VARIASI TEMPORAL DAN SPASIAL NO2 DI INDONESIA MENGGUNAKAN OZONE MONITORING INSTRUMENT (OMI)

1.Abstract

Era globalisasi yang terjadi di Indonesia sudah mulai berjalan dengan adanya industri-industri yang mulai berkembang. Penduduk yang semakin bertambah dan meningkatnya teknologi di Indonesia, hal ini menjadikan daerah-daerah mulai mendirikan banyak kawasan industri. Pabrik-pabrik banyak yang beroperasi di beberapa kota besar di Indonesia menjadi sorotan hal ini mulai menyebabkan beberapa masalah mengenai dampak dari buangan hasil industri meningkat. Gas buang yang dikeluarkan dari cerobong pabrik mengandung zat-zat kimia yang merupakan pengotor udara, salah satunya adalah gas nitrogen dioksida (NO2). Rumusan masalah yang menjadi fokus dalam penelitian ini adalah bagaimana cara identifikasi pengaruh variasi penyebaran NO2 di troposfer secara spasial dan temporal di wilayah Indonesia berdasarkan data dari proses penginderaan jauh yang dilakukan oleh satelit Aura dengan data OMI (Ozone Monitoring Instrument). Kemudian melihat bagaimana nilai NO2 dari data OMI apakah sudah tepat dijadikan sebagai data yang merepresentasikan nilai kandungan NO2, sehingga diperlukan validasi hasil model simulasi WRF-chem NO2 dengan data OMI.

2.Keywords
OMI, WRF chem, NO2, Ozon
3.Objective

Nitrogen Dioksida (NO2)
Oksida nitrogen (NOx), yang terdiri dari nitrogen oksida (NO) dan nitrogen dioksida (NO2), dihasilkan dari sumber alamiah, kendaraan bermotor dan proses pembakaran bahan bakar lainnya. NOx dihasilkan ketika pembakaran bahan bakar pada temperatur tinggi, di dalam gas buangan. Nitrogen oksida (NO) dihasilkan dari buangan proses pembakaran dari transportasi dan akan segera teroksidasi di atmosfer membentuk NO2. NO2 merupakan komponen yang mendapat perhatian lebih dan merupakan indikator dari grup oksida nitrogen yang lebih besar, karena kontribusinya dalam pembentukan ground level ozone dan polusi partikulat, NO2 terkait dengan beberapa efek pada sistem pernafasan. (EPA, 2015)
Emisi antropogenik dari pembakaran minyak bumi, gas, dan bensin, dapat mengoksidasi nitrogen di atmosfer (N2) membentuk NO yang ada di lingkungan. Sumber NO2 di alam adalah dari proses mikrobiologi di dalam tanah. Di tanah, proses nitrifikasi dan denitrifikasi dapat melepaskan NO dan NO2 ke atmosfer. Proses alami ini meningkat saat pupuk nitrogen ditambahkan untuk meningkatkan hasil pertanian. NOx adalah katalis atmosfer yang berkaitan erat dengan pembentukan ozon dan radikal OH. NOx berperan dalam mengatur proses oksidasi atmosferik dan siklus biogeokimia global. Kecenderungan peningkatan yang signifikan dan variabilitas spatio-temporal dari kolom NO2 troposfer di Pakistan telah ditemukan. Menurut Ul-Haq et.al., (2014) menyebutkan bahwa kecenderungan peningkatan yang signifikan dan variabilitas spatio-temporal dari kolom NO2 troposfer di Pakistan telah ditemukan dengan sumber utama emisi NO2 ditemukan alami (emisi tanah dan iklim) dan antropogenik (sisa panen dan pembakaran bahan bakar fosil, proses pembakaran industri, dan kendaraan bermotor).

Variasi Spasial dan latitudinal NO2
Variasi spasial NO2 akan sangat berpengaruh terhadap titik-titik dimana lokasi kawasan pusat industri berada. Seperti yang telah dilakukan oleh Ul- Haq et al., (2014) mengenai variasi latitudinal di Pakistan yang memperlihatkan hasil bahwa daerah pegunungan bagian barat negara di Pakistan menunjukkan nilai NO2 masih sedikit, karena di daerah tersebut masih terbatas dengan kegatian pertanian kepadatan penduduk pun masih rendah, serta kawasan industri yang masih sedikit, selain itu nilai NO2 pada lintang yang rendah juga terkait dengan keadaan yang lebih panas dan lebih lembab sehingga menyebabkan konsentrasi OH lebih tinggi sehingga mengurangi nilai NO2 melalui proses fotolisis dan adanya pengaruh dari angin yang kencang dari laut arab (Zhou et al., 2012)

Variasi musiman NO2
Variasi musiman NO2 yang diamati pada penelitian Ul-Haq et al., (2014) ketika musim panas memperlihatkan hasil bahwa secara subtansial nilai NO2 disebabkan oleh faktor-faktor berikut ini :
1) Presipitasi yang tinggi dan lebih banyak penggunaan air dilahan pertanian yang mengaktifkan aktivitas mikroba sehingga memberikan kontribusi untuk mengemisikan tanah sehingga aplikasi pemberian pupuk menurut Zhou et al., (2012), sehingga pengaplikasian pupuk di musim panas benar untuk dilakukan karena tanah dapat lebih mudah mengemisikan pupuk dengan curah hujan yang rendah.
2) Tertahannya radiasi matahari karena tertutup awan pada musim hujan juga akan mengurangi NO2 saat proses fotolisis (Zhou et al., 2012), sehingga ketika musim panas nilai NO2 akan meningkat.
3) Banyaknya petani yang lebih memilih langkah mudah yaitu dengan membakar tanaman untuk menghemat waktu dan membuang sisa panen, hal ini justru akan meningkatkan jumlah NO2 ke atmosfer yang menakibatkan NO2 meningkat.
4) Penggunaan generator untuk memproduksi listrik yang besar guna kebutuhan rumah tangga dan komersial adalah penyebab kenaikan NO2.

Ozone Monitoring Instrument (OMI)
Tim OMI (2012) menyebutkan bahwa Ozone monitoring instrument atau yang selanjutnya disingkat sebagai OMI adalah sebuah satelit yang mampu menjadi sumber data profil ozon dan sebaran ozon secara global. Tim OMI (2012) juga melansir bahwa OMI mampu menyediakan data SO2, profil ozon, HCHO, BrO, OClO, dan NO2.
OMI merupakan program dari satelit Aura NASA Earth Observing System (EOS) dengan siklus pengoperasian setiap 60 menit pada siang hari dan 10-30 menit pada saat eclipse. Profil NO2 dari data satelit OMI terbagi atas beberapa level tekanan udara dan dapat digunakan pada koordinat lintang dan bujur tertentu.
Pemanfaatan data OMI dalam penelitian sudah banyak dilakukan di Pakistan yang menunjukkan kondisi yang dipengaruhi oleh kejadian antropogenik dan musim dingin serta musim panas (Ul-Haq et al., 2014)

Weather Research & Forecasting-Chemistry (WRF-Chem)
Weather Research & Forecasting (WRF) merupakan model Numerical Weather Prediction (NWP) yang lengkap dan relatif lebih mudah digunakan, walaupun untuk menjalankan sebuah model cuaca atau iklim masih membutuhkan pengetahuan dasar tentang ilmu cuaca dan ilmu komputer. WRF adalah salah satu model prediksi cuaca numerik skala meso yang saat ini sering digunakan secara luas dalam prediksi cuaca di seluruh dunia.
WRF-Chem adalah model WRF dikopel (ditambah) dengan chemistry (kimia). Model tersebut dapat mensimulasikan emisi, transportasi, pencampuran, dan jejak gas dan aerosol bersamaan dengan proses meteorologi. Model ini digunakan untuk investigasi skala regional kualitas udara, analisis program lapangan, dan interaksi skala-awan antara awan-awan dan kimia (Peckam et al. 2013)
Perbedaan dengan WRF biasa berasal dari bagian chemistry pada model yang diperlukan dalam penambahan data input grid emisi. Data input tambahan ini disediakan oleh WPS (bagian dust erosion) atau membaca dalam inisialisasi real.exe (yaitu pembakaran biomassa, emisi biogenik, bagian background GOCART dll) atau membaca selama eksekusi WRF (yaitu emisi anthropogenik, syarat batas, emisi vulkanik dll).

4.Methodology

Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dilakukan di Laboratorium Meteorologi dan Pencemaran Udara, Departemen Geofisika dan Meteorologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor Penelitian dimulai pada bulan September 2017 hingga Agustus 2018. Lokasi kajian penelitian wilayah Indonesia.

Alat dan Data
Alat
Tabel 2. Alat yang digunakan dalam penelitian
No Tool Version Fungsi
1 Grads Open Grads 2.0 Memproses dan membaca/menampilkan hasil data OMI
2 HDFView Version 2.13-0 Proses membaca data OMI
3 ArcGIS Version 10.5 Memetakan hasil pengolahan data OMI, data simulasi WRF-Chem, dan data BMKG
4
5 Ms. Office
WRF-Chem Excel, word, PPT
- Mengolah dan memproses data
Membuat simulasi dispersi NO2 model WRF-Chem di wilayah Indonesia

Data
Tabel 3. Data yang digunakan dalam penelitian
Data Resolusi Spasial Resolusi Temporal Sumber Tipe Data
Konsentrasi NO2 0.25O x 0.25O Harian OMI Tabular dan spasial
Konsentrasi NO2 - Harian BMKG Tabular
Lokasi stasiun pengamatan gas NO2 di Indonesia - - BMKG Tabular
Emisi global EDGAR (NO2) 0.25O x 0.25O Harian JRC-IES Simulasi WRF-Chem Tabular dan spasial

Data OMI (Ozone Monitoring Instrument) NO2 dari data dapat di download di website https://disc.sci.gsfc.nasa.gov/Aura/data-holdings/OMI. Rata-rata produk harian (OMNO2 d.003, level-3) kolom NO2 troposfer digoreskan pada resolusi spasial 0,25 � x 0,25 � yang telah digunakan. Model WRF Inisial data yang digunakan adalah Global Forecast System (GFS) yang memiliki resolusi spasial (0.25� x 0.25�). Data inisial meteorologi berasal dari GFS sedangkan data emisi global yang berasal dari (Joint Research Center-International Environmental for Sustainability) menggunakan data EDGAR (Emissions Database for Global Atmospheric Research). Hasil simulasi dispersi sebaran NO2 WRF-Chem diwilayah Indonesia, untuk memperoleh hasil prediksi yang akurat perlu dilakukan downscaling dari resolusi global menjadi resolusi skala lokal.

Prosedur Analisis Data
Tahapan yang dilakukan dalam penelitian ini:
1. Pengambilan data konsentrasi NO2 OMI
Proses pengambilan nilai konsentrasi NO2 dengan mendownload data OMI (Ozone Monitoring Instrument) wilayah indonesia, pada alamat link https://disc.sci.gsfc.nasa.gov/Aura/data-holdings/OMI. Data OMI yang di download kemudian di buka untuk dapat dibaca melihat bentuk visualnya menggunakan GrADS ataupun HDF, sehingga terlihat pola bentuk sebaran distrbusi secara spasial.
2. Pengambilan data lokasi stasiun NO2 dan data konsentrasi NO2 dari BMKG
Pengambilan data lokasi stasiun NO2 dari stasiun pengamatan pengukuran BMKG yang nantinya akan digunakan untuk inputan setting lokasi dalam proses olah data, selain itu pengambilan data nilai konsentrasi NO2 di BMKG untuk analisis nilai kandungan konsentrasi.
3. Pengambilan nilai konsentrasi NO2 dari simulasi model WRF-Chem
Nilai NO2 dari simulasi model WRF-Chem yang sudah ada dicoba untuk di analisis bentuk ditribusi spasial NO2.
4. Pemrosesan spasial analisis distribusi NO2
Data dari konsentrasi hasil olahan dari OMI di analisis secara temporal dan analisis nilai besar niali konsentrasi NO2, kemudian dibandingkan dengan analisis hasil yang diperoleh dari BMKG. Hasil yang diperoleh dari analisis ini dapat digunakan untuk melihat bagaimana kondisi NO2 di Indonesia.
5. Analisis spasial NO2 (OMI) simulasi model WRF-Chem
Analisis spasial disini dengan melakukan overlay antara piksel WRF-Chem dengan membandingkan kuantitas nilai piksel dari data OMI, yaitu dengan menghitung selisih nilai piksel, kemudian interpretasi bentuk visualnya.
6. Verifikasi data OMI dengan simulasi WRF-Chem
Verifikasi penting dilakukan untuk mengetahui apakah data konsetrasi NO2 dari OMI sudah bagus jika di verifikasikan dengan data model dari WRF-Chem, dengan melihat besar nilai error.
 

5.Team

Irza Arnita Nur
Arnida Latifah
Rahmat Hidayat

6.Computation plan (required processor core hours, data storage, software, etc)

CORDEX-SEA, WRF, dll

7.Source of funding
pribadi
8.Target/outputs
Jurnal nasional dan prosiding internasional
9.Date of usage
07/02/2019 - 07/02/2020
10.Gpu usage
-
11.Supporting files
prop_1549534755.pdf
12.Created at
07/02/2019
13.Approval status
approved