Analisis Thorpe Untuk Mengkaji Proses Percampuran Turbulen Di Perairan Timur Kalimantan

ProsidingSeminar Hasil-Hasil PPNt IPB 20

ll

ISBN

:

978-602-885 3-22-4

978-602-885 3-2]-8

VoL

II:

363-376

ANALISIS THORPE UNTUK MENGKAJI

PROSES

PERCAMPURAN TURBULEN DI PERAIRAN TIMUR

KALIMANTAN

(Thorpe Analysis on Turbr,rlent

Mixing

Study in Coastal Seas of Eastern Part

of

Kalimantan)

Yuli

Naulital), Mochamad

Tri

Hartantol), Adi

Purwandana2) " D.p. ilmu _2)Pusat dan Teknologi Kelautan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, IPB

Penelitian Oseanografi (P2O-LIPI), Jakarta Utara

ABSTRAK

Proses percampuran turbulen di perairan pesisir timur Kalimantan, antara delta Mahakam

dan

Teluk

Balikpapan,

dipelajari melalui inversi

densitas pada

profil

data

CTD (CondttctiviQ Temperature Depth), yang biasa disebut analisis Thorpe. Sebelum masuk

pada analisis Thorpe, sinyal CTD dibersihkan dari noise dengan aplikasi transformasi

wavelet denosing. Hasil analisis Thorpe menr:njukkan bahwa wilayah overturn terjadi di lapisan permukaan sampai kedalaman 15

m,

serta

di

lapisan dekat dasar.

Nilai

laju

dissipasi energi kinetik turbulen

e

pada wilayah

overtlrn

ini berkisar (10-7-10-s

Wkg').

Berdasarkan nilai densitas eddy diffusivitas

K,

diketahui bahwa kekuatan percampuran

turbulen

di

perairan depan muara delta Mahakam

relatif

kuat

(K,

=

10-4-10{ m2ls; sedangkan ke arah Teluk Balikpapan tidak ditemLrkan adanya percampuran turbulen. Kata kunci: Densitas eddy diffusivitas, laju dissipasi energi kinetik turbulen, overturn,

percampuran turbulen, wavelet denoising.

ABSTRACT

Turbulent mixing process in coastal seas of eastern part

of

Kalimatan, between delta

of

Mahakam and Balikapapan Bay, was evaluated from density inversions in CTD profiles, known as Thorpe analysis. Before Thorpe analysis, 'ivavelet denoising was applied on

CTD signal to remove noise. It reveats that overturn regions.were found at surface layer up

to

l5

m depth, and near bottom layer. The turbulent energy kirretic dissipation rate €

of these layers was about l0-'-10-5 Wkg-'. And the density of eddy diffusivify K, indicates

the relatively strong turbulent

(K,,:

10-4-10''

m'ls;

occurred at the rnouth

of

delta

of

MahakammeanwhilenoturbulentmixingwasfoundtowardBalikpapanBay.

Keyrvords: Overturn, the density of eddy diffusivity, turbulent energy kinetic dissipation

rate, turbulent mixing, wavelet denoising.

PENDAHULUAN

Percampuran

turbulen

di

dalam perairan

internal

Indonesia sangat kuat. dimana pembangkit utaman) a adalah kckuatan pasut. Proscs percampuran

men')'e-babkan

fluks

vemikal bahang dan buol'tm.-),)'ang besar dari batas laut-atn.rosfir ke arah

dalam

kolom

air. Oleh

karena

itu.

dalam memprediksi

perubahan

iklim

Prosiding Seminar Hasil-Hasil Penelitian IPB 20lJ

Lrmumnya dilakukan oleh peneliti asing, misalnya oleh

Ffield

and Gordon, (1992), Hautala et

al.

(1996) dan Koch-Larrouy et

al.

(2007). Penelitian terakhir berkaitan dengan proses percamplrran

di

perairan

Indonesia

dilakukan dalam

Ekspedisi

INDOMIX

CRUISE

yang

merupakan kerjasama Indonesia

dengan

negara Perancis

di

lintasan

timur

Indonesian Throughfloru

(lTF)

pada tahun

2010-1012.

Ada

beberapa metode

yang

dapat digunakan

untuk

mempelajari proses percampuran secara langsung maupun

tidak

langsung. Pengukuran mikrostruktur pertama

untuk

observasi langsung proses percampuran

dilakukan

di

perairan Banda oleh

Alford

et

al.

(1999), sedangkan dengan menggunakan model

2D

non

hidrostatik

oleh

Hatayama

(2004) dan model pasut

oleh

Koch-Larrouy

et

al. (2007). Terkendala dengan ketidaktersediaan instrumen observasi langsung proses percamplrran, seperti

TurboMap

(Turbulence Ocean

Microstructure

Acquisition

Profiler),

AMP

(Advanced Microstructure

Profiler)

atau

VMP

(Vertical

Microstructure

Profiler),

penelitian tentang

percampuran

turbulen

juga

dapat

dilakukan

dengan memanfaatkan

data

CTD

(Conductivity

Temperature Depth). Metoda

tidak

langsung

ini

dilakukan

dengan menentukan

wilayah

pembaiikan (overturn

region)

pada

profil

densitas

CTD. Hal

ini

dimungkinkan karena skala

overturning

berada

dalam kisaran

sensor

sampling

CTD

sehingga

inverse densitas, yaitu wilayah yang secara gravitasi tidak stabil_pada

profil

densitas CTD, dapat digunakan sebagai indikasi adanya percampuran turbulen

(Dillon,

lgSZ).

Dalam

mempelajari proses percampuran

turbulen melalui

metoda deteksi

wilayah

oierturn,

hal

penting yang harus

dicermati

adalah menggunakan sinyal

CTD

yang bersih

dari

kebisingan (noise), sehingga proses clenoising akan sangat menentukan kualitas wilayah overturn yang diperoleh. Oleh karena itu, diperlukan

alat

pembersih

yang tepat untuk

menghilangkan

noise

ranpa menghilangkan

Prosiding Seminar Hasil-Hasil PPltl IPB 2014

mengestimasi

kekuatan

percampuran

turbulen

di

perairan

pesisir

timur

Kalimantan, antara muara delta Mahakam dan Teluk Balikpapan.

Perairan pesisir

timur

Kalimantan terletak

di

paparan dangkal bagian barat Selat Makassar. Secara Llmllm

kondisi

kedalaman secara melintang (timur-barat) Selat Makassar dapat

dibagi menjadi

dua bagian: pertama, bagian dalam yang

lebih

dekat dengan Pulau Sulawesi (>2000

m),

dan kedua bagian dangkal yang berdekatan dengan bagian

timur

Pulau Kalimantan. dengan kedalaman <200 m.

Selat

Makassar merupakan

pintu

masuk

Arus Lintas

Indonesia

(Arlindo)

dari Samudra

Pasifik menuju

Samudra

Hindia

(Gordon and Susanto, 1999; Susanto et

al.2012).

Secara khusus, perairan lepas pantai pesisir

timur

Kalimantan dikenal sebagai kawasan perairan yang

relatif

sibuk,

baik

sebagai

jalur

transportasi kapal penumpang maupun kargo. Perairan

ini juga

dikenal sebagai kawasan eksplorasi minyak bumi, dan merupakan

jalur

transportasi kapal tongkang batubara.

Tujuan penelitian

ini

adalah menerapkan analisis Thorpe dengan aplikasi

u,avelet denoising

untuk

estimasi kekuatan

percampuran

turbulen

di

dalam

perairan

pesisir

timur

Kalimatan.

Hasil

penelitian

ini

diharapkan

dapat memberikan

kontribusi

mendasar

dalam

pencarian metoda pengamatan proses percampuran

yang

akurat

untuk

mengatasi kendala ketidaktersediaan instrumen observasi langsung seperti

mikrostruktur

profiler

_{serta _memberikan sumbangan}

pengetahuan

untuk

memahami kekuatan percampuran

turbulen

yang

terjadi

di dalam perairan Indonesia.

METODE

PENELITIAN

Kegiatan penelitian

ini

dilaksanakan

di

Laboratorium

Oseanografi Fisik.

Departemen

ITK,

FPIK-IPB

selama enam bulan

mulai

dari 28

Mei

2014 sampai 28 November 2014.

Perairan

studi yang

ditelaah adalah

di

perairan pesisir

timur

Kalimantan. antara muara delta Mahakam dan

Teluk

Balikpapan (Gambar 1).

Ada

9

stasiun

cTD

yang terletak

di

depan muara delta Mahakam serra

I

stasiun

ADCP

yang terletak

di

depan

Teluk

Balikpapan. Posisi dan kedalaman perairan setiap stasiun

Prosiding Seminar Hasil-Hasil Penelitian IPB 20lJ

lo

26.854'

LS;

116o

58,606'

BT.

Penguklrran

CTD

SBE (Sea Bircl Electronics) 911 plus dilakukan pada tanggal 30 Maret sampai 17

April

2012 serta 1 stasiun

ADCP

yang merupakan hasil pengukuran selama 30 jam.

yaitu

12-13

April

2012.

Profiler CTD

diturunkan dengan sampling frekuensi

24Hz

dan gap respon waktu antara sensor

konduktivitas

dan

suhu

telah

dikoreksi

dengan adanya pumped temperature-conductivity ducts yang terdapat didalam instrumen. Pengukuran arus

dilaktrkan

dengan menggunakan Shipboard

Acoustic

Doppler

Cnrrent

Profiler

(SADCP) berfrekuensi 75

kHz

yang terdapat pada Kapal Riset Baruna Jaya

VIII.

Pusat Penelitian Oseanografi

LIPI.

[image:5.595.81.575.25.833.2]

117.5 8 It$E

Gambar

I

Lokasi perairan studi

di

Muara Delta Mahakam, Kalimantan Timur, posisi stasiun CTD (o) dan stasiun ADCP

(A).

Inset: Perairan timur Kalimantan.

Tabel

I

Posisi dan kedalamanan stasiun CTD

di

perairan depan muara delta Mahakam,

Kalimantan Timur

Stasiun Waktu

Bujur

Lintang

,

Kedalaman

(!!)

u i

8

April20l2

30 Maret 2012

I April20l2

2

April2012

5

April20l2

I

I

April 2012

9 April 2012

4 April 2012 I 7 April 201 2

t 17,53470 117,73843 t t7 .72217 117 ,7 1 562

117,60617

I t7 .44290

r r 7.20280

I t1 .81267

I t7 .16812

-0,98175 -0,51875

-0,66027

-0,80367

-1,02067

-1,06128

-t,26327

-0.73082 -1.43833

JJ 70 76

65

Prosiding Senrinar Hasil-Hasil PPlvl IPB 2011

METODE PENELITIAN

Metoda Deteksi

Wilayah

Overturnz

Metoda

Thorpe

Deteksi

wilayah

overturn yang

digunakan

dalam penelitian

ini

menggu-nakan metoda Tirorpe. Metode Thorpe menghitung densitas

profil

referensi

p^

(z) dengan

mensofiir

profil

densitas hasil pengukuran p(z) (Thorpe, 1977). Dua

nilai

yang didapat

dari

profil

densitas

ini

adalah

fluktuasi

densitas yang didefinisikan sebagai

p'(z)

:

p (z)

_-p".,

(z)

dan perpindahan _{Thorpe lThorpe} displacement)

dr

(z) yaitu jarak

verlikal

individu parlikel fluida (yaitu

nilai

densitas tunggal) dari

profil

asli

p(z) yang harus dipindahkan untuk menghasilkan

profil

densitas

p*(z)

yang stabil (Gambar 2).

Kemudian

nilai

dr ini

digunakan

untuk mengidentifikasi turbulent

patch pada

profil

densitas

CTD.

Semua turbulent patch yang

teridentifikasi

kemudian divalidasi berdasarkan

uji

massa air

(GK' s

test) dari Galbraith dan

Kelly

(1996). Threshold

yang dipakai

adalah

0.7

untuk

meminimalkan

tes

GK

ini

menolak beberapa

riil

overturn yang

biasanya berupa

wilayah overturn yang

kecil

(Stanfield

et al.

2001).

Ada

dua

bagian

dari

tes

GK ini.

Bagian

pertama difokuskan pada artefak yang berasal dari noise acak. Fluktuasi densitas diperiksa

untuk

"run"

nilai-nilai

positif

atau negatif yang berdekatan, yang mendefinisikan panjang

run

sebagai

jumlah

sampel yang terkandung dalam masing-masing run.

160

Q toz

o-o iJ

163

164

r! Z)

t

d

I

I

1.025.87 1.025.88 t.02,s.89 r.015.9

Dcnsity (Kg nr')

otct'tttt't1 _1ang ditLrnjukkan oleh perpindahan Tltorpe

original densit,"" profile p(Z) rqfercncc tlensity profilc p,,(Z)

Prosiding Seminar Hasil-Hasil Penelitian tPB 20ll

Kemudian PDF

panjang

run

dibandingkan dengan

PDF seri noise

acak. Pcrtch dengan

root-mean squore

(rms)

panj ang

rtm

di

bawah

ambang batas dianggap

artefak yang dihasilkan

dari noise acak

Bagian

kedr-ra

dari

tes GK

berasal dari kesalahan sistematis seperli ,spike dari salinitas, yang clisebabkan oleh ketidaksesuaian waktu respon dari sensor suhu dan

kondlrktivitas.

Kovarian suhu

dan

salinitas dalam

turbulent patch

diperiksa,

dan

hanya tto'bulent

patch

yang

memiliki

hubr"rngan yang erat antara densitas

(p),

suhu

(T)

dan salinitas (S) yang dianggap sah. Keeratan hubungan

T

dan S ditunjukkan oleh deviasi suhu (6

r)

dan salinitas (E _5):

5r -

r',-,,r-J

.il;"

(o-

br'

\ .n Lr=r,. .

ll

-

\';I,:'(P -

P't'

a : _=-+

.,'1Y"

(o-

b\'

\lr4:=r I '

Least square kurva

fit

dilakukan

untuk

setiap

titik

dalam

wilayah individu

reordering

menggunakan kovarian TS,

pr:or*brS

a.nd

pr:art-brT.

Deviasi antara observasi

dan garis

diukur

dengan menghitung

nilai

rms dari

p-pS dan

p-pT. Pembagian

oleh rms fluktuasi

Thorpe

menskalakan

deviasi

T

dan

S

dengan amplitudo densitas overturn region yang diduga (Galbraith dan

Kelly,

1996).

Dalam

penelitian

ini,

bagian pertama

dari

uji

GK

digantikan

dengan menerapkan

denoising wqvelet

sebelum

metode

Thoipe. Metoda yang

umum digunakan

untuk

mengurangi noise

dari

profil

densitas (metode

Thorpe

klasik) adalah dengan menerapkan

filter

tradisional tetapi

filter ini

mungkin

menghapus

inversi

densitas

yang

kecil.

Dengan menggantikan

filter

traclisional

dengan transformasi v,avelet dapat menghilangkan masalah penghapusan

inversi

densitas yang kecil.

Kemudian dp

)ang

sah digunakan

untuk

mengestimasi ketebal an overutrn

poth

yang

didefinisikan oleh

skala Thorpe

(Lr).

Skala Thorpe adalah

rms

dari perpindahan

vertikal

1ci1,1.

yang

dibLrtuhkan LrnrLlk

reorder

protii

dari

densitas

potensial

sehingga

stabil

secara

gravitasi. Skala Thorpe

dihitung untuk

setiap

Prosiding Seminar Hasil-Hasil PPM IPB 2011

Dalam

penelitian

ini

deteksi

wilayah overturn dilakukan melalui

metode

Thorpe

dengan

menggunakan

sinyal yang

sr"rdah

di-denoise, seperti

metode Thorpe yang diajukan

oleh

Piera et

al.

(2002)

tetapi

ditambahkan penghilangan

inversi

tekanan.

Inversi

tekanan adalah

efek dari

gerakan

kapal

dan

gerakan vertical

CTD,

yang dihilangkan dari tiap casl dengan cara hanya mengambil data tekanan pertama yang lebih besar dari semua tekanan yang terekam sebelumnya. Penghilangan inversi tekanan

ini

menjamin tidak ada pengulangan kedalaman.

Metoda

Pembersih an Noise: Ll/'avelet

Denoising

Metode untuk

menghilangkan noise pada data

CTD

dalam penelitian ini

berasal

dari

algoritma wavelet-thresholdizg berdasarkan skema

Mallat

(Donoho Johnstone, 1994; Donoho, 1995). Ada tiga tahapan dalam wavelet denoisingyaitu dekomposisi sinyal, thresholding dan rekontruksi. Dengan menggunakan v,avelet.

noise

dapat dimodelkan dalam beberapa cara yang berbeda. Jrka noise tersebut

adalah sinyal acak

Gaussian,

noise

diperkirakan

berdasarkan

pada

tingkat koefisien detil dimana bagian utama noise berada. Dalam penelitian

ini

digunakan mother wavelet Daubechies db

9

dengan level

of

decomposition yang tepat untuk menghasilkan

sinyal CTD

yang bersih.

Sinyal

yang

teruji

bersih

selanjutnya digunakan

dalam analisis

Thorpe

yang kemudian

akan menghasilkan

individu

wilayah overturn.

Metode Estimasi Parameter

Turbulen

Sifat

turbulen akan

dikaji

melalui

laju

dissipasi energi

kinetik

turbulen

e

dan kekuatan turbuien yang ditunjukkan oleh densitas eddy diffusitas

Kr.

Kedua parameter

turbulen

ini

dihitung

dengan memanfaatkan

relasi

linier

antara skala Ozmidov

(L6)

dan

skalaThorpe

(Lr),

yaitu

Lo

=

0.8Lr ,

seperti yang diajukan oleh

Dillon

(1982) dan Crawford (1986).

Skala Thorpe sendiri didefinikan sebasai

nilai

nns dari perpindahan Thorpe

dr.

Li

:

<drl>'

t

dirr*nu tanda

<.

-'

_{adalah proses}

perata-rataan.

_Sebaliknl'a

skaia

O:rnic{ctv

proporsional dengau

tinggi

daLi

eclcll' terbesar

}an-c

tidak dipengaruhi oleh buot,urtct'pada aliran sheur turbr-rlen 1'ang

terstratiflkasi.

Skala

Ozmidoz

diberikan

oleh

Lo:($;1 di*uru

€ (€ :

15,2

v

Gule)2.

r'

adalah

Prosiding Seminar Hasil-Hasil Penelitian IPB 20lJ

profil

densitas yang telah disusun Lrlang (reortler).

Pengl-riturlgan

kekuatan turbulen

akan

dilakukan dengan

menghitung densitas

eddy

diffusivitas

K

o

lan1

dihitr-rng

dari

e

,

mixing

fficiency

f,

dan buoyancy _{freqltency N (Osbom,} 1 980):

Ko=f'3

dengan konstanta mixing

fficiency

l,

:0.2;

yang diperoleh dari data pengukuran

mikrostruktur (Oakey,

1982). Dengan adanya

relasi

linier

antara skala Ozmidov dan skala Thorpe, maka

nilai

densitas eddy difftisivitas

K,

dapat dihitung melalui persamaan'. Kr= 0,1. N. L12.

Metode

Analisis

Data

Arus

Shipboarct

ADCP

diatur

dengan periode sampling

30

detik,

dengan

jarak

kedalaman antarsel

(bin)

pengukuran adalah

5

meter. Data yang diperoleh dari

hasil

pengukuran adalah data arus pada kedalaman 10 hingga

45

meter.

Perata-rataan satu menitan

komponen kecepatan

arus

(u

dan

v)

dilakukan

saat mengekstrak

data

mentah menggunakan WINAD

CP

software

package,

selan-jutnya _{penapisan Bartlett hingga 30 menitan data.dilakukan untuk menghilangkan} arus-arus berfrekuensi

tinggi

(fluktuasi

<30 menit)

yang

umumnya merupakan gangguan dari pengukuran.

Teknik analisis harmonik digunakan dalam penelitian

ini

untuk memisahkan

variabilitas

pasut

dari

data,

di

m4na

nilai

arus

hasil

pengukuran

diuji

dengan metode

fitting

kuadrat

terkecil

(least sqlrures

.fit)

terhadap komponen harmonik pasut tertentu (dalam hal

ini

adalah M2).

HASTL DAN

PEMBAHASAN

Thorpe rlisplacement dari wavelet denoisittg

sinval CTD

Sinyal CTD hasil denoising menggunakan transformasi v,ar-eler Daubecies 9

Prosiding Seminar Hasil-Hasil PPlvl IPB 2014

wilayah overturn

kecil

pada gradien densitas yang kecil. Analisis Thorpe

menun-iukkan

adanya peningkatan yang nyata

jumlah

wilayah

overturn yang terdeteksi sehingga mempengaruhi

nilai

skala Thorpe yang

dipakai

sebagai skala panjang

turbulen. Jumlah

wilayah overhrn

dan

skala

Thorpe

di

perairan

pesisir timur

Kalimantan disajikan pada Tabel 2.

Tabel 2 Jumlah dan ukuran skala Thorpe hasil metode klasik dan metode yang diajukan (aplikasi vvavelet denoising dan penghilangan inversi tekanan)

di

pesisir timur Kalimantan

Metode Thorpe klasik Metode yans diaiukan

Stasiun Jumlah

wilayah

Skala Thorpe

(L)

Jurnlah

wilayah

Skala Thorpe (L1)

overturn (d1)

m

overturn(dr\

m

I 2 J 4 5 6 7 8 9 l5 40 49 5l 3l 13 25 39 26 0,24 0,01 0,35 0, l0 0,26 i,48 0 0,01 0 0,29 0,49 0,50 0,25 0,43 1,39 0 0,25 0,01

Classic

Method

Proposcd Mcthod without CK's

test

with GK's

test

without GK's

test

with GK's test

:

--.-I

ro

2ol

2oi i

i zo

A

30

301

30t

30

=,1

Eor,

_'a.

4oi

4oi ;

,40

l1

't,

Ul

ril;

L

50,

5oi

5oi

'4

_{, 5o}

ll

il

I

+-

E-*

=

7o

io

70,

=_-

-:

io

+

li0.^

-t-10 I t ---t-10

_

-

_:-

g0-_

I :

tl0_

-t-l 0 I I ""_t-l 0 I :

80_

lnmmm

Thor pe D i s p I Lt L' e tn e n t (t11)

rbar

3

Profil perpirrdahan Thorpe menggunakan metoda klasik

(kiri)

dan penerapan

wat'elet clenoi,sing (kanan). sebelum (merah)

dan

sesudah

(biru)

uji

tes Galbraith and Kell,v di perairan timur Kalimantan.

Hasil

ini

menunjukkan bahr.r'a _{aplikasi v'qyelet denoising sangat}

baik

_untuk

mempertahankan real

orerlurn kecil

vang umumnya akan terhapus

oleh

proses [image:10.595.75.570.37.706.2]

Prosiding Seminar Hasil-Hasil Penelitian IPB 201]

[image:11.595.80.512.264.724.2]

perata-rataan berjalan

(moving

average)

yang

digunakan dalam metode Thorpe klasik. Untuk melihat efektifitas metode yang diajukan dalam mendeteksi wilayah

overturn kecil,

ditampilkan

profil

perpindahan Thorpe

(dr)

pada stasiun

3.

Dari Gambar

3

dapat

dilihat

w-ilayah ov-erturn

kecil

yang terdeteksi pada kedalaman

50-80

m, dinyatakan

valid

oleh tes

GK. Hal

ini

menunjukkan bahwa perhitungan

skala

vertikal

lapisan

turbulen

dengan metode

klasik

bisa bias

karena undbr-estimasi, dalam kasus

ini

sebesar 0,50-0.35

:

0,15 m.

Dinamika

pesisir

timur Kalimantan

Dinamika pesisir

timur

Kalimantan digambarkan melalui kondisi arus yang diperoleh

dari

stasiun

ADCP

di

perairan

Teluk

Balikpapan. Peran pasut dalam dinamika perairan pesisir

timur

Kalimantan terlihat dari fraksi dominan kekuatan arus total selama pengukuran adalah arus pasut. Berdasarkan data prediksi pasang surut, waktu pengukuran arus dilakukan pada saat pasang pumama

(spring

tide) menuju pasang perbani (neap

tide).

Kisaran kecepatan arus

total,

arus pasut dan arus residu

disajikan

pada

Tabel

3

sedangkan .stickplol arus diperlihatkan pada Gambar

4.

Arus

residu,

yaitu

arus

total

yang

dikurangi

arus pasut, ditimbulkan

oleh faktor

fisik

seperti karena

angin

serta pengaruh

topografi

dasar perairan. Secara umum, arah pergerakan arus pada kedalaman 10,79-20,79 meter

memiliki

arah dominan

ke

barat daya

di

sepanjang

waktu

pengukuran, dengan kecepatan

arus terkuat

berada

pada lapisan atas,

dan

menurun

kecepatannya seiring mendekati dasar perairan.

.ro

;k..'*l*sim,d;,MW+V*"**.*a.*rx,t*.

_!

-15

E-zo

s.,,

o

-30

-35

--

;;;

i

fotal cumt

R.sdu.l Cu@l

0

011 o.2 0-3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

0.9

1

1.'l 1-2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7

Decimal day

(11April 2012, 16:45 to 13 April 2012,08:36)

Gambar

4

Panah arus

(rn/s)

pada

tiap

kedalaman.

Arah

utara ditunjukkan dengan

orientasi panah arus ke atas (0 o). dengan arah putar searah jarum jam

Prosiding Seminar Hasil-Hasil PPM IPB 2011

Tabel 3 Kisaran kecepatan arus di perairan Teluk Balikpapan

Kedalaman

(m)

Arus Total

(ms-r)

Arus Pasut l0

l5

20 25 30

0,17 + 0,09 0,17+0,10 0,12 + 0,09 0,09 + 0.05 0,l0 + 0,04

0,17 + 0,07 0, l5 1 0,09 0, l0

r

0,05 0,08 + 0.03 0,08 + 0.03

0.06

*

0.03 0,08 + 0,05 0,08 + 0,05 0.05 + 0.03 0,06 + 0.03

Karakter

massa

air di

perairan

pesisir

timur

Kalimantan

Delta

Mahakam

merupakan

konfigurasi

dat'r

46

pulau-pulau

kecil

yang

membentuk

kipas

membentang

keluar

ke

daerah

pesisir

Selat

Makassar,

Kalimantan

Timur. Kondisi

oseanografis perairan depan muara delta Mahakam dipengaruhi oleh interaksi antara air tawar yang dari sungai Mahakam dan air laut

dari

Selat Makassar yang dibawa oleh tenaga pasut saat pasang. Jika

dilihat

dari

distribusi melintang

yang dibuat

dari

stasiun-stasiun

sejajar

pantai

(stasiun 7,6,1,4,3 dan 2),

terlihat

adanya perbedaan karakter

air

di

sisi

timur

laut wilayah studi (stasiun2,3, dan 4) dengan sisi barat daya (stasiun

1,6

dan 7). Suhu air yang

relatif

lebih hangat

(30-31

oC) dan salinitas yang

relatif

lebih rendah

(30-31

psu) ditemukan

di

sisi barat daya wilayah studi atau ke arah Teluk Balikpapan.

Karakter massa

air

demikian menyebabkan densitas

air

di

lokasi

ini

lebih

rendah dibandingkan

dengan

sisi timur laut

atau

ke

arah utara muara

delta Mahakam (Gambar

5).

Kolom

air

di

lapisan atas

(0-20

m) ke

arah utara muara

delta

Mahakam

lebih

terstratifikasi

karena terangkatnya isothermal

29

oC dari kedalaman

25

m

ke

kedalaman

5 m. Kolom air

di

bawah kedalaman 30

m

pada kedua sisi terlihat

memiliki

pola sebaran yang sama.

Densitas

sf3

srz [image:12.595.98.543.27.207.2]

Sectbn Didance _[km]

Gambar

5

Sebaran melintang densitas di perairan depan muara delta Mahakam, perairan

tirnur Kalimantan.

;:,,,

It',,

l:J

t&t E:l ,o2o

R

iI'"

[image:12.595.101.552.437.744.2]

Prosiding Seminar Hasil-Hasil Penelitian Ip B 20 t J

Percampuran

turbulen di

pesisir

timur Kalimantan

Pada

penelitian

ini

data yang

dipakai

dalam analisis Thorpe

dimulai

dari kedalaman

5 m

untuk

menghindari kesalahan

(error)

dari

alat mauplrn gerakan kapal yang sering ditemukan pada lapisan permukaan

(0-5

m).

Dari

hasil analisis Thorpe diketahui bahwa percampuran turbulen

relatif

lebih kuat

di

perairan depan muara delta Mahakam (stasiun 1 sampai stasiun

6,

dan stasiun

8)

sedangkan ke arah

Teluk

Balikpapan (stasiun 7 dan 9) tidak terdeteksi adanya wilayah overturn.

Dari

profil

peqpindahan

Thorpe

(dr)

dapat

dilihat

bahwa

wilayah

overturn ditemukan pada lapisan permukaan sampai

kedalamanl5

m,

serta pada lapisan dekat dasar sampai

4-9

m ke arah kolom air (Gambar 6). Wilayah overturn dekat

dasar hanya ditemukan pada perairan depan muara

delta

Mahakam

dimana kedalaman perairan mencapai 76 m.

l=

l0l i

I

7,5568-04

2

4,061E-04

3

2.4748-04

4

2.846E-04

5

1.643E-04

6

7.6368-04

1

6,880E-0.1

8

4.844E-04

9

4.929E-04

0.24 0.39 0.40 0.20

0.

j.l

I.l

I

0 0.20 0.01

7,657E-07

5.23t8 -10 3.052E-07

3.07i E-08

9.l4 rE-07 2,95 8E-05

0 6.823 E- r 0

0

2.474E-04 4.83 8 E-04

3.e3 i E-04 1.0548-04 5. I t2E-04 5,3398-03

0

I .3 76E-O.i

2.224E-07

lr

--a

rl

i- .-

i

-50

5

m I

^l0

l

1.

t

0

m 5-5

St.3 St.4 Sr.5

5r.6 [image:13.595.94.519.87.808.2]

Thorpe Displacement (m)

Gambar

6

Profil perpindahan Thorpe perairan depan muara delta Mahakam, pesisir timur Kalimantan.

Tabel 4

Nilai

_{Brunt-vaisala frequency (N2), skala Ozmidov}

(Ls), laju

dissipasi energi

kinetik

turbulen

(e)

dan densitas eddy diffusivitas

(Kr)

di

perairan timur Kalimantan

stasiun N2(s-r)

L"(m)

sawm

f

----I I I I I I l tu

--'

.]

-lu

Eao E5U a.) V 6(' 70 80

{-

j i 1:

ri-ii

I i iii lrl iii

ir

ilil l,l l - .l _ )

0 5-5 0 5-5 0

5

rnmm

st.7 st.S

sr.g

-5

-5 0 5-5

0

ProsidingSentinar Llasil-Hasil PPM IPB 2014

Berdasarkan

relasi

linier

antara

skala

panjang

Thorpe

(L1)

dan

skala

Ozmidov

(L6),

dilakukan

estimasi lajLr dissipasi energi

kinetik

turbulen

e

dan densitas

eddy

diffusifitas

K,, yang disajikan

pada

Tabel

4.

Besaran

nilai

K

/,

menunjukkan bahwa kekr-ratan percampllran

turbulen

di

perairan depan tnuara Mahakam

relatif

besar

(K,:

10-4-10-r

.n'lr;.

Lapisan

aktif

turbulen

(a:

l0-7-10 5

Wkg-')

di

lapisan permukaan tampaknya berkaitan dengan kekuatan arus pasut

yang relatif lebih kuat

di

lapisan

ini

(0,12-0,17

m

s-r;

dibandingkan dengan

kedalaman dibawahnya

serta

adanya masukan

air

sungai Mahakam

yang menyebabkan

distribusi

massa

air

yang

unik,

berbeda pada

sisi ke

arah Teluk Balikpapan dan ke utara muara delta Mahakam.

KESIMPULAN

Analisis

Thorpe

dengan menggunakan

data

CTD hasil

aplikasi

wavelet

denoising berguna

untuk

meningkatkan

kualitas deteksi wilayah

overtltrn sehingga dapat digunakan

untuk

mempelajari percampuran

turbulen.

Kekuatan percampuran turbulen

di

lapisan permukaan perairan depan muara delta Mahakam

relatif kuat

seperti

yang

ditunjukkan

oleh

nilai

densitas

eddy diffusivitas

K, sebesar

10-4-l0r

m2ls.

Hal

ini

yang tampaknya berkaitan dengan arus pasut yang

relatifkuat di

lapisan tersebut.

UCAPAN

TERIMA KASIH

Ucapan terima kasih disampaikan atas kerjasama yang

baik

kepada Kepala Pusat

Penelitian

Osenografi

(PzO-LPI) yang telah

bersedia memberikan data

CTD

SBE 911

plus

di

perairan

timur

Kalimantan

untuk

digunakan

dalam

penelitian

ini.

Ucapan

terinra

kasih

juga

disampaikan kepada

DIKTI

untuk pendanaan

penelitian melalui

skema Penelitian Dasar

untuk

Bagian,

Penelitian Iinggulan Perguruan

Tinggi

tahun 2014.

DAFTAR PUSTAKA

Craw'ford.

W.

R.

1986.

A

comparison

of

length

scales

and

decay

times

of

Prosiding Seminar Hasil-Hasil Penelitian IPB 2011

Dillon,

1982.

Vertical

overturn:

A

comparison

of

Thorpe and

Ozmidov

length

scales. J. Geophys. Res.87

(Clz),9601-9613.

Donoho,

D.

L.

1995. De-noising

by

soft-thresholding.

IEEE

Trans.

Inf.

Theory, 41.613-627.

Galbraith, P. S. and

D.E.

Kelly.1995.Identifying

overturns

in

CTD profiles.

I

Atmos Oceanic Technol., 13, 688-701.

Naulita,

Y.2014.

Aplikasi

wovelet denoising pada

sinyal CTD

(ConductiviQ Temperohre Depth)

untuk

meningkatkan kualitas deteksi oyerturn region. J.

Ilmu

&

Teknologi Kelautan Tropis, 6

(l):241-252.

Piera,

J.,

E.

Roget and

J.

Catalan.

2002.

Turbulent patch identification

in microstructure

profiles:

A

method based

on

wavelet denoising and Thorpe displacement analysis. J. Atmos. Oceanic Technol., 19, 1390-1402.

Stansfield,

K,

C. Garret, and R.

Dervey.200l.

The

probability distribution of

the

Thorpe

displacement

within

overturns

in

Juan

de Luca

Strait.

J.

Phys.

O c e ano

gr.,

24, 3 421 _-3 43 4.