chevy cahyana
TRANSCRIPT
Basil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006
IMPLEMENTASI MODEL SEBARAN TEMPERATURDI SEMENANJUNG MURIA
Chevy CahyanaPusat Teknologi Limbah Radioaktif, BATAN
ISSN 0852 - 2979
ABSTRAK
IMPLEMENTASI MODEL SEBARAN TEMPERATUR 01 SEMENANJUNG MURIA. Sebarantemperatur pada laut terbuka sebagian besar dipengaruhi oleh faktor alam, antara lain perbedaanpanas radiasi matahari pada permukaan bumi, perbedaan curah hujan dan penguapan, sertasirkulasi air laut. Pengaruh kegiatan manusia secara khusus terjadi pada sebagian kecil badan airlaut. Salah satu kegiatan manusia yang dapat mempengaruhi lingkungan laut adalah pengoperasianinstalasi nuklir yang menggunakan laut sebagai pendingin. Dalam hal ini efluen sekunder berupapanas dapat terlepas ke laut. Dalam makalah ini dibahas model sebaran temperatur di laut secaraglobal dengan menggunakan Oceanic General Circulation Model (OGCM) serta implementasinya diSemenanjung Muria sebagai calon tapak PLTN.
ABSTRACTTHE IMPLEMENTATION OF TEMPERATURE DISTRIBUTION MODEL AT MURIA
PENINSULA. Distribution of temperature in the open ocean are mostly affected by factors control bynature such as differences in solar heat due to relative position of sun on earth surface, differencesof precipitation and evaporation and ocean circulation. Human interfere are specifically occur in asmaller body of sea water. One of human activity that interfere marine environment is operation ofnuclear installation that use ocean water as cooling water. In this chase, heat as secondary effluentcan released to the ocean. On this paper, global temperature distribution model using OceanicGeneral Circulation Model (OGCM) is discussed. And also its implementation at Muria Peninsula ascandidate site of nuclear power plant.
PENDAHULUAN
Temperatur adalah karakter fisik air laut yang sangat penting, karena dapat
digunakan untuk mengidentifikasi badan air laut secara umum. Temperatur, salinitas dan
tekanan dapat menentukan kerapatan air laut. Sebaran temperatur pad a permukaan laut
dipengaruhi oleh fluks panas, penguapan, curah hujan, air sungai yang mengalir ke laut
serta pembekuan dan pencairan es di laut. Fluks panas terdiri dari beberapa komponen,
yaitu insolation Qsw, radiasi infra merah QLW, fluks panas sensible Qs dan fluks panas laten
QL (Gambar 1). Perubahan temperatur pada permukaan laut dapat menimbulkan
penurunan atau peningkatan kerapatan air pada permukaan laut. Jika air dari permukaan
mengalir ke bagian laut yang lebih dalam, maka akan terjadi hubungan yang khusus antara
temperatur dan salinitas yang dapat digunakan untuk identifikasi sumber dan untuk
merunut gerakan air laut di bagian dalam. Sebaran kerapatan di bagian dalam laut secara
langsung berkaitan dengan sebaran gradient tekanan horisontal yang dapat mempengaruhi
arus laut. Gerakan laut seperti itu disebut sirkulasi thermohaline 1.
85
Hasil Penelitian clan Kegiatan PTLR Tahun 2006
.250zoo150
1;
100
:s:
.50.01
------ as-£'..0
-100-1501001=
503::
·0-50 I. , ..
·90- ··50~-30·o·
ISSN 0852 - 2979
Heat Flux Components
Total Heal FlUK
- .•-.-
Gambar 1. Komponen fluks panas 1
Sirkulasi thermohaline global secara garis besar meliputi gerakan air vertikal yang
menyebabkan terjadinya gerak air secara horisontal dari daerah kutub. Fenomena gerakan
air ini mempengaruhi sebaran temperatur dan salinitas pada laut bagian dalam, dan
memiliki efek yang sangat besar pada sebaran karakteristik laut yang lainnya. Sirkulasi
vertikal ini tidak disebabkan oleh angin regional, tetapi oleh perbedaan kerapatan dari
massa air yang berbeda 2.
Sirkulasi air laut juga mempengaruhi sebaran temperatur. Gerakan air laut secara
keseluruhan memindahkan panas dari bagian laut yang berada pada posisi garis lintang
rendah ke bagian laut pada posisi garis lintang tinggi melalui arus permukaan. Air dingin
dari daerah kutub mengalir menuju ke arah equator melalui arus bawah. Sirkulasi laut juga
menyebabkan sebaran massa air dengan perbedaan temperatur dan salinitas. Secara
umum variasi salinitas lebih tinggi daripada temperatur. Pada laut terbuka, khususnya laut
dalam, variasi temperatur dan salinitas sangat kecil 3. Lepasan air pendingin yang
mengandung panas dapat mempengaruhi sebaran temperatur pada daerah muara atau
perairan di sekitar pantai. Lepasan tersebut dapat menjadi polutan yang dapat menganggu
seluruh ekosistem. Oleh karena itu studi terhadap sebaran temperatur harus dilakukan di
sekitar titik lepasan untuk mengevaluasi dampaknya terhadap lingkungan.
Oalam makalah ini disajikan gambaran singkat mengenai sebaran temperatur di
laut, penggunaan Oceanic General Circulation Model (OGCM) serta pengkajian
implementasinya di perairan semenanjung Muria sebagai calon tapak PLTN.
SEBARANTEMPERATUR
Sebaran horisontal temperatur pada permukaan laut terbuka cenderung bersifat
zonal, yaitu tidak bergantung pada posisi garis bujur (Gambar 2). Perbedaan temperatur
86
Hasi/ Penelitian clan Kegiatan PTLR Tahun 2006 ISSN 0852 - 2979
terutama disebabkan oleh kenaikan panas di lapisan permukaan di daerah equator dan
pengurangan panas di daerah kutub. Air paling hangat berada di sekitar equator dan air
paling dingin berada di sekitar kutub. Pada daerah antara equator sampai dengan garis
lintang 40°, air yang lebih dingin cenderung berada di bagian timur. Pada daerah yang
terletak di bagian utara dari garis lintang 40°, air yang lebih dingin cenderung berada di
bagian barat. Temperatur permukaan laut memiliki anomali, deviasi temperatur dalam
jangka panjang sangat kecil, kurang dari 1.5° C kecuali di samudera Pasifik di sekitar
ekuator deviasi bisa mencapai 3° C (Harrison dan Larkin, 1998) 1.
Profil vertikal temperatur di bawah permukaan laut biasanya dibagi ke dalam tiga
zona. Karena angin menghembus permukaan laut, lapisan paling atas membentuk lapisan
tipis yang disebut mixed swface layer, yang memiliki temperatur sama dengan temperatur
permukaan. Ketebalan lapisan ini berkisar antara 10-200 m pada daerah tropis dan daerah
sabuk lintang pertengahan. Kedalaman dan temperatur dari mixed sutface layer selalu
berubah sebagai respon terhadap fluks panas pada permukaan dan turbulensi yang
bergantung pada kecepatan angin dan intensitas patahan gelombang 3.
Avemge SS~'i-Surtace Temperaturo for .JanuafY
Gambar 2. Temperatur permukaan laut rata-rata dihitung dengan teknik interpolasi optimal
(Reynolds dan Smith, 1995) 1
87
Hasi/ Pene/itian don Kegiatan PTLR Tahun 2006 ISSN 0852 - 2979
Pada daerah lintang pertengahan, mixed surface layer lebih tipis pad a akhir musim
panas dim ana tiupan angin sangat kurang dan sinar matahari menghangatkan lapisan
permukaan. Pada musim gugur, badai pertama mencampur panas ke bagian bawah
mempertebal lapisan mixed surface layer dan menghilangkan sebagian kedl panas. Pada
musim dingin, panas hilang sehingga lapisan mixed surface layer semakin tebal.
Di bawah mixed surface layer, temperatur air berkurang secara cepat terhadap
kedalaman kecuali pada daerah garis lintang besar. Rentang kedalaman dim ana laju
perubahan temperatur (the gradient of temperature) tinggi disebut thermocline. Bagian
thermocline yang paling atas sedikit berubah terhadap musim, sehingga disebut seasonal
thermocline. Bagian thermocline yang tidak berubah disebut permanent thermocline
terletak di bawah seasonal thermocline sampai kedalaman 1500-2000 meter.
OCEANIC GENERAL CIRCULATION MODEL (OGCM)
Oceanic General Circulation Model (OGCM) pada awalnya dikembangkan untuk
keperluan studi klimatologi. Berbagai teknik telah dikembangkan untuk menggambarkan
sirkulasi air laut menggunakan data hydrographic. Sarmento dan Bryan (1982)
mengembangkan model diagnostik dim ana data temperatur dan salinitas hasil pengamatan
diperhalus, sehingga noise pada model menjadi berkurang. Pendekatan ini dikembangkan
lebih jauh oleh Fujio dan Imasato (1991), dengan menerapkan model diagnostik pad a
samudera Pasifik. Model yang dihasilkan dapat memodelkan sirkulasi air laut di samudera
Pasifik dengan baik, bahkan untuk laut bagian dalam. Selanjutnya Fujio mengembangkan
model untuk selaruh laut di dunia (1992).
[~~~::-:.-J~~
~.,
-u.a,~
VIR
~
\" 'erfW ,Slf'w ,a:rw 9O'"W oo-W SO'W o· 3a-E WE 9O"E ,3)~ .,5:)-':
i . l.crJ9ilude
i, .l~~.?.. _=:Jfi 787~I._c--·=:J [i!Dj§~_==:=]
~[--·········.~ __ .;~ii~ ••••• ".····y 0.4 0.8 ,.2 1.6. 2 2.4 2.8 32 3.6 4 4.4. 4.8
---~~-- Scalar meano'.stres.s (dynesJcm··2] r:;-;------L~:~.~~ _j
r;::;;tud';'O"=o="_o'=.o'"'l~rd;';';'I,;;;d=o=~r~;~=='=='\~r--.
Gambar 3. Data hydrographic dari IRI/LDEO 5,6
88
Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006ISSN 0852 - 2979
Versi modifikasi dari OGCM yang dikembangkan oleh Fujio telah diterapkan pad a
pengkajian sebaran 137Cs di laut dunia oleh Nakano (2003)4. Model tersebut dapat meliputi
seluruh laut di dunia dengan topografi yang sesungguhnya dan membaginya secara
horisontal ke dalam grid 2x2 dan secara vertikal ke dalam 15 level. Pembagian tersebut
cukup untuk mencakup seluruh wilayah dari 79° LS ke 75° LU, dengan pengecualian
samudera Arktik yang tidak dimasukkan ke dalam model. Model terdiri dari persamaan
gerak, kontinuitas, kesetimbangan, adveksi dan difusi. Berdasarkan rata-rata tahunan data
hydrographic dan data tekanan angin dari IRI/LDEO (2002) (Gambar 3), kecepatan rata
rata tahunan ditentukan secara diagnostik.
Persamaan dasar yang digunakan adalah sebagai berikut (Fujio, 1992)4,
au ( )u au 1 2 a2u .-+ ueV +w-+ jkxu = --VP+AHV u+Av -2 +faktor mmorat az Po az
ap-=-pgaz
awVeu+-=O
az
as as a2s (. )-+(ueV)S+w-=KHV2S+KV-2 +rS -Sat az az
p = F(e,s,p)
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
dimana
u : vektor kecepatan horisontal,V : operator gradient horisontal,w : arus pad a arah z,f : koefisien Coriolis,
p(Po) : kerapatan rata-rata air laut,
P : tekanan,AH,Av : koefisien viskositas horisontal dan vertikal,9 : percepatan gravitasi,8(*) : temperatur air potensialS(*) : salinitas air potensial,KH•Kv : koefisien difusi horisontal dan vertil<al,V : restoring strength.
Faktor minor pada Persamaan (1) menunjukkan bentuk awal dan bentuk difusi yang
berasal dari bentuk permukaan bumi.
89
Hasi/ Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006 ISSN 0852 - 2979
IMPLEMENT ASI OGCM DI SEMENANJUNG MURIA
Pad a tahun 2016 yang akan datang, Indonesia berencana membangun Pembangkit
Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) yang pertama. Calon tapak pembangunan PLTN terse but
adalah di semenanjung Muria, yang terletak di Jepara, Jawa Tengah (Gambar 4).
$Jjj Ho"'lng AI •• ~ Fawm• Plant.tlon • Rlc:. n.ld
Gambar 4. Peta lokasi calon tapak PLTN di semenanjung Muria
Pengoperasian PLTN yang terletak di tepi laut dapat mengakibatkan terlepasnya
efluen sekunder ke laut. Efluen sekunder terse but dapat berupa panas yang berasal dari
pembuangan air pendingin ke laut. Walaupun temperatur air pending in telah diturunkan
dengan mengalirkannya melalui kanal pendingin, temperatur air pendingin yang terlepas ke
laut tetap lebih tinggi dari temperatur air pad a permukaan laut.
Untuk mengkaji dampak dari terlepasnya efluen panas ke laut sebagai konsekuensi
dari pengoperasian PLTN di semenanjung Muria, Oceanic General Circulation Model
(OGCM) dapat dimplementasikan di perairan semenanjung Muria. Implementasi OGCM di
~emenanjung Muria dapat dilakukan dengan memasukkan parameter-parameter laut yang
sesuai dengan kondisi semenanjung Muria (site specific).
KESIMPULAN
Seberan temperatur perlu diketahui untuk mengkaji sifat-sifat gerakan air laut.
Pengkajian sifat-sifat gerakan air laut bermanfaat untuk pengkajian sebaran polutan yang
terlepas ke badan air laut.
Implementasi Oceanic General Circulation Model di perairan semenanjung Muria
dapat membantu dalam pengkajian dampak dari terlepasnya efluen panas ke (aut akibat
pengoperasian PLTN.
90
Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006 ISSN 0852 - 2979
DAFT AR PUST AKA
1. STEWART, R. H., 2002 Introduction to Physical Oceanography, Department of
Oceanography. Texas A&M University.
2. PURBA, M., 2004. Distribution of Temperature and Salinity in the Ocean.
Proceeding of the Seminar on the Development of Marine Radioecology in
Indonesia. Jakarta.
3. SMALL, L. F., 1997. Basic Concept of Oceanography, Training Course Series NO.7.
Strategies and Methodologies for Applied Marine Radioactivity Studies. IAEA,
Vienna.
4. NAKANO, M., POVINEC, P. P., 2003. Oceanic General Circulation Model for the
Assessment of the Distribution of 137Cs in the World Ocean. Deep-Sea Research
Part II. Pergamon.
5. IRI/LDEO Climate Data Library, 2002. LEVITUS: Objectively Analyzed Fields of
Major Ocean Parameter at the Annual, Seasonal and Monthly Time Scales.
http://ingrid.ldeo.columbia.edu/SOURCES/.LEVITUS/.
6. IRI/LDEO Climate Data Library, 2002. TRENBERTH: Global Ocean Wind Stress
Climatology Based on ECMWF Analyses. http://ingrid.ldeo.columbia.edu/
SOURCES/.TRENBERTH/.
7. MELLOR, G. L., 2003. Users Guide for a Three Dimensional, Primitive Equation,
Numerical Ocean Model. Princeton University. Princeton, NJ.
91