Kajian klorofil a dan nutrien serta interelasinya dengan dinamika massa air di perairan barat Sumatera dan Selatan Jawa – Sumbawa

17 

Teks penuh

(1)

KAJIAN KLOROFIL-A DAN NUTRIEN SERTA

INTERELASINYA DENGAN DINAMIKA MASSA AIR

DI PERAIRAN BARAT SUMATERA DAN

SELATAN JAWA – SUMBAWA

SIMON TUBALAWONY

SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

(2)

SURAT PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi Kajian Klorofil-a dan

Nutrien serta Interelasinya dengan Dinamika Massa Air di Perairan Barat

Sumatera dan Selatan Jawa – Sumbawa adalah 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 dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam

Daftar Pustaka di bagian akhir disertasi ini.

Bogor, Desember 2007

Simon Tubalawony

(3)

ABSTRACT

SIMON TUBALAWONY. Investigation of Chlorophyll-a and Nutrient with its Interrelationship to the Dynamic of Water Mass in West Sumatera and South Java-Sumbawa Waters. Under Direction of RICHARDUS F. KASWADJI, MULIA PURBA, SAM WOUTHUYZEN, and DEDI SOEDHARMA

Data for this research consists of: (1) wind data from European Center for Medium Range Forecast (ECMWF) in the period of 1990-2002; (2) Sea Surface Temperature (SST) data from National Oceanographic and Atmospheric Administration (NOAA) of 1990-2005 and also from Moderate Resolution Imaging Spectro Radiometer (MODIS) AQUA of 2002-2005; (3) chlorophyll-a data from SeaWifS image of 1997-2005 and from MODIS AQUA of 2002-2005 as well; (4) the sea level anomaly data of 2001-2005 from TOPEX/POISEDON, European Remote Sensing Satellite (ERS-1 and ERS-2); (5) nitrate and chlorophyll data from NOBM (NASA Ocean Biogeochemical Model) Assimilated Dayled Global Products of 1997-2005; (6) CTD data from the expedition of Baruna Jaya I in 1990 and (7) the archives of World Ocean Data – National Ocean Data Center (WOD-NODC). All of the collected data were utilized to analyze and investigate characteristics and dynamics of water mass by using the Ekman Transport and Ekman Pumping methods. Also, the analyses included the interrelationship between the dynamics of water mass and distribution of nutrient and chlorophyll-a in the wchlorophyll-aters of West Sumchlorophyll-aterchlorophyll-a chlorophyll-and South Jchlorophyll-avchlorophyll-a – Sumbchlorophyll-awchlorophyll-a.

Results of the Ekman Transport analyses showed that water mass transported from beach towards off-shore was the larger during the East Season in the West Java and around Sunda strait than that of the West Sumatera and the South of Central Java – Sumbawa. The Ekman Pump analysis showed that upwelling process occurred at along side of West Sumatera and South Java – Sumbawa waters from June to October. The highest level of upwelling was found in the South of Central Java – East Java. Indications of the upwelling occurred in the East season were of the lower of SST, and sea level anomaly under sea surface level. In addition, the concentration of chlorophyll-a, nitrate, phosphate, and silicate increased. The more intensive upwelling occurred in the south of Central Java – East Java was because of Ekman Transport moving away from beach, and perhaps due to the bigger gradient of wind stress on each component and influence of South Equator Current as well.

In the center of upwelling, the increase of chlorophyll-a concentration showed a significant negative correlation to the declining of SST (r = -0.71), while the lower SST not because of upwelling process in the South of Flores – Sumbawa did not give a significant correlation. Increasing nitrate concentration caused by upwelling showed a positive correlation to improvement of chlorophyll concentration (r = 0.65 – 0.86), while the improvement of nitrate concentration

not because of upwelling did not show a significant positive correlation (r = 0.41 – 0.56) compared to that of in the South of Bali – Sumbawa.

(4)

©

Hak cipta milik IPB, tahun 2007

Hak cipta dilindungi Undang-undang

1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumber.

a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan Karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan Kritik atau tinjauan suatu masalah

b. Pengutipan tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB 2. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau

(5)

KAJIAN KLOROFIL-A DAN NUTRIEN SERTA

INTERELASINYA DENGAN DINAMIKA MASSA AIR

DI PERAIRAN BARAT SUMATERA DAN

SELATAN JAWA – SUMBAWA

SIMON TUBALAWONY

Disertasi

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor pada

Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan

SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

(6)

Judul Disertasi : Kajian Klorofil-a dan Nutrien serta Interelasinya dengan

Dinamika Massa Air di Perairan Barat Sumatera dan

Selatan Jawa – Sumbawa

Nama : Simon Tubalawony

NRP : P27600002

Disetujui

Komisi Pembimbing

Dr. Ir. Richardus F. Kaswadji, M.Sc Dr. Ir. Mulia Purba, M.Sc. Ketua Anggota

Dr. Ir. Sam Wouthuyzen Prof. Dr. Ir. Dedi Soedharma, DEA

Anggota Anggota

Diketahui

Ketua Program Studi Dekan Sekolah Pascasarjana Ilmu Kelautan

Dr. Ir. Djisman Manurung, M.Sc. Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, M.S.

(7)

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Ambon pada tanggal 18 Oktober 1967, pukul

17.30 WIT dari Bapak Izaac Tubalawony dan Ibu Juliana Kayadu. Penulis

merupakan anak ke 8 dari sepuluh bersaudara. Pendidikan sarjana ditempuh di

Jurusan Manajemen Sumberdaya Perairan, Fakultas Perikanan Universitas

Pattimura, lulus pada tahun 1992. Pada tahun 1997, penulis diterima di Program

Studi Ilmu Kelautan pada Program Pascasarjana IPB dan menamatkannya pada

tahun 2000. Kesempatan untuk melanjutkan ke program doktor pada program

studi dan pada perguruan tinggi yang sama diperoleh pada tahun 2001.

Beasiswa pendidikan pascasarjana diperoleh dari Departemen Pendidikan

Nasional Republik Indonesia. Selain itu juga diperoleh bantuan beasiswa dari

Yayasan Beasiswa Dana Maluku (YDBM), PEMDA Maluku dan Yayasan

DAMANDIRI.

Penulis bekerja sebagai Staf Pengajar pada Fakultas Perikanan dan Ilmu

Kelautan Universitas Pattimura sejak tahun 1993 hingga sekarang. Sebuah

artikel telah diterbitkan dengan judul Dampak Proses Fisik terhadap Sebaran

Klorofil secara Spasial dan Temporal di Perairan Barat Sumatera dan Selatan

Jawa – Sumbawa pada jurnal Ichthyos tahun 2007. Karya ilmiah tersebut

(8)

PRAKATA

Segala pujian dan syukur hanya bagiMu, Ya TUHAN YESUS KRISTUS,

karena atas berkat dan anugerahNya, penulisan disertasi ini dengan judul Kajian

Klorofil-a dan Nutrien serta Interelasinya dengan Dinamika Massa Air di Perairan

Barat Sumatera dan Selatan Jawa – Sumbawa dapat diselesaikan. Penulisan

disertasi ini dimaksudkan untuk memberikan gambaran tentang dinamika massa

air lapisan Ekman akibat bertiupnya angin muson di perairan barat Sumatera dan

selatan Jawa – Sumbawa serta dampaknya terhadap perubahan karakteristik

massa air dan sebaran klorofil-a perairan. Data yang digunakan dalam penelitian

ini sebagian besar berasal dari citra satelit multisensor dan data hasil

pengukuran lapang yang diperoleh dari hasil ekspedisi oseanografi Kapal Riset

Baruna Jaya I BPPT Jakarta dan dari arsip World Ocean Data Center. Hasil penelitian mendapatkan bahwa lebih intensifnya upwelling di selatan Jawa

Tengah – Jawa Timur tidak hanya disebabkan karena transpor Ekman

meninggalkan pantai (MYE) tetapi juga karena besarnya gradien gesekan angin

komponen menegak pantai ke arah laut lepas (∂

τ

y/∂y) di perairan ini. Hal ini mengakibatkan lebih besarnya gradien transpor Ekman komponen sejajar garis

pantai yang bergerak ke arah barat antara perairan dekat pantai dan laut lepas

(∂MXE/∂y) dimana di dekat pantai transpor massa air ke arah barat lebih sedikit

dari pada laut lepas. Selain itu upwelling di selatan Jawa mengakibatkan

peningkatan konsentrasi nitrat dan penurunan SPL memiliki hubungan yang erat

dengan konsentrasi klorofil akan tetapi rendahnya SPL bukan karena pengaruh

upwelling di selatan Flores – Sumbawa secara signifikan tidak berdampak

terhadap peningkatan konsentrasi klorofil-a.

Tersusunnya disertasi ini tidak terlepas dari bantuan dan bimbingan

berbagai pihak. Untuk itu terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak

Dr. Ir. Richardus F. Kaswadji, M.Sc., Bapak Dr. Ir. Mulia Purba, M.Sc., Bapak

Dr. Ir. Sam Wouthuyzen dan Bapak Prof. Dr. Ir. Dedi Soedharma, DEA selaku

pembimbing; Ibu Dr. Ir. Nani Hendiarti, M.Sc selaku Penguji pada Ujian Tertutup,

Bapak Prof. Safwan Hadi Ph.D. selaku Penguji pada Ujian Terbuka dan Bapak

Dr. Djisman Manurung, M.Sc. selaku Ketua Program Studi Ilmu Kelautan SPs

IPB yang telah banyak memberikan bimbingan, arah dan masukan demi

penyempurnaan disertasi ini. Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada

(9)

disertasi; teman-teman dan saudara-saudaraku se-kost di Perwira 12 Darmaga

Bogor, terutama: Nus, Nona, Degen, Eddy, Daniel, Ferry; serta kepada Papa,

Mama, dan seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya.

Semoga disertasi ini bermanfaat

Bogor, Desember 2007

(10)

DAFTAR ISI

DAFTAR TABEL... xvi

DAFTAR GAMBAR ... xvii

DAFTAR LAMPIRAN... xix

DAFTAR SINGKATAN ... xx

PENDAHULUAN Latar Belakang ... 1

Pendekatan Masalah... 3

Tujuan Peneilitian... 4

Hipotesa Penelitian ... 6

TINJAUAN PUTAKA Produktivitas Primer ... 7

Cahaya ... 7

Nutrien ... 10

Suhu ... 12

Sistem Angin Muson ... 13

Sirkulasi permukaan perairan timur laut Samudera Hindia ... 16

Arus Pantai Jawa ... 19

Hubungan antara Faktor Oceanografis dan Produktivitas Primer Perairan ... 19

METODE PENELITIAN Lokasi Penelitian ... 22

Metode Pengumpulan Data... 23

Data klorofil... 23

Data fisik perairan... 23

Data nutrien ... 24

Data angin ... 24

Analisis Data ... 25

Sebaran klorofil-a ... 25

Sebaran suhu permukaan laut ... 25

(11)

Sebaran nutrien ... 25

Sebaran angin ... 26

Sebaran anomali tinggi paras laut ... 27

Transpor massa air... 27

Transpor vertikal nutrien... 30

Hubungan sebaran klorofil-a dengan suhu permukaan laut... 30

Hubungan klorofil dengan nutrien... 31

HASIL DAN PEMBAHASAN Sebaran Angin... 32

Sebaran Anomali Tinggi Paras Laut (ATPL) ... 43

Sebaran Suhu Permukaan Laut (SPL) ... 51

Sebaran Nitrat ... 59

Sebaran Fosfat ... 67

Sebaran Silikat ... 69

Sebaran Klorofil-a... 72

Transpor Ekman ... 80

Transpor Vertikal Massa Air ... 87

Transpor Nutrien ... 97

Indikasi Upwelling... 100

Hubungan klorofil-a dengan suhu permukaan laut (SPL)... 113

Hubungan klorofil dengan nitrat ... 122

SIMPULAN DAN SARAN Simpulan ... 128

Saran ... 131

DAFTAR PUSTAKA ... 132

LAMPIRAN ... 138

(12)

DAFTAR TABEL

Halaman

1. Posisi lokasi pengamatan ... 22

2. Anomali Tinggi Paras Laut bulanan rata- rata (cm) pada bulan

Januari – Juni di setiap lokasi pengamatan... 46

3. Anomali Tinggi Paras Laut bulanan rata- rata (cm) pada bulan

Juli – Desember di setiap lokasi pengamatan. ... 47

4. SPL bulanan rata-rata (oC) pada bulan Januari – Juni di setiap lokasi

pengamatan sepanjang tahun ... 55

5. SPL bulanan rata-rata (oC) pada bulan Juli – Desember di setiap

lokasi pengamatan sepanjang tahun... 56

6. Konsentrasi nitrat bulanan rata-rata (µmol l-1) pada bulan Januari –

Juni di setiap lokasi pengamatan ... 62

7. Konsentrasi nitrat bulanan rata-rata (µmol l-1) pada bulan Juli –

Desember di setiap lokasi pengamatan ... 65

8. Klorofil-a permukaan laut bulanan rata-rata (mg m-3) pada bulan

Januari – Juni di setiap lokasi pengamatan ... 76

9. Klorofil-a permukaan laut bulanan rata-rata (mg m-3) pada bulan

Juni – Desember di setiap lokasi pengamatan ... 77

10. Volume massa air dan kandungan nutrien yang terangkat (upwelling)

Di beberapa gird pengamatan per m 2... 99

11. Gradien transpor Ekman komponen sejajar pantai per 1 oLS ke arah

laut lepas (∂MxE/∂y) di perairan selatan Jawa – Sumbawa selama

musim timur ... 104

(13)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

1. Kerangka pendekatan masalah... 5

2. Grafik hubungan fotosintesa dan cahaya (Parsons et al., 1984) ... 9

3. Sistem cuaca global yang mempengaruhi formasi muson barat laut (A) dan tenggara (B) di perairan barat Sumatera dan selatan Jawa – Sumbawa (Robert, 1985 dalam Tomascik et al., 1997) ... 15

4. Skema komponen arus barat – timur di Samudera Hindia sepanjang 90 oBT pada bulan yang berbeda (Wyrtki, 1961) ... 17

5. Posisi lokasi pengamatan... 22

6. Lintasan perhitungan Transpor Ekman ... 28

7. Posisi grid dalam perhitungan kecepatan transpor vertikal... 29

8. Lintasan pengamatan perubahan suhu dan klorofil-a permukaan laut sepanjang tahun ... 31

9. Pola sebaran angin bulanan rata-rata (m det-1) berdasarkan data rataan bulanan angin ECMWF dari tahun 1990 – 2002 ... 33

10. Sebaran gesekan angin bulanan rata-rata komponen sejajar pantai berdasarkan data rataan bulanan komponen angin ECMWF dari tahun 1990 – 2002 ... 38

11. Sebaran gesekan angin bulanan rata-rata komponen tegak lurus garis pantai berdasarkan data rataan bulanan komponen angin ECMWF dari tahun 1990 – 2002 ... 40

12. Sebaran anomali Tinggi Paras Laut (ATPL) bulanan rata-rata (cm) berdasarkan data tujuh harian ATPL dari 2001 – 2005... 44

13. Sebaran SPL bulanan rata-rata berdasarkan data rataan bulanan SPL NOAA dari tahun 1990 – 2005 ... 52

14. Sebaran nitrat permukaan laut bulanan rata-rata (µmol l-1) berdasarkan data rataan bulanan nitrat NOBM dari 1997 – 2005... 60

15. Sebaran mendatar fosfat (µmol l-1) pada musim timur di perairan selatan Jawa – Sumbawa berdasarkan data Baruna Jaya I ... 67

16. Sebaran mendatar fosfat (µmol l-1) pada musim peralihan I di perairan selatan Jawa – Sumbawa berdasarkan data Baruna Jaya I ... 69

(14)

17. Sebaran mendatar silikat (µmol l-1) pada musim timur di perairan

selatan Jawa – Sumbawa berdasarkan data Baruna Jaya I ... 70

18. Sebaran mendatar silikat (µmol l-1) pada musim peralihan I di perairan

selatan Jawa – Sumbawa berdasarkan data Baruna Jaya I ... 70

19. Sebaran klorofil-a bulanan rata-rata (mg m-3) pada permukaan

laut berdasarkan data rataan bulanan klorofil-a SeaWiFS dari

tahun 1997 - 2005 ... 73

20. Volume Transpor Ekman bulanan rata-rata (Lintasan I) ... 81

21. Volume Transpor Ekman bulanan rata-rata (Lintasan II) ... 82

22. Kecepatan transpor vertikal massa air bulanan rata-rata (m hari -1)

berdasarkan data angin ECMWF dari tahun 1990 – 2002 ... 88

23. Volume Transpor Vertikal massa air bulanan rata-rata (Sv) berdasarkan

data angin ECMWF dari tahun 1990 – 2002 ... 91

24. Sebaran melintang suhu di perairan selatan Jawa dan Bali

pada musim timur (24 Agustus 1990 – 15 September 1990) ... 98

25. Gradien transpor Ekman komponen sejajar pantai ke arah laut

lepas (∂MxE/∂y) di perairan selatan Jawa – Sumbawa selama musim

timur ... 105

26. Klorofil-a (mg m-3), Nitrat (µmol l-1), SPL (oC), ATPL (cm) bulanan

rata-rata per lokasi pengamatan... 109

27. Sebaran hubungan SPL (oC) dengan klorfil-a (mg m-3) sepanjang

tahun pada setiap lokasi pengamatan... 114

28. Grafik SPL (oC) dan Klorofil-a (Klo) (mg m-3) bulanan rata-rata

di sepanjang perairan barat Sumatera dan selatan jawa Sumbawa .... 117

29. Grafik hubungan klorofil-a dan SPL selama musim timur di sepanjang

perairan barat Sumatera dan selatan Jawa – Sumbawa ... 120

30. Grafik hubungan Klorofil (mg m-3) dengan Nitrat (µmol l-1) sepanjang

tahun pada setiap lokasi pengamatan ... 123

(15)

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

1. Posisi Stasiun Pengamatan Ekspedisi Kapal Baruna Jaya di perairan selatan Jawa – Bali pada musim peralihan I

(5 Maret – 2 April 1190) dan musim timur (24 Agustus 1990 –

15 September 1990)... 138

2. Kecepatan angin bulanan rata-rata (m det-1) berdasarkan data

rataan bulanan angin ECMWF dari tahun 1990 – 2002... 139

3. Gesekan angin bulanan rata-rata komponen sejajar dan menegak

pantai (N m-2) berdasarkan data rataan bulanan angin ECMWF dari

tahun 1990 – 2002... 141

4. Sebaran melintang nitrat (µmol l-1) di perairan selatan Jawa –

Sumbawa berdasarkan data Baruna Jaya I ... 143

5. Sebaran melintang Fosfat, Silikat dan Nitrat (µmol l-1) di perairan barat Sumatera dan selatan Jawa berdasarkan data

WOD – NODC ... 144 6. Sebaran melintang fosfat (µmol l-1) di perairan selatan Jawa –

Sumbawa berdasarkan data Baruna Jaya I ... 148

7. Sebaran melintang silikat (µmol l-1) di perairan selatan Jawa –

Sumbawa berdasarkan data Baruna Jaya I ... 149

8. Transpor Ekman bulanan rata-rata pada perairan barat Sumatera

dan selatan Jawa hingga selatan Sumbawa ... 150

9. Kecepatan vertikal massa air tiap bulan dan kedalaman lapisan Ekman berdasarkan data rataan bulanan angin dari tahun

1990 – 2002... 151

10. Volume transpor vertikal massa air bulanan rata-rata (m3 hari-1) per luasan 1 m2 berdasarkan data angin bulanan rata-rata dari

tahun 1990 – 2002... 153 11. Transpor Ekman bulanan rata-rata tiap komponen (kg det-1 m-1)

berdasarkan data rataan bulanan komponen angin ECMWF

dari tahun 1990 – 2002... 154

12. Hasil analisis regresi antara konsentrasi klorofil (mg m-3) dengan

konsentrasi nitrat (µmol l-1) untuk setiap lokasi pengamatan... 156 13. Sebaran klorofil (mg m-3) bulanan rata-rata permukaan laut barat

Sumatera dan selatan Jawa - Sumbawa... 160

(16)

DAFTAR SINGKATAN

ADP : Adenosine Diphosphate AKS : Arus Katulistiwa Selatan

AKU : Arus Katulistiwa Utara

AM : Arus Muson

APJ : Arus Pantai Jawa

Arlindo : Arus Lintas Indonesia

ASK : Arus Sakal Katulistiwa

ATP : Adenosine Triphosphate ATPL : Anomali Tinggi Paras Laut

AVHRR : Advanced Very High Resolution Radiometer BT : Bujur Timur

CTD : Conductivity Temprature Depth DNA : Deoxyribonucleic Acid

ECMWF : European Center for Medium Range Forecast EPT : Equatorial Pressure Trough

ERS : European Remote Sensing Satellite

GES -DISC DAAC : Goddard Earth Sciences - Data and Information

Services Center Distributed Active Archive Center

LS : Lintang Selatan

MODIS : Moderate Resolution Imaging Spectro Radiometer NASA : National Aeronautics and Space Administration

NOAA : National Oceanic and Atmospheric Administration

NOBM : NASA Ocean Biogeochemical Model ODV : Ocean Data View

PAR : Photosynthetic Available Radiation

SeaWiFS : Sea - viewing Wide of Filed - of – view Sencor SPL : Suhu Permukaan Laut

WOD-NODC : World Ocean Data – National Ocean Data Center

(17)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

MAAF

 

KELANJUTAN

 

BAB

 

1

 

S/D

 

LAMPIRAN

 

PADA

 

DISERTASI

 

INI

 

TIDAK

 

DAPAT

 

DIGABUNG

 

KARENA

 

DIPROTECT

 

PADA

 

DATA

 

ASLINYA

 

 

 

 

 

Figur

Grafik hubungan fotosintesa dan cahaya (Parsons et al., 1984) .........
Grafik hubungan fotosintesa dan cahaya Parsons et al 1984 . View in document p.13

Referensi

Memperbarui...