ANALISIS PENGARUH INTENSITAS RADIASI MATAHARI, TEMPERATUR, KELEMBABAN UDARA, KECEPATAN DAN ARAH ANGIN, TERHADAP FLUKTUASI KONSENTRASI OZON PERMUKAAN DI BUKIT KOTOTABANG TAHUN 2005-2010.
ANALISIS PENGARUH INTENSITAS RADIASI MATAHARI,
TEMPERATUR, KELEMBABAN UDARA, KECEPATAN DAN ARAH
ANGIN, TERHADAP FLUKTUASI KONSENTRASI
OZON PERMUKAAN DI BUKIT KOTOTABANG TAHUN 2005-2010
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan memperoleh gelar
Sarjana Sains
Program Studi Fisika
Jurusan Fisika
diajukan oleh:
Mairisdawenti
0910441004
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS ANDALAS
PADANG
2014
1
ABSTRAK
Telah dilakukan analisis pengaruh intensitas radiasi matahari, kelembaban udara,
temperatur, kecepatan dan arah angin terhadap fluktuasi konsentrasi ozon
permukaan di Bukit Kototabang tahun 2005-2010 dengan metode regresi linier.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa konsentrasi ozon per jam rata-rata selalu
lebih tinggi pada siang hari, dengan nilai maksimum terjadi tahun 2006 yaitu
18,89 ppb, dan minimum tahun 2009 yaitu 14,58 ppb. Fluktuasi konsentrasi ozon
rata-rata harian mengikuti pola rata-rata harian intensitas radiasi matahari, dan
berbanding terbalik dengan kelembaban udara. Faktor meteorologi yang paling
besar hubungannya dengan konsentrasi ozon berdasarkan analisis nilai regresi
yaitu temperatur permukaan, dengan nilai koefisien determinasi R2=26,0 pada
tahun 2010. Arah angin dominan dengan kecepatan relatif tinggi yang melalui
Kototabang tahun 2005-2010 berasal dari Barat Laut dan Barat Daya. Analisis
per jam arah angin dari Timur mengakibatkan konsentrasi ozon tinggi sampai jam
23.00, yang menunjukkan massa udara yang terbawa oleh angin membawa
polutan yang meningkatkan konsentrasi ozon di Bukit Kototabang.
Kata kunci: ozon permukaan, regresi linier, faktor meteorology
5
ABSTRACT
Analysis effect of the intensity of solar radiation, air humidity, temperature, wind
speed and direction to fluctuations in surface ozone concentrations in Bukit
Kototabang with linear regression method from 2005 to 2010 has been conducted.
The results showed that the diurnal ozone concentrations on average always
higher during the day, with a maximum value occurred in 2006 is 18.89 ppb, and
the minimum in 2009 is 14.58 ppb. Fluctuations in ozone concentration daily
average follows the pattern of average daily solar radiation intensity, and inversely
proportional to the air humidity. The meteorological factors which have greatest
correlation with the ozone concentration values based on regression analysis is
surface temperature, with a coefficient of determination R 2 = 26.0 in 2010. The
dominant wind direction with relatively high speeds through Kototabang 20052010 are from the Northwest and Southwest. Diurnal analysis of wind direction
from the East resulting in high ozone concentrations up to 11.00 PM, which
indicates that the air mass carried by the wind carries pollutants that increase the
concentration of ozone in Bukit Kototabang.
Keywords : surface ozone, linear regression , meteorological factors
6
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Atmosfer bumi merupakan selubung gas yang menyelimuti permukaan
padat dan cair pada bumi. Atmosfer tersusun dari campuran berbagai unsur dan
senyawa kimia.
Unsur penyusun atmosfer paling banyak adalah nitrogen,
oksigen, dan argon. Selain itu juga terdapat uap air, karbon dioksida, dan ozon
(Neiburger, et.al. 1982).
Atmosfer bersifat selektif terhadap panjang gelombang, sehingga
mempengaruhi energi radiasi elektromagnetik yang sampai ke pemukaan bumi.
Radiasi gelombang elektromagnetik akan mengalami hambatan, disebabkan oleh
partikel-partikel yang ada di atmosfer. Proses penghambatannya terjadi dalam
bentuk serapan, pantulan, dan hamburan (scattering). Komponen atmosfer yang
merupakan penyerap efektif radiasi matahari adalah uap air, karbondioksida, dan
ozon. Ozon di atmosfer akan mempengaruhi intensitas dan komposisi spektrum
radiasi ultraviolet (UV) dari matahari, seperti berkurangnya intensitas radiasi UV
yang sampai di permukaan bumi.
Ozon terdapat di dua lapisan terbawah atmosfer, yaitu lapisan stratosfer
dan troposfer. Ozon stratosfer (lapisan ozon) berfungsi untuk melindungi bumi
dari radiasi UV, sedangkan ozon di troposfer
bersifat polutan dan dapat
membahayakan kesehatan manusia. Berdasarkan citra satelit yang direkam oleh
National Aeronautics and Space Administration (NASA), diketahui bahwa dalam
13
beberapa tahun terakhir (1981-2006) lubang ozon semakin hari semakin
meningkat (ozonewatch.gsfc.nasa.gov).
Kondisi ini akan menyebabkan tingginya tingkat radiasi matahari yang
mencapai permukaan bumi. Adanya proses fotokimia di atmosfer yang
memungkinkan terjadinya pembentukan ozon dengan bantuan radiasi UV
matahari akan membahayakan kehidupan di bumi.
Hal ini dikarenakan
konsentrasi ozon yang tinggi di troposfer dapat menyebabkan gangguan pada
sistem pernapasan, serangan jantung dan kematian (Roosita, 2007). Oleh karena
itu penelitian yang berkaitan dengan ozon di troposfer sangat diperlukan.
Ozon troposfer disebut juga ozon permukaan (ground level ozone) dimana
konsentrasinya dipengaruhi oleh beberapa faktor, diantaranya jumlah gas-gas
pencemar udara di atmosfer seperti NOx, CO, CH 4, VOCs (volatile organic
coumpunds / zat-zat organik yang mudah menguap), intensitas radiasi UV
matahari, temperatur permukaan, kelembaban udara, arah dan kecepatan angin
(Amalia, 2008).
Saat ini pemantauan monitoring ozon di Indonesia telah dilakukan oleh
Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika (BMKG) serta Lembaga
Penerbangan dan Antarikasa Nasional (LAPAN). BMKG sendiri telah
mengoperasikan alat monitoring ozon di Jakarta dan Bukit Kototabang.
Sementara LAPAN telah memantau konsentrasi ozon permukaan, profil ozon dan
total column ozon di Bandung dan Watukosek.
Pada tahun 2011, Santi, melakukan penelitian analisis kualitas udara di
stasiun Global Atmosphere Watch (GAW) Kototabang dengan melihat kadar ozon
14
permukaan tahun 2005-2010, hasilnya diketahui kadar ozon permukaan pada
tahun 2006 mengalami pola kenaikan akibat dampak dari tingginya angka
kebakaran hutan pada tahun 2006. Asiati (2009), juga telah melakukan penelitian
tentang analisis faktor yang berpengaruh pada konsentrasi ozon permukaan dan
hasil penelitiannya menunjukkan ozon permukaan sangat dipengaruhi oleh
kecepatan angin, dan kelembaban udara.
Selanjutnya pada penelitian ini akan dilakukan analisis pengaruh intensitas
radiasi matahari dan pengaruh faktor-faktor meteorologi yaitu kelembaban udara,
temperatur permukaan, arah dan kecepatan angin, terhadap konsentrasi ozon
permukaan berdasarkan data konsentrasi ozon permukaan dan data meteorologi
yang ada di stasiun GAW yang berlokasi di Bukit Kototabang kabupaten Agam
Sumatera Barat, pada 0o 12’ 07’’ LS – 100o 19’ 05’’ BT, pada ketinggian 864,5
meter di atas permukaan laut.
1.2
Tujuan dan Manfaat
1.1
Tujuan Penelitian
a. Mengetahui fluktuasi konsentrasi ozon permukaan perjam dan perhari
sepanjang tahun 2005-2010 di Kototabang, Kabupaten Agam Sumatera Barat.
b. Mengetahui
pengaruh
intensitas
radiasi
matahari
dan
faktor-faktor
meteorologi yaitu kelembaban udara, temperatur permukaan, arah dan
kecepatan angin, terhadap fluktuasi konsentrasi ozon permukaan di
Kototabang, Kabupaten Agam Sumatera Barat.
15
1.2
Manfaat Penelitian
Dari analisis konsentrasi diharapkan dapat diketahui hubungan konsentrasi
ozon dengan intensitas radiasi matahari dan faktor-faktor meteorologi seperti
kelembaban udara, temperatur permukaan, arah dan kecepatan angin. Penelitian
ini juga diharapkan dapat dimanfaatkan sebagai bahan kajian lanjutan untuk
mengetahui perubahan
konsentrasi ozon secara global khususnya di daerah
ekuator, baik yang berhubungan dengan efek pemanasan global maupun
perubahan iklim dunia.
1.3
Batasan Masalah
Pada penelitian ini dilakukan analisis pengaruh parameter meteorologi
terhadap konsentrasi ozon. Untuk membatasi ruang lingkup penelitian, maka
penelitian ini dibatasi pada :
1. Penelitian dilakukan di Bukit Kototabang kabupaten Agam Sumatera Barat,
yang dianggap dapat mewakili kondisi ozon global di ekuator.
2. Data yang dipakai adalah data konsentrasi ozon permukaan, data intensitas
radiasi matahari dan data meteorologi (yaitu data temperatur permukaan,
kelembaban udara, arah dan kecepatan angin,) tahun 2005-2010 di Global
Atmosphere Watch (GAW) Bukit Kototabang.
3. Konsentrasi ozon didapatkan dengan menggunakan metode UV absorbsi.
Berdasarkan pada besarnya intensitas sinar UV yang diserap dan banyaknya
terjadi pembentukan partikel ozon akibat penyinaran matahari menggunakan
Ozon Analyzer tipe TEI 49C dan Ozon Calibrator TEI 49 PS.
16
TEMPERATUR, KELEMBABAN UDARA, KECEPATAN DAN ARAH
ANGIN, TERHADAP FLUKTUASI KONSENTRASI
OZON PERMUKAAN DI BUKIT KOTOTABANG TAHUN 2005-2010
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan memperoleh gelar
Sarjana Sains
Program Studi Fisika
Jurusan Fisika
diajukan oleh:
Mairisdawenti
0910441004
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS ANDALAS
PADANG
2014
1
ABSTRAK
Telah dilakukan analisis pengaruh intensitas radiasi matahari, kelembaban udara,
temperatur, kecepatan dan arah angin terhadap fluktuasi konsentrasi ozon
permukaan di Bukit Kototabang tahun 2005-2010 dengan metode regresi linier.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa konsentrasi ozon per jam rata-rata selalu
lebih tinggi pada siang hari, dengan nilai maksimum terjadi tahun 2006 yaitu
18,89 ppb, dan minimum tahun 2009 yaitu 14,58 ppb. Fluktuasi konsentrasi ozon
rata-rata harian mengikuti pola rata-rata harian intensitas radiasi matahari, dan
berbanding terbalik dengan kelembaban udara. Faktor meteorologi yang paling
besar hubungannya dengan konsentrasi ozon berdasarkan analisis nilai regresi
yaitu temperatur permukaan, dengan nilai koefisien determinasi R2=26,0 pada
tahun 2010. Arah angin dominan dengan kecepatan relatif tinggi yang melalui
Kototabang tahun 2005-2010 berasal dari Barat Laut dan Barat Daya. Analisis
per jam arah angin dari Timur mengakibatkan konsentrasi ozon tinggi sampai jam
23.00, yang menunjukkan massa udara yang terbawa oleh angin membawa
polutan yang meningkatkan konsentrasi ozon di Bukit Kototabang.
Kata kunci: ozon permukaan, regresi linier, faktor meteorology
5
ABSTRACT
Analysis effect of the intensity of solar radiation, air humidity, temperature, wind
speed and direction to fluctuations in surface ozone concentrations in Bukit
Kototabang with linear regression method from 2005 to 2010 has been conducted.
The results showed that the diurnal ozone concentrations on average always
higher during the day, with a maximum value occurred in 2006 is 18.89 ppb, and
the minimum in 2009 is 14.58 ppb. Fluctuations in ozone concentration daily
average follows the pattern of average daily solar radiation intensity, and inversely
proportional to the air humidity. The meteorological factors which have greatest
correlation with the ozone concentration values based on regression analysis is
surface temperature, with a coefficient of determination R 2 = 26.0 in 2010. The
dominant wind direction with relatively high speeds through Kototabang 20052010 are from the Northwest and Southwest. Diurnal analysis of wind direction
from the East resulting in high ozone concentrations up to 11.00 PM, which
indicates that the air mass carried by the wind carries pollutants that increase the
concentration of ozone in Bukit Kototabang.
Keywords : surface ozone, linear regression , meteorological factors
6
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Atmosfer bumi merupakan selubung gas yang menyelimuti permukaan
padat dan cair pada bumi. Atmosfer tersusun dari campuran berbagai unsur dan
senyawa kimia.
Unsur penyusun atmosfer paling banyak adalah nitrogen,
oksigen, dan argon. Selain itu juga terdapat uap air, karbon dioksida, dan ozon
(Neiburger, et.al. 1982).
Atmosfer bersifat selektif terhadap panjang gelombang, sehingga
mempengaruhi energi radiasi elektromagnetik yang sampai ke pemukaan bumi.
Radiasi gelombang elektromagnetik akan mengalami hambatan, disebabkan oleh
partikel-partikel yang ada di atmosfer. Proses penghambatannya terjadi dalam
bentuk serapan, pantulan, dan hamburan (scattering). Komponen atmosfer yang
merupakan penyerap efektif radiasi matahari adalah uap air, karbondioksida, dan
ozon. Ozon di atmosfer akan mempengaruhi intensitas dan komposisi spektrum
radiasi ultraviolet (UV) dari matahari, seperti berkurangnya intensitas radiasi UV
yang sampai di permukaan bumi.
Ozon terdapat di dua lapisan terbawah atmosfer, yaitu lapisan stratosfer
dan troposfer. Ozon stratosfer (lapisan ozon) berfungsi untuk melindungi bumi
dari radiasi UV, sedangkan ozon di troposfer
bersifat polutan dan dapat
membahayakan kesehatan manusia. Berdasarkan citra satelit yang direkam oleh
National Aeronautics and Space Administration (NASA), diketahui bahwa dalam
13
beberapa tahun terakhir (1981-2006) lubang ozon semakin hari semakin
meningkat (ozonewatch.gsfc.nasa.gov).
Kondisi ini akan menyebabkan tingginya tingkat radiasi matahari yang
mencapai permukaan bumi. Adanya proses fotokimia di atmosfer yang
memungkinkan terjadinya pembentukan ozon dengan bantuan radiasi UV
matahari akan membahayakan kehidupan di bumi.
Hal ini dikarenakan
konsentrasi ozon yang tinggi di troposfer dapat menyebabkan gangguan pada
sistem pernapasan, serangan jantung dan kematian (Roosita, 2007). Oleh karena
itu penelitian yang berkaitan dengan ozon di troposfer sangat diperlukan.
Ozon troposfer disebut juga ozon permukaan (ground level ozone) dimana
konsentrasinya dipengaruhi oleh beberapa faktor, diantaranya jumlah gas-gas
pencemar udara di atmosfer seperti NOx, CO, CH 4, VOCs (volatile organic
coumpunds / zat-zat organik yang mudah menguap), intensitas radiasi UV
matahari, temperatur permukaan, kelembaban udara, arah dan kecepatan angin
(Amalia, 2008).
Saat ini pemantauan monitoring ozon di Indonesia telah dilakukan oleh
Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika (BMKG) serta Lembaga
Penerbangan dan Antarikasa Nasional (LAPAN). BMKG sendiri telah
mengoperasikan alat monitoring ozon di Jakarta dan Bukit Kototabang.
Sementara LAPAN telah memantau konsentrasi ozon permukaan, profil ozon dan
total column ozon di Bandung dan Watukosek.
Pada tahun 2011, Santi, melakukan penelitian analisis kualitas udara di
stasiun Global Atmosphere Watch (GAW) Kototabang dengan melihat kadar ozon
14
permukaan tahun 2005-2010, hasilnya diketahui kadar ozon permukaan pada
tahun 2006 mengalami pola kenaikan akibat dampak dari tingginya angka
kebakaran hutan pada tahun 2006. Asiati (2009), juga telah melakukan penelitian
tentang analisis faktor yang berpengaruh pada konsentrasi ozon permukaan dan
hasil penelitiannya menunjukkan ozon permukaan sangat dipengaruhi oleh
kecepatan angin, dan kelembaban udara.
Selanjutnya pada penelitian ini akan dilakukan analisis pengaruh intensitas
radiasi matahari dan pengaruh faktor-faktor meteorologi yaitu kelembaban udara,
temperatur permukaan, arah dan kecepatan angin, terhadap konsentrasi ozon
permukaan berdasarkan data konsentrasi ozon permukaan dan data meteorologi
yang ada di stasiun GAW yang berlokasi di Bukit Kototabang kabupaten Agam
Sumatera Barat, pada 0o 12’ 07’’ LS – 100o 19’ 05’’ BT, pada ketinggian 864,5
meter di atas permukaan laut.
1.2
Tujuan dan Manfaat
1.1
Tujuan Penelitian
a. Mengetahui fluktuasi konsentrasi ozon permukaan perjam dan perhari
sepanjang tahun 2005-2010 di Kototabang, Kabupaten Agam Sumatera Barat.
b. Mengetahui
pengaruh
intensitas
radiasi
matahari
dan
faktor-faktor
meteorologi yaitu kelembaban udara, temperatur permukaan, arah dan
kecepatan angin, terhadap fluktuasi konsentrasi ozon permukaan di
Kototabang, Kabupaten Agam Sumatera Barat.
15
1.2
Manfaat Penelitian
Dari analisis konsentrasi diharapkan dapat diketahui hubungan konsentrasi
ozon dengan intensitas radiasi matahari dan faktor-faktor meteorologi seperti
kelembaban udara, temperatur permukaan, arah dan kecepatan angin. Penelitian
ini juga diharapkan dapat dimanfaatkan sebagai bahan kajian lanjutan untuk
mengetahui perubahan
konsentrasi ozon secara global khususnya di daerah
ekuator, baik yang berhubungan dengan efek pemanasan global maupun
perubahan iklim dunia.
1.3
Batasan Masalah
Pada penelitian ini dilakukan analisis pengaruh parameter meteorologi
terhadap konsentrasi ozon. Untuk membatasi ruang lingkup penelitian, maka
penelitian ini dibatasi pada :
1. Penelitian dilakukan di Bukit Kototabang kabupaten Agam Sumatera Barat,
yang dianggap dapat mewakili kondisi ozon global di ekuator.
2. Data yang dipakai adalah data konsentrasi ozon permukaan, data intensitas
radiasi matahari dan data meteorologi (yaitu data temperatur permukaan,
kelembaban udara, arah dan kecepatan angin,) tahun 2005-2010 di Global
Atmosphere Watch (GAW) Bukit Kototabang.
3. Konsentrasi ozon didapatkan dengan menggunakan metode UV absorbsi.
Berdasarkan pada besarnya intensitas sinar UV yang diserap dan banyaknya
terjadi pembentukan partikel ozon akibat penyinaran matahari menggunakan
Ozon Analyzer tipe TEI 49C dan Ozon Calibrator TEI 49 PS.
16