PENDAHULUAN
Nitrogen dioksida (NO2) merupakan polutan di atsmofer yang sangat reaktif. NO2 terbentuk akibat reaksi pembakaran bahan bakar pada temperatur tinggi. NO2 biasa diemisikan ke atmosfer oleh kendaraan bermotor maupun kegiatan industry (Hastuti dan Driejana, 2018). NO2 dapat membahayakan kesehatan (Octaviani dkk., 2010) manusia karena dapat menyebabkan gangguan pada sistem pernapasan maupun paru-paru. Konsentrasi NO2 yang tinggi juga dapat menyebabkan terganggunya pertumbuhan tanaman. NO2 juga merupakan prekursor dari ozon troposferik yang dapat menyebabkan penurunan hasi panen secara signifikan (Wilkinson dkk., 2012) dan menyebabkan kematian prematur pada manusia (Lelieveld, dkk., 2015).
Kota Tangerang merupakan salah satu kota di Banten yang memiliki perkembangan secara pesat. Perkembangan ini meliputi perkembangan di bidang kependudukan, ekonomi, industri, jasa, dan transportasi. Perkembangan yang pesat ini akan berdampak pada perubahan fungsi lahan, bertambahnya industri, dan meningkatnya jumlah kendaraan (Maulana dkk., 2016). Hal ini dapat berdampak pada lingkungan, termasuk kualitas udara di Kota Tangerang. Pada periode 2009 hingga 2014, banyak kondisi kualitas udara perkotaan di Pulau Jawa termasuk dalam kategori sedang (Rita, dkk., 2016).
Salah satu model yang biasa digunakan untuk memodelkan kondisi udara ambien adalah Weather Reseach and Forecasting with Chemical (WRF-Chem). WRF-Chem adalah model cuaca skala regional yang memodelkan kondisi meteorologi dan interaksinya dengan senyawa-senyawa kimia yang ada di atmosfer secara spasial dan temporal. Simulasi WRF-Chem dengan menggunakan inventori emisi regional dapat menunjukkan hasil yang lebih baik dibandingkan dengan model skala global (Power, dkk., 2017).
Penelitian mengenai kualitas udara dengan menggunakan model WRF-Chem telah banyak dilakukan. Zhao, dkk. pada tahun 2014 melakukan penelitian mengenai variasi musiman black carbon dengan menggunakan model WRF-Chem. Hasil penelitiannya menunjukkan bahwa terdapat pengaruh dari variasi musim akibat perbedaan angin dominan yang bertiup di tiap musimnya. Selain itu, konsentrasi maksimum terjadi pada saat musim dingin dan konsentrasi minimum terjadi pada musim panas. Penggunaan WRF-Chem dalam memodelkan udara ambien juga pernah dilakukan oleh Sharma, dkk. pada tahun 2016. Sharma (2016) melakukan simulasi ozon dengan menggunakan WRF-Chem pada periode pre-monsoon. Zabkar, dkk. pada tahun 2015 melakukan penelitian untuk mengevaluasi prediksi ozon dengan menggunakan model WRF-Chem dan perbandingannya dengan menggunakan model statistik. Hasil penelitiannya menunjukkan bahwa WRF-Chem dapat mengeluarkan hasil prediksi yang baik, dan di beberapa sisi lebih baik dibandingkan dengan model statistik, tergantung pada lokasi pengamatan dan evaluasi pengukuran yangdilakukan.
Di Indonesia, penelitian mengenai kualitas udara dengan menggunakan model WRF-Chem pernah digunakan untuk menganalisis distribusi pencemar udara di Jakarta (Darmanto dan Sofyan, 2011). Hasil penelitiannya menunjukkan bahwa hasil dari model masih overestimate dibandingkan dengan hasil observasi. Penelitian mengenai konsentrasi polutan di wilayah perkotaan di Indonesia juga pernah dilakukan oleh Wasi'ah (2017) dengan menggunakan metode multi-variat menggunakan konsentrasi prekursor ozon dan parameter meteorologi. Rashid, dkk.(2014) melakukan perbandingan konsentrasi polutan antara musim basah dan musim kering. Hasil penelitiannya menunjukkan konsentrasi polutan black carbon di Kota Makassar lebih tinggi pada musim kering.
METODOLOGI PENELITIAN
'
Secara geografis, Kota Tangerang terletak pada 6,2024 lintang selatan dan 106,6527 bujur timur. Kota Tangerang Sebelah utara berbatasan dengan Kecamatan Teluk Naga dan Kecamatan Sepatan Kabupaten Tangerang, sebelah selatan berbatasan dengan Kecamatan Curug dan Kecamatan Serpong, sebelah timur dengan DKI Jakarta, sedangkan sebelah barat berbatasan dengan Kecamatan Cikupa Kabupaten Tangerang. Peta Kota Tangerang dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Peta batas administrasi Kota Tangerang
Data dan Alat
Data yang digunakan pada penelitian ini adalah data emisi antropogenik global, inventarisasi emisi pencemar udara Kota Tangerang, dan data meteorologi global, yang digunakan sebagai masukan dalam model WRF-Chem. Data inventarisasi emisi pencemar udara Kota Tangerang tahun 2014 diperoleh dari Badan Lingkungan Hidup (BLH) Kota Tangerang. Data emisi yang dipergunakan adalah emisi yang berasal dari aktivitas rumah tangga, industri, dan transportasi. Data emisi global yang digunakan adalah data inventarisasi antropogenik EDGAR-HTAP yang diperoleh dari Emission Database for Global Atmospheric Research (EDGAR) tahun 2010 dengan resolusi spasial 0,1ox 0,1o . Data meteorologi global didapatkan dari National Atmospheric Administration (NOAA) berupa data Global Foecasting Systems (GFS) dengan resolusi spasial 0,25° x 0,25° dan resolusi temporal 3 jam.
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah model WRF-Chem versi 3.6.1. Alat penunjang lainnya yang digunakan untuk pengolahan data dan analisis hasil luaran model.
Simulasi Model
Simulasi dengan menggunakan model WRF-Chem dapat dibagi menjadi 3 tahapan, yaitu tahap pre-processing, processing, dan post processing. Simulasi dilakukan selama 4 hari di bulan kering pada tanggal 4-8 September 2016 dan bulan basah pada tanggal 4-8 Januari 2017. Tahap pre-processing terdiri dari persiapan domain, persiapan data meteorologi, dan persiapan data inventarisasi emisi sebagai masukan dari model WRF-Chem. Domain yang digunakan dalam penelitian berjumlah 3 domain dengan domain terkasar memiliki resolusi 25 km dan domain terhalus memiliki resolusi 1 km. Gambar 2
menunjukkan pengaturan domain yang digunakan dalam penelitian ini. Pre-processing data meteorologi dilakukan dengan menggunakan WRF Pre-processing System (WPS) yang mengonversi data GFS dan data topografi wilayah kajian menjadi data masukan dari WRF-Chem. Pre-processing data inventarisasi emisi dilakukan dengan mengonversi data inventarisasi emisi menjadi data grid yang sesuai dengan grid yang terdapat pada model WRF-Chem.
'
Gambar 2. Konfigurasi domain simulasi
Sebelum tahap processing, dilakukan pemilihan parameterisasi yang digunakan untuk menyimulasikan kondisi atmosfer dengan menggunakan model WRF-Chem. Tabel 1 menunjukkan daftar parameterisasi yang digunakan dalam penelitian ini.
Tabel 1. Konfigurasi parameterisasi WRF-Chem
| Proses | Parameter |
|---|---|
| Microphysics | Lin et al. scheme |
| Long wave radiation | Rapid Radiative Transfer Model (RRTM) |
| Short wave radation | Goddard Shortwave scheme |
| Boundary layer scheme | Mellor-Yamada-Janjic (Eta) TKE scheme |
| Cumulus parameterization | Grell Devenyi Ensemble |
| Chemical parameterization | RADM2 Chemistry and GOCART aerosols |
| Emission input | GOCART RACM_KPP emissions |
Pada tahapan post-processing, dilakukan visualisasi dan analisis dari hasil luaran model WRF-Chem. Analisis dibagi menjadi 3 tahapan, yaitu:
- 1. Verifikasi hasil luaran model dengan data observasi. Verifikasi dilakukan dengan menghitung koefisien korelasi dan Mean Absolute Error (MAE) antara hasil model dengan data observasi.
- 2. Analisis dispersi NO2 secara spasial dan temporal untuk melihat pola persebaran dan wilayah-wilayah yang rawan akibat paparan NO2.
- 3. Analisis pengaruh dari variasi musiman yang dilakukan dengan membandingkan hasil simulasi pada bulan basah dan bulan kering di Kota Tangerang.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Inventarisasi Emisi
Inventarisasi emisi Kota Tangerang untuk tahun 2014 dilakukan dengan data emisi yang diinventarisasi adalah emisi yang berasal dari aktivitas rumah tangga, industri, dan transportasi, baik dalam sumber titik, bergerak, maupun area. Sumber titik dibagi menjadi 4 jenis sumber, yaitu krematorium, hotel, mall, dan industri. Sumber emisi bergerak dibagi menjadi 2 jenis, yaitu emisi yang berasal dari jalan dan bandara. Sumber emisi area dibagi menjadi 4 jenis, yaitu rumah tangga, SPBU, konstruksi, dan TPA. Pencemar yang diinventarisasi dan menjadi input dalam model WRF-Chem adalah NOx. Data inventarisasi emisi tersebut kemudian dikonversi menjadi grid 1 km x 1 km untuk menjadi input emisi dalam model WRF-Chem.
Emisi NOx di Kota Tangerang didominasi oleh emisi yang berasal dari industri. Sektor transportasi di Kota Tangerang juga mengeluarkan emisi NOx yang cukup besar di jalanjalan utama yang padat kendaraan dan emisi yang berasal dari aktivitas di bandara. Tabel 2 menunjukkan hasil inventarisasi NOx di Kota Tangerang.
| Tabel 2. Inventarisasi NOx Kota Tangerang | |||
|---|---|---|---|
| No | Sumber | Jenis | NOx |
| Krematorium | 1,17 | ||
| 1 | Titik | Hotel | 19,73 |
| Mall | 1,68 | ||
| Industri | 13618,91 | ||
| Jalan | 1267,35 | ||
| No | Sumber | Jenis | NOx | |
|---|---|---|---|---|
| 2 | Garis | Bandara | 3706,01 | |
| Rumah Tangga | 94,47 | |||
| 3 | Area | SPBU | 0 | |
| Konstruksi | 0 | |||
| TPA | 1,17 | |||
Gambar 3 menunjukkan peta inventarisasi emisi NOx di Kota Tangerang. NOx yang diemisikan oleh sektor industri mencapai total 13618,91 ton/tahun dan berpusat di wilayah barat Kota Tangerang. Inventarisasi emisi NOx di bandara Soekarno-Hatta mencapai 3706,01 ton/tahun mengakibatkan tingginya emisi NOx di wilayah timur laut Kota Tangerang. Sektor transportasi di jalan-jalan utama di Kota Tangerang mengemisikan 1267,35 ton/tahun.
Gambar 3. Inventarisasi emisi NOx Kota Tangerang
Uji Verifikasi
'
Uji verifikasi dilakukan untuk menguji kemampuan model WRF-Chem dalam melakukan simulasi. Verifikasi dilakukan terhadap parameter meteorologi, yaitu temperatur udara, kecepatan angin, dan arah angin. Data yang digunakan untuk verifikasi hasil simulasi model WRF-Chem adalah data pengamatan di stasiun pengamatan meteorologi yang terdapat di wilayah Kota Tangerang dan sekitarnya. Verifikasi hasil model dengan data pengamatan cuaca dilakukan dengan menggunakan nilai korelasi Pearson dan mean absolute error (MAE).
Tabel 3 menunjukkan hasil verifikasi parameter temperatur udara di 6 stasiun pengamatan meteorologi. Hasil verifikasi parameter temperatur udara di wilayah Tangerang menunjukkan rata-rata nilai korelasi pearson >0,7 di 6 stasiun pengamatan. Nilai korelasi Pearson yang mendekati 1 menunjukkan hubungan yang erat antara hasil model dengan data pengamatan. MAE untuk parameter temperatur udara bernilai relatif kecil menunjukkan kemampuan model yang mampu merepresentasikan parameter temperatur udara sesuai dengan kondisi yang sebenarnya, baik pada simulasi di bulan basah dan di bulan kering.
Tabel 3. Hasil verifikasi temperatur udara
| Stasiun | Musim Basah | Musim Kering | ||
|---|---|---|---|---|
| Pengamatan | r | MAE | r | MAE |
| Budiarto | 0,87 | 1,22 | 0,78 | 1,53 |
| Citeko | 0,89 | 1,18 | 0,78 | 1,22 |
| Jakarta Observatory | 0,82 | 1,06 | 0,89 | 1,46 |
| Tanjung Priok | 0,73 | 1,68 | 0,78 | 1,68 |
| Serang | 0,94 | 0,80 | 0,82 | 0,98 |
| Soekarno-Hatta | 0,89 | 1,04 | 0,92 | 1,04 |
Tabel 4 menunjukkan hasil verifikasi parameter temperatur udara di 6 stasiun pengamatan meteorologi. Nilai korelasi Pearson untuk parameter kecepatan angin menunjukkan nilai rata-rata >0,5 dan nilai MAE yang relatif kecil. Hal ini menunjukkan model cukup baik dalam merepresentasikan kondisi kecepatan udara yang sebenarnya.
Tabel 4. Hasil verifikasi kecepatan angin
| Stasiun Pengamatan | Musim Basah | Musim Kering | |||
|---|---|---|---|---|---|
| r | MAE | r | MAE | ||
| Budiarto | 0,66 | 2,58 | 0,56 | 2,61 | |
| Citeko | 0,51 | 2,90 | 0,29 | 3,13 | |
| Jakarta Observatory | 0,51 | 2.03 | 0,55 | 2,11 | |
| Tanjung Priok | 0,20 | 2,92 | 0,80 | 2,23 | |
| Serang | 0,27 | 3.60 | 0,51 | 1,67 | |
| Soekarno-Hatta | 0,64 | 2,24 | 0,44 | 1,67 | |
Gambar 4 menunjukkan hasil verifikasi arah angin di 6 stasiun pengamatan meteorologi. Baik pada bulan kering dan bulan basah, model mampu menghasilkan nilai tepat sebesar >60%. Berdasarkan hal tersebut, hasil verifikasi arah angin menunjukkan hasil yang cukup baik.
Gambar 4. Verifikasi arah angin pada (a) musim kering dan (b) musim basah
Karakteristik Angin Kota Tangerang
'
Karakteristik angin di suatu wilayah dipengaruhi oleh karakteristik angin secara regional dan lokal. Salah satu sirkulasi angin yang mempengaruhi karakteristik angin di Kota Tangerang adalah sirkulasi monsun. Gambar 5 menunjukkan karakteristik monsun di wilayah Kota Tangerang. Sirkulasi monsun yang mempengaruhi karakteristik angin di Kota Tangerang adalah sirkulasi monsun Asia dan monsun Australia. Sirkulasi monsun ini menyebabkan Kota tangerang memiliki dua musim, yaitu musim basah dan musim kering, ditandai dengan arah pergerakan angin dan jumlah curah hujan yang terjadi.
Gambar 5. Kondisi angin regional pada (a) musim kering dan (b) musim basah
Di musim basah, angin regional akan bergerak dari arah benua Asia di Timur laut menuju benua Australia di Tenggara Indonesia. Sirkulasi ini memiliki karakteristik udara yang lembap sehingga menimbulkan puncak curah hujan di Kota Tangerang. Di musim kering, angin regional yang bergerak menuju benua Asia yang berasal dari wilayah benua Australia. Karakteristik udara yang dibawa oleh sirkulasi angin monsun ini adalah kering, sehingga menimbulkan kondisi kering di Kota Tangerang.
Selain sirkulasi angin regional, salah satu kondisi yang mempengaruhi kondisi angin di suatu wilayah adalah sirkulasi angin lokal. Di wilayah Kota Tangerang, karakteristik angin dapat dipengaruhi oleh sirkulasi angin darat dan angin laut. Sirkulasi ini terjadi akibat adanya perbedaan kapasitas kalor yang dimiliki oleh daratan dan lautan. Perkembangan sirkulasi angin laut di Kota Tangerang dari waktu ke waktu ditunjukkan pada gambar 6.
Gambar 6. Sirkulasi angin laut pada (a) musim kering dan (b) musim basah
Di musim kering, angin laut mulai bangkit pada pukul 09.00 ditandai dengan perubahan arah angin yang mengarah ke selatan (darat). Sirkulasi angin laut mencapai puncaknya pada pukul 14.00 ditandai dengan penetrasi angin yang kuat ke arah daratan. Pada pukul 19.00, angin mulai berbalik arah seiring dengan melemahnya angin laut, digantikan dengan sirkulasi angin darat. Di musim basah, sirkulasi angin laut mulai bangkit pada pukul 08.00 ditandai dengan perubahan arah angin yang mengarah ke selatan (darat). Angin laut mencapai puncaknya pada pukul 15.00 ditandai dengan penetrasi angin yang kuat ke arah daratan dan berakhir pada pukul 19.00 ditandai dengan kondisi angin yang berbalik arah.
Persebaran NO2 di musim kering dan musim basah
Secara umum, dispersi NO2 di Kota Tangerang mengikuti pola pergerakan arah angin lokal yang berpengaruh di musim basah maupun musim kering. Angin lokal yang berpengaruh di Kota Tangerang adalah sirkulasi angin darat dan angin laut. Sirkulasi ini mempengaruhi dispersi NO2 dari waktu ke waktu, bergantung pada fase dari sirkulasi tersebut. Selain kondisi angin, tingkat kestabilan atmosfer juga berpengaruh dalam dispersi NO2 di Kota Tangerang. Gambar 7 menunjukkan dispersi NO2 di permukaan. Dispersi dari NO2 bergerak mengikuti arah pergerakan angin. Di siang hari, kondisi atmosfer yang tidak
stabil mengakibatkan NO2 terdispersi secara vertikal sedangkan di malam hari, NO2 akan terdispersi secara horizontal karena kondisi atmosfer yang cenderung stabil.
'
Gambar 7. Dispersi NO2 pada (a) musim kering dan (b) musim basah
Konsentrasi tertinggi terjadi di malam hari dan pagi hari, dimana kondisi atmosfer cenderung stabil. Lokasi konsentrasi NO2 tertinggi berada di daerah barat Kota Tangerang, dimana terdapat pusat industri, dan timur laut Kota Tangerang, dimana terdapat bandara Soekarno-Hatta yang mengemisikan NO2 yang tinggi dari aktivitasnya. Di siang hari, NO2 lebih terdispersi secara vertikal diakibatkan oleh kondisi atmosfer yang tidak stabil. Ketinggian dari lapisan stabil di siang hari lebih tinggi dibandingkan dengan malam hari dikarenakan terdapat turbulensi di mixed layer yang mengakibatkan transpor vertikal pada atmosfer.
Gambar 8 menunjukkan dispersi NO2 secara vertikal dari utara ke selatan. NO2 terdispersi ke arah laut di utara pada malam hari diakibatkan oleh pergerakan sirkulasi angin darat yang terjadi di Kota Tangerang. Ketika musim kering, NO2 akan terdispersi lebih jauh ke utara dibandingkan ketika musim basah karena monsun Australia akan memperkuat sirkulasi dari angin darat sementara pada musim basah angin darat akan diperlemah oleh monsun Asia yang bergerak dari arah utara Kota Tangerang. Di siang hari, NO2 akan terdispersi secara vertikal, dan pergerakan NO2 secara horizontal akan diperlemah oleh monsun Australia di bulan kering dan diperkuat oleh monsun Asia di bulan basah.
Gambar 8. Konsentrasi NO2 (N-S) pada (a) musim kering dan (b) musim basah
Perbandingan Konsentrasi NO2 dengan Baku Mutu Udara Ambien Nasional
Berdasarkan hasil simulasi yang telah dilakukan, terdapat wilayah di Kota Tangerang yang telah melebihi baku butu udara ambien nasional untuk NO2 berdasarkan PP. No. 41 Tahun 1999. Gambar 9 menunjukkan konsentrasi NO2 tiap jam di 13 kecamatan di Kota Tangerang. Baik pada bulan kering dan bulan basah, Kecamatan Benda memiliki konsentrasi NO2 yang melebihi baku mutu, yaitu 400 ug/Nm3 , pada dini hari. Hal ini dapat dikarenakan bandara Soekarno-Hatta yang ada pada Kecamatan Benda.
Gambar 9. Konsentrasi NO2 pada (a) musim kering dan
(b) musim basah di tiap Kecamatan
KESIMPULAN
'
Simulasi kualitas udara pada musim kering dan musim basah di Kota Tangerang menunjukkan bahwa dispersi dari NO2 sangat dipengaruhi oleh parameter-parameter meteorologi, diantaranya adalah temperatur udara, arah dan kecepatan angin, stabilitas atmosfer, dan curah hujan.
Temperatur udara akan mempengaruhi kecepatan angin yang disebabkan oleh sirkulasi angin darat dan angin laut. Kecepatan angin musim basah lebih kuat 27,297% dibandingkan ketika musim kering. Hal ini dikarenakan karakteristik monsun dimana monsun Asia yang lebih kuat dibandingkan dengan monsun Australia dan monsun tersebut memperkuat sirkulasi angin darat dan angin laut di Kota Tangerang. pengaruh presipitasi yang lebih sering terjadi di musim basah juga akan sangat mempengaruhi dispersi NO2 melalui proses deposisi basah yang terjadi ketika hujan. Konsentrasi rata-rata NO2 di Kota Tangerang pada musim basah adalah 33,135 µg/m3 , lebih rendah 14,5% dibandingkan dengan musim kering yang memiliki konsentrasi rata-rata NO2 sebesar 38,769 µg/m3 . Dispersi NO2 secara vertikal akan dipengaruhi oleh ketinggian stabilitas atmosfer. Di malam hari, ketinggian dari lapisan stabil sangat rendah, berkisar di ketinggian 200 meter sehingga NO2 tidak dapat terdispersi lebih tinggi secara vertikal sedangkan di siang hari, ketinggian lapisan stabil mencapai ketinggian 700 meter menyebabkan NO2 tidak akan terkonsentrasi di permukaan.
Di Kota Tangerang, terdapat 1 kecamatan yang telah melebihi baku butu udara ambien nasional, yaitu Kecamatan Benda. Tingginya konsentrasi NO2 di Kecamatan Benda diakibatkan oleh adanya aktivitas bandara Soekarno-Hatta. Konsentrasi NO2 di kecamatan ini melebihi baku mutu pada malam dini hari, di saat kondisi atmosfer yang cenderung stabil dan ketinggian lapisan batas yang rendah sehingga NO2 terkonsentrasi di lapisan permukaan.