VARIABILITAS INTRA-MUSIMAN ARUS DEKAT-DASAR
DI LAUT HALMAHERA
MARLIN CHRISYE WATTIMENA
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis ―Variabilitas Intra-Musiman Arus Dekat-Dasar di Laut Halmahera‖ adalah benar karya saya sendiri 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 tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
Bogor, 15 Desember 2014
RINGKASAN
MARLIN CHRISYE WATTIMENA. Variabilitas Intra-Musiman Arus Dekat-Dasar di Laut Halmahera. Dibimbing oleh AGUS S. ATMADIPOERA dan MULIA PURBA.
Gerbang kedua masuknya arus lintas Indonesia (ARLINDO) dari Samudera Pasifik melalui Laut Halamahera, namun demikian masih sedikit penelitian yang dilakukan di kawasan tersebut. Hal ini memotivasi Program Internal Tides and Mixing in The Indonesian Throughflow (INDOMIX) untuk melakukan pengukuran langsung agar dapat menelaah transpor, percampuran dan variabilitas arus. Tujuan penelitian ini adalah menganalisis variabilitas intra-musiman (20–60 hari) dari arus dekat-dasar di Laut Halmahera (129° BT, 0° LS), serta hubungannya dengan variabilitas angin zonal permukaan dan tinggi muka laut di ekuator Samudera Pasifik.
Sumber data yang digunakan dalam penelitian ini meliputi data arus dekat-dasar hasil mooring Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP) 75 kHz di kedalaman ± 724 m yang diperoleh dari kegiatan pelayaran INDOMIX selama rentang waktu ± 2,5 tahun dari Juli 2010 - Desember 2012, data angin dari European Center for Medium Range Forecast (ECMWF) dan data SSHA (sea surface height anomaly) dari Archiving, Validation and Interpretation of Satellite Oceanographic data (AVISO).
Analisis bandpass filter digunakan untuk menyaring sinyal pada rentang periode intra-musiman (20 - 60 hari). Analisis spektrum densitas energi digunakan untuk mengetahui periode fluktuasi yang energinya signifikan dari data arus dekat-dasar dan data angin permukaan. Analisis transformasi wavelet kontinyu digunakan untuk merepresentasikan sinyal pada rentang waktu skala intra-musiman. Analisis korelasi silang digunakan untuk mengkaji korelasi antara arus-dalam, angin permukaan dan tinggi muka laut. Penggolahan data dilakukan dengan bantuan perangkat lunak Matlab 2010b dan Ferret versi 6.0.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa rerata arus dekat-dasar (724 m) mengalir ke arah barat laut dengan kecepatan mencapai 40 cm/s. Arah arus yang mengalir menuju barat laut disebabkan oleh posisi mooring yang ditambatkan berdekatan dengan lereng di perairan Halmahera, sehingga arah arus cenderung menyusuri lereng ke arah barat laut. Pola sebaran arus yang dominan mengarah ke arah barat laut diduga masih dipengaruhi oleh arus New Guinea Coastal Under Current (NGCUC) dan arus South Equatorial Current (SEC) yang mengalir ke arah barat laut sepanjang tahun.
Dalam skala intra-musiman, spektral densitas energi yang signifikan dari arus dekat-dasar terjadi pada puncak energi pada periode 14 hari, 21 hari. 23 hari dan 27 hari. Energi yang signifikan dari arus dekat-dasar pada periode intra-musiman diduga dipengaruhi oleh adanya pengaruh pasang surut dengan komponen pasut yang paling dominan adalah lunar monthly (MM) & diurnal fortnightly (MF). Selain itu periode 27 hari diduga digerakkan oleh angin zonal ekuator dari jauh (remote forcing) melalui perambatan gelombang Rossby dari Samudera Pasifik.
signifikan dengan angin zonal ekuator Pasifik di sekitar 180o BT dan 160o BB. Hal ini konsisten dengan propagasi gelombang Rossby ke arah barat dari data tinggi muka laut, oleh karenanya variabilitas intra-musiman arus dekat-dasar di Laut Halmahera diduga dipengaruhi oleh periode pasang surut dengan komponen yang dominan adalah MM dan MF, serta diduga digerakkan oleh angin zonal ekuator secara jarak jauh (remote forcing) yang diduga melalui perambatan gelombang Rossby.
SUMMARY
MARLIN CHRISYE WATTIMENA. Intra-Seasonal Variability of Near-Bottom Current in the Halmahera Sea. Supervised by AGUS S. ATMADIPOERA and MULIA PURBA.
The secondary entry portal of the Indonesian Throughflow (ITF) from the Pacific Ocean is considered Halmahera Sea (HS), but not many studies have been done in the region. This has motivated the INDOMIX program to conduct such direct measurement to evaluate transport, mixing and current variability. The objective of this study is to investigate intra-seasonal variability (20-60 days periods) of near-bottom current in HS (129°E, 0°S) and its coherency to the surface zonal winds and sea surface height in the equatorial Pacific Ocean.
The source of the data used in this study includes near-bottom current measured by Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP) 75 kHz in a mooring at the depth 724 m (part of INDOMIX program) from July 2010 to December 2012 (± 2.5 years), wind data from the European Center for Medium Range Forecast (ECMWF) and high sea level anomaly data (sea surface height anomaly) from Archiving, Validation and Interpretation of Satellite Oceanographic data (AVISO).
Bandpass filter analysis used for filtering signals on ranges period intra-seasonal (20-60 day). Spectrum density of energy analysis used to determine period fluctuations that its energy significant of near-bottom current and surface wind datas. Continuous wavelet analysis used to represent signals on time span scale intra-musiman. Cross correlation analysis is used to reveal the correlation between near-bottom current, wind surface and high the sea level. Data were analyzed by using Matlab 2010b software and Ferrets version 6.0.
It was shown that the near-bottom mean flow is northwestward with magnitude exceeding 40 cm/s. It is probably due to the position of mooring near the Halmahera slope. The distribution of sea currents were expected to be influenced by New Guinea Coastal Under Current (NGCUC) and South Equatorial Current (SEC) were northwestward throughout the year.
On intra-seasonal scale, power spectral energy density of current peaks at 14, 21, 23 and 27 days periods.This significant period is expected to be influenced by tide at dominant components lunar monthly(MM) and diurnal fortnightly (MF). Moreover, 27 days periods is expected to be driven by remotely equatorial zonal winds through the propagation of Rossby wave in Pacific Ocean.
Cross-correlation between the observed currents and the surface zonal wind suggests that the sea currents variability on these periods was significantly coherent with equatorial Pacific zonal wind in the area of 180o E and 160o W. It was also consistent with westward propagation of Rossby wave from sea surface height data. Intra-seasonal variability (20-60 periods) of near-bottom current in Halmahera Sea was probably controlled by remote forcing of equatorial zonal winds through the propagation of Rossby wave.
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2014
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan IPB
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada
Program Studi Ilmu Kelautan
VARIABILITAS INTRA-MUSIMAN ARUS DEKAT-DASAR
DI LAUT HALMAHERA
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR 2014
PRAKATA
Tiada kata yang patut diucapkan selain puji syukur kepada Tuhan Yesus, karena atas hikmat, kasih dan penyertaanNya, maka penulis dapat menyelesaikan penulisan tesis dengan judul, ―Variabilitas Intra-Musiman Arus Dekat-Dasar di Laut Halmahera‖. Terselesainya penulisan tesis ini, tidak terlepas dari kontribusi berbagai pihak. Perkenankanlah penulis menghanturkan ucapan terima dan penghargaan setinggi-tingginya kepada :
1. Bapak Dr Ir Agus S. Atmadipoera, DESS selaku ketua komisi pembimbing dan Bapak Prof Dr Ir Mulia Purba, MSc selaku anggota komisi pembimbing atas bimbingan dan pengarahannya kepada penulis dalam penulisan tesis.
2. Bapak Dr. Ir. John I. Pariwono, atas kesediaannya menjadi dosen penguji luar komisi pada ujian tesis untuk menjadikan tesis ini lebih baik.
3. Ibu Dr Ir Neviaty P. Zamany, MSc selaku ketua program studi Ilmu Kelautan Sekolah Pascasarjana IPB yang telah memberikan masukan dan dorongan moril.
4. Ariane Koch-Larrouy dan Program Internal Tides and Mixing in the Indonesian Througflow (INDOMIX) atas bantuan data yang dipakai untuk diteliti sebagai tesis.
5. Kedua orang tua tercinta Papa Ulis dan Mama Yul, serta kedua adik tersayang Jun dan Ian.
6. Rekan-rekan IKL 2011, IKL 2012, Laboratorium Oseanografi Fisika dan Laboratorium Pemrosesan Data, atas bantuan dan kerjasamanya selama ini. 7. Rekan-rekan di kosan Malibu dan Persekutuan Mahasiswa Maluku
(PERMAMA) di Bogor.
8. Semua pihak yang telah membantu dan tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.
Penulis menyadari bahwa tesis ini masih jauh dari sempurna. Semoga karya ilmiah ini membawa manfaat bagi seluruh civitas IPB khususnya dan masyarakat Indonesia umumnya.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, 15 Desember 2014
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL iv
DAFTAR GAMBAR iv
DAFTAR LAMPIRAN iv
PENDAHULUAN 1
Latar Belakang 1
Perumusan Masalah 2
Tujuan Penelitian 4
Hipotesis 4
TINJAUAN PUSTAKA 4
Variabilitas Intra-musiman di Perairan Indonesia 4
Karakteristik Massa Air di Perairan Halmahera 6
METODE 7 Waktu dan Lokasi Penelitian 7 Sumber Data 8 Prosedur Analisis Data 9 HASIL DAN PEMBAHASAN Karakteristik Umum Arus Dekat Dasar di Laut Halmahera 14
Berdasarkan Time Domain Variabilitas Arus Dekat Dasar 17
Spektrum Densitas Energi Variabilitas Arus Intra-Musiman 18
Korelasi Silang Arus Dekat Dasar dengan Angin Zonal 22
di Ekuator Barat Pasifik KESIMPULAN DAN SARAN 28
Kesimpulan 28
Saran 28
DAFTAR PUSTAKA 28
LAMPIRAN 31
DAFTAR GAMBAR
1 Diagram alir penelitian 3
2 Data deret waktu vektor kecepatan dari hasil mooring arus yang
ditempatkan di pintu masuk Laut Sulawesi.. 8
3 Peta lokasi penelitian 10
4 Peta lokasi data angin ECMWF 11
5 Bagan alir pengolahan data arus 12
6 Sebaran temporal amplitudo kecepatan arus dekat-dasar 15 di Laut Halmahera
7 Plot vektor arus yang ditampilkan setiap satu tahun 16 8 Power spektrum wavelet 18 9 Grafik sebaran temporal kecepatan arus intra-musiman 19 10 Grafik vektor (Stick plot) kecepatan arus periode intra-musiman 20 11 Spektrum densitas energi arus dekat-dasar periode intra-musiman 21 12 Countinues wavelet transform (CWT) periode intra-musiman 22 13 Sebaran temporal kecepatan angin zonal periode intra-musiman 24 14 Koherensi angin zonal ekuator dan arus mooring dengan metode FFT 25 15 Wavelet Transform Coherence (WTC) angin zonal 180º BT dan 160º BB 26 dengan arus zonal dan arus meridional
16 Koherensi arus mooring dengan angin zonal secara global 27 di sepanjang ekuator barat Samudera Pasifik 27
17 Diagram Hovmöllerdari bandpass filter SSHA 28 di Samudera Pasifik sepanjang 6.5°S - 3°S
DAFTAR TABEL
1 Tabel deskripsi statistik arus total dari data deret waktu arus zonal 15 dan arus meridional selama periode mooring (Juli 2010 – Des 2012)
2 Tabel deskripsi statistik arus bulanan dari data deret waktu arus 16 zonal dan arus meridional
3 Periode dan Spektrum Energi Signifikan Arus Komponen Zonal 21 dan Meridional dekat-dasar (724 m) di Laut Halmahera
4 Korelasi silang antara angin zonal dan arus mooring dengan metode FFT 25
DAFTAR LAMPIRAN
1 Konfigurasi RDI ADCP 75kHz workhorse 31
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Interaksi laut dan atmosfer memainkan peran penting dalam membentuk iklim dan variasinya. Pada skala ruang, perairan Indonesia dan sekitarnya dapat dipengaruhi satu atau lebih fenomena dengan siklus waktu yang bervariasi meliputi siklus semi harian (semidiurnal), siklus harian (diurnal), siklus intra-musiman (intraseasonal), siklus musiman (seasonal), siklus semi tahunan (semiannual), siklus tahunan (annual) dan siklus antar tahunan (interannual). Fenomena yang dominan mempengaruhi variabilitas laut-atmosfer di wilayah Asia Tenggara dan sekitarnya yang didalamnya meliputi Indonesia adalah Muson, Dipole Mode (DM) dan El Nino Southern Oscillation (ENSO) dengan siklus waktu dari musiman sampai antar tahunan (Annamalai et al., 2010).
Variabilitas intra-musiman atau intra-seasonal variability (ISV) yang juga dikenal sebagai Madden-Julian Oscillation (MJO) dijelaskan oleh Madden and Julian (1971,1972) dan banyak peneliti lainnya setelah itu. Osilasi intra-musiman memiliki periode osilasi dengan kisaran 20-60 hari. Osilasi dengan siklus intra-musiman dapat mendeteksi fenomena MJO yang lebih berperan dalam mempengaruhi variabilitas cuaca dalam skala lokal. Deskripsi tentang variabilitas intra-musiman di sekitar wilayah perairan Indonesia sangat kompleks oleh karena beberapa alasan. Pertama, wilayah perairan Indonesia merupakan wilayah dimana MJO memiliki sinyal angin permukaan yang terkuat. Kedua, perairan Indonesia berada di wilayah ekuator dan gelombang panjang mengakibatkan sirkulasi lautan dengan angin sebagai penyebab gaya permukaan. Ketiga, adanya kompleksitas geometri garis pantai di wilayah perairan Indonesia ketika berinteraksi dengan aliran yang berubah secara musiman (Qiu et al., 1999).
Beberapa peneliti sebelumnya telah mengkaji variabilitas intra-musiman baik yang ditemukan pada lapisan di bawah permukaan sampai di dekat-dasar perairan (Han et al., 2001; Sengupta et al., 2001; Masumoto et al., 2005; Waliser, 2005, Iskandar, 2006). Variabilitas ini juga telah diamati di berbagai lokasi di sekitar laut Indonesia. Hasil variasi yang diamati di lokasi tersebut memiliki periode gelombang yang sama berkisar antara 30-85 hari, namun mekanisme gaya pembentuk dapat melibatkan dinamika proses yang berbeda. Qui et al. (1999), meneliti tentang variabilitas intra-musiman arus zonal di Samudera Hindia Ekuator dengan menggunakan serangkaian percobaan model yang menitikberatkan pada geometri pantai dan kekuatan angin permukaan. Hasil percobaan menunjukkan bahwa variasi 50 hari teramati di pintu masuk Laut Sulawesi dan merupakan resonansi gelombang Rossby. Susanto et al. (2000), juga mengungkapkan bahwa dari data paras laut dan mooring memperlihatkan adanya variabilitas intra-musiman yang ditandai dengan periode 48-62 hari yang berhubungan dengan gelombang Rossby dari Samudera Pasifik yang merambat melalui Laut Sulawesi.
2
maupun peneliti berbagai negara. Hasil mooring ekspedisi program International Nusantara Stratification and Transport (INSTANT) tahun 2004 - 2006 di beberapa lintasan ARLINDO menemukan adanya ketidakseimbangan antara rerata volume transpor dari ARLINDO (Gordon et al., 2010).
Laut Halmahera memiliki massa air yang berbeda dengan perairan wilayah Indonesia lainnya karena dipengaruhi oleh dinamika Perairan Tropis Pasifik Barat, keberadaan arus ekuatorial dan kolam air hangat yang memberikan pengaruh besar terhadap interaksi laut-atmosfer. Kolam air hangat (warm water pool) disebabkan oleh adanya angin pasat bertiup sepanjang tahun yang menyeret massa air hangat ke tropis barat Samudera Pasifik, yang mencakup perairan Halmahera dan Utara Papua New Guinea. Wilayah perairan ini juga mempunyai dinamika arus yang kompleks yang kemungkinan disebabkan oleh bentuk geometri dan topografi yang juga kompleks. Ada beberapa arus yang berperan dalam mentranspor massa air di daerah ini antara lain Arus Mindanao (MC), New Guinea Coastal Current (NGCC), New Guinea Coastal Undercurrent (NGCUC), North Pacific Counter Current, Halmahera Eddy, dan Mindanao Eddy (Fine et al., 1994; Cresswell, 2001; Kashino et al., 2007).
Posisi Laut Halmahera diperkirakan cukup strategis dan berperan penting dalam mendeteksi fenomena-fenomena yang muncul akibat adanya dinamika laut-atmosfer maka dipilihlah perairan ini sebagai lokasi penambatan mooring Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP) di kedalaman ± 750 m pada kegiatan pelayaran Internal Tides and Mixing in The Indonesian Throughflow (INDOMIX) untuk mengukur transpor ARLINDO yang melalui lintasan timur. Mooring ditambatkan dari Juli 2010 hingga Desember 2012 sehingga diperoleh data arus secara deret waktu dalam rentang waktu ± 2,5 tahun. Hasil ekspedisi ini mengungkapkan adanya fluktuasi arus dalam skala periode intra-musiman, musiman dan antar-tahunan (Atmadipoera et al., 2013).
Berdasarkan hasil penelitian tersebut di atas, maka penelitian ini perlu dilakukan untuk mengkaji variabilitas intra-musiman dari arus dekat-dasar di Laut Halmahera. Selain itu, penelitian sebelumnya terkait osilasi intra-musiman lebih banyak dilakukan pada perairan-perairan yang berbatasan dengan Samudera Hindia dimana adanya perambatan gelombang Kelvin sebagai faktor penyebab fluktuasi lewat mekanisme penggerak jarak jauh (remote forcing) dari angin permukaan. Fokus dari penelitian ini adalah mengkaji variabilitas intra-musiman arus dekat-dasar (kedalaman 724 m) di Laut Halmahera.
Perumusan Masalah
intra-3 musiman (ISV) dari permukaan hingga sirkulasi laut dapat dipengaruhi oleh beberapa proses dinamis yaitu pertubasi angin langsung, pertubasi angin jarak jauh melalui waveguide, instabilitas arus dan resonansi karena geometri pantai.
Dari penelitian ini, masalah yang akan dikaji adalah bagaimana variabilitas intra-musiman arus dekat-dasar (±724 m) yang terjadi di Laut Halmahera serta bagaimana pengaruh gaya pengerak (dalam hal ini diduga adanya pengaruh pasang surut atau propagasi gelombang Rossby lewat angin zonal ekuator sebagai penggerak jarak jauh) yang mengakibatkan adanya variabilitas arus intra-musiman arus dekat-dasar dan korelasi antara arus dekat-dasar dengan angin permukaan serta tinggi muka laut di sepanjang Ekuator Barat Samudera Pasifik. Secara skematik, sistematika permasalahan dan proses penyelesaian masalah untuk mencapai tujuan penelitian disajikan pada Gambar 1.
Gambar 1 Sistematika permasalahan dan proses penyelesaian masalah untuk mencapai tujuan penelitian
Laut Halmahera
Data mooring
Arus dekat dasar rataan harian
Data angin permukaan
Osilasi intraseasonal arus-dalam (20-60 hari)
Analisis korelasi silang (cross spectral analysis) arus-dalam dengan angin permukaan
(komponen zonal)
Diagram hovmὃller SSHA
Variabilitas intra-musiman (ISV) arus-dalam dan mekanisme penggerak (forcing) pembentukannya
Analisis FFT (spektrum densitas energi) dan Analisis
wavelet (Transformasi wavelet kontinyu)
Bandpass filter 20-60 hari
4
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini yaitu:
a. Mengkaji karakteristik arus dekat-dasar.
b. Mengkaji variabilitas arus dalam skala waktu intra-musiman.
c. Mengkaji hubungan koherensi variabilitas arus dekat-dasar dengan angin zonal dan SSHA di ekuator Pasifik yang diduga sebagai faktor penyebab fluktuasi.
Hipotesis
Variabilitas arus di suatu lokasi perairan dapat digerakkan oleh gaya (angin permukaan) secara jarak jauh (remote forcing). Variabilitas intra-musiman arus dekat-dasar (pada kedalaman ± 724m) di Laut Halmahera diduga dipengaruhi oleh dinamika pasang surut, New Guinea Coastal Under Current (NGCUC) dan propagasi vertikal gelombang Rossby Ekuator yang digerakkan secara jarak jauh (remote forcing) oleh angin zonal permukaan di sepanjang ekuator Samudera Pasifik.
TINJAUAN PUSTAKA
Variabilitas Intra-Musiman di Perairan Indonesia
Perairan Indonesia sebagai jalur penghubung antara Samudra Pasifik dan Samudera Hindia menyebabkan masuknya air Samudera Pasifik ke Samudera Hindia yang akan berimplikasi terhadap neraca bahang (heat) dan fluks air tawar bukan saja pada skala regional tetapi juga global. Ada dua hal penting yang perlu diketahui dalam dinamika atmosfer-lautan yang merupakan potensi utama dalam menentukan karakter lautan itu sendiri. Pertama, perlu dipahami bahwa dinamika di laut sangat dipengaruhi oleh adanya sirkulasi laut global yang melalui wilayah Indonesia. Kedua, adanya sirkulasi atmosfer yang bersifat musiman sehingga terjadi sirkulasi yang terus-menerus sepanjang tahun secara bolak balik.
5 berlangsung selama periode 10-60 hari (Sengupta et al., 2001) yang melibatkan interaksi udara-laut (Zheng et al., 2004).
Variabilitas intra-musiman di permukaan laut, suhu permukaan laut, dan arus di bawah permukaan laut baru-baru ini telah diamati di berbagai lokasi di sekitar laut Indonesia. Hasil variasi sementara yang diamati di lokasi tersebut memiliki periode gelombang yang sama berkisar antara 30 - 85 hari dengan mekanisme gaya pengerak dapat melibatkan dinamika proses yang berbeda.
Di wilayah perairan Indonesia, Ffield dan Gordon (1996) menganalisis data SST mingguan dan menemukan perubahan SST yang dominan pada frekuensi sinyal intra-musiman sekitar 60 hari. Sinyal 60 hari dapat dideteksi di hampir semua subregional dari lautan Indonesia. Hal ini membuktikan bahwa periodisitas 60 hari merupakan periode harmonik dari sinyal pasang surut bulanan atau mencerminkan fenomena atmosfer Osilasi Madden-Julian (MJO).
Variabilitas intra-musiman juga telah terdeteksi pada pintu keluar Arlindo ke Samudera Hindia. Dari mooring current meter yang ditempatkan di Selat Timor, Molcard et al. (1996) mengamati adanya variabilitas arus dengan periode gelombang berkisar antara 20 - 60 hari dan kemudian dianalisis dengan menggunakan Fungsi empiris ortogonal (EOF) dimana mengungkapkan bahwa sebagian besar variabilitas 20 - 60 hari ditemukan berada pada kedalaman diatas 500 m di laut.
Arief dan Murray (1996) menganalisis data tinggi paras laut di sepanjang pantai Jawa menunjukkan adanya sinyal intra-musiman dalam 40 - 60-hari. Hasil analisis lag regresi, variabilitas yang diamati menunjukkan karakteristik baroklinik gelombang Kelvin yang berasal dari ekuator Samudera Hindia dan memiliki dampak langsung pada aliran keluar dari ARLINDO yang diamati di Selat Lombok.
Sinyal intra-musiman dari 40 - 60 hari juga hadir dalam beberapa model simulasi yang berfokus pada kedua sirkulasi lautan global atau daerah sirkulasi di batas bagian barat Pasifik ekuator dan kepulauan Indonesia. Misalnya, Ponte and Gutzler (1992), Semtner and Chervin (1992), menemukan keberadaan energi osilasi 40-60 hari di Pasifik Barat ekuator dan Samudera Hindia bagian timur ekuator. Penelitian terutama berkaitan dengan perubahan frekuensi rendah (tahunan ke antartahunan) dari sirkulasi laut.
6
kedalaman 350 m, tetapi juga terdeteksi hingga kedalaman 550 m, dan bertahan sepanjang periode 14 bulan pengukuran mooring (Gambar 2). Sangat menarik untuk dicatat bahwa varabilitas intra-musiman yang diamati memiliki fase yang berlawanan antara dua kedalaman, menunjukkan sifat baroklinik dari sinyal intra-musiman.
Gambar 2 Vektor kecepatan arus dari data deret waktu hasil mooring yang ditempatkan di pintu masuk Laut Sulawesi (4.08N, 127.58E). (a) vektor kecepatan arus di kedalaman 350 m dan 550 m; (b) Vektor kecepatan arus hasil bandpass filter 30-120 hari; Watanabe et al. (1997).
Karakteristik Massa air di Perairan Halmahera
Perairan Indonesia terletak di antara Samudera Pasifik dan Hindia. Massa air dari Pasifik masuk dan menyebar di perairan Indonesia sebelum mengalir keluar Indonesia (Wyrtki, 1956). ARLINDO merupakan suatu aliran penting dalam mentransfer signal iklim dan anomalinya di seluruh samudera dunia. Bahang dan massa air dengan salinitas rendah yang dibawa oleh ARLINDO diketahui mempengaruhi perimbangan kedua parameter pada basin di kedua samudera (Sprintall et al., 2004).
7 (Tomczak and Godfrey, 1994; Lukas et al., 1996). NPSW adalah massa air dari Pasifik utara yang bergerak ke arah selatan dan masuk ke Laut Sulawesi pada lapisan dangkal (lapisan termoklin); SPSW yaitu massa air dari Pasifik Selatan yang bergerak ke arah Laut Halmahera lewat perairan pantai utara Pulau Papua di lapisan dangkal (lapisan termoklin). Keberadaan massa air tersebut diindikasikan oleh salinitas maksimum (Smaks). Di bawah lapisan salinitas maksimum (NPSW) terdapat lapisan massa air NPIW yaitu massa air dari Pasifik utara yang bergerak ke arah selatan dan masuk ke Laut Sulawesi pada lapisan dalam; SPIW adalah massa air dari Pasifik selatan yang bergerak ke arah Laut Halmahera lewat utara Pulau Papua terletak di lapisan dalam (Wyrtki, 1962) dan (Ffield, 1994).
Laut Halmahera yang merupakan bagian dari Samudera Pasifik ekuator bagian barat mempunyai peran penting sebagai pintu gerbang ARLINDO yang merupakan bagian dari sirkulasi termohalin global "great ocean conveyer belt". Daerah ini juga mempunyai dinamika arus yang kompleks, hal ini kemungkinan disebabkan oleh bentuk geometri dan topografi yang kompleks serta adanya pengaruh angin monsun Asia yang mempunyai variabilitas yang tinggi. Ada beberapa arus yang berperan dalam mentranspor massa air di daerah ini, arus-arus tersebut yaitu Arus Mindanao (MC), New Guinea Coastal Current (NGCC), New Guinea Under Current (NGCUC), North Pacific Counter Current, Halmahera Eddy, dan Mindanao Eddy. Daerah ini disebut sebagai "the water mass cross roads" karena adanya pertemuan massa air dari Pasifik Selatan dan Pasifik Utara. Massa air dari Pasifik Utara dibawa oleh Arus Mindanao, sedangkan Massa air dari Pasifik Selatan dibawa oleh NGCC yang bergerak menyusuri pantai New Guinea menuju perairan Halmahera.
METODE
Waktu dan Lokasi Penelitian
8
Gambar 3 Lokasi Penelitian; A. Peta lokasi mooring; B. Topografi lokasi mooring (titik merah merupakan lokasi mooring).
Data
9 Data arus yang digunakan diperoleh dari hasil mooring RD Instrument Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP) Workhorse 75-kHz yang merupakan bagian dari program Internal Tides and Mixing in The Indonesian Throughflow (INDOMIX) dan ditempatkan di kedalaman ± 750 m, selama ± 2,5 tahun dari Juli 2010 – Desember 2012. ADCP mengukur kecepatan arus dari permukaan hingga dasar setiap satu jam. Data yang dipakai pada penelitian ini adalah data pada bin 1 (dekat-dasar, kedalaman 724 m). Data arus ini terdiri dari komponen (timur-barat) dan (utara-selatan) dengan satuan m/s.
Data angin yang digunakan bersumber dari ECMWF dengan cangkupan wilayah 10° LU – 10° LS dan 129°BT – 160°BB dan merupakan kecepatan angin rataan harian selama 2010-2012 dengan satuan m/s yang terdiri dari komponen angin zonal dan meridional . Data angin ini diukur pada ketinggian referensi 10 meter di atas permukaan laut dengan resolusi spasial sebesar 1,5° x 1,5° dan digunakan untuk melihat korelasi antara indikator laut dan atmosfer dan melihat lokasi munculnya faktor penggerak osilasi intra-musiman. Data dapat diakses melalui situs http://data-portal.ecmwf.int/data/d/interim_full_daily/.
Data tinggi muka laut (SSHA) yang digunakan bersumber dari AVISO - SSH yang merupakan gabungan produk altimetri dari beberapa satelit. Data TML merupakan data harian selama juli 2010 – Desember 2012 dengan resolusi spasial 1/4°. Data dapat diakses melalui situs http://www.aviso.oceanobs.com/en/data /products/ index.html.
Prosedur Analisis Data
Analisis variabilitas intra-musiman dari arus dekat-dasar di Laut Halmahera menggunakan metode Fast Fourier Transform (FFT) dan analisis wavelet menggunakan Matlab versi 2010b. Arus dalam rentang intra-musiman dibuat spektrum densitas energi pada FFT dan Continous Wavelet Transform (CWT) pada wavelet. Korelasi silang (Cross Spectral Analysis) dengan menggunakn metode FFT dan Wavelet Transform Coherence (WTC) pada wavelet dilakukan terhadap arus dekat-dasar dan angin permukaan di sepanjang ekuator Pasifik dengan bantuan perangkat Matlab versi 2010b dan Ferret versi 6.0.
Metode Pengolahan Data Arus
Data arus rataan harian terdiri dari komponen zonal (u) dan meridional (v). Dari komponen zonal dan meridional tersebut akan didapatkan vektor arus yang menunjukkan arah dan kecepatan dari arus dekat-dasar. Sebaran temporal arus dekat-dasar akan ditampilkan dalam bentuk stickplot. Pembuatan stickplot arus dan angin ini menggunakan perangkat lunak Matlab versi 2010b. Kemudian data harian arus-dalam itu selanjutnya dengan menggunakan bandpass filter difilter pada periode intra-musiman (ISV) dengan rentang periode 20 – 60 hari.
10
kepercayaan 95%. Metode pengolahan data arus disajikan pada bagan alir (Gambar 4).
Gambar 4 Bagan alir pengolahan data arus
Penapisan Data
Proses penapisan data bertujuan untuk memisahkan fluktuasi dengan frekuensi yang berbeda (frekuensi tinggi dan frekuensi rendah) dalam data sehingga diperoleh data sesuai dengan fluktuasi dengan frekuensi yang diinginkan (Emery and Thamson, 1998). Pada penelitian ini karena yang difokuskan hanyalah periode intra-musiman (ISV) dengan fluktuasi 20-60 hari maka digunakanlah filter bandpass. Filter bandpass yang digunakan adalah bandpass butterworth. Dimana filter bandpass melemahkan frekuensi rendah dan tinggi, tetapi tetap berada pada sebuah band dengan rentang frekuensi tengah, sehingga diperolehlah data yang digunakan dalam penelitian ini merupakan data dengan fluktuasi frekuensi tengah pada rentang 20-60 hari. Proses penapisan data pada rentang periode 20-60 hari berlaku pada data arus dekat-dasar dan angin permukaan.
Analisis FFT
Salah satu metode yang banyak digunakan untuk analisis deret waktu adalah Fast Fourier Transform (FFT) yang menggambarkan frekuensi dan periode dari suatu fluktuasi. Analisis FFT terdiri atas spektrum densitas energi (auto spectrum) dan korelasi silang antara variabel-variabel yang diduga berpengaruh terhadap suatu variabilitas atau fenomena yang ingin diketahui.
Spektrum Densitas Energi
Spektrum densitas energi digunakan untuk mengetahui periode fluktuasi yang energinya signifikan dari data arus dekat-dasar dan data angin permukaan. Spektrum densitas energi dianalisis dengan menggunakan perangkat lunak Matlab
11 versi 2010b. Dalam metode Fast Fourier Transform (FFT), komponen fourier (X(fk)) yang diberikan oleh (Bendat and Piersol, 1971) :
�
=
∆
�−=01exp
−
i2
π
kt N
... (1)
Nilai spektrum densitas energi dari data arus dekat-dasar ditentukan dengan menggunakan rumus (Bendat dan Piersol, 1971) :
=
2∆Korelasi silang digunakan untuk melihat apakah ada hubungan antara fluktuasi dua parameter. Komponen yang diperlukan dalam analisis ini adalah variabel (x) sebagai variabel bebas dan variabel (y) sebagai variabel tidak bebas. Variabel (x) merupakan peubah yang menjelaskan variabel (y) dan sebaliknya variabel (y) adalah peubah yang dijelaskan oleh variabel (x) (Emery dan Thomson, 1998). Analisis korelasi silang yang dilakukan yaitu antara parameter arus-dalam dengan komponen angin zonal di lapisan permukaan.
Spektrum korelasi silang terdiri dari spektrum densitas energi, koherensi dan beda fase. Nilai koherensi yang tinggi menunjukkan hubungan yang erat antara parameter arus-dalam dengan komponen angin zonal. Beda fase menunjukkan informasi mengenai perbedaan waktu antara kedua periode fluktuasi. Beda fase positif menandakan bahwa fluktuasi peubah (x) mendahului fluktuasi peubah (y) dan sebaliknya jika beda fase negatif menandakan bahwa fluktuasi peubah (y) mendahului fluktuasi peubah (x). Analisis korelasi silang dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak Matlab 2007b. Dimulai dengan menghitung spektrum densitas energi dengan menggunakan persamaaan yang ditulis oleh Bendat dan Piersol (1971) sebagai berikut :
12
dimana:
Sxy (fk) = spektrum densitas energi silang pada frekuensi ke-k (fk)
Sxy(fk) = spektrum densitas energi silang pada frekuensi ke-k (fk) fk = k/Nh,
Untuk nilai koherensi kuadrat dihitung dengan menggunakan persamaan yang ditulis oleh Bendat dan Piersol (1971) yaitu:
�
2 �=
( �)Beda fase dihitung dengan persamaan yang ditulis oleh Bendat dan Piersol (1971) yaitu :
13 dilakukan berupa Continous Wavelet Transform (CWT) dan Wavelet Transform Coherence (WTC).
Transformasi Wavelet Kontinyu (CWT)
Transformasi wavelet adalah suatu transformasi yang bertujuan merepresentasikan sinyal ke dalam fungsi frekuensi terhadap waktu, sehingga hasil akhir yang diperoleh adalah dapat diketahui perubahan waktu dan frekuensi secara bersamaan dari suatu data deret waktu (Torrence and Compo, 1998). Penggunaan tranformasi wavelet untuk mengetahui waktu terjadinya siklus yang dominan pada selang kepercayaan 95%. Fungsi transformasi Morlet atau biasa disebut transformasi wavelet kontinyu (continuous wavelet transform atau CWT), merupakan salah satu fungsi wavelet yang sering digunakan dengan persamaannya adalah sebagai berikut: Analisis wavelet pada prinsipnya merupakan bandpass filter yang dikelompokkan kedalam data deret waktu dengan skala (s), sehingga = s.t dan dinormalkan kedalam satuan energi.
Pada tepian data deret waktu (awal dan akhir data deret waktu), fungsi wavelet tidak benar-benar terlokalisasi sehingga dikenal istilah daerah Cone of Influence (COI) dimana pada COI hasil analisis wavelet tidak tepat digunakan untuk menginterpretasikan frekuensi data deret waktu. COI terjadi pada batas dengan nilai e-2 dari tepian hasil penapisan bandpass (Torrence and Compo, 1998).
Wavelet Transform Coherence (WTC)
Wavelet Transform Coherence (WTC) Spektrum energi wavelet silang menunjukkan area dengan kekuatan tinggi yang sama. Salah satu fungsi pengukuran yang lain adalah bagaimana mengukur koherensi CWT dalam domain frekuensi waktu (Grinsted et al., 2004). Definisi koherensi wavelet ini mempunyai kesamaan dengan nilai koefisien korelasi pada umumnya. Sehingga koherensi wavelet dapat dianggap sebagai lokalisasi koefisen korelasi dalam domain frekuensi waktu. Menurut Torrence and Webster (1998) koherensi wavelet dari dua deret waktu dirumuskan sebagai berikut :
14
HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakteristik umum arus dekat-dasar berdasarkan time domain
Pola sebaran temporal kecepatan arus rataan harian dekat-dasar (kedalaman 724 m) di Laut Halmahera pada selang waktu Juli 2010 – Desember 2012 ditunjukkan pada Gambar 5. Gambar 5 memperlihatkan hasil pengukuran kecepatan komponen arus zonal ( ) dan komponen arus meridional di dekat-dasar. Kecepatan komponen arus meridional mencapai 0,4 m/s, sedangkan komponen arus zonal mencapai 0,31 m/s (Tabel 2). Hal ini mengindikasikan bahwa kecepatan arus dekat-dasar (kedalaman 724 m) lebih cenderung bergerak ke arah utara-selatan dibandingkan ke arah timur-barat.
Gambar 5 Grafik Sebaran temporal kecepatan komponen arus dekat-dasar di Laut Halmahera (grafik warna merah menunjukkan komponen arus meridional, warna biru menunjukkan komponen arus zonal).
15 Tabel 1 Tabel deskripsi statistik arus total dari data deret waktu komponen arus zonal dan komponen arus meridional selama periode mooring (Juli 2010 – Des 2012)
Tabel 2 Tabel deskripsi statistik arus bulanan dari data deret waktu komponen arus zonal dan komponen arus meridional.
16
Gambar 6 Plot vektor arus yang ditampilkan setiap satu tahun, atas (2010), tengah (2011) dan bawah (2012).
Ada beberapa arus yang berperan dalam mentranspor massa air ke Laut Halmahera, arus-arus tersebut yaitu South Equatorial Current (SEC), New Guinea Coastal Current (NGCC) dan New Guinea Coastal Under Currrent (NGCUC), (Lukas et al., 1991; Wijffels et al., 1995; Cresswell and Luick, 2001). Beragam arus ini berperan sesuai dengan fungsinya dalam mentranspor massa air dari permukaan hingga dekat-dasar perairan. Massa air dekat-dasar di Laut Halmahera dipengaruhi oleh massa air South Pacific Intermediate Water (SPIW) yang muncul di Laut Halmahera rata - rata pada kedalaman 750 m serta dominan mengalir di antara Pulau Halmahera dan Pulau Obi (terus ke Laut Maluku bagian timur) (Hadikusumah, 2010). South Pacific Intermediate Water (SPIW) yang
merupakan massa air yang dibawa oleh arus New Guinea Coastal Current (NGCC)
dan arus South Equatorial Current (SEC) (Tomczak and Godfrey, 1994). Massa air
south Pacific tropical water (SPTW) dan massa air Antarctic Intermediate Water (AAIW) yang dibawa oleh arus New Guinea Under Current (NGCUC) menuju Laut Seram melewati celah antara pulau Halmahera dan Papua Nugini (Tsuchiya et al., 1989; Kanekoetal, 1998; Kawabe et al., 2008).
17 Halmahera ke wilayah perairan Indonesia dengan kecepatan 9 cm/s. Aliran arus ini juga dipengaruhi oleh arus New Guinea Coastal Under Current (NGCUC).
Variabilitas arus dekat-dasar
Hasil analisis transformasi wavelet kontinyu (CWT) dari data harian arus komponen zonal dan arus komponen meridional dekat-dasar di Laut Halmahera (Gambar 7), menunjukkan adanya fluktuasi pada periode dua mingguan (biweekly) dan intra-musiman (20-60 hari) dari total arus dekat-dasar. Fluktuasi pada periode intra-musiman, terlihat sangat kuat ditunjukkan dengan koefisen wavelet yang tinggi (warna merah menunjukkan koefiesien wavelet yg tinggi) dan bervariasi terhadap waktu.
Komponen arus zonal (Gambar 7 A) terlihat memiliki periode 14 - 18 hari yang ditemukan pada Februari 2011 dan berulang pada Juli 2011 dan Juli 2012. Periode intra-musiman (23-45 hari) yang terjadi pada September 2010 sampai November 2010, berulang pada Maret 2011 sampai April 2011 dan kembali berulang dari Maret 2012 sampai Mei 2012 dengan koefisien kemiripan wavelet yang tinggi. Komponen arus meridional (Gambar 7 B) memperlihatkan hal yang berbeda dengan arus zonal. Periode dominan yang ditemukan pada energi spektrum wavelet untuk komponen arus meridional adalah periode 14 - 18 hari dan periode intra-musiman. Periode intra-musiman (23 - 45 hari) yang terjadi pada Juli 2010 sampai September 2010, berulang pada Maret 2011 sampai April 2011 hingga berlanjut pada Mei 2011 sampai Juni 2011 dan yang paling tinggi energinya berulang dari Februari 2012 sampai Maret 2012 dan berlanjut lagi pada Mei 2012 sampai Juni 2012.
18
Spektrum densitas energi variabilitas intra-musiman arus dekat-dasar di Laut Halmahera
Analisis lebih lanjut dengan berfokus pada fluktuasi dalam periode intra-musiman (20–60 hari). Data harian lebih dahulu difilter dalam rentang periode intra-musiman (20-60 hari). Grafik fluktuasi sebaran temporal kecepatan arus periode intra-musiman pada selang waktu Juli 2010 - Desember 2012 dari komponen arus zonal dan komponen arus meridional ditunjukkan pada Gambar 8. Fluktuasi kecepatan arus pada arah meridional lebih besar daripada arah zonal. Hal ini berarti arus lebih terfokus pada arah utara-selatan.
Gambar 8 Grafik sebaran temporal kecepatan arus; A. Arus komponen zonal, B. Arus komponen meridional.
Plot vektor arus periode intra-musiman ditampilkan berupa stickplot pada Gambar 9. Stickplot tersebut memperlihatkan pergerakan arus yang berubah arah dalam periode 14 – 30 hari. Pergerakan arus bergerak bolak balik ke arah utara – selatan, barat laut – tenggara, dan ke arah timur laut – barat daya dengan kecepataan yang berfluktuasi. Perubahan arah arus yang demikian merepresentasikan energi fluktuasi vektor kecepatan arus dalam rentang periode intra-musiman. Pergerakan arus ke arah utara di dekat-dasar Laut Halmahera mengindikasikan bahwa massa air umumnya bergerak menuju Samudera Pasifik, sedangkan pergerakan arus ke arah selatan menyatakan bahwa arus masuk lewat Laut Halmahera ke wilayah perairan Indonesia (Cresswell et al., 2001). Pola sebaran arus yang dominan mengarah ke arah barat laut diduga masih dipengaruhi oleh arus New Guinea Coastal Undercurrent (NGCUC) dan arus South Equatorial Current (SEC) yang mengalir ke arah barat laut dan membawa massa
A
19 air dari Pasifik selatan atau massa air South Pacific Intermediate Water (SPIW) yang bergerak ke arah Laut Halmahera lewat utara Pulau Papua dan terletak di lapisan dalam (Tomczak and Godfrey., 1994).
Gambar 9 Plot vektor arus periode intra-musiman yang ditampilkan setiap satu tahun; atas (2010), tengah (2011) dan bawah (2012).
Pergerakan arus yang bolak-balik setelah difilter dalam rentang intra-musiman ditemukan juga oleh Watanabe et al. (1997) dan Kashino et al. (1999) dari data deret waktu hasil mooring yang ditempatkan di pintu masuk Laut Sulawesi (4.08 N, 127.58 E) di kedalaman 350 m dan 550 m.
Variabilitas arus dekat-dasar dalam rentang inta-musiman juga terlihat berfluktuasi dalam rentang tahunan. Pola arus pada bulan Juli 2010 yang bergerak ke selatan yang berflutuasi dalam rentang 14 hari bergerak ke selatan. Adanya perubahan arah arus dalam rentang tahunan, kemungkinan terkait dengan adanya fenomena El Niño Southern Oscillation (ENSO), namun dibatasi dengan kurang panjangnya rentang waktu pengamatan.
Gambar 10 menunjukkan spektrum densitas energi dari arus komponen zonal dan komponen meridional periode intra-musiman (20-60 hari) dekat-dasar di Laut Halmahera pada selang waktu Juli 2010 – Desember 2012. Periode fluktuasi serta densitas energi yang signifikan dari arus komponen zonal dan meridional disajikan pada Tabel 3.
20
diartikan bahwa arus komponen meridional lebih berpengaruh terhadap dinamika pergerakan arus dekat-dasar dibandingkan arus komponen zonal.
Hasil spektrum densitas energi yang menunjukkan fluktuasi 27 harian sangat mempengaruhi dinamika arus dekat-dasar di Laut Halmahera karena memiliki densitas energi yang signifikan yaitu 51.2 (m/s)2/siklus per hari (Tabel 3). Periode fluktuasi 27 hari ditemukan pada komponen arus zonal dan komponen arus meridional.
Tabel 3. Periode dan Spektrum Energi Signifikan Arus Komponen Zonal dan Meridional dekat-dasar (724 m) di Laut Halmahera
Kedalaman (m) Periode (hari) Spektrum densitas energi signifikan
(m/s)2/hari
U 14 14.4
724 m 21
23 27
6.4 6.6 10.7
V 14
21 23
42.2 11.2 10.6
27 51.2
Gambar 10 Spektrum densitas energi arus dekat-dasar (724 m) periode intra-musiman; A. Arus komponen zonal. B. Arus komponen meridional.
21 Hasil analisis spektrum densitas energi (CWT) yang ditunjukkan pada Gambar 11 dari arus dekat-dasar periode intra-musiman (20-60 hari) dengan menggunakan metode wavelet menunjukkan variabilitas intra-musiman yang terjadi secara kontinyu dan bervariasi menurut waktu. Periode spektrum densitas energi signifikan adalah 14 hari, 21 hari, 23 hari dan 27 hari yang ditemukan dengan motode FFT, juga ditemukan dengan analisis spektrum densitas energi (CWT) menggunakan metode wavelet dan terlihat memiliki spektrum energi yang tinggi, serta berada di dalam selang kepercayaan 95% (COI).
Untuk arus komponen zonal, periode 14 hari muncul secara berulang dan bervariasi terhadap koefisien densitas energi, dengan densitas energi yang signifikan terjadi pada bulan Juni – Agustus 2012. Begitu juga dengan periode 27 hari yang ditemukan berulang dan bervariasi terhadap densitas energi, dengan densitas energi yang signifikan terjadi pada bulan Oktober - November 2010 dan kembali terjadi pada bulan Juni – Agustus 2012. Hasil CWT untuk arus komponen meridional periode 14 hari dan 27 hari dengan energi densitas siginifikan terjadi berulang dan hampir bersamaan di periode waktu yang sama.
Faktor penggerak munculnya variabilitas intra-musiman dari arus dekat-dasar di Laut Halmahera dengan periode 14 hari, 21 hari, 23 hari dan 27 hari diduga dipengaruhi oleh periode pasang surut dan juga variabilitas dua mingguan (biweekly variability) yang terdeteksi di daerah ekuator. Pasang surut yang dominan berpengaruh di dekat-dasar Laut Halmahera adalah komponen pasang surut periode panjang diurnal fortnightly (MF) dengan periode 14,8 hari dan lunar monthly (MM) dengan periode 27.5 hari. Adanya pengaruh pasang surut yang diduga sebagai penggerak munculnya variabilitas intra-musiman ditemukan di Laut Makassar dengan dominan pengaruh komponen pasang surut yang berpengaruh adalah komponen diurnal dan semidiurnal (Susanto et al., 2000).
Fluktuasi 14 hari dan 27 hari juga diduga dipengaruhi oleh New Guinea Coastal Undercurrent (NGCUC) dan arus pada ekuator yang membawa massa air Antarctic Intermediate Water (AAIW) (Guiavarc’h et al., 2008). Arus NGCUC yang merupakan penyusun South Pacific Tropical water (SPIW), mengalir ke arah barat laut sepanjang tahun di lapisan termoklin di bawah New Guinea Coastal current (NGCC) (Kuroda, 2000) dan melintasi Ekuator sekitar 138°E. Salah satu bagian dari NGCUC berubah ke arah timur dan mengalir sebagai arus bawah Ekuatorial (EUC) (Tsuchiya et al., 1989), sementara bagian lain mengalir lebih lanjut ke barat, dan memasuki Laut Indonesia (Kashino et al., 1996). Selain itu juga, periode fluktuasi 27 hari merupakan representasi dari fluktuasi dalam skala intra-musiman (20 - 60 hari) dan merupakan sinyal Maden Julian Ocillation (MJO).
Laut Halmahera termasuk di dalam wilayah perairan Indonesia, dimana MJO memiliki sinyal angin permukaan terkuat (Madden and Julian, 1994). Fluktuasi arus periode 27 hari juga diduga digerakkan oleh angin zonal ekuator dari jauh (remote forcing) melalui perambatan gelombang Rossby dari Samudera Pasifik. Qiu et al. (1999) menyatakan bahwa dinamika internal laut dalam dapat menghasilkan variabilitas intra-musiman yang signifikan di lintang rendah barat Samudera Pasifik yang juga mencakup wilayah perairan Indonesia.
22
intra-musiman terdeteksi di dekat-dasar oleh karena energi fluktuasi dari struktur arus dekat-dasar terlihat sangat kuat (Atmadipoera et al., 2013).
Gambar 11 Countinues wavelet transform (CWT) periode intra-musiman arus dekat-dasar di Laut Halmahera (20-60 hari); A. CWT arus zonal. B. CWT arus meridional.
Korelasi Silang Angin Zonal dengan Arus Zonal dan Arus Meridional
Angin zonal sepanjang ekuator Samudera Pasifik yang dikorelasikan dengan arus pengukuran mooring yaitu angin zonal pada 180º BT dan angin zonal pada 160º BB (Gambar 12).
23 pada lokasi lainnya di sepanjang ekuator Samudera Pasifik. Sebaran temporal kecepatan angin zonal 180º BT dan 160º BB disajikan pada Gambar 13.
Gambar 13 Sebaran temporal kecepatan angin zonal periode intra-musiman di 180º BT dan 160º BB.
Korelasi silang antara angin zonal di sepanjang ekuator Samudera Pasifik dengan arus zonal dan arus meridional hasil pengukuran mooring di Laut Halmahera diperoleh dengan menggunakan metode FFT berupa kospektrum densitas energi (KDE), koherensi dan beda fase yang disajikan pada Tabel 4 dan ditunjukkan pada Gambar 14.
Tabel 4 Korelasi silang antara angin zonal dan arus mooring dengan metode FFT
24
180º BT dengan arus meridional memiliki nilai koherensi yang moderat tinggi (0,6) pada periode 21 hari. Korelasi silang yang kuat antara angin zonal 180º BT dan angin zonal 160º BB dengan arus meridional lebih kuat dibandingkan dengan nilai koherensi antara angin zonal 180º BT dan angin zonal 160º BB dengan arus zonal. Beda fase bernilai positif yang menandakan fluktuasi komponen angin zonal lebih dulu terbentuk kemudian diikuti dengan arus meridional yang mengindikasikan arus yang terbentuk merupakan respon terhadap tiupan angin.
Gambar 14 Koherensi angin zonal ekuator di 180º BT dan 160º BB dan arus zonal dan meridional pada kedalaman 724 m di Laut Halmahera dengan metode FFT.
Pola korelasi silang angin zonal 180º BT dan 160º BB dengan arus zonal dan meridional pada periode fluktuasi intra-musiman dengan metode wavelet dalam bentuk WTC pada Gambar 15, terlihat cenderung antifase dan bervariasi menurut waktu. Nilai koherensi angin zonal 180º BT dan 160º BB dengan arus zonal dan meridional pada periode fluktuasi intra-musiman dengan XWT tidaklah berbeda seperti yang ditemukan dengan menggunakan metode FFT.
25
26
Gambar 16 Koherensi arus meridional pada kedalaman 724 m di Laut Halmahera dengan angin zonal secara global di sepanjang ekuator barat Samudera Pasifik.
Data anomali tinggi muka laut (SSHA) dengan skala intra-musiman di kawasan barat Samudera Pasifik selama periode mooring yang ditunjukkan dengan diagram Hovmöller (Gambar 17) memperlihatkan sinyal kuat adanya propagasi gelombang Rossby yang terbentuk di sekitar 180º BT – 160º BB dan bersesuaian dengan lokasi terbentuknya koherensi yang kuat antara arus meridional dan angin zonal (Gambar 16). Kecepatan fase propagasi ke arah barat
yang mengindikasikan perambatan gelombang Rossby adalah 0.5 m s-1, ± 0.09 m s-1. Estimasi kecepatan fase propagasi gelombang Rossby hasil
perhitungan peneliti sebelumnya berkisar antara 50 - 60 cm s-1 (Meyers, 1979; Mitchum and Lukas, 1990; Kessler, 1990; Susanto et al., 1998; Chelton et al., 2003). Dinamika perturbasi gelombang Rossby mengalami penguatan yang bervariasi secara musiman. Amplitudo perturbasi yang besar terjadi selama musim barat, dengan waktu perambatan ± 4 bulan dari lokasi pembangkit gelombang Rossby ke lokasi mooring.
Dari uraian di atas dapat dirangkum bahwa fluktuasi arus dalam skala intra-musiman di dekat-dasar di pintu masuk Laut Halmahera diduga berhubungan erat dengan perturbasi angin permukaan di bagian tengah ekuator Pasifik, dimana perturbasi angin permukaan ini berimplikasi terhadap pembentukan gelombang Rossby di lintang rendah yang menjalar ke arah barat. Sehingga diduga bahwa fluktuasi arus di lokasi studi digerakkan melalui remote forcing dari ekuator Pasifik.
Beberapa peniliti sebelumnya telah mengkaji osilasi intra-musiman baik yang ditemukan pada lapisan di bawah permukaan sampai di dasar perairan (Han
27 menggunakan serangkaian percobaan model yang menitikberatkan pada geometri pantai dan kekuatan angin permukaan. Hasil percobaan menunjukkan bahwa osilasi 50 hari teramati di pintu masuk Laut Sulawesi dan merupakan dari resonansi gelombang Rossby. Susanto et al. (2000), juga mengungkapkan bahwa dari data paras laut dan mooring memperlihatkan adanya variabilitas intra-musiman yang ditandai dengan periode 48-62 hari yang berhubungan dengan Gelombang Rossby dari Samudera Pasifik yang merambat melalui Laut Sulawesi. Hasil penelitian lain dilakukan oleh Iskhandar et al. (2006) tentang variasi intra-musiman arus permukaan dan arus di bawah permukaan di lepas pantai Jawa yang mana menghasilkan variasi 60 hari dan 90 hari dari South Java Coastal Current (SJCC) dan South Java Coastal Under Current (SJCU) yang digerakkan oleh angin dan berhubungan dengan propagasi gelombang Kelvin yang berasal dari ekuator Samudera Hindia.
28
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Karakteristik arus dekat-dasar di Laut Halmahera, dicirikan dengan kecepatan arus komponen zonal lebih kecil dari arus komponen meridional dan kecepatan arus meridional dekat-dasar dapat mencapai 40 cm/s. Arah arus yang mengalir menuju barat laut disebabkan oleh posisi mooring yang ditambatkan berdekatan dengan lereng di perairan Halmahera, sehingga arah arus cenderung menyusuri lereng ke arah barat laut. Pola sebaran arus yang dominan mengarah ke arah barat laut diduga masih dipengaruhi oleh arus New Guinea Coastal Under Current (NGCUC) dan arus South Equatorial Current (SEC).
Dalam skala intra-musiman, spektral densitas energi dari arus dekat-dasar menunjukkan puncak energi pada periode 14 hari, 21 hari. 23 hari dan 27 hari. Periode dengan energi yang signifikan dari arus dekat-dasar periode intra-musiman diduga dipengaruhi oleh adanya pengaruh pasang surut dengan komponen pasut yang paling dominan adalah MM & MF. Selain itu periode 27 hari diduga digerakkan oleh angin zonal ekuator dari jauh (remote forcing) melalui perambatan gelombang Rossby dari Samudera Pasifik .
Korelasi silang antara arus hasil pengukuran dan angin zonal permukaan memperlihatkan bahwa variabilitas arus pada periode ini memiliki koherensi signifikan dengan angin zonal ekuator Pasifik di sekitar 180o BT dan 160o BB. Data tinggi muka laut memperlihatkan adanya propagasi gelombang Rossby di ekuator Pasifik ke arah barat, oleh karena itu diduga variabilitas intra-musiman arus dekat-dasar di Laut Halmahera dipengaruhi oleh periode pasang surut dengan komponen yang dominan adalah MM dan MF, serta diduga digerakkan oleh angin zonal ekuator secara jarak jauh (remote forcing) yang diduga melalui perambatan gelombang Rossby.
Saran
Diperlukan kajian lanjutan untuk mengetahui vertikal propagasi gelombang Rossby Ekuator. Sehingga diharapkan studi lanjutan dapat dibahas variabilitas arus hasil mooring untuk seluruh level kedalaman (fully depth measurement), yang dipadukan dengan keluaran model sirkulasi numerik untuk mengkaji perambatan gelombang Rossby secara vertikal yang diduga merupakan pembangkit fluktuasi intra-musiman di dekat-dasar Laut Halmahera.
DAFTAR PUSTAKA
Annamalai, H., S. Kida and J. Hafner. 2010. Potential impact of the tropical Indian Ocean - Indonesian Seas on El Niño characteristics. J. Climate, 23, 3933–3952.
29 Atmadipoera, A., A. Koch-Larrouy, Y. Cuypers, R. Molcard, I. Jaya, and G. Harsono. 2013. New Current Measurement In The Halmahera Passage, Indonesia. Poster Sessions, Asian Oceania Geosciences Society Symposium., Australia, 24-27 Juni 2013.
Bendat, J. S., and A. G. Piersol. 1971. Random Data Analysis and Measurement Procedure. John Wiley and Sons Inc. New York.
Chelton, D. B., M. G. Schlax, J. M. Lyman and G. C. Johnson. 2003. Equatorially trapped Rossby waves in the presence of meridionally sheared baroclinic flow in the Pacific Ocean. Prog. Oceanogr., 56, 323–380.
Cresswell, G. R., and J. L. Luick. 2001. Current measuranment in the Halmahera Sea. J. Geophysic. 106(C7), 13.953-13.958.
Ffield, A., and A. L. Gordon. 1992. Vertical mixing in the Indonesian thermocline. J. Phys. Oceanogr., 22, 184–195.
Kessler, W. S. 1990. Observations of long Rossby waves in the northern tropical Pacific. J. Geophysic. Res. ,95 , 5183–5217.
Madden, R., and P. Julian. 1971. Detection of a 40-50 day oscillation in the zonal wind in the tropical Pacific, J. Atmos. Sci., 28, 702-708
, and . 1972. Description of global-scale circulation cells in the tropics with a 40-50 day period. J. Atmos. Sci., 29, 1109-1123.
, and . 1994. Observations of the 40–50 day tropical oscillation— A review. Mon. Wea. Rev., 122, 814–837.
Meyers, G. 1979. On the Annual Rossby Wave in the Tropical North Pacific Ocean. J. Phys. Oceanogr., 9, 663–674.
Molcard, R., M. Fieux, J. C. Swallow, A. G. Ilahude and J. Banjarnahor. 1994. Low frequency variability of the currents in Indonesian Channels (Savu-Roti and Roti-Ashmore Reef ). Deep- Sea Res., 41, 1643–1662., ,
and A. G. Ilahude, 1996: The Indo–Pacific throughflowin the Timor Passage. J. Geophys. Res., 101, 12 411–12 420.
30
Qiu, B., dan R. Lukas, 1996: Seasonal and interannual variability of the North Equatorial Current, the Mindanao Current and the Kuroshio along the Pacific western boundary. J. Geophys. Res.,101, 12315–12330.
Schiller, A., and J. S. Godfrey, 2003: Indian Ocean intraseasonal variability in an ocean general circulation model. J. Climate,16, 21–39.
Sengupta, D., R. Senan, and B. N. Goswami, 2001: Origin of intraseasonal variability of circulation in the tropical central Indian Ocean. Geophys. Res. Lett., 28, 1267–1270
Sprintall, J., J. C. Chong, F. Syamsudin, W. Morawitz, S. Hautala, N. Bray, dan S. Wijffels, 1999: Dynamics of the South Java Current in the Indo-Australian Basin. Geophys. Res. Lett. 26, 2493–2496.
——, A. L. Gordon, R. Murtugudde, dan R. D. Susanto, 2000: A semiannual Indian Ocean forced Kelvin wave observed in the Indonesian seas in May 1997. J. Geophys. Res., 105, 17 217–17 230.
Torrence, C dan G.P. Compo. 1998. A Practical Guide to Wavelet Analysis. User guide. Colorado University.
Verschell, M. A., J. C. Kindle, and J. J. O’Brien, 1995: Effects of Indo–Pacific throughflow on the upper tropical Pacific and Indian Oceans. J. Geophys. Res., 100, 18 409–18 420.
Watanabe, H., and Coauthors, 1997: Moored measurement of the Indonesian throughflow at the southwestern edge of the Philippine Sea. Int. WOCE Newslett., 27, 26–30.
31 Lampiran 1. Konfigurasi RDI ADCP 75kHz workhorse
(Sumber : www.rdinstruments.com)
Spesifikasi RDI ADCP 75 kHz workhorse Beam angle : 20°
Configuration : 4-beam
Velocity accuracy : ±1% of the water Velocity resolution : 0.1cm/s
Depth cell size : 16 m Number of depth cells : 1–37 Standard depth rating : 1500 m
Lampiran 2. Script program Transformasi Wavelet Kontinyu (CWT) (Sumber : //paos.colorado.edu/research/wavelets/)
% Written January 1998 by C. Torrence
% Modified Oct 1999, changed Global Wavelet Spectrum (GWS) to be sideways,
% changed all "log" to "log2", changed logarithmic axis on GWS to
% a normal axis.
load uv_harian.txt; y = uv_harian(:,1);
%--- Computation
% normalize by standard deviation (not necessary, but makes it easier
32
n = 863; dt = 1/365;
time = [0:863-1]*dt + 2010.58 ; % construct time array xlim = [2010.58,2012.916]; % plotting range
lag1 = 0.72; % lag-1 autocorrelation for red noise background mother = 'Morlet';
% Wavelet transform:
[wave,period,scale,coi] = wavelet(y,dt,pad,dj,s0,j1,mother); power = (abs(wave)).^2 ; % compute wavelet power spectrum
% Significance levels: (variance=1 for the normalized SST) [signif,fft_theor] = wave_signif(1.0,dt,scale,0,lag1,-1,-1,mother);
sig95 = (signif')*(ones(1,n)); % expand signif --> (J+1)x(N) array sig95 = power./ sig95; % where ratio > 1, power is significant
% Global wavelet spectrum & significance levels:
global_ws = variance*(sum(power')/n); % time-average over all times
dof = n - scale; % the -scale corrects for padding at edges global_signif =
wave_signif(variance,dt,scale,1,lag1,-1,dof,mother);
% Scale-average between El Nino periods of 2--8 years %avg = find((scale >= 2) & (scale < 8));
%Cdelta = 0.776; % this is for the MORLET wavelet
%scale_avg = (scale')*(ones(1,n)); % expand scale --> (J+1)x(N) array
%scale_avg = power ./ scale_avg; % [Eqn(24)]
33
34
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan pada tanggal 17 Juli 1990 di Ambon sebagai anak pertama dari tiga bersaudara, pasangan Julius Z Wattimena dan Juliana S. S. Lebelauw. Tahun 2007 penulis lulus dari SMAN 2 Ambon, Provinsi Maluku dan pada tahun yang sama diterima sebagai mahasiswa di Program Studi Ilmu Kelautan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan Universitas Pattimura Ambon dan lulus pada tahun 2011.
