DEPARTEMEN ILMU DAN TEKNOLOGI KELAUTAN FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2014
KOMPARASI PENDUGAAN KANDUNGAN KLOROFIL-A
DARI CITRA SATELIT NPP DAN AQUA-MODIS
DI PERAIRAN SELATAN JAWA
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Komparasi Pendugaan Kandungan Klorofil-a dari Citra Satelit NPP dan Aqua-MODIS di Perairan Selatan Jawa adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
ABSTRAK
RAYHAN NURIS. Komparasi Pendugaan Kandungan Klorofil-a dari Citra Satelit NPP dan Aqua-MODIS di Perairan Selatan Jawa. Dibimbing oleh JONSON LUMBAN GAOL dan TEGUH PRAYOGO.
Penelitian ini bertujuan untuk menduga konsentrasi klorofil-a dari citra satelit National Polar-orbiting Operational Environmental Satellite System (NPOESS) Preparatory Project (NPP) di perairan selatan Jawa dan membandingkan dengan konsentrasi klorofil-a hasil pendugaan dari satelit Aqua-MODIS. Satelit NPP memiliki sensor Visible/Infrared Imager Radiometer Suite (VIIRS) yang kinerjanya sama seperti sensor MODIS dengan resolusi spasial lebih baik. Penelitian ini menggunakan citra satelit harian untuk periode September 2012 hingga Agustus 2013. Algoritma yang digunakan untuk pendugaan konsentrasi klorofil-a adalah algoritma Ocean Color 3-band ratio (OC3). Hasil penelitian menunjukkan bahwa sensor VIIRS dapat digunakan untuk menduga konsentrasi klorofil-a seperti halnya sensor MODIS. Konsentrasi klorofil-a menunjukkan adanya variasi secara spasial dan temporal di perairan Selatan Jawa. Pada umumnya konsentrasi klorofil-a lebih tinggi pada Musim Timur dibandingkan Musim Barat, namun konsentrasi klorofil-a tertinggi terjadi pada Musim Peralihan II. Konsentrasi klorofil-a tertinggi adalah 0.233 mg/m3 dan terendah adalah 0.098 mg/m3. Pendugaan konsentrasi klorofil-a dari sensor MODIS lebih tinggi dari sensor VIIRS.
Kata kunci: MODIS, klorofil-a, NPP, Penginderaan Jauh, Perairan Selatan Jawa
ABSTRACT
RAYHAN NURIS. Comparison of Chlorophyll-a Concentration derived of NPP and Aqua-MODIS Satellite in South Java Sea. Supervised by JONSON LUMBAN GAOL and TEGUH PRAYOGO.
This study aimed to estimate chlorophyll-a concentration from National Polar-orbiting Operational Environmental Satellite System (NPOESS) Preparatory Project (NPP) satellite images in south Java sea, then compare it with Aqua-MODIS satellite. Visible/Infrared Imager Radiometer Suite (VIIRS) sensor on NPP has the same performance as MODIS sensor with better spatial resolution. This study uses daily imagery of September 2012 - August 2013. Algorithm Ocean Color 3-band ratio (OC3) used for the prediction of chlorophyll-a concentration. The results showed that the VIIRS sensor can be used to estimate chlorophyll-a concentration as well as MODIS sensor. Chlorophyll-a concentrations showed variation of spatial and temporal in south Java sea. In general, chlorophyll-a concentration was higher on East Season compared to West Season, but the highest occurs in Transitional II Season. The highest concentration of chlorophyll-a was 0.233 mg/m3 and the lowest was 0.098 mg/m3. Chlorophyll-a concentration prediction of MODIS is higher than VIIRS.
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Ilmu Kelautan
pada
Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan
RAYHAN NURIS
KOMPARASI PENDUGAAN KANDUNGAN KLOROFIL-A
DARI CITRA SATELIT NPP DAN AQUA-MODIS
DI PERAIRAN SELATAN JAWA
DEPARTEMEN ILMU DAN TEKNOLOGI KELAUTAN FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
Judul Skripsi : Komparasi Pendugaan Kandungan Klorofil-a dari Citra Satelit NPP dan Aqua-MODIS di Perairan Selatan Jawa
Nama : Rayhan Nuris NIM : C54090035
Disetujui oleh
Dr. Ir. Jonson L. Gaol, M.Si Pembimbing I
Teguh Prayogo, S.T., M.Si. Pembimbing II
Diketahui oleh
Dr. Ir. I Wayan Nurjaya, M.Sc. Ketua Departemen
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas semua rahmat dan karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini dapat selesai. Karya ilmiah yang berjudul Komparasi Pendugaan Kandungan Klorofil-a dari Citra Satelit NPP dan Aqua-MODIS di Perairan Selatan Jawa diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Ilmu Kelautan.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr. Ir. Jonson Lumban Gaol, M.Si dan Bapak Teguh Prayogo, S.T., M.Si. selaku dosen pembimbing, serta Bapak Rossi Hamzah, S.Si yang telah banyak membantu dalam pengolahan data. Selain itu, penghargaan penulis tujukan kepada Ibu Dra. Maryani Hartuti, M.Sc dari Bidang Sumberdaya Wilayah Pesisir dan Laut, Pusat Pemanfaatan Penginderaan Jauh – LAPAN atas ide penelitian ini. Ungkapan terima kasih juga penulis tujukan kepada ibu, ayah dan adik atas semangat, doa dan dukungannya, serta teman seperjuangan ITK 46, khususnya Budi Utami Hanjani Putri dan Muhammad Riandy atas bantuannya dalam pengolahan data juga diskusi yang bermanfaat bagi karya ilmiah ini.
Penulis berharap karya ilmiah ini dapat bermanfaat bagi semua pihak.
DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR...vi
DAFTAR LAMPIRAN...vi
PENDAHULUAN ... 1
Latar Belakang ... 1
Tujuan Penelitian ... 2
METODE ... 2
Waktu dan Lokasi Penelitian ... 2
Bahan ... 2
Alat ... 3
Perolehan Data Citra ... 3
Pengolahan Data Klorofil-a ... 3
Prosedur Analisis Data ... 4
HASIL DAN PEMBAHASAN ... 5
Hasil Pengolahan Data NPP ... 5
Sebaran Konsentrasi Klorofil-a ... 5
Musim Barat ... 7
Musim Peralihan I ... 8
Musim Timur ... 9
Musim Peralihan II ... 10
Perbandingan Hasil NPP dan Aqua-MODIS ... 11
SIMPULAN DAN SARAN ... 15
Simpulan ... 15
Saran ... 16
DAFTAR PUSTAKA ... ...16
LAMPIRAN...19
DAFTAR GAMBAR
1. Peta daerah penelitian dan titik sampel nilai klorofil-a untuk citra satelit
NPP dan Aqua-MODIS ... 2
2. Alur pengolahan data... 4
3. Contoh scene dari lintasan satelit NPP... 5
4. Hasil penggabungan scene dan pemotongan citra... 5
5. Nilai klorofil-a (mg/m3) dari citra satelit NPP pada periode September 2012 sampai Agustus 2013... 6
6. Perbedaan nilai klorofil-a (mg/m3) dari citra satelit NPP pada empat musim di perairan selatan Jawa...7
7. Sebaran klorofil-a (mg/m3) dari citra satelit NPP pada Musim Barat di perairan selatan Jawa... 8
8. Sebaran klorofil-a (mg/m3) dari citra satelit NPP pada Musim Peralihan I di perairan selatan Jawa... 8
9. Sebaran klorofil-a (mg/m3) dari citra satelit NPP pada Musim Timur di perairan selatan Jawa...9
10. Arus melingkar dari citra harian klorofil-a satelit NPP pada tanggal 30 Juli 2013... 10
11. Sebaran klorofil-a (mg/m3) dari citra satelit NPP pada Musim Peralihan II di perairan selatan Jawa...11
12. Perbedaan nilai klorofil-a (mg/m3) dari satelit NPP dan Aqua-MODIS pada bulan Agustus 2013... 12
13. Sebaran klorofil-a harian dari NPP (kiri) dan Aqua-MODIS (kanan) di perairan selatan Jawa... 14
DAFTAR LAMPIRAN
1. Contoh penggabungan scene citra NPP dan Aqua-MODIS pada tahun 2013 hari ke 225 (Julian days) dengan program Mosaic SeaDAS 7.0...182. Nilai rataan, minimum dan maksimum konsentrasi klorofil-a (mg/m3) selama September 2012 sampai Agustus 2013...18
3. Perkembangan sebaran konsentrasi klorofil-a dari citra satelit NPP selama September 2012 sampai Agustus 2013...19
4. Track scanning NPP dan Aqua-MODIS (bentuk granule)...19
5. Perbedaan nilai klorofil-a dari citra harian NPP dan Aqua-MODIS...20
6. Waktu orbit (perekaman data) NPP dan Aqua-MODIS pada perairan selatan Jawa (Indonesia)...21
7. Waktu pengambilan data citra harian NPP dan Aqua-MODIS...21
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perairan Indonesia memiliki karakteristik khusus yang dipengaruhi oleh keberadaannya di antara dua benua dan dua samudera. Kondisi musim yang dipengaruhi Benua Asia dan Australia menyebabkan kondisi oseanografi perairan Indonesia sangat dinamis. Pemantauan dinamika oseanografi diperlukan untuk memperoleh pemahaman mengenai proses lingkungan yang memengaruhi sumberdaya kelautan dan perikanan. Parameter oseanografi dasar yang sering diamati antara lain suhu permukaan laut, salinitas, kandungan zat hara termasuk klorofil-a, dan lain-lain. Klorofil-a merupakan salah satu parameter oseanografi yang penting untuk menjadi indikator kesuburan dan produktivitas perikanan. Klorofil-a perlu diamati secara periodik untuk mengetahui kesuburan suatu perairan.
Salah satu aplikasi penginderaan jauh kelautan ialah pengamatan konsentrasi klorofil-a di suatu perairan. Tiga dekade terakhir telah dilakukan pengamatan kandungan klorofil-a dengan memanfaatkan sensor satelit penginderaan jauh yang mengamati warna laut (ocean color), seperti sensor Coastal Zone Color Scanner (CZCS) pada satelit Nimbus, sensor Sea Wide Field-of view Sensor (SeaWiFS) pada satelit OrbView, dan sensor Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) pada satelit Terra/Aqua-MODIS. Sensor CZCS merupakan sebuah sensor pertama yang dibuat untuk pengembangan pengetahuan mengenai kondisi warna laut (Short, 2013). Sensor SeaWiFS berfungsi merekam data kuantitatif tentang sifat bio-optik laut global, seperti perubahan pada warna laut yang menandakan berbagai jenis dan jumlah fitoplankton laut (Piwowar, 2010).
Saat ini NASA melanjutkan misi satelit ocean color tersebut dengan peluncuran satelit Suomi NPOESS Preparatory Project (NPP). Satelit ini dirancang untuk misi tiga satelit lingkungan yang ada saat ini, yaitu Polar-orbiting Operational Environmental Satellite (POES), Defence Meteorological Satellite Program (DMSP) dan Earth Observing System (EOS), yang nantinya akan menjadi satelit terpadu National Polar-orbiting Operational Environmental Satellite System (NPOESS). Satelit ini memiliki sensor ocean color, yaitu Visible/Infrared Imager Radiometer Suite (VIIRS). Sensor VIIRS memiliki resolusi spasial lebih baik dibandingkan sensor ocean color sebelumnya (Terra/Aqua-MODIS), yaitu 375 meter dan 750 meter (NASA 2011).
2
dinamika musiman kelimpahan klorofil-a yang sangat dinamis terkait fenomena upwelling yang terjadi setiap tahun.
Tujuan Penelitian
1. Menduga konsentrasi klorofil-a di perairan selatan Jawa menggunakan citra satelit NPP.
2. Membandingkan hasil dugaan konsentrasi klorofil-a dari citra satelit NPP dengan citra satelit Aqua-MODIS.
METODE
Waktu dan Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan pada Mei – September 2013. Pengolahan data bertempat di Bidang Sumberdaya Wilayah Pesisir dan Laut, Pusat Pemanfaatan Penginderaan Jauh – LAPAN, Pekayon, Jakarta Timur dan Laboratorium Penginderaan Jauh dan SIG Kelautan, Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan, Institut Pertanian Bogor. Daerah kajian pada penelitian ini ialah perairan selatan Jawa yang terletak pada koordinat 5-12 oLS dan 105-115 oBT. Peta daerah penelitian dapat dilihat pada Gambar 1. Titik-titik pada Gambar 1 menunjukkan lokasi pengambilan data klorofil-a pada citra Aqua-MODIS dan NPP untuk dibandingkan hasilnya.
Gambar 1 Peta daerah penelitian dan titik sampel nilai klorofil-a untuk citra satelit NPP dan Aqua-MODIS
Bahan
3
Alat
Alat yang digunakan pada penelitian ini berupa seperangkat komputer yang dilengkapi oleh perangkat lunak pengolahan citra, yaitu SeaDAS 7.0 (Windows), Global Mapper 8, ERMapper 6.4 dan Microsoft Excel. Visualisasi sebaran klorofil-a menggunakan perangkat lunak Ocean Data View (ODV) 4.0.
Perolehan Data Citra
Citra Level 2 NPP dan Aqua-MODIS diunduh dari situs NASA (http://oceancolor.gsfc.nasa.gov) dan dipilih citra yang bebas dari tutupan awan. Data citra Aqua-MODIS berbentuk file Hierarchical Data Format (*.HDF), sedangkan citra NPP berbentuk file HDF-5 (*.h5).Citra Level 2 sudah terkoreksi geometrik dan berisi beberapa informasi seperti kandungan klorofil-a (OC3 Algorithm), lintang, bujur, dan lain-lain. Informasi tersebut merupakan hasil koreksi citra Level 1 menjadi Level 2.
Pengolahan Data Klorofil-a
Pengolahan awal yang dilakukan ialah penggabungan beberapa citra sehingga menghasilkan gambaran yang mencakup seluruh daerah penelitian pada koordinat 5-12 oLS dan 105-115 oBT (Lampiran 1). Penggabungan citra menggunakan modul Mosaic yang dapat menggabungkan scene citra, mengatur georeference citra, pemotongan hasil gabungan serta memilih informasi yang terdapat dalam scene untuk tetap ada dalam citra hasil gabungan (bujur, lintang dan nilai klorofil-a) pada perangkat lunak SeaDAS 7.0 (Windows). Lalu citra tersebut disimpan dalam format *.CSV dan diekspor ke dalam format *.ERS. Data harian tersebut tidak maksimal bila digunakan untuk analisis obyek bumi secara global karena banyaknya tutupan awan. Sehingga dilakukan seleksi citra harian (Level 2) dengan liputan awan minimum dan diakumulasikan menjadi data rata-rata bulanan dan musiman menggunakan perangkat lunak ERMapper 6.4. Data rata-rata bulanan atau musiman itu dibuat menjadi peta sebaran klorofil-a (visualisasi) dengan perangkat lunak ODV 4.0. Diagram alir pengolahan data klorofil-a yang didapat dari citra Level 2 NPP maupun Aqua-MODIS dapat dilihat pada Gambar 2.
Daerah kajian penelitian mencakup perairan selatan dan utara Jawa, sehingga untuk mendapatkan nilai konsentrasi klorofil-a perairan selatan Jawa dilakukan pemotongan terhadap citra komposit. Pemotongan citra komposit tersebut dilakukan menggunakan perangkat lunak ERMapper 6.4. Citra komposit bulanan dan musiman yang sudah terpotong dan hanya mencakup perairan selatan Jawa tersebut kemudian diekspor ke dalam bentuk *.txt. Selanjutnya dilakukan pengolahan data konsentrasi klorofil-a untuk mendapatkan nilai rataan, maksimum dan minimumnya.
4
dimodifikasi untuk keperluan VIIRS (NASA, 2011). Variabel X didapat dari perbandingan nilai Rrs(445)/Rrs(555) dengan Rrs(488)/Rrs(555), nilai yang lebih besar dikalikan dengan log10 dan hasilnya dimasukkan pada persamaan (1).
[
]
dimana, = 0.283, = -2.753, = 1.457, = 0.659, = -1.403. Selain itu, C = konsentrasi klorofil-a, = reflektansi remote sensing, α = koefisien absorpsi, dan χ = koefisien empiris.
Gambar 2 Alur pengolahan data
Prosedur Analisis Data
Analisa dilakukan secara spasial dan temporal dengan melihat sebaran klorofil-a dari citra NPP pada Musim Barat (Desember 2012-Februari 2013), Musim Peralihan I (Maret-Mei 2013), Musim Timur (Juni-Agustus 2013), dan Musim Peralihan II (September-November 2012). Informasi kelimpahan konsentrasi klorofil-a (mg/m3) di perairan selatan Jawa setiap musim diwakili oleh citra-citra satelit pada kurun waktu satu tahun dari September 2012 sampai dengan Agustus 2013. Analisa perbandingan nilai klorofil-a yang dihasilkan dari satelit NPP dan Aqua-MODIS dilakukan dengan membandingkan nilai klorofil-a pada bulan Agustus 2013.
(1)
Mulai
Unduh citra Level 2 NPP (*.h5) dan Aqua-MODIS (*.HDF):
5
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Pengolahan Data NPP
Citra NPP Level 2 yang diolah merupakan Environmental Data Records (EDR), hasil dari Sensor Data Record (SDR) yang sudah terproyeksi (Seaman, 2013). Bentuk citra Level 2 NPP masih berupa scene dengan ukuran 3040 km x 738 km seperti pada Gambar 3. Daerah yang berwarna putih pada Gambar 3 merupakan daratan, daerah berwarna hitam merupakan tutupan awan, sedangkan nilai kandungan klorofil-a diwakili oleh warna selain hitam dan putih. Contoh hasil penggabungan scene yang mewakili daerah penelitian dengan SeaDAS 7.0 dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 3 Contoh scene dari lintasan satelit NPP
Gambar 4 Hasil penggabungan scene dan pemotongan citra
Sebaran Konsentrasi Klorofil-a
Nilai klorofil-a dari citra satelit NPP di perairan selatan Jawa selama setahun dapat dilihat pada Gambar 5. Grafik pada Gambar 5 menunjukkan bahwa nilai rataan klorofil-a beragam dari bulan September 2012 sampai Agustus 2013. Nilai klorofil-a tertinggi didapat pada bulan September 2012 dan nilai klorofil-a terendah didapat pada bulan Februari 2013. Nilai tersebut masing-masing ialah 0.278 mg/m3 dan 0.081 mg/m3. Nilai rataan, minimum dan maksimum konsentrasi klorofil-a pada perairan selatan Jawa selama periode setahun (September 2012 – Agustus 2013) dapat dilihat pada Lampiran 2.
6
September. Hendiarti et al. (2004) menjelaskan bahwa peningkatan klorofil-a di selatan Jawa karena adanya mekanisme upwelling yang semakin intensif. Intensitas upwelling yang tinggi berarti meningkatnya intensitas transpor massa air dari lapisan yang lebih dalam ke permukaan laut dengan membawa sebagian besar nutrien, sehingga memicu pertumbuhan fitoplankton menjadi lebih cepat, serta produktivitas primer yang menghasilkan kadar klorofil-a tinggi.
Gambar 5 Nilai klorofil-a (mg/m3) periode September 2012 sampai Agustus 2013 Nilai klorofil-a berangsur menurun dari bulan Oktober sampai Desember. Penurunan konsentrasi klorofil-a umumnya terjadi setelah melewati puncak upwelling (Kunarso et al., 2011). Hal ini disebabkan oleh perubahan musim yang terjadi dalam satu tahun. Pada bulan Mei hingga Agustus berhembus angin Muson Tenggara dengan intensitas angin yang tinggi. Hal tersebut menyebabkan massa air dari dalam naik ke permukaan membawa nutrien atau biasa disebut upwelling (Siswanto and Suratno, 2008). Nutrien merupakan bahan bagi fitoplankton untuk menghasilkan klorofil melalui fotosintesis, sehingga klorofil-a di permukaan perairan menjadi banyak dan terakumulasi. Hal tersebut menyebabkan nilai konsentrasi klorofil-a tinggi pada bulan Agustus dan September. Penurunan konsentrasi klorofil-a diakibatkan pada bulan September mulai masuk Musim Peralihan yang kecepatan anginnya lemah dan arahnya tidak menentu. Oleh karena itu, konsentrasi klorofil-a menurun dari September hingga Desember, angin yang berhembus membuat akumulasi klorofil-a dari upwelling kembali normal.
Gambar 6 menunjukkan variabilitas nilai konsentrasi klorofil-a pada Musim Barat, Musim Peralihan I, Musim Timur dan Musim Peralihan II. Musim Barat memiliki nilai rata-rata klorofil-a terendah apabila dibandingkan dengan ketiga musim lainnya. Nilai rataan klorofil-a saat Musim Barat ialah 0.098 mg/m3. Tutupan awan yang banyak pada Musim Barat membuat data pada citra tidak lengkap. Rataan konsentrasi klorofil-a tertinggi ditemui pada Musim Peralihan II, yaitu 0.233 mg/m3. Musim Timur memiliki nilai rataan konsentrasi klorofil-a yang tinggi pula, rataan konsentrasi klorofil pada Musim Timur ialah 0.211 mg/m3. Nilai rataan yang tinggi pada Musim Timur dan Musim Peralihan II diduga akibat fenomena upwelling di perairan selatan Jawa.
7
Gambar 6 Perbedaan nilai klorofil-a (mg/m3) pada empat musim di perairan selatan Jawa
Musim Barat
Musim Barat di Indonesia terjadi pada bulan Desember, Januari, dan Februari. Seleksi citra satelit dari data harian untuk diakumulasi menjadi citra musiman hanya menghasilkan 9 citra. Hal ini disebabkan banyaknya tutupan awan pada citra di bulan-bulan tersebut. Citra yang dipilih untuk membuat sebaran klorofil-a pada Musim Barat ialah citra pada tanggal 6, 7, dan 22 Desember 2012; 27, 28, dan 29 Januari 2013; 2, 4, dan 10 Februari 2013. Menurut Suprapto dan melewati Samudera Pasifik, Samudera Hindia dan Laut Cina Selatan sehingga menyebabkan curah hujan yang tinggi (Wyrtki, 1961). Menurut Prihartato (2009), curah hujan yang tinggi berpengaruh terhadap sebaran klorofil di pesisir, karena kandungan nutrien dari hujan yang jatuh ke daratan akan dibawa aliran sungai yang bermuara ke pesisir. Oleh karena itu, bagian pesisir terlihat lebih banyak kandungan klorofilnya dibandingkan laut lepas.
Sebaran klorofil-a pada perairan selatan Jawa di Musim Barat dapat dilihat pada Gambar 7. Variasi konsentrasi klorofil-a dapat dilihat pada pesisir selatan Jawa Tengah. Konsentrasi klorofil-a pada pesisir selatan Jawa Barat dan Jawa Timur juga didapati dengan kisaran 0.5-1 mg/m3. Pada laut lepas tidak terdapat variasi nilai klorofil-a setinggi pada pesisir. Hal ini terjadi akibat teknologi penginderaan jauh menggunakan sifat pantulan optis air untuk mengidentifikasi klorofil-a. Adapun faktor yang mempengaruhi pantulan sinar yang diterima oleh satelit ialah hamburan keatas akibat inorganic suspended material, hamburan keatas akibat pantulan molekul air, penyerapan dari yellow substance, pantulan dasar perairan, dan pantulan keatas akibat fitoplankton (Gordon dan Morel, 1983 dalam IOCCG, 2000). Selain itu, Gordon dan Morel (1983) dalam IOCCG (2000) juga mengklasifikasikan jenis perairan dalam penginderaan jauh, yaitu Kasus 1 (laut lepas) dan Kasus 2 (pesisir). Perairan Kasus 1 memiliki karakteristik berupa
2.772 2.982
Musim Peralihan 2 Musim Barat Musim Peralihan 1 Musim Timur
8
konsentrasi klorofil-a hasil fotosintesis dari fitoplankton menjadi dominan. Pada Kasus 2, klorofil-a tidak menjadi dominan, terdapat particulate organic matter (POM) dan dissolved organic matter (DOM).
Gambar 7 Sebaran klorofil-a (mg/m3) dari citra satelit NPP pada Musim Barat di perairan selatan Jawa
Musim Peralihan I
Musim Peralihan I terjadi pada bulan Maret, April, hingga Mei. Musim Peralihan I ini sering pula disebut dengan musim pancaroba awal tahun. Pada musim ini, matahari bergerak melintasi khatulistiwa, sehingga angin menjadi lemah dan arahnya tidak menentu. Citra dengan liputan awan minimum yang mewakili Musim Peralihan I antara lain citra tanggal 8, 12, dan 13 Maret 2013; 1, 14, 17, 27, dan 28 April 2013; serta 1, 5, 11, 16, dan 17 Mei 2013. Sebaran dan nilai kandungan klorofil-a di perairan selatan Jawa di Musim Peralihan I dapat dilihat pada Gambar 8.
9 Secara temporal, citra harian pada Musim Peralihan I dapat menghasilkan peta sebaran yang lebih lengkap dibandingkan Musim Barat. Hal ini disebabkan liputan awan pada musim ini tidak setinggi pada Musim Barat. Namun Musim Barat memiliki variasi yang lebih tinggi dibandingkan Musim Peralihan I bila dibandingkan sebaran klorofil-a pada pesisir selatan Jawa Tengah. Secara spasial, pesisir selatan Jawa Timur memiliki nilai klorofil-a paling rendah dibandingkan pesisir selatan Jawa Barat dan Jawa Tengah. Pada musim ini, pesisir selatan Jawa Barat dan Jawa Tengah memiliki kandungan klorofil-a kisaran 0.5-1 mg/m3, sedangkan pesisir selatan Jawa Timur memiliki kandungan klorofil-a kisaran 0.2-0.5 mg/m3. Perbedaan sebaran klorofil Musim Peralihan I dengan Musim Barat diakibatkan sudah berhembusnya Angin Muson Tenggara pada bulan April dan Mei, sehingga curah hujan tidak tinggi pada Musim Peralihan I seperti saat Musim Barat (Wrytki, 1961). Pengaruh angin yang tiupannya lemah dengan arah tidak menentu saat Musim Peralihan juga mempengaruhi sebaran nilai klorofil-a.
Musim Timur
Menurut Wrytki (1961), pada Musim Timur Jawa mengalami kekeringan yang disebabkan Angin Muson Tenggara yang bergerak dari benua Australia ke benua Asia. Angin ini hanya melewati laut kecil dan jalur sempit seperti Laut Timor, Laut Arafuru, bagian selatan Irian Jaya dan Kepulauan Nusa Tenggara, sehingga tidak banyak menurunkan hujan. Oleh karena itu, pada Musim Timur tidak terlalu banyak tutupan awan. Angin Muson Tenggara berhembus setiap bulan April - Oktober. Citra harian yang mewakili Musim Timur untuk bulan Juni, Juli dan Agustus 2013, yaitu 23, 25, dan 26 Juni 2013; 26, 27, 29, 30, dan 31 Juli 2013; 1, 10, 12, 16, 17, 22, dan 27 Agustus 2013. Sebaran klorofil-a pada perairan selatan Jawa di Musim Timur dapat dilihat pada Gambar 9.
Gambar 9 Sebaran klorofil-a (mg/m3) dari citra satelit NPP pada Musim Timur di perairan selatan Jawa
10
pernyataan Purba et al. (1992) dalam Fatma (2006), bahwa fenomena upwelling terjadi saat Musim Timur pada perairan selatan Jawa. Secara spasial, nilai klorofil yang tinggi terdapat pada pesisir selatan Jawa Timur, lalu nilainya menurun pada pesisir selatan Jawa Tengah dan nilai paling rendah pada pesisir selatan Jawa Barat. Hal tersebut diakibatkan Angin Muson Tenggara yang berhembus dari tenggara ke arah barat. terbentuk akibat pertemuan Arus Pantai Jawa dan Arus Khatulistiwa Selatan. Arus melingkar merupakan putaran massa air yang mengandung klorofil yang tinggi akibat pengangkatan nutrien dari lapisan dalam ke permukaan yang bisa mencapai kedalaman 500-1000 m (Oey, 2007). Gambar 10 merupakan citra harian pada akhir bulan Juli yang menunjukkan terjadinya arus melingkar.
Gm
Gambar 10 Arus melingkar dari citra harian klorofil-a satelit NPP pada tanggal 30 Juli 2013
Musim Peralihan II
Musim ini disebut musim pancaroba akhir tahun yang terjadi pada bulan September hingga November. Citra harian yang digunakan untuk membentuk peta sebaran klorofil-a Musim Peralihan II ialah citra tanggal 1, 2, 3, 19, 24, dan 30 September 2012; tanggal 4, 10, dan 26 Oktober 2012; tanggal 15 dan 26 November 2012. Kondisi tutupan awan yang banyak didapati pada bulan November, sehingga hanya didapat 2 citra yang paling sedikit liputan awannya. Peta sebaran dan kandungan klorofil-a pada Musim Peralihan II dapat dilihat pada Gambar 11.
11 Menurut Pariwono et al. (1988) dalam Wilopo (2005), fenomena upwelling terjadi pada bagian pesisir di daerah perbatasan paparan benua dengan laut dalam. Hal ini sesuai dengan hasil penelitian yang dilakukan Gaol (2003), bahwa nilai klorofil-a yang tinggi ditemukan pada bulan September sampai November tahun 1997 di perairan selatan Jawa Timur.
Gambar 11 Sebaran klorofil-a (mg/m3) dari citra satelit NPP pada Musim Peralihan II di perairan selatan Jawa
Musim Peralihan II memiliki nilai rataan konsentrasi klorofil-a paling tinggi dibandingkan ketiga musim lainnya. Hal ini dapat disebabkan arus melingkar yang terjadi pada Musim Timur. Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan Feng et al. (2006) ialah arus melingkar dapat meningkatkan produktivitas perairan hingga 6 bulan ke depan setelah arus melingkar terjadi. Menurut Gaol (2003), nilai konsentrasi yang tinggi pada bulan September, Oktober dan November diakibatkan kecepatan angin yang relatif tinggi sehingga terjadi fenomena upwelling yang lebih intensif. Pergerakan angin muson yang menyebabkan fenomena upwelling semakin intensif pada musim ini. Arah pergerakan angin menyebabkan terbentuknya pola perkembangan konsentrasi klorofil. Perkembangan konsentrasi klorofil-a selama setahun (Lampiran 3) dapat menginformasikan bahwa konsentrasi klorofil dari bulan Juli hingga bulan Oktober berkembang ke arah barat. Hal ini sesuai dengan arah pergerakan angin muson ke arah barat.
Perbandingan Hasil NPP dan Aqua-MODIS
12
liputan awan. Citra harian tersebut ialah citra tanggal 1, 8, 17, 22 dan 29 Agustus 2013. Data NPP dipilih juga pada tanggal yang sama sebagai perbandingan.
Perbandingan nilai konsentrasi klorofil-a dilakukan dengan membandingkan nilai piksel pada koordinat yang sama (Gambar 1) dan dipilih secara acak. Piksel yang dipilih tersebar pada daerah pesisir maupun laut lepas pada perairan selatan Jawa. Tiap citra harian yang digunakan diambil 10 contoh piksel, sehingga didapat 50 piksel yang digunakan untuk perbandingan.
Perbandingan nilai klorofil-a yang diduga dari VIIRS dan MODIS dapat dilihat pada Gambar 12 dan Lampiran 5. Gambar 12 ini menunjukkan bahwa nilai klorofil-a yang dihasilkan oleh MODIS rata-rata lebih tinggi dibandingkan nilai klorofil-a yang dihasilkan oleh VIIRS. Dari 50 sampel piksel yang digunakan hanya terdapat 6 piksel dari citra satelit harian NPP yang nilai klorofilnya lebih tinggi dibandingkan nilai klorofil yang dihasilkan oleh Aqua-MODIS. Rataan selisihnya adalah 0.451 mg/m3 dan selisih terbesar terdapat pada tanggal 8 Agustus 2013 yaitu 2.241 mg/m3. Tutupan awan tidak menjadi kendala pada perbedaan nilai yang dihasilkan, karena kedua satelit ini melakukan perekaman data pada perairan selatan Jawa hampir pada waktu yang sama, sekitar pukul 6 hingga 7 pagi. Gambaran mengenai waktu lintasan kedua satelit dapat dilihat pada Lampiran 6, sedangkan informasi mengenai jam pengambilan data harian klorofil-a dklorofil-ari NPP dklorofil-an MODIS yklorofil-ang digunklorofil-akklorofil-an untuk perbklorofil-andingklorofil-an dklorofil-apklorofil-at dilihklorofil-at pklorofil-adklorofil-a Lampiran 7.
Gambar 12 Perbedaan nilai klorofil-a (mg/m3) dari satelit NPP dan Aqua-MODIS pada bulan Agustus 2013
Sensor VIIRS memiliki 16 kanal moderate, 5 kanal imagery, dan 1 kanal Day-Night Band (DNB), sedangkan sensor MODIS memiliki 36 kanal. Terdapat 7 kanal berfungsi ganda pada sensor VIIRS, yaitu kanal M1-M5 dan kanal M7 berfungsi merekam data ocean color dan aerosol, serta kanal M13 berfungsi merekam data fire dan suhu permukaan laut. Kanal pada MODIS yang tidak termuat pada sensor VIIRS ialah kanal 11, kanal 17-19, kanal 24-25, kanal 27-28, kanal 30, dan kanal 33-36. Kanal yang digunakan untuk mendeteksi klorofil oleh sensor MODIS ialah kanal 8-16, sedangkan sensor VIIRS hanya menggunakan 6
13 kanal, yaitu kanal M1-M5 dan kanal M7. Informasi kanal ocean color pada sensor VIIRS dan Aqua-MODIS dapat dilihat pada Lampiran 8.
Kanal M1-M7 pada sensor VIIRS telah termuat panjang gelombang yang
Perbedaan nilai hasil estimasi konsentrasi klorofil dapat diakibatkan oleh perbedaan resolusi spektral pada kanal ocean color dari sensor VIIRS dan Aqua-MODIS. Resolusi spektral merupakan salah satu faktor yang menentukan kualitas suatu sensor dalam menghasilkan citra penginderaan jauh (Suwargana, 2013). Jenis resolusi ini berkaitan dengan kemampuan sensor untuk dapat mengidentifikasi obyek, semakin sempit lebar kanal sensor maka semakin tinggi sensitivitas sensor tersebut untuk membedakan energi spektrum yang dipancarkan oleh objek. Lebar kanal ocean color pada sensor Aqua-MODIS, hanya sebesar 10-15 nm, sedangkan pada sensor VIIRS sebesar 10-15-39 nm. Sehingga, resolusi spektral sensor Aqua-MODIS lebih tinggi dibandingkan sensor VIIRS.
Menurut Turpie et al. (2012), komunikasi optikal antar kanal pada VIIRS yang menjadikan perbedaan nilai klorofil dari satelit dengan nilai klorofil sebenarnya. Penelitian yang dilakukan Pahlevan et al. (2013) menyimpulkan bahwa kanal hijau/biru pada VIIRS memiliki respon yang rendah, diduga dari nilai klorofil-a yang relatif konsisten bila dibandingkan dengan MODIS untuk Date of Year (DOY) <120, dan nilai klorofil-a yang overestimate untuk DOY >120 pada tahun 2012. Koreksi atmosferik juga menjadi penyebab rendahnya nilai klorofil-a yang dihasilkan satelit NPP. Berdasarkan hasil penelitian Hlaing et al. (2013), data VIIRS dan MODIS diproses dengan prosedur pengolahan yang sama, namun bias pada MODIS jauh lebih kecil dibandingkan bias yang dihasilkan VIIRS. Hal ini mungkin terjadi akibat keterbatasan model aerosol yang digunakan pada koreksi atmosferik. Menurut Davis et al. (2013),NPP akan dapat menggantikan Terra/Aqua-MODIS bila adanya kalibrasi.
Penilaian kualitas VIIRS berdasarkan data EDR ocean color telah dilakukan oleh Turpie et al. (2013). Tim NASA dan NOAA masing-masing melakukan evaluasi menggunakan algoritma standar NASA, namun tim NOAA menambahkan operasional kalibrasi. Hasilnya ialah nilai klorofil berdasarkan evaluasi tim NOAA lebih tinggi dibandingkan evaluasi standar NASA. Penilaian kualitas VIIRS ini menyimpulkan bahwa kualitas data VIIRS di tahun pertamanya lebih baik dibandingkan kualitas data SeaWiFS dan MODIS pada tahun pertama masing-masing sensor tersebut.
14
1 Agustus 2013
8 Agustus 2013
17 Agustus 2013
22 Agustus 2013
29 Agustus 2013
Gambar 13 Sebaran klorofil-a harian dari NPP (kiri) dan Aqua-MODIS (kanan) di perairan selatan Jawa
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
15 Nilai konsentrasi klorofil-a tertinggi terjadi pada Musim Peralihan II dengan nilai rata-rata sebesar 0.233 mg/m3. Nilai konsentrasi klorofil-a terendah terjadi pada Musim Barat dengan nilai rata-rata sebesar 0.098 mg/m3. Estimasi nilai konsentrasi klorofil-a dari sensor Aqua-MODIS lebih tinggi dibandingkan satelit NPP. Rataan selisihnya adalah 0.451 mg/m3 dan selisih terbesar mencapai 2.241 mg/m3.
Saran
Penelitian selanjutnya dapat dilakukan menggunakan citra Environmental Data Record (Level 2) satelit NPP yang terkoreksi atmosferik dengan operasional kalibrasi. Validasi data satelit dapat dilakukan dengan penambahan nilai klorofil-a in situ.
DAFTAR PUSTAKA
Davis CO, Tufillaro N, Nahorniak J, Jones B, Arnone R. 2013. Evaluating VIIRS Ocean Color Products for West Coast and Hawaiian Waters. US.
Fatma E. 2006. Pendugaan Sebaran Suhu Permukaan Laut dan Konsentrasi Klorofil-a di Perairan Selatan Jawa Menggunakan Citra Satelit Terra MODIS (skripsi). Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Feng M, Craig P, Fandry C, Greenwood J, Margvelashvili N, Pearce A, Symonds G. 2006. Physical Oceanography of the South Western Australian Shelf. SRME Final Reports, 2: 11-53.
Gaol JL. 2003. Kajian Karakter Oseanografi Samudra Hindia Bagian Timur dengan Menggunakan Multi Sensor Satelit dan Hubungannya dengan Hasil Tangkapan Tuna Mata Besar (disertasi). Bogor (ID): Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor.
Hendiarti N, Siegel H, Ohde T. 2004. Investigation of different coastal processes in Indonesian waters using SeaWiFS data. Deep-Sea Research II, 51:85-97. Hlaing S, Gilerson A, Ahmed S, Wang M, Weidemann A, Arnone R. 2013.
Validation of VIIRS Ocean Color, Primary Products In Coastal Regions. New York (US): City College of City University.
[IOCCG] International Ocen Color Coordinating Group (US). 2000. Remote Sensing of Ocean Color in Coastal, and Other Optically-Complex Waters. Sathyendranath, S.(ed), Reports of the International Ocean Colour Coordinating Group, No.3. IOCCG, Darthmouth, Canada. 140 pp.
Kunarso SH, Ningsih NS, Baskoro MS. 2011. Variabilitas Suhu dan Klorofil-a di Daerah Upwelling pada Variasi Kejadian ENSO dan IOD di Perairan Selatan Jawa sampai Timor. Ilmu Kelautan, 16(3): 171–180.
[NASA] National Aeronautics and Space Administration (US). 2011. VIIRS Ocean Color Chlorophyll Algorithm Theoretical Basis Document (ATBD). Goddard Space Flight Center Greenbelt. Maryland.
16
Pahlevan N, Lee Z, Arnone R, Lawson A. 2013. Investigating Consistency between VIIRS and MODIS Over the Oceans: The Sensor/Environmental Data Records. 93rd Annual AMS Meeting, Ninth Annual Symposium on Future Operational Environmental Satellite Systems. Boston.
Piwowar JM. 2010. Orb-View 2. [Internet] (diunduh tanggal 26 Mei 2013). Tersedia dari: http://uregina.ca/piwowarj/Satellites/OrbView.html
Prihartato PK. 2009. Studi Variabilitas Konsentrasi Klorofil-A dengan Menggunakan Data Satelit Aqua-Modis dan Seawifs Serta Data In Situ di Teluk Jakarta (skripsi). Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Ramansyah F. 2009. Penentuan Pola Sebaran Konsentrasi Klorofil-A di Selat Sunda dan Perairan Sekitarnya dengan Menggunakan Data Inderaan Aqua-MODIS (skripsi). Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Seaman C. 2013. Beginner’s Guide to VIIRS Imagery Data. Colorado State University.
Short NM. 2013. CZCS and SeaWiFS. [Internet] (diunduh tanggal 30 Mei 2013). Tersedia dari: www.fas.org/irp/imint/docs/rst/Sect14/
Siswanto, Suratno. 2008. Seasonal Pattern of Wind Induced Upwelling Over Java-Bali Sea Waters and Surrounding Area. Remote Sensing and Earth Sciences, 5: 46-56.
Suwargana N. 2013. Resolusi Spasial, Temporal dan Spektral pada Citra Satelit Landsat, Spot Dan Ikonos. WIDYA, 1(2): 167-174.
Turpie KR, Robinson WD, Franz BA, Eplee Jr RE, Meister G, Fireman GF, Patt FS, Barnes RA, McClain CR. 2012. Suomi NPP VIIRS Ocean Color Data Product Early Mission Assessment. Maryland (US).
Turpie KR, Balch B, Bowler B, Franz BA, Frouin R, Gregg W, McClain CR, Rousseaux C, Siegel D, Wang M, Eplee G, Robinson W. 2013. Quality Assesment of the Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) Ocean Color Environment Data Records. US: NASA.
Wilopo MD. 2005. Karakter Fisik Oseanografi di Perairan Barat Sumatera dan Selatan Jawa-Sumbawa dari Data Satelit Multi Sensor (skripsi). Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
17
18
Lampiran 1 Contoh penggabungan scene citra NPP dan Aqua-MODIS
pada tahun 2013 hari ke 225 (Julian days) dengan program mosaic SeaDAS 7.0
(a) Scene NPP
(b) Scene MODIS
Lampiran 2 Nilai rataan, minimum dan maksimum konsentrasi klorofil-a (mg/m3) selama September 2012 sampai Agustus 2013
Tahun Musim Bulan Maksimum Minimum Rataan
2012 Peralihan 2
September 2.987 0.001 0.278
Oktober 2.997 0.001 0.205
November 2.959 0.001 0.115
Barat
Desember 2.972 0.001 0.098
2013
Januari 2.997 0.001 0.105
Februari 2.906 0.001 0.081
Peralihan 1
Maret 2.958 0.001 0.087
April 2.901 0.001 0.111
Mei 2.980 0.001 0.121
Timur
Juni 2.996 0.001 0.121
Juli 2.912 0.001 0.225
19 Lampiran 3 Perkembangan sebaran konsentrasi klorofil-a dari citra satelit NPP
selama September 2012 sampai Agustus 2013
September 2012 Oktober 2012 November 2012
Desember 2012 Januari 2013 Februari 2013
Maret 2013 April 2013 Mei 2013
Juni 2013 Juli 2013 Agustus 2013 Lampiran 4 Track scanning NPP dan Aqua-MODIS (bentuk granule)
20
Lampiran 5 Perbedaan nilai klorofil-a dari citra harian NPP dan Aqua-MODIS
No. Tanggal Bujur Lintang Nilai Konsentrasi Klorofil-a (mg/m
21 Lampiran 6 Waktu orbit (perekaman data) dari satelit NPP dan Aqua-MODIS pada perairan selatan Jawa (Indonesia)
(a) Orbit NPP (b) Orbit Aqua-MODIS Sumber: http://www.ssec.wisc.edu/datacenter (diakses: 7 Oktober 2013) Lampiran 7 Waktu pengambilan data citra harian NPP dan Aqua-MODIS
No.
Tanggal VIIRS MODIS
(Julian days) Nama Data
Waktu
Pengambilan Nama Data
Waktu Pengambilan
1 01 Agustus 2013 A2013213060500 6:05:00 V2013213055546 5:55:46
(213) A2013213061000 6:10:00 V2013213055712 5:57:12
2 08 Agustus 2013 A2013220061500 6:15:00 V2013220052419 5:24:19
(220) V2013220052544 5:25:44
V2013220070518 7:05:18
V2013220070644 7:06:44
3 17 Agustus 2013 A2013229060500 6:05:00 V2013229055600 5:56:00
(229) A2013229061000 6:10:00 V2013229055726 5:57:26
4 22 Agustus 2013 A2013234062500 6:25:00 V2013234060223 6:02:23
(234) V2013234060349 6:03:49
5 29 Agustus 2013 A2013241063000 6:30:00 V2013241053056 5:30:56
(241) A2013241063500 6:35:00 V2013241053221 5:32:21
V2013241071156 7:11:56
22
Lampiran 8 Perbandingan kanal NPP dan Aqua-MODIS
VIIRS MODIS
Kanal Resolusi Spasial (m) Wavelength (nm) Wavelength (nm) Resolusi Spasial (m) Kanal
DNB 500 - 900 - - -
23
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Medan pada tanggal 5 Juli 1991 dari ayah yang bernama Syawaril Nuris, S.E dan ibu Siti Rochani, S.E.Akt. Penulis merupakan anak pertama dari dua bersaudara, adik penulis bernama Abdul Haritz Nuris.
Lulus dari Sekolah Menengah Atas (SMA) Negeri 2 Bogor pada tahun 2009, penulis diterima sebagai mahasiswa Institut Pertanian Bogor, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI).
Selama kuliah di Institut Pertanian Bogor penulis pernah menjadi asisten mata kuliah Pemetaan Sumberdaya Hayati Kelautan periode 2012-2013 dan asisten mata kuliah Ekologi Laut Tropis periode 2013-2014. Penulis aktif dalam organisasi Himpunan Mahasiswa Ilmu dan Teknologi Kelautan (HIMITEKA) IPB periode 2011-2012 sebagai wakil Bendahara Umum dan periode 2012-2013 sebagai Bendahara Umum. Selain itu, penulis juga aktif dalam berbagai kepanitiaan, seperti Marine Goes to School 2012 sebagai wakil ketua, ITK Foundation, KONSURV 2011, Tri-University 2012, Kalbe Junior Science Fair 2013 dan lain-lain. Penulis juga aktif dalam mengikuti konferensi, salah satunya Alternative Aviation Fuel in Asia Conference and ASEAN Algae Biofuel Initiative Conference 2012 di Singapura.
