Dinamika Atmosfer Bawah (Skala Ketinggian dan Mixing Ratio) Abdu Fadli Assomadi Laboratorium Pengelolaan Pencemaran Udara dan Perubahan Iklim
karakteristik tinggi skala (scale height)
Dalam mempelajari atmosfer biasanya digunakan nilai tinggi skala, H, yaitu nilai H yang dihitung pada temperatur rata-rata satu layer atmosfer (misal troposfer). Jika digunakan temperatur rata-rata atmosfer permukaan 15 0C atau 288 K, dan temperatur pada tropopause -56 0C atau 217 K, maka temperatur rata-rata troposfer yang digunakan adalah 253 K. Pada suhu 253 K ini, nilai
≈
≈ 7409 m
( )
Mixing Ratio
Mixing ratio (εi) gas di atmosfer disefinisikan sebagai rasio jumlah spesies (massa) tertentu terhadap total jumlah (massa) semua spesies (konstituen) dalam volume tertentu atmosfer. Yang dimaksud dengan semua konstituen suatu volume tertentu atmosfer adalah semua spesies gas yang ada di atmosfer, termasuk uap air, tetapi tidak termasuk partikulat atau air dalam fasa terkondensasi. Merupakan fraksi jumlah (massa) terhadap total massa atmosfer
Formula mixing ratio mixing rasio dapat dinyatakan: fraksi mol (mol zat i/mol total), fraksi massa (massa zat i/massa total), fraksi volume (volume zat i/volume total) fraksi tekanan (tekanan zat i/tekanan total) di atmosfer perlu diperhatikan bahwa, nilai mixing ratio akan berbeda jika dinyatakan dengan cara berbeda, perhatikan ketelitian dalam konversi satuan
Derivative formula:
• mixing ratio konsentrasi molar (fraksi konsentrasi)
• mixing ratio tekanan parsial (fraksi tekanan), karena pada temperatur tetap
• mixing ratio mol (fraksi mol), pada volume dan suhu yang dijaga tetap maka
• mixing ratio massa (fraksi massa), karena massa suatu zat = jumlah mol x berat atom atau berat molekul, m = n x BA atau m = n x M, maka
Pernyataan mixing ratio dalam ppm
Mixing ratio dalam bentuk fraksi konsentrasi, tekanan, dan mol lebih mudah dinyatakan dalam bentuk ppmv (ppm by volume) dengan mengalikannya dengan 106. Sedangkan mixing ratio dalam bentuk fraksi massa lebih mudah dinyatakan dalam ppmm (ppm by massa), dengan cara yang sama
Dalam satuan sistem internasional (SI), biasanya digunakan ppmv dan ditulis hanya ppm tanpa notasi “v” untuk perhitungan atmosfer, dan sering juga ditulis dalam satuan μmol/mol, μL/L, mL/m3, dan sebagainya
Mixing Ratio Uap Air dan Kelembaban Relatif
desain air yang sangat unik (sering disebut “anomali” air) dan sangat berpengaruh pada banyak fenomena di atmosfer fenomena di atmosfer yang sangat dipengaruhi keberadaan uap air di atmosfer
kabut, mendung, hujan, cuaca, iklim, suhu lokal atmosfer, perubahan tekanan, dan sebagainya
kuantitas uap air di atmosfer dan satuan yang umum digunakan (Seinfeld and Pandis 2006)
Mixing ratio berbasis volume, (ppm) Perbandingan massa uap air terhadap massa total udara kering, (g H2O/kg udara kering) Kelembaban spesifik – rasio massa uap air terhadap massa total udara, (g H2O/kg udara) Konsentrasi massa, (g H2O/m3 udara) Mixing ratio berbasis massa, (g H2O/g udara) Kelembaban relatif (RH) – rasio tekanan parsial uap air terhadap tekanan uap jenuh H2O pada temperatur lingkungan, (PH2O/P0H20), dinyatakan dalam %,
Kasus 7. Turunkan satuan ppm (mixing ratio) ke satuan molar (M), dan ug/m3! Kasus 8. Dalam baku mutu udara ambien RI dituliskan SO2= 0,34 ppm dan NO2= 0,21 ppm (pengukuran 1 jam). Nyatakan baku mutu tersebut dalam satuan ug/m3!
Skala Spasial dan Temporal Proses Atmosfer
Secara prinsip perubahan dinamis atmosfer melibatkan sejumlah proses fisika dan kimia dalam menambah (gas produce) atau mengurangi (remove) gas konstituen Sejumlah gas dihasilkan oleh proses kimia di atmosfer
proses biologi, vulkanis, peluruhan radioaktif, kegiatan manusia, atau proses-proses di atmosfer sendiri (fotokimia, radikal, dan sebagainya).
Sejumlah gas dikurangi dari atmosfer dengan berbagai reaksi kimia-fisika
penyerapan biologi, pembentukan partikel (fog, smog, presipitasi, dsb), deposisi, penyerapan oleh lautan, atau prosesproses reaksi di atmosfer sendiri.
Rata-rata waktu tinggal molekul gas yang masuk ke atmosfer (bervariasi mulai detik hingga beberapa tahun, bahkan ratusan atau ribuan tahun) sangat dipengaruhi efektifitas removalnya zat di atmosfer dapat berubah konsentrasi maupun bentuknya melalui dua proses
Pertama, karena adanya spektrum matahari yang cukup kuat energinya untuk memecah bagian-bagian molekul atau disebut reaksi fotokimia Kedua, adalah reksi kimia dua atau lebih molekul menghasilkan spesies molekul baru
Kedua proses ini lebih dikenal dengan proses transformasi zat di atmosfer reaksi terjadi a.l: oksidasi-reduksi, eliminasi-substitusi, hidrolisis-fotolisis, hidrasi, pengompleksan, pembentukan radikal.
Skala spasial dan temporal beberapa konstituen atmosfer (Seinfeld and Pandis 2006)
Kategori skala spasial dan skala temporal
skala mikro (microscale), 0-10 km, contoh bentuk aliran dan dispersi plume dari cerobong industri, pencemar di daerah gedung-gedung, pohon-pohon, jalan aspal dan beton, gurun pasir dan batuan. Skala meso (mesoscale), fenomena transport, transformasi dan removal dalam skala puluhan – ratusan km, seperti perjalanan zatzat yang mempunyai lifetime menengah melewati topografi dataran, gunung-lembah, lautan, pegunungan, dan perpindahan tekanan tinggi – tekanan rendah. Skala sinoptik (synoptic scale), fenomena pergerakan zat mengikuti sirkulasi atmosfer yang menentukan cuaca/musim, contoh angin muson, transport pada skala ini mencapai ratusan – ribuan km, intercontinental Skala global (globa scale), fenomena yang terjadi secara global, skala lebih dari 5000 km, seperti efek global warming, perusakan ozon oleh senyawaan klor organik (seperti CFCchloroflourocarbon).
Skala Spasial Fenomena Kimia Atmosfer (Seinfeld and Pandis 2006) Fenomena Atmosfer
Panjang skala, km
Polusi udara daerah urban
1 – 100
Polusi udara regional
10 – 1000
Hujan/deposisi asam
100 – 2000
Polutan udara toxic
0,1 – 100
penipisan ozon stratosfer
1000 – 40.000
kenaikan gas-gas rumah kaca
1000 – 40.000
Interaksi aerosol – iklim
100 – 40.000
Proses transport dan oksidasi troposfer
1 – 40.000
pertukaran stratosfer-troposfer
0,1 – 100
Proses transport dan oksidasi stratosfer
1 – 40.000
