Konversi Nilai Digital Number ke Dalam Nilai Spectral Radiance

BAB III. METODOLOGI 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian

1. Konversi Nilai Digital Number ke Dalam Nilai Spectral Radiance

Suhu kecerahan dihitung dengan menggunakan nilai spectral radiance yang diperoleh dari nilai digital number USGS (2002), persamaannya adalah :

L = Gain * QCAL + Offset...(1)

( ) () ) ( ) ( i MIN MIN MAX MIN MAX i MIN i MAX L QCAL QCAL QCAL QCAL L L L _⎟⎟× − + ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − − = χ ...(2) Dimana :

L = Spectral radiance pada kanal ke i (Wm-2sr-1μm-1) QCAL = Nilai digital number kanal

ke i

LMIN = Nilai minimum spectral radiance kanal ke i

LMAX = Nilai maximum spectral radiance kanal ke i

QCALMIN = Minimum pixel value QCALMAX= Maximum pixel value (255) 2. Konversi Nilai Spectral Radiance (Lλ)

ke Dalam Brightness Temperature (TB)

Persamaan yang digunakan mengikuti hubungan yang sama dengan persamaan Planck dengan dua konstanta kalibrasi. Konstanta kalibrasi data citra landsat K1= 666.09 Wm-2sr-1μm-1 dan K2 =

1282.71K untuk landsat ETM sedangkan untuk landsat TM, K1= 607,76 Wm-2sr-1μm-1 dan K2 = 1260.56K, USGS ( 2002). 2 1 ln 1 B K T K L_λ = ⎛ ⎞ + ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ …... ...(3)

Di dalam software Er-Mapper formula yang digunakan untuk mengestimasi brightness temperature (TB) didasarkan pada

persamaan (2) dan (3) di atas, ekspresi formulanya adalah sebagai berikut (USGS, 2002) ;

TB = (1282.71/log (1+666.09) / (17.04/255)

*i1)))-273.15 ...(4) 3. Koreksi Emisivitas

Untuk mendapatkan suhu permukaan dari citra landsat ETM+, perlu dikoreksi dengan emisivitas benda melalui persamaan (Weng 2001) :

ε

λ

ln

1 )

(

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

∂

+

=

TB

T

koreksi

T

B s …...(5) Dimana :

Ts = Suhu permukaan yang terkoreksi (K)

λ

= Panjang gelombang radiasi emisi

(11.5 µm)

∂

= hc/ (1.438 x 10-2 mK)

h = Konstanta Planck (6.26x10-34 J sec) c = Kecepatan cahaya (2.998 x 108 m

sec-1) ε = Emisivitas

= Konstanta Stefan Boltzman (1.38 x 10-23 JK-1)

Nilai emisivitas untuk lahan non vegetasi yaitu sekitar 0.92, untuk lahan vegetasi sekitar 0.95, dan nilai emisivitas untuk air sekitar 0.98 (Weng 2001).

3.3.2 Analisis Komponen Neraca Energi

Komponen neraca energi terdiri dari albedo, radiasi netto, fluks pemanasan permukaan (G), fluks pemanasan udara (H), fluks pemanasan laten (

λ

E), dan fluks radiasi untuk fotosintesis tumbuhan. Namun dalam penelitian ini hanya mengkaji albedo, fluks pemanasan permukaan (G) dan radiasi netto .

3.3.2.1 Radiasi Gelombang Pendek dan Albedo

Energi radiasi gelombang pendek yang dipantulkan oleh suatu permukaan, dapat diduga dari sensor satelit yang menerima kisaran panjang gelombang pendek. Pada citra satelit landsat kisaran panjang gelombang pendek diterima oleh kanal visible (1, 2 dan 3). Persamaan yang digunakan mengikuti persamaan (2), dengan nilai QCAL, LMIN dan LMAX untuk band 1, 2, dan 3.

Nilai spectral radiance untuk kanal 1, 2, dan 3 adalah sebagai berikut (Khomarudin 2005) :

Kanal 1 ; low gain ; L = 1.17 DN –6.2 high gain ; L = 0.775 DN – 6.2

Kanal 2 ; low gain ; L = 1.205 DN – 6.4 high gain ; L = 0.796 DN – 6.4 Kanal 3 ; low gain ; L = 0.939 DN – 5 high gain ; L = 0.619 DN – 5

Albedo (α) merupakan perbandingan jumlah radiasi yang dipantulkan dengan jumlah energi radiasi surya yang diterima oleh suatu permukaan. Energi yang dipantulkan oleh suatu permukaan memiliki panjang gelombang yang pendek, sehingga sensor yang digunakan untuk menghitung albedo adalah sensor yang menerima panjang gelombang pendek. Pendugaan albedo dari citra landsat dalam (USGS 2002) dipengaruhi oleh beberapa parameter seperti ; jarak astronomi bumi-matahari (d), rata-rata nilai solar spectral irradiance pada kanal tertentu (ESUN ), spectral radiance (L ), dan sudut zenith matahari (Cos Ө), yang dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan USGS ( 2002): 2 . . . L d ESU N C os λ λ

π

α

θ

= ...(6) Tabel 3

Parameter perhitungan albedo

Parameter Band 1 Band 2 Band 3

Sudut elevasi matahari Irradiasi matahari Jarak bumi ke matahari 58o32’ 1969 1.03368 58o32’ 1840 1.03368 58o32’ 1551 1.03368 Sumber : USGS (2002)

Untuk menghitung nilai d2 perlu diketahui JD (julian Day) artinya jumlah hari dalam satu tahun yang dihitung dari tanggal 1 Januari sampai tanggal akuisisi data citra satelit pada tahun yang bersangkutan. Persaman yang digunakan (Hermawan 2005) :

d2 = (1-0.01674.Cos(0.9856 (JD-4)))2...(7) Bila nilai albedo dan jumlah energi radiasi gelombang pendek yang dipantulkan oleh suatu permukan telah diestimasi dari data satelit, maka besarnya radiasi gelombang pendek yang diterima

permukaan dapat diperoleh dengan persamaan USGS (2002) : s

R

↓=

R

α

↑ ... ………...(8) ¾ Konversi Satuan

Satuan energi radiasi surya yang digunakan adalah Wm-2. Satuan tersebut menggambarkan satuan radiasi surya sesaat (kerapatan fluks) yang berhasil direkam oleh citra satelit Landsat dalam waktu sesaat. Namun satuan untuk total energi radiasi gelombang pendek hasil estimasi dengan penginderaan jauh masih dinyatakan dalam satuan Wm-2steradian-1 m-1. Satuan tersebut menyatakan laju perpindahan energi (W, Watts) yang terekam oleh sensor per m-2 luas permukaan, untuk 1 steradian (sudut tiga dimensi dari sebuah titik di permukaan bumi ke sensor satelit) per unit panjang gelombang dalam satu kali pengukuran.

Agar nilai energi radiasi surya hasil estimasi penginderaan jauh bisa dilakukan perhitungan lebih lanjut dengan parameter lainnya, maka harus dilakukan konversi dari Wm-2steradian-1 m-1 menjadi satuan energi Wm-2. Untuk mengembalikan nilai menjadi radiasi yang tidak tergantung pada sifat lengkung permukaan bumi, maka nilai radiasi merupakan fungsi dari nilai irradians yang terbebas dari besaran arah (radiasi isotropic). Fungsi perhitungan adalah integral terhadap dΩ yang menghasilkan persamaan berikut (Hermawan 2005) : E= πd2

……..………...(9) Dimana :

π = 3.14

d2 = Jarak bumi matahari dalam satuan astronomi.

Untuk menghilangkan unsur panjang gelombang ( m-1) maka perlu dikalikan dengan nilai tengah panjang gelombang dari masing -masing kanal.

¾ Radiasi Gelombang Panjang

Radiasi gelombang panjang yang dipancarkan oleh permukaan bumi dapat diturunkan dari persamaan Stefan Boltzman, dimana ε = emisivitas, σ =Tetapan Stefan- Boltzman (5.67x10-8 Wm-2 K-4) dan Ts merupakan suhu permukaan objek (K).

↑

R =

εσT

_S4 …...(10)

Radiasi gelombang panjang yang datang sangat kecil bila dibandingkan dengan radiasi gelombang pendek yang datang. Karena data citra satelit landsat ETM+ yang diperoleh untuk penelitian ini tidak memiliki penutupan awan, sehingga besarnya radiasi matahari yang diemisikan dari awan sangat kecil. Untuk nilai radiasi gelombang panjang, hanya diambil nilai radiasi gelombang panjang yang dipancarkan dari permukan bumi.

3.3.2.2 Radiasi Netto

Radiasi Netto adalah jumlah energi radiasi gelombang pendek yang datang dikurangi dengan radiasi gelombang panjang yang keluar ditambah energi radiasi gelombang panjang yang datang dan dikurangi energi gelombang panjang yang keluar. Persamaan untuk menghitung radiasi netto adalah sebagai berikut.

Rn = Rsin + Rlin – Rsout – Rlout ...(11) Rn = (1 - α)Rs + Rl - ε (Ts + 273.16) 4_...(12)

Dimana Rn adalah Radiasi netto (MJ m-2 hari-1), Rsin adalah radiasi gelombang pendek yang datang, Rlin adalah radiasi gelombang panjang yang datang, Rsout adalah radiasi gelombang pendek yang keluar, Rlout adalah radiasi gelombang panjang yang keluar, Rs adalah radiasi gelombang pendek yang datang (MJ m-2 hari-1), Rl adalah Radiasi gelombang panjang yang datang (MJ m-2 hari-1) (Swinbank 1963) tergantung dari suhu udara dan dibedakan pada kondisi berawan dan tidak berawan, α adalah albedo permukaan (diduga dari data satelit), Ts adalah suhu permukaan (K) (diduga dari data satelit), ε adalah emisivitas permukaan dibedakan untuk vegetasi sebesar 0,95 dan untuk non vegetasi sebesar 0,92 (Weng 2001), dan adalah tetapan Stefan Bolztman (4,90 X 1019 m-2 hari-1K-4). 3.3.2.3 Fluks Pemanasan Tanah (Soil

Heat Flux)

Fluks pemanasan tanah adalah sejumlah energi radiasi surya yang sampai pada permukaan tanah dan digunakan untuk berbagai proses fisik dan biologi tanah. Secara umum FAO (1998), menghitung nilai G pada saat siang hari sebesar 0.1 Rn. Menurut Snyder dan Paw U (2000) fluks pemanasan tanah (G) adalah konduksi energi per area unit akibat adanya gradien temperature.

Pada penelitian ini nilai Fluks pemanasan tanah ditentukan dari persentase radiasi netto yang di terima oleh suatu permukaan/penutup lahan seperti ditunjukan oleh Tabel 3.

Tabel 4 Tabel proporsi untuk penentuan G Penutup Lahan Rn G Proporsi Tambak 212 15 0.07 Sawah Vegetasi 208 17 0.08 Sawah bera 195 20 0.10 Industri 194 21 0.11 Perkotaan 194 20 0.10 Perdesaan 201 19 0.10 Belukar 207 18 0.09 Perkebunan 213 16 0.08 Sumber : Khomarudin (2005)

3.3.2.4 Fluks Pemanasan Udara (H)

Fluks pemanasan udara (H) merupakan energi yang terkonversi dari radiasi netto untuk proses pemanasan atmosfer sekitarnya Monteith dan Unsowrth (1990) H =

(

)

β

+

−

1 G

R

_n …... (13) Tabel 5 Nilai β pada beberapa penutup

Sumber : * Oliver (1973), ** Khomarudin (2005) 3.3.3 Estimasi Suhu Udara

Suhu udara dapat diduga dari nilai Sensible Heat Flux Montheith dan Unsworth (1990). persamaan untuk menentukan suhu udara (Ta) sebagai berikut :

Ta = _s aH air p H r T C

ρ

⎛ ⎞ − ⎜_⎜ ⎟_⎟ ⎝ ⎠ ... (14) Dimana :

H = Fluks Pemanasan Udara (Wm-2) ρair = Kerapatan Udara Lembab (1.27 kg

m-3)

Cp = Panas spesifik udara pada tekanan konstan (1004 J Kg-1 K-1)

Ts = suhu permukaan (K) Ta = Suhu udara (K)

raH = Tahanan aerodinamik (ms-1 )

Tahanan aerodinamik merupakan fungsi dari kecepatan angin. Semakin besar kecepatan angin, maka tahanan aerodinamik yang menghambat fluks panas akan semakin kecil. Berdasarkan pengukuran yang dilakukan (Brown dan Rosenberg 1974, dalam Hermawan 2005), tahanan aerodinamik memiliki persamaan :

raH = 31.9 u -0.96...(15)

Kecepatan angin normal pada ketinggian 1-2 m, yaitu sekitar 2 ms-1 . Pada penelitian ini nilai kecepatan angin dibedakan pada tiga penutup lahan yaitu ; air (2.01 ms-1), non vegetasi (1.79 ms-1) dan vegetasi (1.41 ms-1), (Khomarudin 2005).

Penutup lahan Bowen Ratio (β) Pemukiman* Perkebunan ** Air ** Sawah ** Hutan Tropis * 4.0 0.50 0.11 0.25 0.33

Gambar 4 Diagram alir penelitian.

Analisis Suhu Permukaan dan udara dengan jenis lahan Gambut dan Mineral

Regristrasi, Digitasi Peta

Gambut

Identifikasi vegetasi di lahan gambut dan mineral

BAB III. HASIL DAN PEMBAHASAN

Dalam dokumen Aplikasi pengindraan jauh untuk menduga suhu permukaan dan udara di lahan gambut dan mineral dengan menggunakan metode neraca energi: area study Sampit, Kalimantan tengah (Halaman 43-48)