6
dibandingkan dengan cerobong yang memiliki densitas yang lebih kecil Gambar 4.
Gambar 4 Pengurangan kecepatan angin di sekitar daerah aliran dengan
densitas yang berbeda Oke 1978
b. Suhu dan Stabilitas Atmosfer
Suhu udara bervariasi pada setiap ketinggian lapisan atmosfer. Pada lapisan
troposfer, suhu udara menurun dengan bertambahnya ketinggian atau biasa disebut
dengan lapse rate, tetapi pada keadaan tertentu di dekat permukaan sering ditemukan
keadaan inversi yaitu ketika suhu udara menaik dengan bertambahnya ketinggian.
Secara umum, lapse rate
dapat diekspresikan dalam persamaan sebagai
berikut:
….. 2
merupakan adiabatic lapse rate, T adalah suhu ºC, dan z merupakan ketinggian m.
Lapse rate memiliki dua tipe yaitu environmental lapse rate dan adiabatic lapse
rate.
Environmental lapse rate ELR
merupakan perubahan negatif suhu aktual terhadap bertambahnya ketinggian di dalam
atmosfer yang stasioner pada waktu dan tempat tertentu. Rata-rata ELR adalah sebesar
6.49 ºC1000 m.
Adiabatic lapse rate terbagi menjadi dua, yaitu dry adiabatic lapse rate DALR
dan moist adiabatic lapse rate MALR. DALR merupakan perubahan negatif suhu
terhadap bertambahnya ketinggian ketika sebuah parsel udara menaik pada udara yang
kering atau tidak jenuh dibawah kondisi adiabatik. Udara yang tidak jenuh memiliki
RH 100 dengan suhu aktualnya lebih besar dibandingkan titik embunnya Td. Besarnya
nilai DALR rata-rata adalah 9.8 ºC1000 m. Moist adiabatic lapse rate MALR
atau disebut juga dengan saturated adiabatic lapse rate SALR merupakan perubahan
negatif suhu terhadap bertambahnya ketinggian ketika sebuah parsel udara menaik
pada udara yang jenuh. Kondisi lapse rate ini berubah-ubah sesuai dengan kadar
kelembabannya serta bergantung pada suhu dan tekanan rendah dengan nilai rata-rata
sebesar 5 ºC1000 m. Perbedaan nilai lapse rate antara DALR dengan MALR disebabkan
oleh adanya perbedaan panas laten yang dilepaskan ketika air terkondensasi Ahrens
2006.
Kondisi inversi yaitu suhu udara menaik dengan bertambahnya ketinggian,
merupakan kondisi yang sangat buruk dalam kaitannya dengan penyebaran zat polutan
karena pada kondisi ini zat polutan tidak akan bisa naik ke atas melainkan akan cenderung
untuk kembali ke permukaan dikarenakan suhu parsel udara lebih dingin dibandingkan
udara di atasnya sehingga parsel akan cenderung menuju ke ketinggian awalnya.
Perubahan suhu udara terhadap ketinggian juga berhubungan secara langsung
terhadap stabilitas atmosfer. Secara umum, terdapat tiga kriteria stabilitas atmosfer yaitu
netral, tidak stabil, dan stabil. Kriteria kestabilan atmosfer tersebut dapat ditentukan
dengan membandingkan antara laju penurunan suhu adiabatik dengan laju
penurunan suhu lingkungan aktual.
Keadaan atmosfer netral adalah ketika laju penurunan suhu secara adiabatik sama
dengan laju penurunan suhu lingkungan. Kerapatan udara di dalam parsel juga akan
sama dengan densitas udara di luar parsel sehingga pada keadaan tersebut gaya
buoyancy gaya ke atas yang menahan suatu benda mengapung tidak ada.
Pada kondisi tidak stabil, laju penurunan suhu adiabatik lebih kecil
dibandingkan dengan laju penurunan suhu lingkungan sehingga ketika suatu parsel akan
bergerak naik dan mengalami pendinginan, suhu parsel tersebut masih lebih tinggi
dibandingkan dengan suhu udara di lingkungannya. Hal itu membuat kerapatan
parsel tersebut akan lebih rendah daripada udara di sekitarnya yang membuat parsel
tersebut akan terus naik. Kondisi ini juga dipengaruhi oleh gaya buoyancy sehingga
parsel tersebut akan terus bergerak ke atas.
Kondisi atmosfer stabil ditunjukkan oleh suhu parsel yang lebih rendah
dibandingkan suhu lingkungannya ketika bergerak naik karena pada kondisi ini laju
7
Gambar 5 Stabilitas atmosfer berdasarkan perubahan suhu terhadap ketinggian tempat penurunan suhu adiabatik lebih besar
dibandingkan dengan laju penurunan suhu lingkungan. Pada kondisi ini, parsel yang
bergerak naik maupun bergerak turun akan cenderung kembali ke ketinggiannya semula.
Deskripsi ketiga kriteria atmosfer tersebut dapat dilihat pada Gambar 5 Kushnir 2000.
Garis merah tebal merupakan laju penurunan suhu lingkungan, garis merah putus-putus
merupakan laju penurunan suhu adiabatik, Tp dan Te berturut-turut merupakan suhu parsel
dan suhu lingkungan pada ketinggian Z
1
. Penentuan stabilitas dengan
menggunakan metode di atas membutuhkan observasi yang terus-menerus sehingga
seorang ilmuwan bernama Pasquill mengkategorikan stabilitas atmosfer tersebut
menjadi enam kelas stabilitas dari A sampai F dengan penentuan kelas tersebut berdasarkan
pada beberapa parameter yaitu radiasi matahari, kecepatan angin di permukaan, dan
penutupan awan Pasquill 1962.
Keenam stabilitas atmosfer tersebut dapat ditentukan berdasarkan kriteria gradien
suhu yang ditampilkan pada Tabel 2. Tabel
2 Kelas stabilitas berdasarkan
gradien suhu
Kelas Stabilitas
Gradien Suhu
°C100 m A
sangat tidak
stabil -1.9
B tidak stabil -1.9 s.d -1.7
C tidak stabil ringan
-1.7 s.d -1.5 D netral
-1.5 s.d -0.5 E stabil ringan
-0.5 s.d 1.5 F stabil
1.5 s.d 4.0 Sumber : Soenarmo 1999
Selain mempengaruhi pergerakan polutan secara vertikal, stabilitas atmosfer
juga dapat mempengaruhi bentuk kepulan dari cerobong. Terdapat lima bentuk kepulan dari
cerobong secara umum, yaitu looping, coning, fanning, lofting, dan fumigation Oke 1978.
Bentuk kepulan tersebut ditunjukkan pada Gambar 4 dengan keterangan bahwa garis
merah di sebelah kiri gambar menunjukkan ELR sedangkan garis hitam menunjukkan
DALR.
Pada bentuk kepulan looping Gambar 6a, pengaruh turbulensi cukup besar. Bentuk
kepulan ini naik turun dan polutannya terdispersi ke berbagai arah,tercampur dengan
udara sekitarnya. Kondisi ini terjadi pada saat keadaan atmosfer tidak stabil dan biasanya
terjadi pada saat siang hari yang terik. Bentuk kepulan ini lebih menguntungkan walaupun
polutannya jatuh ke tanah pada jarak yang lebih dekat karena polutan tersebut
konsentrasinya rendah akibat adanya pencampuran dengan udara sekitarnya
sehingga cenderung tidak membahayakan makhluk hidup.
Kepulan coning Gambar 6b terbentuk pada saat kondisi atmosfer mendekati netral
dan biasa terjadi pada keadaan mendung, disaat malam hari ataupun siang hari.
Pencampuran secara vertikal dan turbulensi kecil sehingga polutan cenderung lebih
tersebar secara horizontal. Kemudian untuk bentuk kepulan
fanning Gambar 6c, konsentrasi polutan cukup tinggi karena percampuran secara
vertikal dan turbulensi hampir tidak ada di lokasi tersebut. Hal ini menyebabkan polutan
terkonsentrasi dan terpusat dengan bentuk seperti garis tebal yang konstan di atmosfer.
Bentuk kepulan ini dapat terjadi pada keadaan atmosfer sangat stabil atau pada sistem yang
memiliki tekanan tinggi. Biasanya polutan pada bentuk kepulan seperti ini akan jatuh ke
tanah pada jarak yang cukup jauh sehingga ketika sudah sampai di tanah konsentrasinya
akan jauh berkurang akibat terbawa angin.
8
a b
c d
e Gambar 6 Bentuk kepulan dari sumber titik a looping b coning c fanning d lofting e
fumigation Saperaud 2005 Selanjutnya untuk bentuk kepulan
lofting Gambar 6d, terbentuk pada saat sore hari menjelang malam ketika di dekat
permukaan kondisi atmosfernya stabil sedangkan di atasnya kondisi atmosfernya
masih tidak stabil. Hal ini mengakibatkan pada bagian atas kepulan lebih terlihat
terjadinya turbulensi dibandingkan pada bagian bawahnya.
Berbeda dengan kepulan yang lain, bentuk kepulan
fumigation Gambar 6e merupakan bentuk yang paling buruk. Pada
daerah dekat permukaan kondisi atmosfer tidak stabil sedangkan di atasnya kondisi
atmosfer stabil. Hal ini berakibat polutan yang berada di bawah tidak dapat terdispersikan ke
atas melewati daerah yang stabil tersebut sehingga menyebabkan polutan bercampur di
daerah dekat dengan permukaan.
c. Kelembaban Relatif RH dan Curah
