KARAKTER FISIK OSEANOGRAFI DI P ERAIRAN BARAT
SUMATERA DAN SELATAN JAWA-SUMBAWA DARI DATA
SATELIT MULTI SENSOR
Oleh :
MUKTI DONO WILOPO
C06400080
PROGRAM STUDI ILMU KELAUTAN
FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN
INSTITUT PERTAN IAN BOGOR
RINGKASAN
MUKTI DONO WILOPO. C06400080. Karakter Fisik Oseanografi di Perairan Barat Sumatera dan Selatan Jawa- Sumbawa Dari Data Satelit Multi Sensor.
Dibimbing Oleh MULIA PURBA dan AGUS SOLEH ATMADIPOERA
Penyediaan data satelit menjadi salah satu alternatif untuk mengkaji karakter oseanografi di suatu wilayah. Dari data tersebut dapat dikaji fenomena-fenomena oseanografi seperti upwelling dan front. Pemilihan wilayah perairan barat Sumatera dan selatan Jawa-Sumbawa dipengaruhi oleh sistem angin muson (Wyrtki, 1961; Purba et al., 1997), serta dipengaruhi oleh Arus Lintas Indonesia (ARLINDO) dan perubahan iklim global seperti El Nino dan Indian Ocean Dipole Mode (Meyers, 1996; Saji et al., 1999; Shinoda, 2004).
Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji variasi karakter oseanografis yaitu suhu permukaan laut (SPL) dan tinggi paras laut secara spasial dan temporal serta menganalisis angin sebagai parameter yang dapat mempengaruhi variasi karakter oseanografi.
Data yang digunakan adalah data angin harian dari ECMWF (European Center for Medium Range Weather Forecast), data suhu permukaan laut (SPL) mingguan dari NCEP (National Climate and Environment Prediction) dan data anomali tinggi paras laut (TPL) mingguan dari AVISO. Seluruh data memiliki periode dari tahun 1993-2002.
Untuk melihat variasi spasial angin, SPL dan anomali TPL dilakukan analisis distribusi horizontal. Untuk melihat fluktuasi setiap parameter maka dicari densitas energi spektrumnya. Hubungan antara angin dengan SPL dan anomali TPL dicari dengan metode spektrum silang untuk memperoleh nilai koherensi dan beda fase.
Secara urnum kondisi angin yang terjadi di perairan barat Sumatera dan selatan Jawa dipengaruhi oleh Sistim Muson dimana terjadi pergantian pola perubahan kecepatan angin tinggi dan rendah dalam satu tahun. Distribusi horizontal suhu bulanan menunjukkan bahwa SPL mencapai nilai terendah di Musim Timur di wilayah perairan Selatan Jawa-Sumbawa. Hal tersebut disebabkan oleh terjadinya upwelling yang intensif akibat bertiupnya Angin Muson Tenggara di perairan selatan Jawa, melebarnya poros AKS dan hilangnya Arus Pantai Jawa. SPL mencapai 25° C-27,5° C pada Musim Timur di Selatan Jawa. Pada Musim Tirnur saat bertiup kuat Angin Muson Timur, kemungkinan terjadi
Transpor Ekman yang membawa serta air permukaan menjauhi Pantai Selatan Jawa, maka akan terjadi kekosongan (anomali TPL-nya rendah) yang berakibat naiknya air dari bawah menuju ke permukaan (upwelling). Hal ini konsisten dengan terjadinya SPL yang rendah pada periode dan daerah yang sama sehingga dapat disimpulkan bahwa upwelling yang intensif terjadi pada Musim timur di wilayah perairan Selatan Jawa.
Pada periode EI Nino dan IODM tahun 1994 dan 1997 upwelling yang terjadi lebih intensif daripada tahun-tahun lainnya.
Auto Spectral Analysis (ASPEC) menghasilkan adanya spektrum energi angin berkisar pada periode periode 51,6 minggu (tahunan) dan 25,8 minggu (semi tahunan) yang merupakan representasi perubahan pola musim yang berhubungan dengan pergerakan sistem angin muson. SPL di wilayah perairan selatan Jawa hingga Sumbawa (JAW1- SMB) memperlihatkan sinyal yang nyata pada periode 25,8 minggu dan 51,6 minggu. Hal ini berarti periodisitas SPL yang terjadi di wilayah JAW 1 hingga SMB tersebut mengikuti periode tengah tahunan (intra musiman) dan periode tahunan. Sedangkan di wilayah perairan barat Sumatera (SMT1 dan SMT2), SPL hanya memperlihatkan periodisitas dominan pada periode 51,6 minggu atau periodisitasnya mengikuti periode tahunan.
Anomali TPL di wilayah JAW2 hingga SMB menunjukkan sinyal yang nyata pada periode 25,8 minggu, 51,6 minggu dan 129 minggu, sedangkan wilayah JAW1 menunjukkan sinyal yang nyata pada periode 25,8 minggu, 51,6 minggu, 86 minggu, dan 129 minggu. Sedangkan di perairan barat Sumatera (SMT1- SMT2) sinyal yang nyata terjadi pada periode 25,8 minggu, 43 minggu, 86 minggu, dan 51,6 minggu.
Analisis spektrum silang (CSPEC) menunjukkan bahwa hubungan kecepatan angin komponen zonal dengan SPL lebih kuat daripada komponen meridional-nya di perairan selatan Jawa (JAW1- SMB). Sedangkan di wilayah perairan barat Sumatera (SMT1-SMT2) hubungan kecepatan angin komponen meridional dengan SPL lebih kuat daripada komponen meridional-nya. Sinyal kecepatan komponen zonal yang berpengaruh kuat terhadap SPL di JAW1 hingga SMB terjadi pada periode 51,6 minggu dimana koherensinya melebihi 0,93 dengan beda fase yang bernilai positif, yang berarti perubahan kecepatan angin komponen zonal akan diikuti oleh perubahan SPL. Sedangkan di SMT1 sinyal komponen meridional yang berpengaruh kuat terhadap SPL terjadi pada periode 86,0 dan 129,0 minggu dengan niai koherensi di atas 0,93 dan beda fase positif, sedangkan di SMT2 terjadi pada periode 51,6 minggu dengan koherensi 0,86 dan beda fase yang positif.
Dari analisis spektrum silang antara angin dengan anomali TPL, dapat diketahui bahwa angin memiliki hubungan yang kuat terhadap anomali TPL, dimana perubahan angin dapat mempengaruhi perubahan anomali TPL. Fluktuasi yang muncul yaitu pada periode 25,8 minggu dan 51,6 minggu, menunjukkan bahwa angin pada pergantian antara Musim Barat dan Musim Timur dengan Musim Peralihannya (musiman) serta pergantian Musim Barat dengan Musim Timur (tahunan) mempengaruhi perubahan anomali TPL. Sedangkan fluktuasi 86,0 minggu dan 129,0 minggu menunjukkan menunjukkan perubahan pola angin yang mempengaruhi anomali TPL akibat perubahan iklim global seperti IODM, El Nino dan La Nina.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Pengasih dan Pemurah, karena dengan rahmat dan hidayah-Nya, penulis dapat mengerjakan penelitian hingga menyusun skripsi ini. Penelitian yang berjudul “Karakter Fisik Oseanografi Perairan Barat Sumatera dan Selatan Jawa- Sumbawa dari Data Satelit Multi Sensor”, merupakan hasil pengumpulan dan pengolahan data dari beberapa badan meteorologi dan antariksa dunia.
Tulisan ini berisikan kajian variasi karakter oseanografi yang berhubungan dengan perubahan ruang dan waktu di perairan selatan Jawa dan barat
Sumatera. Data yang digunakan berasal dari data hasil pengukuran satelit multi sensor antara lain AVHRR, TOPEX/Poseidon, dan ERS 1/2. Data dianalisis secara spasial dalam bentuk perataan bulanan selama kurun waktu 10 tahun dari tahun 1993-2002.
Penelitian ini tidak dapat terlaksana tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih kepada Dr. Ir. Mulia Purba, M.Sc, dan Ir. Agus S. Atmadipoera, DESS, sebagai Komisi Pembimbing atas bimbingan, masukan, kritik dan pengarahan yang sangat berharga,
sehingga tulisan ini dapat diselesaikan. Juga kepada NCEP NOAA (National Climate and Environment Prediction), ECMWF (European Center for Medium Range Weather Forecast) dan CNES (Centre National d’études Spatiales) yang telah memberi ijin penulis untuk mempergunakan data satelitnya dengan fasilitas
File Transfer Protocol (FTP) dan Live Acces Service (LAS) untuk bahan penelitian ini secara gratis.
Penulis menyadari keterbatasan yang ada sehingga tulisan ini masih belum sempurna, oleh karena itu perbaikan dan penelitian selanjutnya masih tetap diperlukan. Namun demikian penulis berharap semoga tulisan ini bermanfaat untuk pengembangan kelautan Indonesia.
Bogor, November 2005
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL... vi
DAFTAR GAMBAR... viii
DAFTAR LAMPIRAN... x
1. PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Tujuan Penelitian... 3
2. TINJAUAN PUSTAKA... 3
2.1. Kondisi Oseanografis Daerah Penelitian ... 3
2.2. Pengaruh El Nino dan Dipole Mode di Perairan Barat Sumatera dan Selatan Jawa ... 10
2.3. Sensor Satelit Untuk Mengukur Parameter Oseanografi ... 16
3. METODE PENELITIAN... 22 3.1. Waktu dan Tempat ... 22
3.2. Perolehan dan Pengolahan Data ... 23
3.3. Analisis Data ... 27
3.3.1. Analisis Spasial... 27
3.3.2. Analisis Deret Waktu ... 28
4. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 32
4.1. Angin ... 32
4.1.1. Distribusi Horizontal Angin ... 32
4.1.2. Variabilitas Spasial –Temporal Angin ... 36
4.2. Suhu Permukaan Laut ... 39
4.2.1. Distribusi Horizontal Suhu Permukaan Laut ... 39
4.2.2. Sebaran Spasial –Temporal SPL ... 46
4.3. Anomali Tinggi Paras Laut ... 50
4.3.1. Distribusi Horizontal Anomali TPL ... 50
4.3.2. Sebaran Spasial –Temporal Anomali TPL ... 53
4.4. Energi Spektrum Angin, SPL , dan Anomali TPL... 56
4.4.1. Energi Spektrum Angin... 56
4.4.2. Energi Spektrum Suhu Permukaan Laut ... 59
4.4.3. Energi Spektrum Anomali TPL ... 61
4.5. Spektrum silang antara angin dengan SPL dan Anomali TPL... 63 4.5.1. Angin Dengan SPL ... 63
4.5.2. Angin Dengan Anomali TPL ... 65
5. KESIMPULAN DAN SARAN... 67 5.1. Kesimpulan ... 67
5.2. Saran... 69
DAFTAR PUSTAKA...70
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman 1. Kanal yang terdapat pada sensor satelit NOAA/AVHRR... 16 2. Perhitungan arah kecepatan angin dengan menggunakan MS-EXCEL
2003 ... 27 3. Lokasi yang mewakili setiap wilayah penelitian untuk analisis spektrum
energi ... 30 4. Fluktuasi dengan periodisitas dominan energi spektrum kecepatan angin
komponen zonal dan meridional ... 56 5. Fluktuasi dengan periodisitas dominan energi spektrum SPL ... 61 6. Fluktuasi dengan periodisitas dominan energi spektrum anomali TPL ... 63 7. Spektrum silang hubungan antara kecepatan angin komponen zonal
dengan SPL ... 64 8. Spektrum silang hubungan antara kecepatan angin komponen meridional
dengan SPL ... 65 9. Spektrum silang hubungan antara kecepatan angin komponen zonal
dengan anomali TPL ... 66 10. Spektrum silang hubungan antara kecepatan angin komponen meridional
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
1. Pola arus pada bulan Agustus (a) dan Februari (b) (Wyrtki, 1961) ... 5 2. Trek sepanjang Pantai Jawa dan Sumatera (a), profil waktu-bujur tinggi
paras laut sepanjang trek (b), profil bujur- waktu suhu permukaan laut di sepanjang trek (Susanto et al., 2001) ... 8 3. Profil melintang suhu terhadap waktu dari data hidrografi dan XBT/MBT
sepanjang Pantai Jawa dan Sumatera (Susanto et al., 2001)... 8 4. Gesekan angin rata-rata bulanan dari ERS yang ditumpang tindih dengan
gesekan angin sejajar pantai (alongshore wind stress) yang paralel
dengan perairan barat Sumatera dan selatan Jawa (Susanto et al., 2001) ... 9 5. Standar deviasi rata-rata SPL bulanan dari 1981-1999 selama periode
Muson Tenggara pada bulan Juni- November (Susanto et al., 2001) ... 10 6. Sistim Angin Pasat di Samudera Pasifik pada kondisi normal (AVISO,
2005)... . 12
7. Sistim Angin Pasat di Samudera Pasifik pada saat El Nino (AVISO, 2005) .. 12 8. Sistim Angin Pasat di Samudera Pasifik pada saat La Nina (AVISO,
2005)... 13 9. Sebaran konsentrasi klorofil-a di wilayah perairan Indonesia pada bulan
November 1997 (El Nin) (a) dan November 1998 (La Nina) (b)... 14 10. Perkembangan kejadian Indian Ocean Dipole Mode (a-d). Evolusi
komposit SPL dan anomali kecepatan angin dari Mei- Juni (a) sampai
November-Desember (d) (Saji et al., 1999) ... 16 11. Geometri Pengamatan Satelit Altimetri (Modifikasi dari Stewart,
1985 dan Jet Propulsion Laboratory, 2004) ... 20 12. Daerah penelitian yang terbagi menjadi 6 wilayah penelitian yaitu di
perairan barat Sumatera terbagi menjadi Sumatera 1 (SMT1) dan
Sumatera 2 (SMT2) dan di perairan selatan Jawa terbagi menjadi Jawa 1 (JAW1), Jawa 2 (JAW2), Jawa 3 (JAW3), dan Sumbawa (SMB) ... 23 13. Titik-titik pusat grid data angin dengan ukuran grid 2,50x2,50 (a), SPL
dengan ukuran grid 1ox1o (b), dan anomali TPL dengan ukuran grid
0,33ox0,33o (c) ... 25 14. Trek yang digunakan untuk analisis waktu-bujur ... 29 15. Distribusi horizontal angin bulanan rata-rata dari tahun 1993-2002 ... 33 16. Stick plot kecepatan angin di SUM1 (a), SUM2 (b), JAW1 (c),
JAW2 (d), JAW3 (e), dan SMB (f) dari tahun 1993-2002... 34 17. Trek sepanjang perairan barat Sumatera dan Selatan Jawa. Profil
waktu-bujur sepanjang trek kecepatan angin (a), kecepatan angin komponen timur-barat (b), dan kecepatan angin komponen utara- selatan dari tahun 1993-2002. Garis utuh menunjukkan arah timur(utara) dan garis
putus-putus menunjukkan arah barat (selatan) pada komponen timur-barat
(utara-selatan) ... 37 18. Distribusi horizontal SPL bulanan rata-rata dari tahun 1993-2002... 40 19. Standar deviasi SPL bulanan dari tahun 1993-2002 ... 43 20. Distribusi gesekan angin komponen timur-barat bulanan rata-rata dari
tahun 1993-2000 ... 45 21. Profil bujur- waktu SPL sepanjang trek dari tahun 1993-2002 ... 47 22. Data deret waktu SPL di SUM1 (a), SUM2 (b), JAW1 (c), JAW2 (d),
JAW3 (e), dan SMB1 (f) dari tahun 1993-2002... 48 23. Southern Oscillation Index (SOI) dari tahun 1993-2002 ... 49 24. Dipole Mode Index (DMI) dari tahun 1993-2002 ... 49 25. Distribusi horizontal anomali TPL bulanan rata-rata dari tahun
1993-2002 ... 51 26. Profil bujur- waktu anomali TPL sepanjang trek dari tahun 1993-2002 ... 53 27. Data deret waktu anomali TPL di SUM1 (a), SUM2 (b), JAW1 (c),
JAW2 (d), JAW3 (e), dan SMB (f) dari tahun 1993-2002... 55 28. Energi spektrum angin komponen zonal di SMT1 (a), SMT2 (b), JAW1
(c), JAW2 (d), JAW3 (e), dan SMB (f) ... 57 29. Energi spektrum angin komponen meridional di SMT1 (a), SMT2 (b),
JAW1(c), JAW2 (d), JAW3 (e), dan SMB1 (f) ... 58 30. Energi spektrum SPL di SMT1 (a), SMT2 (b), JAW1 (c), JAW2 (d), JAW3
(e), dan SMB1 (f) ... 60 31. Energi spektrum anomali TPL di SMT1 (a), SMT2 (b), JAW1 (c), JAW2
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran Halaman
1. Pola Arus di Perairan Indonesia (Wyrtki, 1961) ... 73 2. Spektrum silang (a), koherensi (b), dan beda fase (c) hubungan angin
komponen timur-barat dengan SPL (i) dan angin komponen utara-selatan dengan SPL (ii) di SMT1 ... 76 3. Spektrum silang (a), koherensi (b), dan beda fase (c) hubungan angin
komponen timur-barat dengan SPL (i) dan angin komponen utara-selatan dengan SPL (ii) di SMT 2 ... 77 4. Spektrum silang (a), koherensi (b), dan beda fase (c) hubungan angin
komponen timur-barat dengan SPL (i) dan angin komponen utara-selatan dengan SPL (ii) di JAW1 ... 78 5. Spektrum silang (a), koherensi (b), dan beda fase (c) hubungan angin
komponen timur-barat dengan SPL (i) dan angin komponen utara-selatan dengan SPL (ii) di JAW2 ... 79 6. Spektrum silang (a), koherensi (b), dan beda fase (c) hubungan angin
komponen timur-barat dengan SPL (i) dan angin komponen utara-selatan dengan SPL (ii) di JAW3 ... 80 7. Spektrum silang (a), koherensi (b), dan beda fase (c) hubungan angin
komponen timur-barat dengan SPL (i) dan angin komponen utara-selatan dengan SPL (ii) di SMB ... 81 8. Spektrum silang (a), koherensi (b), dan beda fase (c) hubungan angin
komponen timur-barat dengan anomali TPL (i) dan angin komponen utara-selatan dengan anomali TPL (ii) di SMT1 ... 82 9. Spektrum silang (a), koherensi (b), dan beda fase (c) hubungan angin
komponen timur-barat dengan anomali TPL (i) dan angin komponen utara-selatan dengan anomali TPL (ii) di SMT2 ... 83 10. Spektrum silang (a), koherensi (b), dan beda fase (c) hubungan angin
komponen timur-barat dengan anomali TPL (i) dan angin komponen utara-selatan dengan anomali TPL (ii) di JAW1 ... 84 11. Spektrum silang (a), koherensi (b), dan beda fase (c) hubungan angin
komponen timur-barat dengan anomali TPL (i) dan angin komponen utara-selatan dengan anomali TPL (ii) di JAW2 ... 85 12. Spektrum silang (a), koherensi (b), dan beda fase (c) hubungan angin
komponen timur-barat dengan anomali TPL (i) dan angin komponen utara-selatan dengan anomali TPL (ii) di JAW3 ... 86 13. Spektrum silang (a), koherensi (b), dan beda fase (c) hubungan angin
komponen timur-barat dengan anomali TPL (i) dan angin komponen utara-selatan dengan anomali TPL (ii) di SMB ... 87
I. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Beberapa parameter untuk menggambarkan karakteristik oseanografi di suatu wilayah perairan dapat diukur melalui dua cara. Cara pertama adalah mengukur langsung parameter oseanografi di laut misalnya dengan survei kapal atau dengan menempatkan instrumen/alat ukur pada beberapa lokasi perairan (mooring, tidegauge dan lain-lain). Cara kedua adalah menggunakan teknologi penginderaan jarak jauh. Kendala pada pengukuran langsung dengan kapal adalah biaya operasionalnya yang relatif tinggi, sehingga data yang
berkesinambungan sulit didapatkan.
Dewasa ini penyediaan data dengan menggunakan teknologi penginderaan jarak jauh dipenuhi dengan menggunakan satelit multi sensor. Data satelit multi sensor menjadi metode komplemen yang dapat dimanfaatkan untuk
memperoleh data kondisi oseanografis suatu wilayah perairan. Teknologi ini memiliki beberapa keuntungan dibandingkan dengan pengukuran langsung yaitu untuk memperoleh data yang kita inginkan, membutuhkan waktu yang relatif singkat dan perolehan datanya mencakup wilayah yang sangat luas serta data dapat diperoleh secara berkesinambungan dalam periode waktu tertentu.
Beberapa sensor satelit yang dapat dimanfaatkan untuk bidang kelautan antara lain sensor satelit Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR), sensor altimeter Topography Experiment (TOPEX)/POSEIDON, sensor
scatterometer European Research Satellite (ERS) 1 dan 2. Data yang diperoleh dari sensor satelit tersebut adalah data suhu permukaan laut, tinggi paras laut, arus, dan angin permukaan laut.
