Tanggal Lulus :
II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengertian Radar
Radar (Radio Detection and Ranging) merupakan suatu alat yang sistemnya memancarkan gelombang elektromagnetik berupa gelombang radio dan gelombang mikro. Pantulan dari gelombang yang dipancarkan kemudian digunakan untuk mendeteksi obyek yang berada di atmosfer. Konsep mengenai radar pertama kali dicetuskan oleh Nikola Tesla dalam artikelnya yang tertera pada Century Magazine (1990) yang berbunyi “ketika kita bersuara dan mendengar balasan echo-nya, kita tahu bahwa suara kita telah mencapai beberapa jarak mendekati dinding atau lapisan pembatas, sehingga gelombang elektromagnetik yang direfleksikan. Pengguna dapat memastikan posisi relatif atau arah pergerakan objek, misalkan kapal di laut, jaraknya dilalui oleh arah atau kecepatannya (Doviak dan Zrniḉ, 1993). Singkatnya, radar merupakan alat untuk mendeteksi keberadaan suatu obyek dengan melibatkan gema radio atau echo sehingga arah dan sifat objek dapat diketahui (Budiati, 1996).
Ada beberapa komponen utama radar menurut Bahar (2007) , seperti:
Unit Transmiter, tugasnya untuk memperkuat sinyal frekuensi radar.
Unit Antena, tugasnya untuk memfokuskan dan memancarkan sinyal yang sudah diperkuat oleh transimter.
Unit Penerima, tugasnya untuk menerima sinyal yang dipancarkan kembali oleh suatu objekdi atmosfir melalui antena sinyal tersebut, kemudian memperjelas dan mengubahnya menjadi sinyal gambar.
Unit Akuisisi Data, tugasnya untuk menerima sinyal gambar dan mengubahnya menjadi sinyal angka.
Unit Pemroses Data, tugasnya untuk memroses sinyal angka.
Radar dalam prosesnya mentransmisikan gelombang radio dan mendeteksi grlombang radio hasil pantulan objek tersebut (Bahar, 2007). Adapun beberapa kelebihan radar adalah:
Mampu mendeteksi objek dari jarak yang jauh dengan cepat dan akurat.
Dapat dioperasikan dalam segala cuaca dan kondisi, seperti: berkabut, hujan, asap.
Dapat mengukur kecepatan suatu target. Selain kelebihan, radar juga memiliki beberapa kekurangan, seperti:
Kinerjanya masih dipengaruhi oleh komponen-komponennya.
Kinerjanya juga dipengaruhi oleh operator yang mengoperasikannya. Terutama dalam sistem radar aktif.
Radar terdiri atas beberapa jenis menurut frekuensinya, seperti pada tabel berikut: Tabel 1 Jenis Radar menurut Frekuensinya
Jenis Radar Frekuensi
HF 0.003 - 0.03 VHF 0.03 – 0.3 UHF 0.3 – 1.0 L-band 1.2 – 2.0 S-band 2.0 – 4.0 C-band 4.0 – 8.0 X-band 8.0 – 12.5 Ku-band 12.5 – 18.0 K-band 18.0 – 26.5 Ka-band 26.5 - 40.0 MMW > 34.0 (Sumber: Bahar, 2007)
Radar yang menggunakan frekuensi K- Band dapat digunakan untuk mengukur butiran awan dan hujan yang sangat kecil. Jenis radar yang lainnya adalah radar yang menggunakan frekuensi Ka-Band. Frisch et al. (1994) menggunakan radar dengan frekuensi Ka-Band untuk mengukur gerakan turbulen di awan yang memiliki reflektivitas yang rendah yang tidak mengandung butiran hujan. Budiati (1996) dalam penelitiannya menerangkan bahwa L-Band radar merupakan radar yang sangat sensitif terhadap partikel-partikel butir, baik butir hujan maupun kristal es yang basah. Radar dengan jenis C-Band sering digunakan untuk pemantauan cuaca. Radar C-Band ini menggunakan prinsip Doppler, sehingga sering disebut dengan Doppler Radar. Doppler Radar adalah satu-satunya instrumen penginderaan jauh yang dapat mendeteksi jejak angin dan mengukur kecepatan radial, baik dalam udara yang bersih ataupun dalam lokasi curah hujan yang lebat yang ditutupi oleh awan. Kelebihan ini yang membuat Doppler Radar menjadi salah satu instrumen pilihan untuk mengamati angin dan badai atau cuaca ekstrim (Doviak dan Zrnic, 1993). Data radar cuaca yang telah diolah dapat menampilkan data sesuai dengan keperluan
pengguna. Data-data hasil yang dapat ditampilkan berupa data teks dan data gambar (image). Radar cuaca dengan frekuensi C- Band dalam pengoperasiannya memiliki beberapa kelemahan dalam penyediaan data. Untuk daerah pegunungan, data yang direkam oleh radar dibatasi dengan topografi pegunungan tersebut. Untuk mengantisipasi hal ini, telah dikembangkan radar dengan frekuensi X-Band. Radar dengan frekuensi X-Band merupakan radar yang sangat sensitif, tidak hanya untuk merekam curah hujan saja, tetapi juga untuk merekam partikel-partikel yang sangat kecil (butiran awan, kabut, ataupun salju). Perbedaannya dengan radar C-Band adalah radar X-Band memiliki gelombang yang lebih pendek dan frekuensi yang lebih tinggi daripada radar C- Band. Jangkauan pengamatan radar X-Band lebih pendek daripada radar C-Band, namun radar X-Band memiliki diameter antena yang kecil dan mudah dipindahkan (Bouar et al. 2002).
Radar cuaca yang berlokasi di PUSPITEK, Serpong, Tangerang, dibuat oleh Toshiba Electrical Company, Jepang, yang dikembangkan oleh BPPT, Thamrin. Radar ini merupakan salah satu radar cuaca yang menggunakan prinsip doppler dan menggunakan gelombang radio dalam perambatannya dengan gelombang C-Band (± 5 cm). Radar C-Band Doppler BBPT ini memiliki ketinggian menara 10 m dengan diameter antena 3 m. Kekuatan maksimum pemancar nya adalah sebesar 200 kW dengan resolusi 1 km. Frekuensi pemancarnya adalah sebesar 5320 MHz dan frekuensi pengulangannya adalah > 2000 Hz. Rotasi antena radar ini sebesar 5 rpm dengan azimut 360°. Radar ini memiliki lebar spektral sebesar 4 MHz (turbulence.ddo.jp).
Gambar 1 Doppler Radar C-Band BPPT Serpong
Data yang dihasilkan oleh radar dapat digunakan untuk berbagai keperluan
pengamatan cuaca pada daerah di sekitarnya. Kegunaan data radar yang dihasilkan oleh masing-masing radar bergantung pada komponen dan sistem kerja pada radar tersebut. Pada radar doppler yang dimiliki oleh BPPT, data hasil pemrosesan dapat digunakan untuk memantau pergerakan curah hujan. Spektrum Doppler pada radar diperlukan untuk menangkap semua target statistik kecepatan radial dan untuk mengidentifikasi komponen frekuensi bias dan juga untuk pemantauan kondisi kinematika di awan (Kollias et al. 2000). Contoh lainnnya adalah data DEM (Digital Elevation Model) Radar yang digunakan untuk menurunkan jaringan sungai dan batas DAS (Iswandi, 2006). .
2.2 Pengolahan Data Radar
Data Radar Cuaca Doppler C-Band merupakan raw data(data acak)yang belum dapat dibaca oleh komputer. Untuk itu, diperlukan langkah lebih lanjut untuk mengubahnya (mengonversi data). Pengolahan data radar cuaca yang dimiliki oleh BPPT sampai saat ini baru dapat menghasilkan data curah hujan saja yang berupa data teks (nilai) dalam satuan milimeter/jam (mm/jam). Data yang terekam di radar cuaca berupa data gambar yang memiliki format tipe data RAW IRIS (.raw). Data ini merupakan data acak dan belum dapat digunakan untuk keperluan analisis pergerakan curah hujan. Salah satu format data yang dihasilkan saat pemrosesan data radar cuaca adalah data dalam format NetCDF. NetCDF (Network Common Data Format) merupakan program unidata yang digunakan untuk menyimpan data-data ilmiah (khususnya data iklim). NetCDF dirancang oleh Unidata Progma Centre Di Boulder, Amerika Serikat. Keuntungan menggunakan data ini adalah terutama dalam kompabilitasnya, data ini dapat digunakan dalam berbagai sistem operasi (Windows dan Unix). Selain itu NetCDF dikenal sebagai self-defining data format (data yang dapat memberikan tambahan informasi) yang digunakan untuk mempermudah dalam pembuatan visualisasi dari data atau hasil pengamatan atau simulasi. Data radar ini diolah dalam software terkait (C, Fortran, Perl dan NetCDF) menggunakan script (Marzano, 2004).
Kesalahan data radar dapat dikarenakan oleh beberapa faktor, yaitu pengukuran reflektifitas relatif curah hujan dari tanah sebagai pengganti rata-rata nilai piksel,
distribusi variabel ukuran titik hujan, variasi reflektifitas dengan ketinggian dan variabel lainnya, resolusi temporal dan spasial dari sampling reflektifitas radar, dan kesalahan kalibrasi peralatan pengolah radar (Chumchean et al. 2003).
Pengolahan data radar cuaca menggunakan beberapa tahapan yang masing-masing tahapannya memiliki syarat dan fungsinya masing-masing. Hasil olahan data radar awalnya merupakan data dalam bentuk UTC (Universal Time Coordinate). Pada masa terdahulu, UTC dikenal dengan sebutan GMT (Greenwhich Mean Time). GMT ini merupakan satuan waktu yang digunakan untuk waktu pengamatan serentak di seluruh dunia. Tanggal 1 Januari 1875 adalah tanggal dimulainya penggunaan waktu pengamatan sinkron, yakni waktu yang disepakati untuk dilakukannya pengamatan cuaca secara serentak. Waktu pengamatan sinkron tersebut menggunakan rujukan waktu bujur geografi 0o dekat Greenwhich, yang
selanjutnya disebut GMT (Widarko, 2009). Salah satu hal penting dalam pengolahan data radar cuaca menjadi data curah hujan (mm/jam) adalah digunakannya Persamaan Pembobotan Cressman dan Marshall-Palmer. Metode Cressman yang digunakan pada pengolahan ini digunakan untuk mengubah data PPI (Plan Position Indicator) ke dalam format data CAPPI (Constant Altitude Plan Position Indicator). Persamaan pembobotan Cressman adalah sebagai berikut (Marzano, 2004) :
Dimana N = nilai reflektivitas normal pada lapisan vertikal, No = nilai reflektivitas dari lapisan di bawahnya, Wkm = berat lapisan, hm = ketinggian saat m, m = konstanta.
Selain menggunakan persamaan pembobotan Cressman, digunakan juga metode Marshall-Palmer. Metode ini digunakan pada saat dilakukannya pengolahan data CAPPI menjadi data curah hujan dalam satuan mm/hari. Rumus Marshall-Palmer yang digunakan adalah (Garrizon, 1969) :
Z = 220 R1.60
Dimana, Z adalah reflectivity factor/faktor reflektivitas radar (dB of Z) dan R adalah rain rate/curah hujan (mm/jam).
Estimasi curah hujan yang dihasilkan oleh data radar menghubungkan antara refletivitas radar dan permukaan tempat radar ditempatkan.
2.3 Curah Hujan
Curah hujan merupakan salah satu unsur cuaca yang memiliki keragaman yang besar dalam ruang dan waktu, keragaman menurut ruang dipengaruhi oleh letak geografi (lautan dan benua), topografi, ketinggian tempat, arah angin umum dan letak lintang. Hujan juga dapat diartikan sebagai salah satu bentuk presipitasi uap air yang berasal dari awan yang terdapat di atmosfer (Kartasapoetra, 2004). Keragaman curah hujan terjadi juga secara lokal di suatu tempat, yang disebabkan oleh adanya perbedaan kondisi topografi, seperti adanya bukit, gunung atau pegunungan, yang menyebabkan hujan terjadi dengan tidak merata (Asdak, 1995). Pembentukan hujan terjadi saat udara lingkungan lembab dan didukung oleh adanya dinamika awan yang kuat. Udara ini kemudian membentuk tetesan awan berukuran mikron yang dapat tumbuh menjadi tetes hujan yang berukuran milimeter (Haryanto, 1998). Satuan curah hujan diukur dalam milimeter, artinya air hujan yang jatuh setelah 1 mm tidak mengalir, tidak meresap dan tidak menguap (Kartasapoetra, 2004).
Data dari curah hujan dapat diolah kembali untuk berbagai informasi cuaca dan iklim, salah satu contohnya adalah curah hujan wilayah. Curah hujan wilayah merupakan curah hujan yang turun ke dalam suatu wilayah dan penyebarannya tidak merata. Handoko (1993) dalam bukunya mengartikan curah hujan wilayah sebagai rata-rata curah hujan yang tertampung pada saat pengamatan dalam suatu luasan wilayah kajian. Melalui beberapa pengertian yang tertera di atas, dapat disimpulkan bahwa, curah hujan wilayah merupakan curah hujan rata-rata pada suatu wilayah kajian yang penyebarannya tidak merata.
2.4 Aplikasi Radar Cuaca untuk Curah Hujan
Penggunaan data radar cuaca adalah cara efektif untuk mengamati karakteristik hujan. Radar Cuaca dapat mengukur karakteristik fisik-awan hujan, seperti distribusi ukuran rintik hujan, distribusi spasial dan temporal intensitas curah hujan, perlengkapan hujan- sel, profil vertikal awan dan siklus presipitasi (Chumchean et al. 2009).
Ketepatan pengukuran radar untuk presipitasi adalah suatu pertimbangan penting untuk sejumlah aplikasi hidrologis. Kesulitan yang biasa ditemui dalam pengukuran curah hujan dengan radar adalah kesalahan pantulan radar dari darat maupun laut, kesalahan pengukuran ekstrapolasi terhadap nilai-nilai di permukaan, kesalahan dalam menafsirkan sinyal radar sebagai nilai curah hujan dan kesalahan melalui sampling sinyal cukup berfluktuasi (Gray et al. 2004). Untuk mengantisipasi terjadinya kesalahan- kesalahan tersebut diperlukan kalibrasi terhadap data radar yang dihasilkan. Kalibrasi dilakukan dalam proses pengolahan data radar sehingga didapatkan data curah hujan yang efektif dan efisien untuk aplikasi selanjutnya (Picciotti et al. 2008).
III METODOLOGI