseminasi produk prakiraan cuaca (Kristianto dkk., 2018). Dalam menjalankan operasional pengamatan meteorologi, BMKG telah melakukan instalasi perangkat pengamatan cuaca permukaan di seluruh Indonesia, jumlah peralatan yang telah diinstal kurang lebih 1000 peralatan dan jumlah ini dinilai masih kurang ideal untuk kerapatan jaringan pengamatan cuaca se-indonesia (Ariffudin dan Musa, 2022). Kerapatan jaringan peralatan pengamatan cuaca otomatis dapat mendukung dalam peningkatan prakiraan cuaca. Automatic Rain Gauge (ARG) merupakan suatu peralatan pengamatan unsur curah hujan secara otomatis dan merekam data dalam logger secara kontinu dan real-time (Urban dan Strug, 2021). ARG dapat terinstalasi dalam satu set Automatic Weather Station dan juga dapat berdiri sendiri yang terpasang di pos hujan di berbagai daerah seperti pada Gambar III.1. Hal ini bertujuan untuk meningkatkan kerapatan jaringan pengamatan curah hujan. Daun, pasir, debu, kotoran burung, dan gangguan lain adalah faktor yang dapat mengganggu penakar hujan. Pemeliharaan penakar hujan harus sering dilakukan untuk menjamin keakuratan. Keakuratan dapat ditingkatkan menggunakan windshield yang dipasang sekitar penakar hujan (Sevruk dkk., 2009) Gambar III.1 Automatic rain gauge 13 Sistem peralatan Automatic Rain Gauge (ARG) terdiri dari beberapa komponen, diantaranya: 1. Tipping bucket. Tipping bucket adalah alat penakar hujan yang menggunakan prinsip menimbang berat air hujan yang tertampung menggunakan bucket atau ember kemudian disalurkan dengan sebuah skala ukur yang telah ditetapkan berdasarkan pengujian dan kalibrasi. Alat ini memanfaatkan sensor reed switch untuk memberikan masukan atau input berupa pulsa per satuan waktu yang ditentukan dari volume air yang masuk kedalam corong penakar hujan. 2. Data logger. Data logger adalah sebuah alat elektronik yang mencatat data dari waktu ke waktu baik yang terintegrasi dengan sensor dan instrumen di dalamnya maupun eksternal sensor dan instrumen. Secara singkat data logger adalah alat untuk melakukan logging. Logging data adalah proses otomatis pengumpulan dan perekaman data dari sensor untuk tujuan pengarsipan atau tujuan analisis. 3. Catu Daya 4. Perangkat pendukung: Enclosure, Kabel Data, Konektor dan Tiang Penyangga ARG Prinsip kerja penakar hujan tipping bucket adalah menggunakan sepasang takaran yang bergerak jungkat jungkit apabila salah satu sisi takaran terisi dengan air (Syahrul, 2017). Setiap jungkatan mewakili 0,2 mm hujan apabila resolusi sensor yang digunakan 0,2 mm. Jungkatan (tip) tersebut akan dibaca secara elektrik menggunakan reed switch. Sinyal dari reed switch ditransimisikan ke data logger untuk diproses. WMO menetapkan syarat instalasi penempatan alat pengukur curah hujan dalam instalasi peralatan curah hujan agar menghasilkan data yang tepat dan akurat yang tercantum dalam dokumen No. 8 Tahun 2021 tentang Guide to Instruments and Methods of Observation. Ketentuan pemasangan tersebut dibagi menjadi lima kelas, yang dapat dilihat pada gambar di Tabel III.2 dan Gambar III.2. 14 Tabel III.2 Kriteria pemasangan peralatan curah hujan (WMO, 2021) Kelas Kriteria Class 1  Tanah datar, mendatar, dikelilingi area terbuka, kemiringan kurang dari ⅓ (19°). Alat pengukur hujan harus dikelilingi oleh rintangan rendah dengan tinggi seragam, yaitu sudut elevasi sudut antara 14° dan 26° (hambatan pada jarak antara 2 dan 4 kali tingginya).  Tanah datar, mendatar, dikelilingi oleh area terbuka, kemiringan kurang dari ⅓ (19°). Untuk alat pengukur hujan secara artifisial terlindung dari angin, instrumen tidak perlu dilindungi oleh rintangan dengan ketinggian yang seragam. Dalam hal ini, hambatan lainnya harus terletak pada jarak minimal 4 kali tinggi alat. Class 2  Tanah datar, mendatar, dikelilingi oleh area terbuka, kemiringan kurang dari ⅓ (19°).  Rintangan harus memiliki jarak sekurang-kurangnya dua kali tinggi rintangan (sehubungan dengan ketinggian daerah tangkapan dari alat pengukur hujan). Class 3  Lahan dikelilingi oleh area terbuka, kemiringan kurang dari ½ (≤ 30°).  Rintangan harus memiliki jarak yang lebih besar dari ketinggian rintangan. Class 4  Tanah miring (> 30°).  Rintangan harus memiliki jarak lebih dari satu setengah (½) ketinggian rintangan. Class 5 Rintangan ditempatkan lebih dekat dari setengah (½) tingginya (pohon, atap, dinding, dan sejenisnya. 15 (a) (b) (c) (d) (e) Gambar II.2 Kriteria pemasangan peralatan penakar hujan (a) Kelas 1, (b) Kelas 2, (c) Kelas 3, (d) Kelas 4, dan (e) Kelas 5 (WMO, 2021) 16 III.3 Radar Cuaca Radio detection and ranging atau disingkat radar adalah peralatan elektromagnetik yang berguna untuk mendeteksi dan memetakan reflektifitas objek (Sokol dkk., 2021). Pada awalnya, teknologi radar dikembangkan secara masif untuk keperluan militer sebelum dan selama Perang Dunia II (Nanding dan Rico-Ramirez, 2019). Selama perang, operator radar memperhatikan adanya echo pada layar radar yang disebabkan oleh fenomena cuaca. Setelah perang, para ilmuwan mempelajari dan mengembangan radar.