7
Gambar 4. Pola Kepulan Cerobong yang Terbentuk pada Berbagai Kondisi Stabilitas Atmosfer Sumber : Geiger dan Todhunter, 1995
yang rendah akan menyebabkan konsentrasi polutan di atmosfer meningkat. Hal ini
dikarenakan RH menghalangi pema nasan surya terhadap permukaan.
Selain itu, konsentrasi partikel tersuspensi yang
meningkat di udara juga akan berakibat pada berkurangnya
jarak pandang visibility karena udara yang berkabut dan berasap
Oke 1987.
II.6.5. Radiasi Matahari
Radiasi mempengaruhi pencemaran udara secara langsung dan tidak langsung.
Secara langsung radiasi mempengaruhi proses -proses kimia di atmosfer dengan
interaksi antar molekul yang bertindak sebagai fotoaseptor Bibbero dan Young,
1974, Seperti aldehid, asam nitrit HNO
2
dan Ozon O
3
, yang berlangsung efektif pada siang hari dengan bantuan sinar
matahari, dan secara tidak langsung sebagai energi penggerak udara akibat perbedaan
pemanasan permukaan sehingga menimbulkan angin dan turbulensi kemudian
mempengaruhi terjadinya inversi dan stabilitas udara.
II.6.6. Hujan
Hujan merupakan faktor utama dalam pembersihan atmosfer. Proses pembersihan
ini terjadi melalui dua mekanisme, yaitu rain out dan wash out. Rain out terjadi pada saat
proses kondensasi dengan partikel pencemar sebagai butir kondensasi, sedangkan wash
out terjadi pada saat air hujan dalam perjalanannya ke bumi bereaksi den gan
partikel-partik el pencemar Liu dan Liptak, 2000.
II.7. Model Matematis dalam Pendugaan
Polusi Udara.
Konsentrasi serta pola dispersi polutan dapat di duga dengan menggunakan model
matematis. Model tersebut diklasifikasikan berdasarkan bentuk sumber emisi, seperti
sumber titik, garis atau wilayah, serta selanjutnya dibedakan pula berdasarkan
kekontinuan emisi juga kondisi sekitarnya, seperti gedung-gedung atau bangunan tinggi,
adanya pegunungan disekitar cekungan, perempatan jalan, jalan bebas hambatan dan
sebagainya. Bagi polutan-polutan yang bereaksi secara kimia terdapat juga model-
8
model penduga sendiri, dan pada umumnya merupakan model yang kompleks. Dibawah
ini ada beberapa model yang digunakan untuk memprediksi konsentrasi dan
sebarannya dari beb erapa tipe model Benarie, 1980 antara lain :
1. Model Fisik : - Terowongan Angin wind tunnel
- Saluran Air Liquid Flume - Tangki Towing Tank
2. Model Matematik : a. Empirik–Deterministik :
- Kotak –Euelerian - Statistik–Rollback
b. Semi-empirik : - Gaussian Plume-Kepulan
- Lintasan-Moving Cell c. Numerik-Reaktif
- Box Jamak-Lagrangian - Grid -Eulerian-Finite Difference
- Partikel; Partikel dalam sell d. Polusi Global
e. Jarak Pandang f. Dosage-Exposure
Model yang cocok untuk memprediksi konsentrasi polutan oleh kendaraan bermotor
yaitu model sumber garis Gaussian dan model kotak Box-Model.
II.7.1. Model Gauss
Model Gauss yang sering digunakan adalah Point Source Gaussian model Gauss
dari satu titik sumber. Model Gauss dapat menentukan konsentrasi polutan pada
beberapa titik dalam suatu ruang. Model Gauss ini menggunakan beberapa asumsi
sebagai berikut :
• Laju
emisi polutan dianggap konstan relatif tetap
• Rata-rata kecepatan angin dan
arahnya adalah konstan •
Sifat kimia dari senyawa yang dikeluarkan adalah stabil dan tidak
berubah di udara •
Daerah sekitar sumber pencemar adalah datar dan terbuka
• Pergerakan polutan searah dengan
arah angin yang disebabkan oleh pergerakan angin rata-rata sebagai
bentuk pengangkutan disebut adveksi. Sedangkan fluktuasi acak
dalam angin yang menyebabkan materi tersebar dalam arah tegak
lurus terhadap arah angin desebut difusi.
Gambar 5. Penyebaran Polutan pada Sumber
Titik dengan Metode Gauss Sumber : Oke, 1978.
Model Gauss menerangkan konsentrasi polutan senyawa searah arah angin
downwind dari sumber. Beberapa penyelidikan empiris dilakukan untuk
menguji validasi Model Gauss dari satu titik sumber Gambar 5. Selanjutnya, hasil
pendugaan model dibandingkan dengan data pengukuran di lapang. Berbagai studi
validasi model ini diterapkan untuk gas CO, SO
2
dan partikulat menunjukkan pendugaan konsentrasi polutan yang ‘hampir mendekati’
reasonably close dengan nilai hasil pengukuran. Dalam konteks ini, nilainya
hampir mendekati nilai hasil pendugaan rata-rata sekitar 50 dari nilai-nilai hasil
pengukuran.
Ketep atan dari pendugaan Model Gauss akan menurun den gan nyata jika terjadi
penyimpangan dari kondisi yang digunakan dalam persamaan, misalnya adalah kecepatan
angin yang konstan. Karena Model Gauss ini tidak menghitung reaksi kimia yang terjadi
antara NO
x
dan HC, maka model ini tidak dapat digunakan untuk menduga fotokimia
oksidan. Pengembangan lebih lanjut dari Model Gauss ini adalah untuk menduga
pengaruh pembuangan polutan gas dengan konstan dari sumber garis line sources,
yaitu emisi dari kendaraan bermotor di jalan raya.
Persamaan model Gauss Cooper dan Alley, 1994 :
Cx,y,0=
π 2
K
x
π 2
1
∫
2 1
exp
B B
2
2
B −
dB 1
9
u
K =
z
u q
σ
{exp
− −
2
2
2
z
H z
σ
+ exp
+ −
2
2
2
z
H z
σ
} 2 B =
y
y σ
3
Cx,y,o = Konsentrasi permukaan gm
3
q = Laju emisi gs ó
y ,
ó
z
= Standar deviasi kepulan u = Kecepatan angin ms
H = tinggi sumber emisi m x,y = arah penyebaran m
Persamaan dari model Gauss ini
digunakan sebagai dasar model prediksi untuk sumber garis lainnya, antara lain :
a Model Highway Model ini biasanya digunakan untuk
memprediksi konsentrasi polutan non reaktif di
jalan raya. Persamaan matematis yang dibangun adalah milik
CALINE3 Benson, 1979 dalam Liu dan Liptak, 2000. Model ini mengasumsikan
kondisi selalu tetap s teady sate , baik emisi maupun kondisi meteorologinya.
Model ini dapat memprediksi konsentrasi per-1jam sampai 24-jam jenis jalan di kota
maupun pedesaan, seperti tanjakan jembatan dan jalan dua arah. Selain itu
diasumsikan juga seluruh jalan memiliki topografi yang datar. Beberapa arah angin
dan orientasi jalan dapat dimodelkan. Polutan primer dapat di modelkan,
termasuk zat partikulat yang mana model ini memperhitungkan pengendapan.
b Model Breezeway
Model ini dapat memprediksi konsentrasi dan dispersi polutan inert. Persamaan
matematis yang dibangun adalah
CAL3QHC CALINE3 with HOT SPOT CALCULATION. Penerapan dari model
ini adalah pada perempatan jalan dengan memprediksi panjang antrian dan
kontribusi emisi dari kendaraan di dalam antrian idle emission.
Model ini memperhitungkan waktu fase lampu lalu -
lintas Liu dan Liptak, 2000.
II.7.2. Box Model Urban Box Model
Box model digunakan untuk menduga rata-rata konsentrasi polutan di suatu daerah,
yang disumsikan sebagai kotak dimana sumber emisi tersebar merata di permukaan
bawah kotak. Selanjutnya, polutan dibawa dan didistribusikan dari daerah sumber oleh
gerak lateral sesuai dengan arah angin. Model ini menganggap suatu wilayah dan
kota sebagai suatu kotak. Yang didalam kotak tersebut terjadi sebuah aktivitas yang
menghasilkan gas emisi. Model ini memperhitungkan faktor meteorologi berupa
arah dan kecepatan angin, serta ketinggian mixing height boundary layer. Ilustrasi
urban box-model dapat dilihat pada Gambar 6.
Dalam perhitungannya diberlakukan beberapa asumsi-asumsi. Model ini
mempunyai persamaan kesetimbangan : Laju Akumulasi :
= Laju Semua Aliran Masuk – Laju Semua
Aliran Keluar + Laju Pembentukan – Laju Penghilangan
C h Q l
p Gambar 6. Ilustrasi Urban Box-Model
Box model memiliki beberapa asumsi dalam penggunaannya, yaitu antara lain
Hassan dan Crowther, 1998 : 1. Pemukaan kota berukuran panjang p dan
leb ar l. 2. Laju emisi polutannya konstan relatif
tetap. Udara yang bergerak dibatasi dari atas oleh lapis an udara yang stabil pada
ketinggian h. Udara yang bergerak juga dibatasi pada arah tegak lurus terhadap
kecepatan angin.
3. Kondisi yang selalu tetap steady state, baik
emisi, kecepatan angin dan karakteristik udara untuk pengeceran yang
nilainya tidak ber variasi terhadap waktu, lokasi dan ketinggian tempat .
4. Tidak ada polutan yang masuk atau keluar melalui bagian melalui kedua sisi yang
sejajar dengan arah angin. 5. Sifat polutan adalah stabil, tidak terurai
selama berada di udara dalam kota. Asumsi aliran udara masuk dan laju emisi
konstan menunjukkan kondisi steady -state, implikasinya laju akumulasi adalah nol. Laju
pembentukan dan laju penghilangan sama dengan nol.
a
Laju aliran polutan yang masuk terdiri
dari dua komponen: laju aliran polutan yang dibawa oleh angin melalui bidang
masuk, besarnya u.l.h.Co.
10
u.l.h adalah volume udara yang melalui bidang batas sisi masuk kotak per satuan
waktu [volwaktu]. Jika besaran ini dikalikan konsentrasi [massavol] akan
diperoleh laju aliran massa [massawaktu]. Co sebagai konsentrasi background.
b Laju aliran polutan yang diproduksi oleh
kota, yaitu Q . Konsentrasi di seluruh kota nilainya konstan, misalnya C Polutan
hanya dapat keluar kotak melalui satu sisi, yaitu sisi keluar. Jadi laju aliran keluar
adalah u.l.h.C
Konsentrasi polutan yang dilepaskan di udara ambien dengan Box Model diperoleh
dengan menggunakan persamaan berikut: :
t plhC
∂ ∂
= Qpl – Cuhl 4 Untuk keadaan steady state C t = 0;
maka perhitungannya menjadi : C =
uh Qp
5 Dimana,
C = rat a-rata konsentrasi polutan dalam kotak pada kondisi yang selalu tetap
steady state. gm
3
Q = laju emisi polutan per unit area gm
2
s u = kecepatan angin rata-rata harian ms
h = tinggi lapisan pencampuran m p,l = dimensi horizontal kotak m
Unsur meteorologi yang digunakan dalam box model ini adalah berupa arah dan
kecepatan angin per jam. Arah dan
kecepatan angin ini yang kemudian akan menentukan besarnya konsentrasi CO yang
berada di dalam kotak. Konsentrasi CO berban ding terbalik dengan kecepatan angin.
Semakin besar kecepatan angin maka semakin besar pula emisi yang terbawa
keluar kotak dan semakin jauh juga emisi CO terbawa dari sumbernya. Maka secara
langsung kecepatan angin besar pengaruhnya terhadap proses transportasi dan difusi
penyebaran polutan Hassan dan Crowther, 1998.
Box-Model Tipe ‘street canyon’
Box-model untuk ‘street canyon’ telah banyak digunakan untuk memprediksi
konsentrasi polutan inert di jalan yang pada ke dua sisinya berdiri gedung-gedung tinggi
dan tersusun rapat . Model ini selain sederhana, juga pada hasil perhitungannya
jika di buat grafik perbandingan dengan nilai CO hasil observasi mempunyai trend yang
cukup baik. Seperti prediksi yang dilakukan oleh Hasan da n Crowther sepanjang tahun
1979 Hassan dan Crowther, 1998. Menurut Qin dan Kot 1993 perbandingan tinggi
gedung dan lebar jalan untuk model ‘street can yon’ sekitar 1,5 – 2.
Model ini dibuat berdasarkan analisis kondisi meteorologi, beban emisi yang di
perkirakan dari data lalu-lintas, juga konsentrasi hasil pengukuran observasi.
Box-Model merupakan penyederhanaan dari model dengan sumber garis yang telah
ada Model Gauss . Model ini model yang paling sederhana untuk memprediksi
konsentrasi polutan pada sumber garis. Dengan mempertimbangkan sebuah volume
control yang digambarkan oleh sebuah ‘street canyon’ dan mengaplikasikan prinsip
konservasi massa dari polutan yang ada di dalam volume control.
Model ini tidak menjelaskan secara eksplisit proses fisik dan dinamik yang ada di
atmosfer. Tapi hanya memperhitungkan aspek arah dan kecepatan angin, laju emisi,
dimensi kotak dan juga parameter model empirik untuk memprediksi konsentrasi per
jam dari polutan Hassan dan Crowther, 1998.
Telah di ketahui model ini merupakan pendugaan konsentrasi polutan dalam sebuah
kotak yang di analogikan sebagai ‘street canyon’. Dimensi terdiri dari panjang kotak
panjang jalan p, lebar kotak lebar jalan l dan tinggi kotak tinggi gedung di kedua sisi
jalan
h. Box-model pada umumnya
mengasusmsikan ketinggian kotak berupa mixing height, dimana merupakan batas dari
pencampuran polutan. Tapi dalam hal ini karena skala mikro jalan maka dapat pula h
di asumsikan sebagai rataan tinggi gedung di ke dua sisi jalan, sebagai tinggi batas lapisan
pencampuran polutan.
Transport polutan diperhitungkan dari 2 arah. Pertama angin yang masuk ke dalam
kotak melalui sisi depan kotak dan membawa laju emisi hingga sisi belakang kotak. Dan
yang ke dua angin yang melalui atas kotak yang akan berpengaruh pada aliran pusaran
di dalam kotak. Nicholson 1975 dalam Hassan dan Crowther 1998 juga
menemukan bahwa transport vertikal sebagai transp ort polutan yang utama ketika angin
tegak lurus terhadap ruas jalan.
Arah angin selain berperan besar dalam dispersi polutan juga sangat berpengaruh
terhadaap besarnya kecepatan angin yang masuk ke dalam kotak. Semakin paralel
sejajar arah angin dengan ruas jalan maka kecepatan angin yang masuk ke dalam kotak
akan mendekati nilainya dengan kecepatan
11
u Gedung
= leeward = windward
angin hasil pengukuran observasi. Tapi jika arah angin semakin mendekati sudut 90° atau
270° tegak lurus dengan ruas jalan, maka besar kemungkinan angin yang masuk ke
dalam kotak semakin kecil menjauhi nilai kecepatan angin observasi.
Box Model layak digunakan untuk gas CO, SO
2
dan partikulat debu yang secara kimia stabil. Namun asumsi ini tidak tepat
digunakan untuk Hidrokarbon HC dan Nitrogen Oksida NO
x
yang mendorong terbentuknya photochemical smog.
Masing-masing model punya kelebihan dan kekurangan. Model Gauss memerlukan
data meteorologi lebih dari satu unsur, perhitungan pendugaan konsentrasi polutan
harus melewati beberapa tahap perhitungan. Namun hasil pendugaan konsentrasi polutan
selama ini hampir mendekati dengan nilai hasil pengukuran. Selain itu Model Gauss
dapat menduga konsentrasi serta dispersi berbagai jenis polutan yang bersifat inert atau
non-inert.
Box-Model tersebut mempunyai
beb erapa kelemahan, antara lain : •
Model ini tidak memperhitungkan dispersi atmosferik polutan pada arah vertikal
maupun horizontal. •
Model ini mengasumsikan bahwa emisi polutan bukan merupakan reaksi kimia
selama periode waktu yang digunakan dalam analisis.
II.8. Efek Gedung pada ‘ Street Canyon’