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