Sejarah Keilmuan Klimatologi Berdasarkan Siklus Khun

Thomas S. Khun dalam buku The Structure of Scientific Revolutions mengulas perkembangan ilmu pengetahuan berdasarkan sejarahnya. Dari sejarah yang diungkap akan terlihat dengan jelas bahwa perkembangan suatu ilmu membentuk suatu siklus yang disebut dengan siklus Khun. Siklus Khun ini berawal dari pre-paradigma menjadi paradigma, lalu paradigma membentuk normal sains, normal sains mempunyai anomali, anomali mengalami suatu krisis, krisis kembali membentuk paradigma yang dapat dikatakan sebagai paradigma baru lalu berlanjut menjadi normal sains dan begitu seterusnya. Siklus Khun inilah yang kita coba untuk mengurai perkembangan ilmu sesuai dengan sejarah keilmuan terutama keilmuan Klimatologi.

Secara sederhana Klimatologi adalah studi mengenai iklim yang merupakan bagian dari sains atmosfer. Parameter iklim ini terdiri dari curah hujan, suhu, kelembapan, angin, radiasi matahari, penguapan dan tekanan udara. Semua parameter iklim inilah yang dapat menjelaskan tentang dinamika atmosfer terutama atmosfer bumi. Dari sisi sejarah dapat kita lihat perkembangan studi iklim ini antara lain:

• Pre-paradigma

Pada bagian ini Klimatologi kita namakan sebagai ilmu tua, dinama pada periode ini manusia belajar memahami lingkungannya dengan memberikan simbol-simbol tertentu. Memberikan nama-nama dewa sebagai suatu unsur iklim, seperti Dewa Boreas (Yunani) sebagai dewa pengatur angin. Dewa Ra (Mesir kuno) dan Batara Surya (Jawa) untuk pengatur matahari. Dewa Yupiter Pluvius (Romawi) dan Batara Narada (Jawa) untuk pengatur hujan dan lain sebagainya. Pada periode ini parameter iklim tidak lahir dari penjelasan ilmiah tetapi lahir dari mitos-mitos.

Pada era ini sangat dipercaya bahwa yang mengatur angin, matahari dan hujan adalah dewa-dewa tersebut. Jika suatu negeri dilanda kekeringan, maka dilakukanlah suatu prosesi minta hujan dengan memberikan semacam sesajian kepada dewa hujan, agar dewa tersebut berkenan menurunkan hujan. Begitu juga dengan unsur iklim lainnya. Manusia primitif sangat dipengaruhi oleh fenomena-fenomena cuaca dan iklim ini tetapi tidak dapat menjelaskan dengan logika bagaimana fenomena itu terjadi. Orang-orang Indian di wilayah Amerika masih memanggil hujan dengan melakukan tari-tarian sebagai bentuk komunikasi dengan dewa. Di Indonesia sendiri seperti di daerah Jawa masih melakukan ritual memohon hujan dengan mengadakan pertunjukan wayang kulit yang bercerita tentang mitos-mitos memohon hujan.

• Paradigma

Para filsuf yang berasal dari Yunani kuno sangat menunjukkan ketertarikannya terhadap ilmu iklim ini terutama Klimatologi dan Meteorologi. Terbukti dari penamaan kedua disiplin ilmu tersebut yang berasal dari istilah Yunani. Klimatologi berasal dari kata Yunani, Klima dan Logos yang berarti ilmu yang mempelajari tentang kemiringan khayal bumi.

Seorang Yunani yang bernama Parmenides yang hidup diabad kelima sebelum masehi sudah bisa membagi dunia menjadi 5 zona iklim, antara lain: torrid, utara sedang, selatan sedang, utara beku dan selatan beku. Dilihat dari penamaan 5 zona iklim tersebut, berkemungkinan torrid adalah iklim di equatorial. Untuk utara sedang dan selatan sedang adalah daerah iklim sub tropis bumi bagian utara dan selatan. Sedangkan untuk zona utara beku dan selatan beku adalah iklim kutub utara dan selatan. Selain itu ada dua orang Yunani lain nya yang menunjukkan ketertarikan dengan ilmu iklim ini, yakni Hippocrates dan Aristoteles. Hippocrates menulis buku klimatologi kesehatan sekitar 400 tahun sebelum masehi dengan judul Air, Water and Places. Sementara Aristoteles menulis buku Meteorologica yang ditulis 350 tahun sebelum masehi.

Berabad-abad lamanya pembicaraan tentang cuaca dan iklim ini dikembangkan dalam hal hubungan antara hujan, angin, badai dan keadaan atmosfer lainnya sampai ke bidang Astronomi seperti posisi bulan dan orbit bumi. Sekitar abad ke sebelas masehi, ilmuwan China yang bernama Shen Kuo mengemukakan bahwa iklim secara alami bergeser dalam kurun waktu tertentu. Kesimpulan itu dia dapatkan setelah mengamati hutan bambu yang terawetkan oleh cuaca di kawasan tertentu. Pengamatannya ini menggambarkan adanya perulangan atau siklus iklim meskipun hanya menggunakan logika dan belum dilakukan dengan metoda ilmiah. Periode pengamatan ini berakhir di penghujung abad ke-16, dimana mulai ditemukannya alat-alat ukur dan hasil pengukurannya menjadi dasar dalam menguraikan iklim secara lebih rinci dan untuk dianalisa menggunakan cara-cara ilmiah tentang fenomena cuaca yang ada.

• Normal Sains

Dua alat ukur yang menandai dimulainya titik balik dalam pengetahuan tentang perubahan-perubahan yang ada di atmosfer yakni Termometer dan Barometer Air raksa. Tahun 1593 seorang ahli yang bernama Galileo membuat termometer dan tahun 1643 muridnya Toricelli menemukan prinsip-prinsip barometer air raksa. Penyempuranaan alat-alat ini terus-menerus berlangsung sampai ditemukannya alat pengukur cuaca yang lebih baik. Secara cepat pengamatan dengan alat-alat dapat dikerjakan dan dicatat serta memungkinkan data cuaca yang diperoleh untuk tempat dan waktu yang berbeda.

Pada tahun 1686 Edmund Halley menerbitkan peta iklim yang pertama berisi tentang angin pasat dan angin musim. Pada tahun 1800 pengamatan cuaca dilakukan secara serentak, tetapi masih terbatas yaitu baru pada 12 tempat di Eropa dan 5 tempat di Amerika Serikat. Perubahan terbesar dalam penggunaan data meteorologi terjadi setelah berkembangnya telegraf dalam tahun 1830 yang merubah cara pendataan cuaca dan iklim.

Di negeri Belanda Buys-Ballot seorang guru besar di Universitas Utrecht mulai dengan kompilasi peta cuaca harian dalam tahun 1852. Admiral Fitzboy membuat formulasi pertama-tama tentang hubungan tekanan udara dan hujan angin (storm) dan membuat peramalan yang teliti tentang hujan angin di Inggris atas dasar peta cuaca dalam tahun 1861. Di Amerika Serikat Institut Smithsonia mulai mengumpulkan data cuaca dan kemudain mengeplotnya dalam peta pada tahun 1865. Sedangkan Cheveland Abbe membuat peta peramalan pada tahun 1869-1870. Dalam abad ke-19 penemuan beberapa prinsip yang berhubungan dengan masalah gas dan perputaran atmosfer bertindak sebagai dasar untuk meteorologi teori. Kira-kira dalam tahun 1850 Heinrich Wilhelm Dove dari Jerman mengembangkan suatu pendapat bahwa hujan angin terjadi jika udara dari daerah tropika dan kutub datang bersama-sama. Pengkajian tentang peta iklim dunia dan arus laut yang dikerjakan Mattew Maury di Amerika Serikat memungkinkan mengurangi waktu berlayar dari Inggris ke Australia dari empat bulan menjadi tiga bulan. Dalam perang saudara di Amerika Serikat Sir Francis Galton dari Inggris mengemukakan adanya antisiklon di daerah lintang tengah.

Dalam tahun 1857 Buys-Ballot mengumumkan hukumnya yang terkenal dengan agihan (distribusi) angin dalam hubungannya dengan tekanan udara. Dimana angin akan mengalir dari tempat bertekanan tinggi ke tempat yang bertekanan rendah. Angin yang datang dari belahan bumi utara dibelokkan ke kanan, sedangkan angin yang datang dari belahan bumi selatan akan dibelokkan ke kiri.

Pengamatan-pengamatan yang dilakukan hampir tidak mengalami perubahan sampai abad ke-19.

• Anomali

Meskipun ada perubahan-perubahan cara pengamatan serta ada penambahan jumlah alat. Namun sampai abad ke-19 ini khususnya untuk daerah-daerah pedalaman dan lautan jumlah alat pengukur cuaca ini masih sangat terbatas. Apalagi untuk negara-negara yang masih terbelakang. Sehingga daerah tersebut tidak dapat diperoleh data pengamatan cuaca. Hal inilah yang memunculkan anomali.

• Krisis

Sebagian besar hukum-hukum perkiraan cuaca yang terdahulu hanya dapat dimanfaatkan secara lokal, oleh karena didasari pada kebiasaan keadaan sekeliling dan rata-rata pola cuaca daripada analisa gerakan-gerakan atmosfer secara umum. Ada kesenjangan data dan alat ukur yang ada belum dapat menjangkau kekurangan ini. Sampai dengan Perang Dunia I, kemajuan dalam hal pengembangan jumlah dan kualitas pengamatan dan pencatatan, akan sangat penting sebagai dasar untuk pengkajian teori tentang meteorologi dan klimatologi. Namun tetap saja tidak menjawab persoalan yang ada.

Seiring berkembangnya kemajuan teknologi, orang menemukan pesawat terbang dan radio. Penemuan inilah yang memegang peranan penting terhadap kekurangan yang ada sebelumnya yaitu ketika orang dapat mencapai atmosfer bagian atas.

Pada akhir Perang Dunia I Vilhem Bjerknes dan anaknya Jacob mengemukakan teori front di Norwegia. Di Amerika Serikat hal ini diikuti dengan pengkajian intensif tentang udara lapisan atas di bawah pimpinan Carl-Gustan Rossby, penerbangan merupakan sarana sangat penting, karena dapat mengamati udara bagian atas.

• Paradigma Baru

Untuk keperluan observasi meteorologi, pesawat terbang diganti oleh balon, roket, dan satelit serta alat-alat elektronik lainnya yang mengembangkan pengetahuan udara bagian atas sampai tempat yang cukup tinggi.

Sebagai hasilnya adalah teori-teori tentang perputaran atmosfer seperti perubahan iklim dan perubahan cuaca harian yang menyebabkan makin meningkatnya penggunaan informasi sifat-sifat fisika, kimia dan kelistrikan atmosfer bagian atas. Perkiraan cuaca yang semula hanya melihat pengamatan-pengamatan permukaan (surface observation) pada setengah abad yang lalu, sekarang telah berkembang pesat dengan menampilkan atmosfer tiga dimensi.

Penelitian cuaca dan iklim sekarang ini telah meluas, mulai dari penelitian keadaan atmosfer pada lapisan yang tinggi dan sampai pada pengkajian yang terperinci/teliti untuk lapisan udara yang sangat tipis dekat permukaan tanah, air dan/atau tanaman. Di sinilah ilmu meteorologi dan klimatologi sampai pada tingkat perkembangan yang sesungguhnya dengan ditandai tumbuhnya penggunaan praktis atas penemuan dan tekniknya dalam aktivitas manusia.

Pengetahuan tentang cuaca dan iklim bisa dimanfaatkan dalam pemecahan masalah yang cukup tersebar, seperti desain terbaik untuk rumah tempat tinggal, waktu tanam terbaik untuk tanaman, pakaian terbaik untuk angkatan perang yang cocok untuk seluruh dunia, menentukan keadaan yang cocok untuk peluncuran kendaraan ruang angkasa dan lain sebagainya.

Penulis: Dr. Nofi Yendri Sudiar/dosen Fisika Universitas Negeri Padang.