3 PEMANFAATAN DATA PENGINDERAAN JAUH UNTUK
4.2. Ekstraksi Parameter SPL Berdasarkan Data NOAA-AVHRR
Setelah citra dikoreksi secara radiometrik dan geometrik dengan baik, langkah selanjutnya adalah melakukan perhitungan SPL. Perhitungan SPL menggunakan data satelit inderaja dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain kalibrasi sensor, koreksi atmosfer, prosedur dan metoda pengolahan data, dan interaksi antara permukaan laut dengan lapisan atmosfer di atas permukaan laut.
Interaksi antara lapisan atmosfer bagian bawah dengan permukaan laut terjadi melalui proses interaksi radiasi sinar matahari dengan proses pelepasan energi panas oleh permukaan laut pada saat terjadi proses penguapan air. Kedua proses tersebut sangat berpengaruh terhadap suhu permukaan laut (McClain, 1985). Di sisi lain Callison, et al., (1989) menyatakan bahwa proses yang berpengaruh pada proses ekstraksi suhu permukaan laut menggunakan data satelit inderaja, meliputi proses-proses fisis pada lapisan atmosfer, pengolahan data, proses kalibrasi dan konversi, serta faktor koreksi atmosfer.
Sejauh ini terdapat beberapa metode penentuan suhu permukaan laut berdasarkan data NOAA-AVHRR. Salah satu dari beberapa metode tersebut adalah penentuan suhu permukaan laut menggunakan data dari 3 kanal radiometer NOAA-AVHRR (multi kanal) yaitu kanal 3, 4, dan 5, atau kombinasi data dari dua kanal saja yaitu data kanal 4 dan 5 yang dikenal juga dikenal dengan istilah metoda split-window(McClain, 1981).
Tahap pertama dalam perhitungan SPL berdasarkan data AVHRR adalah melakukan konversi terhadap setiap pixel data NOAA-AVHRR menjadi nilai radian sesuai dengan yang diterima oleh sensor NOAA-AVHR, dengan rumus berikut.
Ln= SnCn+ In ………..…… 3.1)
dengan Ln : nilai radian setiap kanal radiometer; Sn: Koefisien slope; Cn:
radiometer count atau digital count setiap pixel; In: koefisien intercept; dan
n menyatakan nomor kanal masing-masing untuk kanal 4 dan kanal 5. Selanjutnya dilakukan perhitungan temperatur kecerahan air laut (brighness temperature) dinyatakan dengan TBn untuk masing-masing
kanal (kanal 4 dan 5) berdasarkan nilai radiantLnmasing-masing dari kanal
4 dan kanal 5, dengan rumus sebagai berikut.
TBn= ] ) [ln(L a b n − ………...……… 3.2)
dengan : TBn: Temperatur kecerahan air laut masing-masing kanal 4 dan
kanal 5, sedangkan a dan b adalah nilai konstata yang ditentukan berdasarkan panjang gelombang kanal 4 dan kanal 5. Nilai konstanta a dan b untuk kanal 4 dan kanal 5 dinyatakan dengan Tabel 4.2 berikut.
Tabel 4.2. Nilai konstanta a dan b untuk kanal 4 dan 5 sensor AVHRR Kanal Radimeter Sensor NOAA-AVHR Nilai Konstanta a Nilai Konstanta b Kanal 4 9,213623 -1347,375 Kanal 5 8947998 -1229,813
Setelah diperoleh nilai suhu kecerahan air laut masing-masing untuk kanal 4 dan kanal 5, selanjutnya dilakukan perhitungan suhu air laut (sea water temperature) yang didasarkan pada nilai suhu kecerahan air laut (TBn) untuk masing-masing kanal radiometer dengan memasukkan nilai
koreksi emisivitas air laut (e) yang nilainya 0,98. Perhitungan temperatur air
laut (TWn) masing-masing kanal dilakukan dengan mempergunakan
persamaan sebagai berikut.
TWn )] 2 exp( 1 ln[ 2 n n n TB Y C e e Y C + − = ... 3.3)
dimana : C2 : konstanta radiasi sinar matahari dengan nilai 1,438833 cmK;
Yn : central wave number kanal infra merah jauh sensor AVHRR; Nilai Yn
untuk kanal 4 dan kanal 5 masing-masing adalah 927,73cm dan 938,55cm. Sebagai tahap akhir dari proses ini adalah perhitungan SPL menggunakan algoritma yang dinilai paling tepat atau paling sesuai untuk perairan laut Indonesia. Harsanugraha (1992) menyatakan bahwa sejauh ini terdapat 8 algoritma perhitungan SPL berdasarkan data NOAA-AVHRR yang sering dipergunakan yaitu sebagai berikut.
(1) Metode perhitungan SPL yang dikembangkan oleh Deschamps dan Phulpin (1980) dalam Pellegrini (1986).
SPL = TW4+ 2,1 (TW4- TW5) – 1,28- 273,0 ... 3.4)
(2) Metode perhitungan SPL berdasarkan McClain (1981).
SPL = TW4+ 2,93 (TW4- TW5) – 0,76 – 273,0 ……...………….. 3.5)
(3) Metode perhitungan SPL berdasarkan McMillin and Crosby (1984, dalam Pellegrini, et al., 1986).
SPL = TW4+ 2,702 (TW4– TW5) – 0,582 - 273,0 ... 3.6)
(4) Metode perhitungan SPL berdasarkan metode yang dikembangkan oleh Singh (1984).
(5) Metode perhitungan SPL berdasarkan metode yang dikembangkan oleh Strong and McClain (1984).
SPL = 1,0346 TW4+ 2,55 (TW4- TW5) + 0,21 - 273,0 ... 3.8)
(6) Metode perhitungan SPL berdasarkan metoda yang dikembangkan oleh Callison, et al. (1989).
SPL = 1,0351 TW4+ 3,046 (TW4- TW5) – 0,93 - 273,0 ...3.9)
(7) Metode perhitungan SPL berdasarkan metoda yang dikembangkan Maul (1983, dalam Pellegrini, et al., 1986).
SPL = TW4+ 3,35 (TW4- TW5) + 0,32 - 273,0 ... 3.10)
(8) Metode perhitungan SPL berdasarkan metoda yang dikembangkan oleh McClain, et al. (1983).
SPL = 1, 035 TW4+ 3,046 (TW4- TW5) – 0,305 – 273,0 ... 3.11)
dimana : SPL = Suhu Permukaan Laut dalam derajad Celcius; TW4 dan
TW5 adalah suhu air laut berdasarkan data kanal 4 dan kanal 5 NOAA-AVHRR.
Harsanugraha (1992), melakukan estimasi suhu permukaan laut dengan studi kasus di Selat Makassar. Estimasi suhu maksimum (TMAX), suhu minimum (TMIN), suhu tengah-tengah (TTT), dan simpangan baku/deviasi standar (SB) dilakukan terhadap 850 pixel data AVHRR pada daerah nadir, dengan hasil sebagaimana Tabel 4.3 berikut.
Tabel 4.3. SPL maksimum, minimum, dan suhu tengah-tengah berdasarkan masing-masing rumus perolehan suhu permukaan laut.
No Metode Parameter Suhu (dalam
o
C)
TMAX TMIN NTT SB
1 Deschamps dan Phulpin 29,26 26,68 28,05 0,42
2 McClain (1981) 31,74 28,48 30,22 0,52
3 McMillin and Crosby 31,38 28,31 29,95 0,49
4 Singh 26,98 25,57 26,30 0,29
5 Strong and McClain 42,21 39,21 40,81 0,48
6 Callison 32,33 28,94 30,75 0,54
7 Maul 33,82 30,21 32,14 0,58
8 McClain (1983) 41,92 38,54 40,35 0,54
Penelitian yang dilakukan Harsanugraha (1992) menyatakan bahwa penerapan delapan metoda perhitungan SST menunjukkan adanya variasi TMAX, TMIN, NTT antar metode yang besar, namun demikian menunjukkan distribusi/sebaran nilai SPL yang serupa. Besarnya deviasi standar (simpangan baku) hasil perhitungan SPL dari keenam metode
pada daerah penelitian untuk TMAX, TMIN, dan NTT mencapai 5,46oC.
Besarnya deviasi standar kemungkinan terjadi karena penggunaan faktor nilai-nilai konstanta pada masing-masing algoritma yang kurang tepat. Namun demikian, besarnya deviasi standar tersebut dapat juga disebabkan oleh pengaruh atmosfir terhadap radiansi gelombang elektromanetik yang diterima oleh sensor sateli NOAA-AVHRR. Kondisi ini merupakan indikasi nyata dampak atmosfir terhadap data yang diterima dari satelit, sekaligus menunjukkan bahwa proses koreksi radiometrik mutlak harus dilakukan dalam proses awal untuk perhitungan SPL.
Selanjutnya Harsanugraha (1992) menyimpulkan bahwa perhitungan SPL menggunakan delapan algoritma multikanal memperoleh nilai yang berbeda-beda. Perbedaan nilai perhitungan SPL masing-masing metoda menunjukkan nilai cukup besar, namun demikian menunjukkan pola sebaran yang serupa. Kondisi ini memberikan pengertian juga bahwa perhitungan SPL masing-masing metode dapat memberikan nilai absolut yang berbeda, namun dapat memberikan gambaran pola sebaran yang serupa. Hasil penelitian estimasi nilai SPL menggunaan data
NOAA-AVHRR untuk perairan Selat Makassar berdasarkan metode Deschamps
dan Phulpin (1980) menghasilkan nilai yang lebih mendekati nilai sebenarnya dibandingkan metode lainnya. Hasil penelitian ini juga memberikan indikasi bahwa penggunaan suatu model untuk perhitungan SPL pada suatu perairan harus diawali dengan penentuan dan pengujian kelayakan model yang akan dipergunakan.
Dengan memperhatikan uraian diatas, perhitungan SPL dari data NOAA-AVHRR kanal 4 dan 5 yang biasa atau paling banyak digunakan adalah berdasarkan algoritma McMillin dan Crosby (1984), sebagai berikut:
SPL = Tb4+ 2,702 (Tb4– Tb5) – 0,582 – 273,0 ... (3.12)
dengan: SPL : Suhu Permukaan Laut dalam satuan derajat Celcius (°C); Tb4dan Tb5: Suhu Kecerahan masing-masing untuk Kanal 4 dan Kanal 5.
Data NOAA-AVHRR yang digunakan adalah level 1b, dengan tahapan proses pengolahan data NOAA-AVHRR sebagaimana dipelihatkan pada diagram alir Gambar 4.4.
Gambar 4.4. Diagram Alir Pengolahan Data NOAA-AVHRR untuk mendapatkan nilai SPL.
Mulai
Data NOAA-AVHRR Level 1b
Koreksi Geometrik Sistematik (Proses Registrasi)
Export menjadi file yang kompatibel dengan perangkat lunak yang digunakan
Koreksi Geometrik Berdasarkan Peta Acuan Indonesia
Perhitungan SPL menggunakan algoritma McMillindanCrosby
Pembuatan layout data SPL sesuai dengan format yang ditentukan
Gambar 4.5. Data AVHRR kanal 4 dari NOAA-18 hasil akuisisi tanggal 15 Agustus 2013.
Gambar 4.6 Data AVHRR kanal 5 dari NOAA-18 hasil akuisisi tanggal 15 Agustus 2013.
Gambar 4.7. Sebaran Suhu Permukaan Laut (SPL) yang diekstraksi dari data AVHRR kanal 4 dan 5 dari NOAA-18 tanggal 15 Agustus 2013 menggunakan algoritma McMillin and Crosby.