Dinamika Atmosfer Bawah (Skala Ketinggian dan Mixing Ratio)

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