TINJAUAN PUSTAKA

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sektor Transportasi

Kegiatan perkotaan, yang meliputi kegiatan sektor-sektor permukiman,

transportasi, komersial, industri, pengelolaan limbah padat, dan sektor penunjang lainnya

merupakan kegiatan yang potensial dalam merubah kualitas udara perkotaan. Dari

berbagai sektor yang potensial dalam mencemari udara, pada umumnya sektor

transportasi (dengan kendaraan bermotor sebagai alat transportasi) memegang peran yang

sangat besar dibandingkan sektor lainnya (Soedomo, 1999).

Transportasi merupakan permintaan turunan dari suatu usaha manusia dalam

mengantisipasi jarak guna memenuhi kebutuhan untuk melakukan kegiatan yang secara

geografis berbeda dengan tempat asalnya (Wells, 1975 dalam Sugiartha 2002).

Kendaraan bermotor diduga berperan dalam peningkatan level polusi udara di

pusat-pusat kota di dunia (Niraj Sharma, 2007). Hal ini juga terjadi di kota-kota besar di

Indonesia, terutama di DKI Jakarta yang dibuktikan melalui hasil kajian the Study on the

Integrated Air Quality Management for Jakarta Area (JICA, 1997) dan Integrated

Vehicle Emission Reduction Strategy for Greater Jakarta (ADB, 2002) yang

menyimpulkan bahwa sektor transportasi memberikan kontribusi yang signifikan

terhadap pencemaran udara perkotaan. Tingginya volume kendaraan bermotor terutama

kendaraan pribadi yang beroperasi di jalan-jalan di DKI Jakarta, menimbulkan kemacetan

lalu lintas, pencemaran udara dan kebisingan, serta tingginya konsumsi bahan bakar.

2.1.1 Emisi Kendaraan Bermotor

Sumber pencemar udara yang disebabkan oleh kegiatan manusia (antropogenik)

berasal dari pembakaran bahan bakar fosil yang pada umumnya termasuk dalam keluarga

karbon atau hidrokarbon. Bahan bakar fosil yang umumnya digunakan yakni oktana

(C8H18) yang merupakan bahan bakar dengan senyawa hidrokarbon kompleks.

Stoikiometri pembakaran oktana dapat dilihat pada reaksi berikut (Perkins, 1974):

( ) ( ) 22222188 76,35,128976,35,125,12 NCOOHNOHC ++↔++

Melissa (15303013) II-1

TINJAUAN PUSTAKA

Melalui stoikiometri di atas, emisi yang paling signifikan dari pembakaran bahan

bakar secara sempurna oleh kendaraan bermotor ke atmosfer berdasarkan massa adalah

gas karbon dioksida (CO2) dan uap air (H2O). Namun kondisi ini jarang terjadi, karena

sebagian bahan bakar yang berbasis karbon dioksidasi menjadi karbon monoksida (CO).

Pembentukan CO juga dipengaruhi oleh keberadaan Oksigen (O2) dan temperatur.

Pencemar Hidrokarbon (HC) pun diemisikan dalam bentuk uap dan partikel

karbon dari butiran-butiran sisa pembakaran bahan bakar. Hampir semua bahan bakar

kendaraan bermotor mengandung zat-zat ’kotoran’ berupa sulfur yang dioksidasi menjadi

sulfur dioksida (SO2), vanadium dalam oli yang tidak dapat terbakar, dan senyawa-

senyawa timbal (Pb) organik pada bensin bertimbal berupa partikel dalam gas buang.

Pada kondisi temperatur pembakaran tinggi, nitrogen monoksida dapat dihasilkan

melalui reaksi antara gas nitrogen (N2) di atmosfer dengan senyawa nitrogen yang

dikandung dalam bahan bakar, yakni sebagai berikut (Brimblecombe, 1986) :

NOONONOONNNONO

222

2

2

→++→++→+

Semua emisi gas muncul bervariasi secara sistematis dangan rasio udara-bahan

bakar (Air Fuel Ratio-AFR), seperti digambarkan pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Variasi emisi terhadap rasio udara-bahan bakar

Sumber : Colls, 2002

Melissa (15303013) II-2

TINJAUAN PUSTAKA

Pemahaman variasi-variasi tersebut dilakukan untuk mengembangkan manajemen mesin

dan reduksi emisi. Parameter desain AFR dijelaskan dengan menggunakan persamaan

2.1.

AFR = (Ma x na) / (Mf x nf) ...(2.1)

dimana :

Ma = berat molekul udara

na = jumlah molekul udara

Mf = berat molekul bahan bakar

nf = jumlah molekul bahan bakar

AFR optimum yang dihitung secara kimiawi, tanpa memperhatikan produksi polusi

udara, disebut stoikiometri (pembakaran optimum pada titik tingkat oksigen dengan

persediaan bahan bakar yang tersedia pada basis molekul antar molekul). Stoikiometri

ditunjukkan dengan garis vertikal hitam pada Gambar 2.1 dengan nilai AFR, yakni 14,7.

Pada rasio ini, produksi NO sudah hampir mencapai puncak, sedangkan kadar CO sudah

menurun. Dengan kandungan bahan bakar yang lebih kaya atau padat (rich combustion-

AFR<14,7), maka oksigen yang diperlukan untuk melakukan pembakaran terhadap bahan

bakar yang tersedia tidaklah cukup, sehingga terjadi peningkatan kadar CO dan

penurunan kadar NO akibat sedikitnya energi yang dilepaskan. Ketika kandungan bahan

bakar lebih miskin (lean combustion-AFR>14,7) dan terjadi pada pembakaran yang lebih

normal, oksigen yang diperlukan akan berlebih sehingga kadar CO yang dihasilkan tetap

rendah. Namun, kelebihan udara akan diimport ke ruang pembakaran, dihangatkan, dan

dibuang sehingga terjadi penurunan temperatur dan akibatnya mengurangi produksi NO.

Operasi mesin pada kondisi non-stoikometri juga mengurangi efisiensi termal sehingga

lebih banyak bahan bakar dibakar untuk mengurangi konsentrasi emisi (Colls, 2002).

Variasi rasio stoikometri dengan komposisi bahan bakar telah mengarah pada

perkembangan equivalent ratio (ER). ER merupakan AFR aktual yang dibagi dengan

AFR stoikometri untuk bahan bakar tertentu. Nilai ER saat kondisi kaya bahan bakar

yakni lebih kecil dari satu (ER<1) dan saat kondisi miskin bahan bakar, nilai ER akan

lebih besar dari satu (ER>1).

Melissa (15303013) II-3

TINJAUAN PUSTAKA

Melissa (15303013) II-4

2.1.2 Parameter Pencemar

Seperti telah dijelaskan sebelumnya, emisi sektor kendaraan bermotor yakni CO2,

CO, Hidrokarbon, NOx, dan beberapa toksin udara dapat menyebabkan gangguan

kesehatan dan kesejahteraan manusia, permasalahan lingkungan yang serius seperti hujan

asam, kerusakan lapisan ozon stratosfer, dan perubahan iklim global, serta menimbulkan

kerugian ekonomi yang sangat besar. Namun parameter pencemar CO dan NO yang

memegang peranan penting dalam pengendalian pencemar dari sektor transportasi. Lebih

lanjut, CO dan NO merupakan polutan yang mencetus (prekursor) terbentuknya zat

pencemar sekunder ozon yang berbahaya bagi kesehatan.

2.1.2.1 Karbon Monoksida (CO)

Gas karbon monoksida (CO) merupakan gas yang sangat stabil dan memiliki

waktu tinggal di atmosfer sekitar 2-4 bulan (Wark&Warner, 1981). Sebagian emisi CO

berasal dari sumber antropogenik, yakni pembakaran tidak sempurna kendaraan bermotor

sehingga dapat dikatakan CO memiliki korelasi/hubungan dengan volume lalu lintas

dimana volume lalu lintas yang padat akan meningkatkan akumulasi CO di atmosfer

(Seinfeld, 1986).

Efek CO terhadap manusia terlihat jelas pada gejala yang ditimbulkan akibat

pengikatan molekul CO pada Haemoglobin (Hb). Molekul Hb yang mengadung besi

memiliki daya ikat dengan CO sebesar 210 kali lebih besar dibandingkan O . Tabel 2.1

dan 2.2 menjelaskan mengenai sumber dan efek CO baik terhadap manusia maupun

lingkungan.

2

Tabel 2.1 Sumber Karbon Monoksida dan Efek terhadap Manusia Pencemar Sumber Efek thd Manusia

Karbon Monoksida (CO)

Pembakaran minyak, batu bara, gas yang tidak sempurna pada kendaraan bermotor dan industri

Terutama bagi kesehatan manusia, yakni pengikatan CO pd Hb menggantikan posisi O2 dan keracunan CO yang dapat menyebabkan pusing, muntah, berkurangnya kemampuan otak, hilangnya kesadaran, bahkan kematian.

Sumber : Seinfeld, 1986

TINJAUAN PUSTAKA

Tabel 2.2 Efek Paparan Karbon terhadap Lingkungan Kondisi Lingkungan Efek

9 ppm, pemaparan selama 8 jam Standar kualitas udara ambien

50 ppm, pemaparan selama 6 minggu Perubahan struktural hati dan otak binatang

50 ppm, pemaparan selama 50 menit Penurunan ketajaman penglihatan

50 ppm, pemaparan selama 8-12jam Penurunan kemampuan psychomotor test

Sumber : Wark&Warner, 1981

2.1.2.2 Oksida Nitrogen (NO dan NO2)

Seperti telah dijelaskan sebelumnya, bahwa sumber utama NO berasal dari

pembakaran tidak sempurna dalam sistem kendaraan. Namun, selain NO, sistem

kendaraan juga mengeluarkan NO2 dalam jumlah kecil. Komponen NO dan NO2 secara

alami memiliki waktu hidup satu hari. Total emisi NO dan NO2 yang diukur dinyatakan

dalam bentuk NOx. Masa hidup komponen NOx di atmosfer berkisar antara 1 hingga 4

hari sehingga dapat dikatakan bahwa emisi NOx bersifat lokal (Seinfeld, 1986).

Di atmosfer, komponen NO dan NO2 berada dalam kondisi kesetimbangan semu.

NO yang diemisikan dari kendaraan bermotor diubah menjadi NO2 ketika terdifusi ke

udara akibat ketersediaan O2 yang sangat besar. Reaksi-reaksi NOx melibatkan reaksi

pembentukan/produksi dan reaksi destruksi, yakni (Seinfeld,1986) :

223

32

223

2

22 2

ONONOOMOMOO

ONOONOONOhvNO

NOONO

+→++→+++→++→+

→+

NO2 merupakan oksidator kuat sehingga bersifat lebih toksik dibandingkan NO.

Paparan NO2 dapat menimbulkan berbagai efek bagi manusia dan lingkungan. Paparan

NO2 diduga dapat meningkatkan sensitifitas paru-paru terhadap pencemar lainnya dan

merupakan pengancur utama sel membran dengan cara lipid peroxidation (Colls,1986).

Gambar 2.1 menjelaskan siklus Nitrogen yang terjadi di lapisan troposfer dan stratosfer.

Sedangkan Tabel 2.3 menerangkan sumber dan efek Oksida Nitrogen (NO dan NO )

terhadap manusia dan lingkungan. 2

Melissa (15303013) II-5

TINJAUAN PUSTAKA

Melissa (15303013) II-6

Tabel 2.3 Sumber Oksida Nitrogen dan Efek terhadap Lingkungan Pencemar Sumber Efek thd Manusia&Lingkungan Catatan Tambahan

Oksida Nitrogen (NO and NO2)

Pembakaran minyak, batu bara, gas pada kendaraan bermotor dan industri, aktivitas bakteri di tanah, kebakaran hutan, kegiatan vulkanik, dan petir

Pengurangan visibilitas akibat warna NO2, NO2 berkontribusi pada masalah hati dan paru-paru, NO2 dapat menghambat pertumbuhan tanaman, mengurangi resistensi terhadap penyakit, serta berpengaruh pada penyebaran kanker

Seluruh proses pembakaran hanya berkontribusi sebanyak 5 % dari NO2 di atmosfer dimana kebanyakan dibentuk melalui reaksi yang melibatkan NO, dan terdapat kemungkinan bahwa konsentasinya akan meningkat di masa mendatang

Sumber : Seinfeld, 1986

2.1.3 Sistem Transportasi dan Manajemen Lalu Lintas

Angkutan umum (public transport) adalah semua jenis moda transportasi yang di

supply untuk kebutuhan mobilitas pergerakan barang dan/atau orang, demi kepentingan

masyarakat banyak/umum dalam memenuhi kebutuhannya, seperti bus, kereta api untuk

transportasi darat, pesawat udara untuk transportasi udara, dan kapal untuk transportasi

laut/sungai/danau. Tujuan dasar keberadaan angkutan umum penumpang adalah untuk

menyelenggarakan pelayanan yang baik bagi masyarakat. Pada hakekatnya, angkutan

umum lebih efisien dalam mengangkut orang dalam jumlah yang lebih besar

dibandingkan dengan angkutan pribadi (Wells, 1975 dalam Sugiartha 2002).

Sistem manajemen transportasi dan tata ruang perkotaan mempengaruhi pola

pergerakan manusia dan kendaraan di suatu kota yang pada akhirnya mempengaruhi

kualitas udara. Pengendalian pencemaran udara melalui peningkatan sistem transportasi

terfokus pada dua aspek, yaitu pengurangan volume kendaraan dan pengurangan

kepadatan lalu lintas. Makin banyak volume kendaraan yang beroperasi di jalan, makin

banyak jumlah emisi gas buang total. Di negara-negara maju, walaupun catalytic

converter telah dapat mengurangi emisi gas buang per kendaraan per kilometer tempuh,

jika jumlah kendaraan semakin banyak dan jarak kilometer semakin bertambah maka

jumlah emisi total tetap meningkat. Artinya, sistem transportasi memegang peranan

penting dalam pengendalian pencemaran udara perkotaan.

Pertumbuhan kendaraan yang pesat di kota-kota besar termasuk mencerminkan

kurang memadainya sistem transportasi kota. Banyak orang terdorong untuk

menggunakan mobil pribadi dan sepeda motor karena ketiadaan transportasi umum yang

nyaman, aman, dan tepat waktu. Sistem transportasi belum terintegrasi ke dalam

pengembangan wilayah. Pada banyak kasus, pembangunan perumahan di luar pusat kota

TINJAUAN PUSTAKA

tidak diikuti dengan pengembangan sistem transportasi yang menghubungkan lokasi

perumahan dengan lokasi komersial dan perkantoran di pusat kota. Kondisi ini

mendorong orang untuk menggunakan kendaraan pribadi guna memenuhi kebutuhan

transportasi mereka sehari-hari sehingga kendaraan pribadi mengambil porsi transportasi

jalan yang lebih besar dibanding moda transportasi lainnya.

2.1.4 Kinerja Jaringan Jalan

Kinerja jaringan jalan diketahui untuk mengukur kesesuaian kemampuan jalan

terhadap beban yang diterima oleh jalan tersebut

Kapasitas jalan (IHCM, 1997 dalam Puspitasari, 2004) adalah jumlah lalu lintas

kendaraan maksimum yang dapat ditampung pada ruas jalan selama kondisi tertentu

(desain geometri, lingkungan, dan komposisi lalu lintas). Sedangkan menurut Pigantaro

(dalam Puspitasasi, 2004), kapasitas jalan adalah angka maksimum kendaraan (yang telah

sesuai dengan nilai pce) yang dapat melalui suatu ruas jalan dalam perioda waktu

tertentu, serta kondisi lalu lintas tertentu dan terkontrol.

Rasio volume kapasitas (VCR) adalah perbandingan antara volume yang melintas

(satuan mobil penumpang) dengan kapasitas pada suatu ruas jalan tertentu (satuan mobil

penumpang). Dari hasil perbandingan yang diperoleh, tingkat pelayanan jalan yang

bersangkutan dapat diketahui (Level of Service/ LOS).

Tingkat pelayanan jalan atau LOS (Level of Service) adalah suatu ukuran yang

digunakan untuk mengetahui kualitas suatu ruas jalan tertentu dalam melayani arus lalu

lintas yang melewatinya. Tingkat pelayanan jalan dapat dilihat dari perbandingan antara

volume lalu lintas dengan kapasitas jalan serta kecepatan lalu lintas pada ruas jalan

tersebut. Salah satu unsur utama yang menyatakan tingkat pelayanan adalah waktu

tempuh, biaya perjalanan, dan hal-hal lain seperti kenyamanan dan keamanan

penumpang. Tingkat pelayanan jalan ditentukan dalam skala interval yang terdiri dari 6

tingkatan (Salter, 1980) yakni A, B, C, D, E, dan F. Tingkat A merupakan tingkat

pelayanan yang paling tinggi. Semakin tinggi volume lalu lintas pada ruas jalan tertentu

maka tingkat pelayanan jalan tersebut pun semakin menurun. Pembagian tingkat

pelayanan jalan, kecepatan kendaraan untuk setiap tingkatan, dan rasio antara volume

kendaraan dengan kapasitas jalan dapat dilihat pada Tabel 2.4.

Melissa (15303013) II-7

TINJAUAN PUSTAKA

Tabel 2.4 Kelas Tingkat Pelayanan Jalan

LOS Deskripsi Arus VCR

A Arus bebas bergerak (arus lalu lintas bebas, tanpa hambatan) ≤ 0,40

B Arus stabil, tidak bebas (arus lalu lintas baik, kemungkinan terjadi arus perlambatan) ≤ 0,58

C Arus stabil, kecepatan terbatas (aliran lalu lintas baik dan stabil dengan perlambatan yang masih

dapat diterima)

≤ 0,80

D Arus mulai tidak stabil (mulai dirasakan gangguan dalam aliran, aliran mulai tidak stabil) ≤ 0,90

E Arus tidak stabil, kadang macet (volume pelayanan berada pada kapasitas, aliran tidak stabil) ≤ 1,00

F Macet, antrian panjang (volume pelayanan melebihi kapasitas, telah mengalami kemacetan) > 1,00

Sumber : R. J Salter, 1980.

2.1.5 Faktor Emisi

Faktor emisi adalah laju masuknya pencemar ke dalam atmosfer sebagai produk

suatu aktivitas, dibagi dengan tingkat aktivitas tersebut. Faktor emisi berguna untuk

mempermudah penaksiran terhadap suatu sumber emisi (Djajadiningrat, 2002).

Faktor emisi untuk kendaraan bermotor umumnya dibedakan berdasarkan bahan

bakar yang digunakan, seperti bensin dan solar dan dipengaruhi oleh 4 (empat) kelompok

parameter, yakni:

• Parameter kendaraan : kategori kendaraan, model dan tahun, akumulasi jarak

perjalanan, sistem bahan bakar, sistem kontrol emisi, serta kondisi perawatan.

• Bahan bakar : jenis bahan bakar, kandungan Oksigen, daya penguapan,

kondisi Benzena, Olefin, dan Aromatik, serta kandungan Sulfur, Timbal, dan

logam-logam lain.

• Lingkungan : kelembaban, ketinggian, temperatur ambien, variasi temperatur

harian, dan kelas jalan.

• Kondisi pengoperasian kendaraan : kecepatan rata-rata berkendara, beban,

akselerasi dan penurunan kecepatan, serta perilaku pengemudi.

2.2 Meteorologi Pencemaran Udara

Masalah polusi udara berkaitan erat dengan faktor meteorologi, terutama dalam

hal perpindahan polutan dari sumbernya ke daerah penerima (Perkins, 1974). Konsentrasi

polutan tergantung pada jumlah dan jenis polutan yang dikeluarkan oleh sumber emisi,

konfigurasi sumber emisi, serta kondisi meteorologi.

Melissa (15303013) II-8

TINJAUAN PUSTAKA

Meteorologi mempelajari dinamika yang terjadi di atmosfer. Perubahan skala

meteorologi akan mempengaruhi pola sebaran/ dispersi polutan sebab atmosfer sendiri

memiliki kemampuan untuk mendispersikan dan mendifusikan polutan baik secara

vertikal maupun horizontal. Pada kondisi meteorologi tidak baik (lapisan inversi rendah

dan angin sedang atau lemah) polutan akan didispersikan secara perlahan-lahan yang

mengakibatkan konsentrasi polutan setempat menjadi tinggi. Pada kondisi meteorologi

baik (atmosfer tidak stabil dan angin kencang) polutan didispersikan dengan cepat, baik

secara vertikal maupun horizontal yang menyebabkan terjadinya pengenceran konsentrasi

polutan dan penyebaran lebih lanjut. Tabel 2.5 memperlihatkan pergerakan skala

meteorologi yang dikategorikan dalam 3 (tiga) skala berdasarkan dimensi jarak (Seinfeld

J.H, 1986).

Tabel 2.5 Pergerakan Skala Meteorologi Skala Periode Waktu Keterangan Contoh

Makro Harian-Mingguan Fenomena yang terjadi pada skala lebih

besar dari 1000 kilometer, disebut juga

skala sipnotik, dan berpengaruh terhadap

long-range transport pollution, ozon

transport, hujan asam, serta CFC.

Pergerakan udara bertekanan tinggi dan

rendah pada dataran kontinen yang luas atau

di atas permukaan laut/samudra.

Meso Jam-Harian Fenomena yang terjadi pada skala 100 -

<1000 kilometer dan digunakan untuk

penelitian pencemaran udara perkotaan.

Pada 2 fenomena yang sama : pergerakan

angin darat-laut, pergerakan angin gunung-

lembah, dan perpindahan front(*) tekanan

tinggi atau rendah di atas benua atau lautan.

Mikro Menit-Jam Fenomena yang terjadi pada skala di

bawah 1 kilometer.

Dispersi jalan raya dan dispersi kepulan

asap serta resim aliran yang kompleks pada

gedung-gedung bertingkat.

Sumber : Seinfeld J.H, 1986.

Keterangan : (*) Front merupakan daerah dimana terdapat 2 jenis massa udara (udara dengan temperatur

dan kelembaban yang sama yang melingkupi suatu daerah yang sangat luas) dengan kondisi

pencampuran yang sangat rendah.

Faktor-faktor meteorologi yang dapat mempengaruhi konsentrasi polutan dan

mengakibatkan dispersi adalah arah dan kecepatan angin, tinggi campuran, dan turbulensi

atmosferik (konsep stabilitas).

Melissa (15303013) II-9

TINJAUAN PUSTAKA

2.2.1 Arah dan Kecepatan Angin

Angin merupakan perpindahan massa udara yang didominasi ke arah horizontal

(Cole, 1975). Angin dipengaruhi oleh variasi kondisi meteorologi, waktu, tempat dan

letak ketinggian (topografi). Variasi angin akan memberikan pengaruh terhadap

turbulensi atmosfer. Pada skala yang lebih kecil, karakteristik permukaan seperti

pepohonan, bangunan, bukit, dan gunung dapat menyebabkan turbulensi menjadi

semakin besar. Berdasarkan pergerakan udara, atmosfer dibagi dalam dua lapisan, yakni

(Cheremisinoff & Moressi, 1978) :

1. Atmospheric Mixing Layer, yang dipengaruhi oleh kekasaran permukaan, gradien

tekanan horizontal, gaya geser, dan gaya Coriolis (gaya semu akibat pengaruh

gerakan rotasi Bumi dan gerakan udara nisbi terhadap permukaan Bumi).

Atmospheric Mixing Layer memiliki hubungan dengan transpor dan difusi

polutan.

2. Geostrophic Layer, yang dipengaruhi oleh gradien tekanan horizontal dan gaya

Coriolis.

Angin merupakan suatu vektor sehingga angin dinyatakan dalam arah dan

kecepatannya. Arah angin dijelaskan secara konvensional sebagai arah dari mana angin

tersebut bertiup (blowing from) dan diidentifikasi dengan 1 dari 16 (atau kadang 32) titik

kompas atau secara keilmuan dilihat sebagai sudut dalam derajat searah dengan jarum

jam dari utara. Sedangkan kecepatan angin merupakan hal penting dalam dispersi

atmosferik yang dinyatakan dalam skala Beaufort (biasa digunakan oleh marinir), m/s,

knot, mill/jam (Colls, 2002). Pada siang hari, turbulensi dan pergerakan vertikal sangat

besar akibat pengaruh dari sinar matahari sehingga menyebabkan variasi kecepatan angin

akan kecil karena adanya transfer energi yang besar antara berbagai lapisan atmosfer.

Sedangkan pada malam hari, pergerakan angin vertikal sangat rendah sehingga terjadi hal

yang sebaliknya.

Wind rose digunakan sebagai informasi meteorologis yang berhubungan dengan

penyebaran polutan, yang menggambarkan perubahan arah dan kecepatan angin secara

diagram pada waktu dan kawasan tertentu (Wark and Warner, 1981). Wind rose

umumnya berbentuk lingkaran yang terdiri dari bagian pusat yang menunjukkan

Melissa (15303013) II-10

TINJAUAN PUSTAKA

informasi kejadian calm wind, sejumlah garis yang ditarik dari pusat lingkaran yang

mewakili arah mata angin dan mengarah sesuai dengan arah dari mana angin berhembus,

panjang setiap garis yang menyatakan frekuensi angin dari arah yang bersangkutan, serta

variasi kecepatan angin yang diwakili oleh bentuk-bentuk garis yang digambarkan dalam

legenda dari wind rose tersebut. Calm wind merupakan kecepatan angin yang berada di

bawah ambang batas sensor arah atau kecepatan angin. Karena kondisinya yang calm,

membuat pengukuran arah tidak berguna sehingga calm wind didistribusikan merata ke

seluruh arah mata angin (Noll and Miller, 1977). Penanganan calm wind merupakan suatu

permasalahan khusus dalam penerapan model Gauss sebab konsentrasi akan berbanding

terbalik terhadap kecepatan angin. Karena itu, nilai konsentrasi akan sangat besar jika

angin dalam keadaan calm dijadikan input model. Gambar 2.2 menjelaskan distribusi

arah dan kecepatan angin berdasarkan wind rose.

Gambar 2.2 Wind Rose Sumber: Cooper and Alley, 1994

Melissa (15303013) II-11

TINJAUAN PUSTAKA

2.2.2 Radiasi Matahari

Isolasi atau kuantitas radiasi matahari yang mencapai suatu area di permukaan

Bumi merupakan fungsi dari beberapa variabel dengan faktor terpenting yakni variasi

sudut jatuh sinar matahari terhadap permukaan Bumi. Adapun faktor lainnya, yakni

lamanya siang hari dimana sinar matahari membentuk sudut tegak lurus terhadap

permukaan Bumi dan sudut-sudut lainnya pada kondisi sinar matahari yang lebih rendah

pada pagi dan sore hari. Periode insolasi pada musim panas nilainya berkisar dua kali

lipat dari periode insolasi pada musim dingin. Sedangkan untuk daerah khatulistuwa

dengan kondisi lamanya siang dan malam relatif seimbang, maka besar radiasi matahari

total yang diterima oleh permukaan Bumi sepanjang tahun akan relatif stabil (Wark and

Warner, 1981).

Kuantitas radiasi matahari yang jatuh pada puncak atmosfer dipengaruhi faktor

waktu (tahun/hari), derajat lintang, dan absorptivitas permukaan Bumi. Semakin besar

ketinggian matahari maka semakin besar pula insolasinya. Pertambahan derajat lintang

akan menyebabkan ketinggian matahari berkurang. Sedangkan adsorptivitas permukaan

dipengaruhi oleh jenis permukaan yang menerima radiasi (contoh : permukaan tanah

gundul yang tidak rata akan menyerap radiasi lebih banyak daripada es atau batuan)

(Wark and Warner, 1981).

2.2.3 Stabilitas Atmosfer

Stabilitas atmosfer mempunyai peranan penting dalam pengenceran kadar polutan

akibat faktor difusi dan angin. Untuk kondisi atmosfer yang tidak stabil (umumnya terjadi

pada tengah hari di atas jalanan beraspal), udara cenderung bergerak ke atas sehingga

kadar polutan per satuan volume yang terakumulasi di atmosfer menjadi lebih kecil atau

terjadi proses dispersi polutan yang berakibat pada penurunan beban konsentrasi polutan.

Sedangkan untuk kondisi atmosfer yang stabil (umumnya terjadi pada pagi dan sore hari),

udara cenderung akan bergerak ke bawah/ turun sehingga kadar polutan per satuan

volume menjadi besar atau memperlambat proses dispersi polutan yang berakibat

penambahan kadar polutan (Soerjadi, 2002).

Melissa (15303013) II-12

TINJAUAN PUSTAKA

Stabilitas atmosfer dipengaruhi oleh berbagai parameter meteorologi, yakni

isolasi, turbulensi, besarnya kecepatan angin, dan gradien temperatur vertikal (lapse rate)

(Cheremisinoff and Moressi, 1978).

Menurut Wark and Warner (1981), lapse rate adiabatik kering adalah tingkat

pendinginan suatu parcel udara ketika tidak terjadi pertukaran kalor antara parcel udara

dengan lingkungannya. Secara teoritis, suatu parcel udara yang dipaksa bergerak naik

dalam atmosfer akan mengalami tekanan yang lebih rendah sehingga parcel udara

tersebut akan mengembang dan mendingin. Temperatur lapse rate yakni sebesar 0,98

°C/100m dan kenaikan ketinggian dianggap sebagai tingkat adiabatik kering.

Stabilitas vertikal berkaitan langsung dengan lapse rate. Hubungan keduanya

mengikuti pola seperti yang ditunjukkan pada Tabel 2.6.

Tabel 2.6. Hubungan stabilitas dengan Lapse rate Lapse rate Stabilitas atmosfer

γ > γd Tidak stabil

γ = γd Netral

γ < γd Stabil

Ket : γ = Lapse rate atmosfer aktual γd = Lapse rate adiabatik kering Sumber : Cooper and Alley, 1994

Pada lapse rate super-adiabatik (kondisi tidak stabil), suatu parcel udara akan

bergerak ke atas dan mengalami pendinginan namun dengan suhu yang masih lebih

hangat daripada udara di lingkungannya. Karena pengaruh gaya apung (buoyant), parcel

udara tersebut akan tetap bergerak ke atas. Ketika parcel udara itu bergerak turun, maka

parcel udara akan mengalami peningkatan temperatur dengan suhu yang masih lebih

dingin dibandingkan dengan udara di lingkungannya. Selama kondisi netral, parcel udara

akan bergerak baik ke atas maupun ke bawah dengan perubahan temperatur pada tingkat

yang sama dengan udara di lingkungannya, dan pergerakannya baik ke atas atau kebawah

tidak terpengaruh oleh gaya buoyant. Selama dalam kondisi stabil (lapse rate sub-

adiabatik), pergerakan parcel udara ke atas akan menghasilkan parcel udara yang lebih

dingin dibandingkan dengan udara lingkungannya sehingga parcel tersebut akan kembali

naik ke ketinggian sebelumnya. Demikian pula halnya dengan parcel udara yang bergerak

Melissa (15303013) II-13

TINJAUAN PUSTAKA

ke bawah mengalami peningkatan temperatur yang kondisinya lebih hangat dibandingkan

udara di sekitarnya, maka parcel udara akan bergerak kembali ke ketinggian awalnya.

(Cooper and Alley, 1994).

Gambar 2.3 Efek Lapse rate aktual terhadap stabilitas vertikal

Sumber : Cooper and Alley, 1994

Klasifikasi stabilitas atmosfer yang didasarkan pada kecepatan angin, tutupan

awan, dan besarnya radiasi sinar matahari, dijelaskan pertama kali oleh Turner (1974)

yang kemudian dilanjutkan oleh Pasquill (1961). Adapun metode lainnya, yakni metode

Bowen et al. dengan modifikasi yang tetap mempertahankan struktur dari metode Turner,

ditunjukkan pada Tabel 2.7.

Melissa (15303013) II-14

TINJAUAN PUSTAKA

Tabel 2.7 Metode Radiasi Matahari untuk Mengestimasi Kelas Stabilitas Pasquill SIANG HARI

Radiasi Sinar Matahari (W/m2)

Kecepatan angin

(m/s) >925 925 - 675 675 - 175 <175

< 2 A A B D

2 - 3 A B C D

3 – 5 B B C D

5 – 6 C C D D

> 6 C D D D

MALAM HARI

Gradien Temperatur Vertikal

Kecepatan angin

(m/s) < 0 > 0

< 2.0 F F

2.0 – 2.5 D E

> 2.5 D D

Sumber : www.epa.gov

Ket : A=sangat labil, B=labil sedang, C=sedikit labil, D=netral, E=sedikit stabil, F=stabil.

2.2.4 Tinggi Lapisan Pencampuran (Mixing Height)

Tinggi lapisan pencampuran atau tinggi batas lapisan konvektif merupakan

puncak lapisan terjadinya pencampuran vertikal yang relatif kuat dan penurunan

temperatur (lapse rate) yang mendekati kondisi adiabatik kering. Tinggi pencampuran

akan lebih tinggi pada lapisan yang labil saat siang hari dibandingkan dengan lapisan

yang stabil saat malam hari (Wark and Warner, 1981). Tinggi lapisan pencampuran

ditentukan berdasarkan bantuan profil matahari dari atmosfer hingga pada ketinggian

beberapa kilometer di atas permukaan Bumi dengan menggunakan metode radiosonde

(Cheremisinoff and Morresi, 1981).

2.3 Model Dispersi Polusi Jalan Raya (Street Pollution)

Pada permasalahan polusi udara, model kualitas udara memegang peranan penting

dalam kontrol polusi udara dan strategi manajemen untuk memberikan informasi

mengenai perencanaan kualitas udara yang lebih baik dan efisien serta memperkirakan

Melissa (15303013) II-15

TINJAUAN PUSTAKA

Melissa (15303013) II-16

kualitas udara saat ini dan masa mendatang dalam mengambil keputusan dan kebijakan

suatu wilayah.

Model kualitas udara memiliki 3 (tiga) klasifikasi yang didasarkan pada sumber

polutan yang akan dimodelkan, yakni model sumber titik, garis, dan area. Model sumber

garis digunakan untuk menstimulasi dan memprediksi dispersi polutan yang berasal dari

sektor kendaraan bermotor yang berada dekat jalan layang/ raya dengan aktivitas

kendaraan yang terus-menerus mengeluarkan emisi dalam berbagai karakteristik.

Model dispersi polusi jalan raya umumnya digunakan untuk menganalisa hasil

(output) dari jalan layang/raya yang telah ada atau akan dibangun pada jarak 10 hingga

100 meter dari downwind. Efek polusi dan aktivitas kendaraan dianggap sebagai

pertimbangan utama untuk analisa prediksi kualitas udara dengan menggunakan model

dispersi yang didasarkan pada Gaussian.

2.3.1 Persamaan Gaussian

Persamaan Gaussian digunakan untuk mengembangkan model dispersi polutan

udara dalam memprediksi dan menganalisa kualitas udara ambien akibat emisi polutan.

Persamaan ini diturunkan dari analisis dimensional sederhana dan dari fungsi distribusi

Gauss. Istilah dispersi Gaussian berhubungan dengan tipe umum persamaan matematis

yang digunakan untuk menjelaskan distribusi vertikal dan horizontal polutan pada arah

downwind yang berasal dari sumber emisi. Kepulan asap menyebar secara horizontal dan

vertikal kemudian diikuti dengan pengurangan konsentrasi polutan pada saat pergerakan

downwind. Daerah pencampuran vertikal dan horizontal dengan jarak downwind dari

sumber emisi pada umumnya terjadi pada tingkat yang berbeda-beda, disebabkan oleh

pergerakan-pergerakan turbulensi di atmosfer yang terjadi pada skala waktu dan ruang

yang bervariasi. Persamaan 2.2 menunjukkan konsentrasi dari polutan yang terdispersi

dalam arah vertikal dan horizontal (Wark and Warner, 1981).

( ) ( )⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ +−+⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −−×

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−×

×××= 2

2

2

2

2

2

2exp

2exp

2):,,(

zzyzy

HzHzyu

QHzyxCσσσσσπ

.

dimana:

..(2.2)

Konsentrasi pada titik (x,y,z,H), mg/m3 C =

Q = Laju emisi, mg/det

TINJAUAN PUSTAKA

Melissa (15303013) II-17

σy,σz ertikal dan horizontal, m

ber, m/det

h + Δh dimana h = tinggi sumber dan Δh = tinggi

Parameter sebaran atau standar deviasi distribusi pencemar (σy,σz) merupakan

...(2.3)

=σ

Nilai a, b, c, d, dan f tergantung pada kelas stabilitas atmosfer dan pada r k x (k

= Parameter sebaran v

u = Kecepatan angin rata-rata pada ketinggian sum

y = Jarak horizontal dari garis pusat kepulan, m

z = Jarak vertikal dari tanah, m

H = Tinggi efektif sumber (H =

kenaikan kepulan (plume rise)), m

fungsi posisi x pada downwind dan tergantung pada kondisi stabilitas atmosfer. Kedua

paramater sebaran dapat ditentukan dengan menggunakan grafik standar deviasi pada

arah crosswind dan vertikal sebagai fungsi jarak downwind (Gambar 2.3) maupun dengan

menggunakan persamaan 2.3 dan 2.4 (Wark and Warner, 1981). b

y ax=σ

fcx dx + ...(2.4)

ja a m).

Gambar 2.4 Grafik untuk Menentukan Standar Deviasi (σy,σz)

Sumber : Wark and Warner (1981)

TINJAUAN PUSTAKA

Melissa (15303013) II-18

2.3.2 Sumber Garis Tidak rce)

ng berlokasi sepanjang

sungai/

Terhingga (Infinite Line Sou

Permasalahan polusi udara akibat kumpulan industri ya

pelabuhan atau kepadatan lalu lintas dapat dimodelkan dengan sumber garis tidak

terhingga dengan emisi yang kontinu. Arah angin tegak lurus terhadap sumber polutan

dan bergerak pada arah sumbu x serta terdispersi hanya pada sumbu z. Standar deviasi

horizontal, σy tidak terdapat pada Persamaan 2.5 karena difusi crosswind dari porsi yang

berbeda yang terdapat pada gas yang dikeluarkan akan tergantikan dengan sendirinya.

Konsentrasi akan seragam (uniform) pada arah y sehingga konsentrasi downwind pada

ground level untuk sumber garis tidak terhingga digambarkan dengan persamaan 2.5

(Wark&Warner, 1981).

( ) ⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−×

××=

2

2/1 21exp

22)0,(

zz

Hu

qxCσσπ

...(2.5)

dimana :

laju emisi per unit jarak (g/s.m)

etika arah angin tidak membentuk sudut 900 terhadap sumber garis, Turner

q =

K

menyarankan Persamaan 2.2 dibagi dengan sin φ (φ adalah sudut antara sumber garis dan

arah angin. Koreksi tersebut tidak dapat digunakan ketika φ kurang dari 450. Persamaan

yang digunakan adalah persamaan 2.6.

( ) ⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡ 12q⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−×

×××=

2

2/1 2exp

sin2)0,(

zz

Hu

xCσφσπ

...(2.6)

3.3 Sumber Garis Terhingga (Finite Line Source)

at pendek, maka efek

tepi (ed

2.

Ketika sumber garis yang dikeluarkan secara kontinu terlih

ge effect) yang disebabkan ujung-ujung sumber garis perlu dilibatkan. Efek tepi

menjadi penting sebab efek-efek tepi tersebut akan terus bergerak ke jarak crosswind

yang lebih besar sebanding dengan pertambahan downwind yang memiliki jarak tersebut

dari sumber yang dimaksud. Batas sumber garis berada pada posisi crosswind, yakni y1

dan y2 dengan y1<y2 sehingga konsentrasi yang berada sepanjang sumbu x pada ground

level digambarkan dengan persamaan 2.7 (Wark and Warner, 1981).

TINJAUAN PUSTAKA

Melissa (15303013) II-19

( ) ( )( dppH

uqxC

P

Pzz

∫ −⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−×

××=

2

1

22/1

2

2/1 5.0exp2

121exp

22)0,0,(

πσσπ) ...(2.7)

dimana :

p1 = y1/σy

p2 = y2/σy

2.3.4 Model Dispersi Caline4

Caline4 merupakan model kualitas udara sumber garis yang dikembangkan oleh

California Department of Transportation (Caltrans). Model ini dijalankan berdasarkan

model difusi Gaussian dan menggunakan konsep zona pencampuran untuk

memperkirakan dispersi polutan dekat jalan raya dengan beberapa parameter penting,

seperti kekuatan sumber (volume lalu lintas per link dan faktor emisi), meteorologi, dan

geometri lokasi. Caline4 dapat memprediksi konsentrasi polutan di titik reseptor (titik

estimasi/ perkiraan konsentrasi tersebut diterima) yang berlokasi 500 meter dari jalan

raya (Benson, 1989). Polutan yang diprediksi merupakan polutan yang secara relatif

bersifat inert, seperti Karbon Monoksida (CO), Nitrogen Dioksida (NO2), dan partikel

tersuspensi.

2.3.4.1 Deskripsi Model

Caline4 membagi jaringan kota yang berisi sejumlah jalan menjadi link-link,

dimana setiap link merupakan garis lurus dari suatu jalan yang memiliki karakteristik

emisi yang bervariasi. Link tersebut diperlakukan sebagai sumber garis (line source)

dalam perhitungan konsentrasi pada reseptor dengan konsentrasi total berupa

penjumlahan kontribusi berdasarkan link individual dan konsentrasi ambien akibat

gambaran dispersi tertentu yang tidak terakomodasi oleh metode Gaussian sederhana

(Colls, 2002). Gambar 2.5 memperlihatkan seri elemen yang didasarkan pada sudut

antara jalan dan arah angin.

TINJAUAN PUSTAKA

Arah Angin

EL

W = Lebar link W2 = Setengah lebar link D = Jarak reseptor EL = Panjang elemen ECLD = Jarak tengah elemen PHI = Sudut antara angin - jalan

Gambar 2.5 Seri Elemen yang Digunakan Caline4 Sumber : Benson, 1989.

Tiap elemen dimodelkan sebagai sumber garis terhingga (Finite Line Source-

FLS) ekuivalen yang diposisikan normal (tegak lurus) terhadap arah angin dan berpusat

di titik tengah elemen. Sistem koordinat x-y dapat disejajarkan dengan arah angin dan

berpusat di tengah elemen. Tingkat emisi yang terjadi di setiap elemen bersumber dari

sepanjang FLS yang terdispersi secara Gaussian dari elemen-elemen tersebut. Panjang

dan orientasi FLS merupakan fungsi dari ukuran elemen dan sudut antara angin – jalan

(Benson,1989).

Melissa (15303013) II-20

TINJAUAN PUSTAKA

Reseptor

Arah angin

Plume Gaussian FET : Jangkauan reseptor

YE : Tampilan plume di garis tengah Garis

Tengah Plume

Gambar 2.6 Seri Elemen yang Diwakilkan oleh Sumber Garis Terhingga

(Finite Line Source) yang Ekivalen Sumber : Benson, 1989.

Untuk mendistribusikan emisi ke dalam bentuk yang dapat dirumuskan maka tiap

elemen dibagi menjadi 3 (tiga) sub elemen, yakni sub elemen pusat dan 2 (dua) sub

elemen tambahan (ZON1, ZON2, dan ZON3). Geometri sub elemen merupakan fungsi

dari ukuran elemen dan sudut angin – jalan. Tingkat rata-rata emisi diasumsikan sama

pada semua elemen agar dapat dikomputasi. Emisi untuk sub elemen tambahan

dimodelkan berkurang secara linier (menuju nol) pada titik akhir FLS (Benson, 1989).

Hal ini dijelaskan melalui Gambar 2.7.

Melissa (15303013) II-21

TINJAUAN PUSTAKA

Melissa (15303013) II-22

Gambar 2.7 Representasi Elemen Sumber Garis Terbatas (FLS) Sumber : Benson, 1989.

Konsentrasi downwind dari elemen dimodelkan menggunakan formulasi Gaussian

FLS crosswind. Persamaan 2.8 menghitung konsentrasi reseptor dari segmen FLS yang

tidak terbatas, dy (Benson, 1989).

( ) ( )⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ +−+⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −−×

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−×

×××××

= 2

2

2

2

2

2

2exp

2exp

2exp

2 zzyzy

HzHzyu

dyqdCσσσσσπ

..(2.8)

dimana:

dC = Konsentrasi yang bertambah

q = Laju emisi sumber garis

σy,σz = Parameter dispersi vertikal dan horizontal

u = Kecepatan angin

H = Tinggi efektif sumber

Karena σz bernilai konstan terhadap y, maka :

Sumber Garis Terbatas yang Ekuivalen (FLS)

ELL = Panjang Garis Ekuivalen CSL = Panjang sub elemen sentral

ZON 1

ZON 2

ZON 3

Arah angin

TINJAUAN PUSTAKA

( ) ( )⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡ +−+⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡ −−= 2

2

2

2

2exp

2exp

zz

HzHzAσσ

...(2.9)

Diintegrasikan terhadap jangkauan panjang FLS :

dyyu

qACy

y yzy∫ ⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −×××

×=

2

12

2

2exp

2 σσσπ ...(2.10)

Parameter dispersi vertikal dan horizontal (σy, σz) merupakan fungsi x dan bukan y,

mensubstitusi p=y/σy dan dp=dy/σy :

dppu

qAC y

y

yzy

y

y

σσσπ

σ

σ∫ ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −×××

×=

/2

/1

2

2exp

2 ..(2.11)

A disubstitusi kembali dan σy dihilangkan dari rumus integral :

( ) ( ) dppHzHzuqC

y

y

y

yzzz∫ ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −

⎪⎩

⎪⎨⎧

⎪⎭

⎪⎬⎫⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡ +−+⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡ −−×××

=σ

σσσσπ

/2

/1

2

2

2

2

2

2exp

2exp

2exp

2 ..(2.12)

Ditulis ulang sebagai :

( ) ( ) PDHzHzuqC

zzz

.2

exp2

exp2 2

2

2

2

⎪⎩

⎪⎨⎧

⎪⎭

⎪⎬⎫⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡ +−+⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡ −−×××

=σσσπ

..(2.13)

dimana

dppPDy

y

y

y∫ ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −=

σ

σπ

/2

/1

2

2exp

21 ..(2.14)

dp = Fungsi Kerapatan Probabilitas Normal

Parameter-parameter FLS dijelaskan pada Gambar 2.8.

Melissa (15303013) II-23

TINJAUAN PUSTAKA

Gambar 2.8 Sumber Garis Terhingga (Finite Line Source) Sumber : Benson, 1989.

2.3.4.2 Zona Pencampuran (Mixing Zone)

Zona pencampuran merupakan suatu daerah yang seragam dan turbulen di atas

jalan raya, yang lebih lanjut didefinisikan sebagai lebar jalan yang teramati ditambah 3

meter pada kedua sisinya. Penambahan ini menjelaskan terjadinya dispersi horizontal

polutan awal yang dikeluarkan oleh kendaraan bermotor di jalan tersebut.

Dalam zona pencampuran, turbulensi mekanis yang terjadi akibat pergerakan

kendaraan dan turbulensi termal yang terjadi akibat panas yang dikeluarkan oleh

kendaraan diasumsikan dominan di sekitar permukaan jalan (asumsi ini valid untuk

semua kelas stabilitas kecuali untuk kondisi atmosfer paling tidak stabil). Jika kendaraan

bermotor berada dalam keadaan melaju, maka emisi kendaraan yang dihasilkan akan

segera terdispersi secara cepat. Kemudian terjadi dispersi awal dan akan mengalami

turbulensi akibat adanya kendaraan lain yang melintas. Kondisi pengeluaran emisi aktif

ini secara signifikan sangat berbeda dibandingkan kondisi pengeluaran pasif yang

Melissa (15303013) II-24

TINJAUAN PUSTAKA

diasumsikan pada metode dispersi Gaussian. Sehingga, untuk mengatasi masalah ini,

model Caline4 memperlakukan parameter dispersi vertikal awal (SGZI) sebagai fungsi

waktu tinggal dalam mixing zone, yang ditampilkan pada Gambar 2.9 (Benson, 1989).

Gambar 2.9 Zona Pencampuran (Mixing Zone)

Sumber : Benson, 1989.

2.3.4.3 Parameter Dispersi Vertikal (σz) dan Dispersi Horizontal (σy)

Caline4 menggunakan kurva σz versi modifikasi Pasquill-Smith untuk

menjelaskan parameter dispersi vertikal Gaussian (σz) melalui Gambar 2.10, yakni kurva

yang dibuat mula-mula menggunakan SGZI dari model zona pencampuran, nilai σz yang

dimodifikasi pada 10 km termasuk efek termal (SGZM), dan nilai terakhir σz pada 10 km

untuk pelepasan pasif di bawah kondisi stabilitas ambien (DREF) (Benson, 1989).

Melissa (15303013) II-25

TINJAUAN PUSTAKA

Gambar 2.10 Kurva Dispersi Vertikal Gabungan dari Caline4

Sumber : Benson, 1989.

Sedangkan untuk parameter dispersi horizontal, σy, dievaluasi langsung dari nilai standar

deviasi arah angin (σθ) menggunakan metoda yang dikembangkan oleh Draxler (Benson,

1989), yang dijabarkan pada persamaan 2.15.

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛≈

Ly t

Txf1θσσ ..(2.15)

dimana :

σθ = standar deviasi sudut angin horizontal (radian).

f1 = fungsi universal untuk waktu difusi, T, dan Langrarian time scale, tL.

x = jarak downwind.

2.3.4.4 Standar Deviasi Arah Angin (Sigma Theta)

Sebagai udara yang tetap yang juga merupakan kondisi yang dibutuhkan untuk

memunculkan lapisan inversi, variabel dari arah angin dapat digunakan sebagai indikator

jumlah turbulensi dan juga pencampuran udara. Kondisi yang digunakan adalah sigma

theta, dimana sigma adalah perhitungan standar dari variabel dan theta adalah huruf

Yunani yang biasa digunakan untuk menggambarkan sudut di dalam matematika sigma

theta digunakan baik sebagai jumlah dari sinus dan cosinus dari arah angin atau sebagai

rasio dari vektor (terarah) kecepatan angin terhadap skalar (acak) kecepatan angin dari

stasiun cuaca itu sendiri (Atmospheric Research and Technology, 2007).

Melissa (15303013) II-26

TINJAUAN PUSTAKA

Metode σθ merupakan metode yang didasarkan pada turbulensi yang

menggunakan kombinasi standar deviasi arah angin dengan kecepatan angin rata-rata

skalar. Hal ini coba dibuktikan oleh Yamartino dengan mengembangkan metode

berdasarkan asumsi isotropik dan distribusi simetrik angin serta faktor interpolasi

berdasarkan simulasi Monte-Carlo dengan asumsi yang sama. Metode Yamartino

merupakan metode yang lebih baik dibandingkan dengan Metode Ackerman-Verral dan

Williams. Sedangkan Turner membandingkan tiga metode menggunakan data lapangan

yang terbatas dan data simulasi yang lebih banyak. Terakhir adalah Fisher yang

mengunakan model angin sederhana atau isotropik dan menyarankan algoritma yang

berkemampuan dengan sistem komputasi lebih yang luas (NUMUG Conference, 2007).

Nilai sigma theta yang dihubungkan dengan data kecepatan rata-rata vektor dan

skalar ditampilkan pada Gambar 2.11, yakni beberapa data lapangan dari kecepatan angin

dari menara metereologikal dengan ketinggian 10 meter dan dilengkapi dengan sebuah

anemometer dan baling-baling. Kedua kecepatan rata-rata (vektor dan skalar) juga

dicatat. Kecepatan rata-rata vektor dan skalar diperoleh dari anemometer dan baling-

baling yang sama, dengan menggunakan teknik perbedaan rata-rata vektor dan skalar.

Data ini merupakan rata-rata selama 15 menit (Atmospheric Research and Technology,

2007).

Gambar 2.11 Grafik hubungan antara kecepatan rata-rata vektor dan skalar

dengan sigma theta. Sumber : Atmospheric Research and Technology, 2007

Melissa (15303013) II-27

TINJAUAN PUSTAKA

Alur dari figur grafik menunjukkan adanya hubungan dengan perhitungan sigma

theta. Seperti yang dapat dilihat dari figur, terdapat sedikit sekali perbedaan antara vektor

dan skalar kecepatan rata-rata diatas 5 m/dt, meskipun kecepatan rata-rata dari vektor

sedikit lebih rendah. Nilai sigma theta selama periode ini dengan kecepatan yang lebih

tinggi biasanya dibawah 10 derajat. Di kecepatan yang lebih rendah, perbedaan yang

lebih besar antara kecepatan vektor dan skalar terjadi dan nilai hubungan sigma theta

juga semakin besar (Atmospheric Research and Technology, 2007).

Melissa (15303013) II-28