Memantau Suhu Permukaan Laut dengan Sensor. Advanced Microwave Scanning Radiometer-2 (AMSR-2) AKTUALITA SUHU PERMUKAAN LAUT

(1)

10 Vol. 12 No. 2 DESEMBER 2017

Gambar 1. A-Train [Sumber: https://atrain.gsfc.nasa.gov/]

Memantau Suhu Permukaan

Laut dengan Sensor

Advanced Microwave

Scanning Radiometer-2

(AMSR-2)

Yennie Marini - Pusat Pemanfaatan Penginderaan Jauh - LAPAN [email protected]

SUHU PERMUKAAN LAUT

uhu Permukaan Laut (SPL) merupakan salah satu parameter geofisika yang diperlukan oleh peneliti untuk berbagai aplikasi. Teknik konvensional yang dapat digunakan untuk mendapatkan nilai suhu permukaan laut adalah dengan menggunakan kapal, stasiun pantai atau buoy dalam wilayah cakupan yang terbatas.

Teknologi satelit memungkinkan kita untuk melakukan pengukuran SPL dengan lebih cepat dan cakupan yang luas.

Metode untuk menentukan SPL dari satelit penginderaan jauh mencakup sensor optik (kanal inframerah termal) dan microwave. Kedua metode tersebut mempunyai kelebihan dan kelemahannya masing-masing. Keterbatasan utama menggunakan sensor optik adalah adanya tutupan awan terutama di wilayah tropis seperti di Indonesia. Di wilayah ini, sistem sensor microwave mempunyai keuntungan tambahan untuk menghasilkan pencahayaannya sendiri, kemampuannya untuk menembus awan dan

beroperasi di berbagai kondisi iklim. Tulisan ini akan membahas pemanfaatan sensor microwave, yaitu sensor Advanced Microwave Scanning Radiometer-2 (AMSR-2) untuk suhu permukaan laut.

SENSOR AMSR-2

Advanced Microwave Scanning Radiometer-2 (AMSR-2) adalah sensor pasif microwave dari satelit Global Change Observation Mission – Water (GCOM-W1) milik Japan Aerospace Exploration Agency (Jaxa) yang diluncurkan pada tanggal 18 Juli 2012. Sensor AMSR-2 adalah penerus sensor AMSR pada satelit Jepang ADEOS-II dan AMSR-E pada satelit NASA Aqua. Keberhasilan sistem pendahulunya (sensor AMSR) dalam memantau fenomena seperti El Nino, La Nina,

dan laut es di daerah kutub membuat instrument microwave buatan Jepang terpercaya. Kedua sensor tersebut juga telah berkontribusi untuk aplikasi praktis, seperti prediksi cuaca numerik oleh Japan Meteorological Agency (JMA) dan informasi kondisi laut untuk nelayan oleh Japan Fisheries Information Service Center (JAFIC).

GCOM-W1 tergabung dengan konstelasi A-Train

yang dipimpin oleh NASA. A-Train atau Afternoon Constellation adalah gabungan beberapa satelit yang mempunyai jalur orbit yang sama yang saling mengikuti satu sama lain. Ada enam satelit yang tergabung dalam A-Train, yaitu OCO-2, GCOM-W1, Aqua, CALIPSO, CloudSat, dan Aura (Gambar 1). Keikutsertaan GCOM-W1 ke dalam konstelasi A-Train memungkinkan pengamatan simultan dengan instrument yang dipasang di satelit lain dan akan meningkatkan penelitian ilmiah menggunakan data AMSR-2. Karakteristik sensor AMSR-2 pada satelit GCOM-W1 secara umum dan tiap kanalnya ditampikan pada Tabel 1 dan 2, sedangkan penampakkan satelit GCOM-W1 ditampilkan pada Gambar 2.

(2)

Vol. 12 No. 2 DESEMBER 2017 ₁₁ Tabel 1. Karakteristik GCOM-W1/AMSR2

Scan and rate Conical scan at 40 rpm Antenna Offset parabola with 2.0 m diameters

Swath width 1450 km

Incidence angle Nominal 55 degrees

Digitization 12 bits

Dynamic range 2.7 – 340.000

Polarization Vertical and horizontal Sumber : https://www.star.nesdis.noaa.gov/mirs/amsr2.php

Tabel 2. Karakteristik Kanal Karakteristik GCOM-W1/AMSR2 Center Freq.

[GHz]

Band Width [MHz]

Polarization Beam width [deg] (Ground res. [km]) Sampling interval [km] 6.925 350 V and H 1.8 (35x62) 10 7.30 350 V and H 1.8 (35x62) 10 10.65 100 V and H 1.2 (24x42) 10 18.7 200 V and H 0.65 (14x22) 10 23.8 400 V and H 0.75 (15x26) 10 36.5 1000 V and H 0.35 (7x12) 10 89.0 3000 V and H 0.15 (3x5) 5 Sumber : https://www.star.nesdis.noaa.gov/mirs/amsr2.php

Gambar 2. Satelit GCOM-W1 [Sumber: http://global.jaxa.jp/countdown/f21/overview/shizuku_e.htm]

Produk Data Sensor AMSR-2

Sensor AMSR-2 pada satelit GCOM-W1 adalah instrumen penginderaan jauh untuk mengukur emisi panjang gelombang microwave lemah dari permukaan

dan atmosfer bumi. Dari ketinggian 700 km di atas permukaan bumi, sensor AMSR-2 akan memberikan pengukuran intensitas emisi microwave dengan akurasi tinggi. Antena AMSR-2 berotasi per 1,5 detik dan

(3)

12 Vol. 12 No. 2 DESEMBER 2017

pengamatan kerucut (conical scanning) ini memungkinkan AMSR-2 menghasilkan data set siang dan malam dengan cakupan 99% permukaan bumi tiap 2 hari. Dengan menggunakan kanal multi frekuensi AMSR-2 dapat menghasilkan estimasi hujan, uap air, SPL, dan kecepatan angin di atas permukaan laut global.

Data AMSR-2 tersedia di website Remote Sensing System (RSS). RSS adalah sebuah perusahaan penelitian ilmiah yang terletak di California bagian utara dan mempunyai spesialisasi dalam penginderaan jauh bumi

1974 oleh Frank J. Wents.

Data AMSR-2 yang tersedia di RSS sejak tanggal 2 Juli 2012, terdiri dari data SPL, Surface Wind Speeds (low and medium frequency), Atmosperic Water Vapor, Cloud Liquid Water, dan Rain Rate. Data dapat diunduh pada link http://data.remss.com/amsr2, dengan sebelumnya mendaftar sebagai user di website RSS. Data yang tersedia adalah data harian, rata-rata 3-harian, mingguan, dan bulanan. Gambar-gambar berikut adalah contoh-contoh produk data sensor AMSR-2.

(a) Suhu Permukaan Laut (b) Surface Wind Speeds Low Frequency

(c) Surface Wind Speeds Medium Frequency (d) Atmosperic Water Vapor

(e) Cloud Liquid Water (f) Rain Rate

(4)

Vol. 12 No. 2 DESEMBER 2017 ₁₃ (a) Suhu Permukaan Laut (b) Surface Wind Speeds Low Frequency

(5)

14 Vol. 12 No. 2 DESEMBER 2017

(a) Suhu Permukaan Laut (b) Surface Wind Speeds Low Frequency

(6)

Vol. 12 No. 2 DESEMBER 2017 ₁₅ (a) Suhu Permukaan Laut (b) Surface Wind Speeds Low Frequency

Gambar 6. Produk Rata-rata Bulanan Data Sensor AMSR-2 [http://data.remss.com/amsr2]

Suhu Permukaan Laut Data AMSR-2

RSS menyediakan data SPL harian, 3-harian, mingguan dan bulanan. Data harian terdiri dari dua liputan data, yaitu ascending orbit segment (siang hari) dan descending orbit segment (malam hari). Data 3-harian, merupakan data rata-rata 3 hari dan termasuk tanggal data. Misalnya data 3-harian tanggal 3 April 2017, maka data tersebut merupakan rata-rata dari data tanggal 1, 2, dan 3 April 2017. Data mingguan merupakan data rata-rata 7 hari, yang dimulai dari hari Minggu hingga Sabtu. Misalnya, tanggal data SPL mingguan adalah 8 April 2017, maka data tersebut merupakan rata-rata dari data harian tanggal 2 April 2017 (Minggu) hingga 8 April 2017 (Sabtu). Sedangkan data bulanan merupakan rata-rata dari semua data dalam satu bulan kalender.

Setiap data binary yang tersedia di

http://data.remss.com/amsr2, terdiri dari empat belas grid (data harian) dan enam grid (data rata-rata) yang berukuran 0.25 X 0.25 derajat dari (1440,720) byte peta.

Nilai SPL pada data binary berada pada kisaran 0 – 255, dengan nilai-nilai spesifik yang telah ditentukan adalah: 0 – 250 = nilai SPL

251 = tidak ada nilai SPL dikarenakan hujan 252 = sea ice (tidak digunakan pada data set) 253 = ada liputan data AMSR-2 tapi tidak bagus 254 = tidak ada liputan data AMSR-2

255 = darat

Untuk menghitung suhu permukaan dari data binary, kalikan dengan faktor skala (0.15), dengan persamaan sebagai berikut:

𝑺𝑺𝑺𝑺𝑺𝑺 (°𝑪𝑪) = (𝑺𝑺𝑺𝑺𝑺𝑺 ∗ 𝟎𝟎. 𝟏𝟏𝟏𝟏) − 𝟑𝟑. 𝟎𝟎 SPL (°C) = (SST * 0,15) - 3,0

Dimana:

SPL = Suhu Permukaan Laut (°C) SST = Nilai SPL data AMSR-2

(7)

16 Vol. 12 No. 2 DESEMBER 2017

program Matlab, Fortran, IDL, atau Python. Setelah data berhasil diekstrak kemudian data diubah ke dalam format yang bisa dibaca program-program image

Diagram alir pengolahan data AMSR-2 ditampilkan pada Gambar 7.

Gambar 7. Diagram Alir Pengolahan Data AMSR-2

Data SPL AMSR-2 ascending orbit segment Data SPL AMSR-2 descending orbit segment

Gambar 8. Data SPL Harian Ascending dan Descending Orbit Segment AMSR-2 Tanggal 14 April 2017

Gambar 8 menampilkan liputan data harian AMSR-2, yaitu ascending orbit segment (siang hari) dan descending orbit segment (malam hari). Data tersebut masih dalam selang nilai 0 – 255, agar nilai tersebut

menjadi nilai SPL dalam °C maka harus dikalikan dengan faktor skala seperti pada rumus di atas. Setelah dikalikan dengan faktor skalanya, maka tampilannya menjadi seperti Gambar 9.

(8)

Vol. 12 No. 2 DESEMBER 2017 ₁₇ Untuk mendapatkan data rata-rata harian, maka

kedua data tersebut dioverlay dan dihitung rata-rata data hariannya. Gambar hasil rata-rata data harian AMSR-2 diperlihatkan pada Gambar 10.

(a) (b)

Gambar 9. Data SPL Harian Ascending (a) dan Descending (b) Orbit Segment AMSR-2 dalam °C Tanggal 14 April 2017

Gambar 10. Data SPL Harian AMSR-2 Tanggal 14 April 2017 Proses pengolahan data 3-harian, mingguan, dan

bulanan sama dengan data harian. Gambar 11. diperlihatkan SPL harian, 3 harian, mingguan dan bulanan perairan Indonesia. Warna putih pada SPL AMSR-2 menunjukkan tidak adanya informasi SPL, hal ini bukan disebabkan oleh liputan awan, melainkan karena adanya kontaminasi lobe. Kontaminasi side-lobe ini menyebabkan tidak adanya informasi SPL pada bagian pesisir.

Dari Gambar 11 terlihat data SPL harian AMSR-2 mempunyai null value (warna putih) yang cukup besar, hal ini bukan karena liputan awan, namun karena adanya kontaminasi side lobe di daerah pesisir, dan juga karena data harian AMSR-2 mempunyai 2 liputan data, yaitu ascending dan descending, ketika kedua data tersebut digabungkan masih ada area yang tidak terliput.

(9)

18 Vol. 12 No. 2 DESEMBER 2017

(a) SPL Harian Tanggal 14 April 2017 (b) SPL 3-Harian Tanggal 14 April 2017

(c) SPL Mingguan Tanggal 29 April 2017 (d) SPL Bulan April 2017

Gambar 11. Sebaran SPL AMSR-2 Harian (a), 3-harian (b), Mingguan (c) dan Bulanan (d) Perairan Indonesia

Data 3-harian AMSR-2 sudah cukup representatif untuk mendapatkan gambaran sebaran SPL Indonesia, berbeda dengan data SPL inframerah, seperti NOAA atau MODIS yang memerlukan data mingguan atau bahkan bulanan untuk bisa memberikan gambaran sebaran SPL Indonesia, hal ini dikarenakan data SPL inframerah sensitif terhadap liputan awan sehingga menyulitkan dalam interpretasinya.

Data satelit AMSR-2 mempunyai kemampuan untuk menghasilkan liputan data tanpa terkendala dengan liputan awan, namun memiliki kekurangan dalam hal resolusi dan kontaminasi side lobe. Data SPL 3-harian dari AMSR-2 sudah bisa digunakan untuk mempelajari SPL secara global. Selain menghasilkan data SPL, data AMSR-2 juga menghasilkan data Surface Wind Speeds (low and medium frequency), Atmosperic Water Vapor, Cloud Liquid Water, dan Rain Rate.