BAB II Tinjauan Pustaka_ G11zah

I.
PENDAHULUAN
II.
TINJAUAN PUSTAKA
1.1
Latar Belakang
Sangat sedikit penilitian mengenai
profil dari urban boundary layer yang telah
dilakukan disebabkan keterbatasan sumber
informasi mengenai karakteristik parameter
cuaca pada lapisan permukaan (Rotach et al.
2004). Salah satu diantaranya adalah
informasi
yang
meliputi
suhu
dan
kelembaban. Namun demikian, seringkali
ditemukan kesulitan dalam memperoleh profil
suhu dan kelembaban secara vertikal pada
beberapa ketinggian tertentu. Kendala utama
terletak pada kemampuan instrumen dalam
melakukan pengukuran secara vertikal akibat
keadaan geografis dan jarak yang seringkali
dapat menghambat dalam memperoleh
informasi tersebut, sehingga dibutuhkan biaya
yang relatif mahal untuk menunjang
kemampuan alat tersebut seperti membangun
sebuah menara pengamat khusus. Oleh karena
itu, sangat diperlukan suatu instrumen dengan
sistem yang dapat mengukur parameter cuaca
di berbagai ketinggian, keadaan geografis dan
letak
tempuhnya.
Dengan
demikian,
dikembangkan suatu platform pengukur
parameter cuaca pada urban boundary layer
yang mampu menunjang pengukuran di
berbagai ketinggian secara kontinu dengan
mengadopsi teknologi robotik sederhana dan
sistem telemetri, di mana sistem ini
mempunyai kemampuan untuk mengukur
parameter cuaca secara vertikal dan
melakukan pengukuran dari tempat yang
berjauhan. Sehingga dengan platform dan
sistem ini diharapkan dapat memberi solusi
untuk mendapatkan informasi parameter
cuaca tersebut.
1.2
Tujuan
Penelitian
ini
bertujuan
untuk
merancang platform yang dapat bergerak
vertikal dan mampu mengangkut alat
pengukuran untuk mengukur profil urban
boundary layer dengan kemampuan telemetri.
2.1
Fungsi Pengamatan
Boundary Layer
Profil
Urban
Urban boundary layer telah menjadi
suatu studi yang sangat menarik perhatian
dewasa ini. lebih dari itu urban boundary
layer mempunyai karakteristik struktur tiga
dimensi yang rumit sehingga sangat sulit
untuk ditelaah secara komprehensif (Rotach et
al., 2002). Oke (1987) telah membagi Urban
boundary layer kedalam beberapa sublayer
secara vertikal yaitu :
Gambar 1 Urban boundary layer (Oke 1987)
¾
Urban Canopy Layer (UCL) berkisar
dari ketinggian permukaan tanah
hingga ketinggian rata-rata gedung
dan pepohonan.
¾ Inertial sublayer (IS) berada diatas
ketinggian ideal dari gedung dan
pepohonan lingkungan perkotaan
(Tennekes and Lumely, 1972).
¾ Outer Urban boundary layer
(OUBL)
Merupakan lapisan terluar dari
Urban boundary layer.
Pada
kasus
pencemaran
udara
konsentrasi polutan tertinggi terdapat di
kawasan perkotaan (urban) dalam lingkup
11 ketiga sublayer tersebut . Pada kondisi
adiabatik, gas-gas polutan,aerosol dan
partikulat cenderung naik ke atmosfer dan
terdispersi. Namun pada kasus inversi suhu,
lapisan udara hangat dapat menahan polutan
pada
lapisan
permukaan.
Hal
ini
menyebabkan terjadinya kualitas udara buruk
yang dapat berlangsung hingga beberapa jam
sampai lapisan inversi terurai. Sehingga
diperlukan model pencemaran udara untuk
memperhitungkan resiko dan dispersi
pencemaran polutan tersebut. Data profil
temperatur sangat dibutuhkan sebagai input
primer untuk membuat model plume and
dispersion
dimana
pembentukan
dan
penguraian lapisan inversi pada area tertentu
dapat diprediksi dengan pengawasan profil
temperatur atmosfer secara real-time,
sehingga dampak buruk pada lingkungan dan
kesehatan dapat diantisipasi. akan tetapi
kebanyakan model pencemaran yang telah
dikembangkan hanya mencakup lingkungan
non-perkotaan dan tidak menyertakan dispersi
polutan pada lapisan Urban Boundary Layer
(Rotach, 2001). Beberapa kegunaan data
profil Urban boundary layer antara lain :
• Investigasi efek urban heat island
• Pengawasan kestabilan atmosfer bandar
udara
• Prakiraan meteorologi skala besar dan
regional
• Sebagai input emergency management
system dari PLTN dan industri
petrokimia
• Prakiraan kabut (fog forecasting)
• Penelitian perambatan gelombang radio
dan sinar laser
• Penelitian kimia atmosfer
2.2
Usaha Pengamatan Profil Urban
Boundary Layer
Dalam berbagai penelitian telah
dilakukan usaha-usaha untuk memperoleh
data profil urban boundary layer. Pengamatan
yang paling umum dilakukan dengan
menggunakan tower. Beberapa pengamatan
lain memanfaatkan pesawat dan helikopter
observasi serta instrumen air temperature
profiler dengan teknologi microwave.
2.2.1
Menara
Usaha pengamatan profil Urban
boundary layer pada umumnya dilakukan
dengan menggunakan media tower. Salah satu
contohnya adalah tower BUBBLE (The Basel
Urban Boundary Layer Experiment) yang
dibangun di kota Basel, swiss. Tower tersebut
dibangun dengan ketinggian 32 meter dengan
ilustrasi sebagai berikut :
Gambar 2 Tower BUBBLE (Rotach et al
2004)
Tower ini dibangun untuk mengamati
karakter termal dan fluks energi di lingkungan
perkotaan yang berada di sekitar tower. Pada
tower tersebut dipasang berbagai macam
sensor, sensor-sensor termal berfungsi
mengamati profil suhu lingkungan, sedangkan
sensor-sensor fluks berfungsi mengamati fluks
dari panas dan kelembaban lingkungan. Data
hasil pengukuran kemudian dibandingkan
dengan data spasial yang diperoleh dari satelit.
Di kota Helsinki juga terdapat tower serupa,
yaitu tower urban measurement station yang
melakukan pengukuran flux CO2 dan uap air
serta suhu udara. Tower ini dibangun oleh
Department of Forest Sciences finlandia untuk
pengamatan flux CO2 dan karakteristiknya di
lingkungan land use yang berbeda yaitu
pemukiman, jalan raya dan vegetasi.
Pengukuran dengan menggunakan tower ini
hanya dilakukan pada lingkungan sekitar
menara saja, sehingga untuk kebutuhan data
12 yang lebih luas diperlukan pembangunan
beberapa tower, sedangkan untuk membangun
tower sejenis dibutuhkan biaya yang cukup
besar.
Platform (HOP) dengan cara memasang alat
pengukuran pada helikopter. Pengukuran
menggunakan
platform
helikopter
ini
memiliki kelebihan dibanding penggunaan
platform pesawat dimana data yang didapat
mencakup interval ketinggian pengukuran
yang lebih dekat dengan permukaan, sehingga
data profil boundary layer menjadi lebih
lengkap secara temporal maupun spasial.
Namun platform helikopter ini memiliki
kelemahan akibat pengaruh baling-baling
helikopter data yang didapat menjadi kurang
akurat karena data yang diukur oleh alat
pengukuran terganggu oleh turbulensi udara di
bawah baling-baling.
Gambar 3 Tower urban measurement station
(Järvi, 2009)
2.2.2 Pesawat Ultra Light dan Helicopter
Observation Platform (HOP)
Salah satu contoh platform untuk
pengamatan profil boundary layer adalah
dengan menggunakan pesawat (light plane)
yang dilakukan oleh De Franceschi (2003)
untuk pengamatan di kota Trento, Italia.
Pesawat
tersebut
dilengkapi
sensor
pengukuran suhu, tekanan udara dan RH.
Pengukuran dengan menggunakan light plane
ini dilakukan hingga ketinggian 2500mdpl
dalam suatu area, data yang diperoleh dari
hasil pengukuran dikombinasikan dengan data
spasial GPS dengan metode kriging sehingga
menghasilkan output profil vertikal dan
spasial boundary layer.
Gambar
4
Ultra light plane
(Defranceschi, 2003)
platform
Selain penggunaan light plane, Holder
(2009) menggunakan alat transportasi udara
lainnya untuk pengamatan profil boundary
layer dalam project Helicopter Observation
Gambar 5 Helicopter Observation Platform
(Holder, 2009)
2.2.3
Kipp and Zonnen
Temperature Profiler
MTP-5
Air
Salah satu instrumen pengamat profil
temperatur boundary layer yang tersedia
adalah MTP-5 air temperature profiler yang
diproduksi oleh Kipp and Zonnen. Instrumen
ini bekerja dengan cara mengukur radiasi
gelombang mikro yang terpancar di atmosfer
dalam
Planetary Boundary Layer.
Pengukuran dilakukan dengan metode
scanning radiasi gelombang mikro secara
angular dari horizontal ke vertikal, kemudian
data angular dari radiasi gelombang mikro
diolah oleh perangkat lunak menjadi data
ketinggian dan temperatur.. Instrumen ini
hanya mengukur profil temperatur pada
interval ketinggian 50m setiap 2 menit sekali
sehingga temperatur dalam ketinggian skala
mikro tidak dapat diketahui, selain itu
instrumen ini harus sering dibersihkan dan
dilindungi dari presipitasi untuk mencegah
terjadinya signal noise sehingga data yang
terukur tidak akurat dan harganya tergolong
mahal.
13 secara berpasangan di sisi yang sama akan
mengakibatkan short circuit pada h-bridge
dan mengakibatkan kerusakan pada saklar
maupun baterai, fenomena ini disebut shoot
through (McManis 2002). Berikut adalah
contoh tabel 1 yang dapat dibuat dari
kombinasi status saklar .
Gambar 6 Prinsip pengukuran MTP-5
2.3
Platform panjat
Pengamatan profil urban boundary
layer secara vertikal secara efektif dapat
dilakukan jika alat pengukuran berada di
ketinggian objek yang akan diukur, oleh
karena itu diperlukan platform yang mampu
mengangkut alat pengukuran dan mampu
bergerak secara vertikal. Agar platform dapat
bergerak maka motor DC digunakan sebagai
penggerak utama, maka diperlukan rangkaian
pengontrol yang berfungsi untuk mengontrol
gerak motor DC tersebut sehingga mampu
bergerak vertikal naik turun. Rangkaian
pengontrol yang dipakai adalah rangkaian hbridge.
Tabel 1 Kombinasi status saklar h-bridge
Saklar Saklar Saklar Saklar Status motor
1
2
3
4 DC
motor DC
On
Off
Off
On berputar
Clockwise
motor DC
berputar
Off
On
On
Off
Counterclockwise
motor DC
On
On
Off
Off
berhenti
motor DC
Off
Off
On
On
berhenti
Gambar 7 H-bridge
Nama rangkaian h-bridge berasal dari
bentuk skema rangkaian yang berupa 4 saklar
yang yang disusun sedemikian rupa sehingga
membentuk huruf H. Beragam jenis
komponen elektronik dapat difungsikan
sebagai saklar pada h-bridge antara lain
DPDT switch, relay, transistor, dan power
MOSFET. Tetapi
yang paling umum
digunakan adalah transistor power, keempat
saklar tersebut harus diaktifkan secara
berpasangan disisi yang berlawanan secara
diagonal, yaitu saklar 1 dan saklar 4 agar
motor DC berputar searah jarum jam
(clockwise), atau saklar 2 dan saklar 3 agar
motor DC berputar berlawanan arah jarum
jam (counter-clockwise). Jika saklar aktif
14