Mengukur Sebaran Klorofil-a Di Perairan Laut Timor Menggunakan Data
MODIS Tahun 2010
Measurement of Chlorophyll-a Distribution In Timor Sea By Using MODIS
Data Year of 2010
Muhammad Ramdhan1*
1 Pusat Penelitian dan Pengembangan Sumber Daya Laut dan Pesisir, Jl. Pasir Putih I, Ancol Timur,
Jakarta, 14430. email: ramdhanster@gmail.com
Abstract. Measurement of chlorophyll-a is associated with the fertility level on waters area. Conventional method with insitu measurements on the field requires a lot of time and effort. This paper will present how to measure the chlorophyll-a consentration in the Timor Sea using remote sensing technology. The processed data is monthly composite image of MODIS image year of 2010. Concentration value of chlorophyll-a derived by MODIS images in year of 2010 is in a range of 0.01 to 0.903 mg/m3 . The ratio value validation of chlorophyll-a concentration to conventional method is 48 ± 19,3 %.
Keywords : Chlorophyll-a, MODIS, Timor Sea
Abstrak. Pengukuran klorofil-a berhubungan dengan tingkat kesuburan di suatu perairan. Metoda konvensional dengan pengukuran langsung di lapangan memerlukan waktu dan tenaga yang banyak. Paper ini akan menyajikan cara mengukur kandungan klorofil-a di laut Timor menggunakan teknologi penginderaan jauh. Data yang digunakan adalah citra MODIS komposit bulanan di tahun 2010. Nilai konsentrasi klorofil-a berdasarkan citra MODIS di laut Timor pada tahun 2010 berkisar antara 0,01 – 0,903 mg/m3. Nilai rasio sebagai validasi konsentrasi klorofil-a hasil dari citra MODIS nilainya adalah 48 ± 19,3 % dari hasil metode konvensional.
Kata kunci : Klorofil-a, MODIS, Laut Timor
Pendahuluan
Laut Timor merupakan bagian dari perairan Indonesia yang letaknya diapit oleh Samudera Hindia di sebelah barat, dan Laut Arafura di sebelah timur. Laut ini memiliki luas sekitar 610.000 km persegi. Titik terdalamnya ialah Palung Timor di bagian utara, yang mencapai kedalaman 3.300 m. Bagian lainnya lebih dangkal, dengan rata-rata kedalaman kurang dari 200 m (Lubis, 2006).
Wilayah Laut Timor memiliki sumber daya perikanan yang sangat berpengaruh terhadap kondisi sosial ekonomi di kawasan ini (Stacey, 2011). Data statistik perikanan tangkap Indonesia 2011, dinyatakan bahwa perairan pesisir laut timor memiliki produktifitas sumberdaya perairan yang cukup tinggi dengan volume perikanan tangkap sebesar 342.661 ton per tahun (Anonim, 2012). Sumber daya perikanan tersebut memerlukan pengelolaan yang baik, untuk pengelolan yang baik dibutuhkan informasi mengenai tingkat kesuburan wilayah laut yang terkait dengan masa-masa panen perikanan tangkap.
Peneliti terdahulu mengungkapkan bahwa untuk pendugaan produktifitas di suatu perairan, parameter tingkat kesuburan yang paling utama untuk diketahui adalah jumlah (kelimpahan) fitoplankton yang ditemukan di perairan tersebut (Melo-Magalhaes, 2011). Kelimpahan fitoplankton di suatu perairan dapat diketahui dari jumlah sel fitoplankton dan konsentrasi klorofil pada suatu perairan.
Klorofil-a adalah molekul yang menyerap sinar matahari dan menggunakan energi untuk mensintesis karbohidrat dari CO2 dan air. Proses ini dikenal sebagai fotosintesis dan merupakan dasar untuk mempertahankan proses kehidupan dari semua tanaman. Karena hewan dan manusia mendapatkan suplai makanan mereka dengan memakan tanaman, fotosintesis dapat dikatakan menjadi sumber kehidupan sebagian besar makhluk hidup (www.chm.bris.ac.uk).
Klorofil-a di permukaan laut Timor pada bulan Mei 2010, yang diukur dengan metoda konvensional pengamatan ATSEA telah dilaporkan berkisar antara 0,2 – 0,45 mg/m3. Penyebaran klorofil-a yang telah diinterpolasi dapat terlihat pada gambar 1. Gambar tersebut mengungkapkan bahwa
perairan Laut Timor bagian Barat lebih banyak mengandung klorofil-a. Perairan Laut Timor di selatan pulau Lemola memiliki kandungan klorofil-a yang lebih rendah daripada perairan sebelah barat.
Gambar 1. Sebaran Klorfil-a di permukaan laut Timor hasil pelayaran ATSEA (Sumber : ATSEA , 2010)
Pengukuran Klorofil-a menggunakan metode konvensional, seperti yang dilakukan pada pelayaran ATSEA, yaitu dengan mengambil sampel air dengan suatu pelayaran kemudian memeriksanya di laboratorium, akan memakan waktu yang panjang dan sumber dana yang besar. Saat ini tersedia metoda penginderaan jauh yang dapat menghitung kandungan klorofil-a di perairan dengan tingkat akurasi ±65% (Kahru, 2011). Tulisan ini bertujuan untuk mengetahui sebaran klorofil-a di perairan laut timor dengan menggunakan metode penginderaan jauh dengan data citra satelit MODIS dan validitasnya terhadap metode konvensional.
Metode Penelitian
Moderate Resolution Imaging Spectro radiometer (MODIS) merupakan sistem inderaja yang diluncurkan pada tahun 1999 dan masih beroperasi sampai saat ini, MODIS menyediakan data pola klorofil dan temperatur permukaan lautan skala global dengan algoritma pemrosesan koreksi atmosferik terhadap nilai reflektansi (R) (Savtchenko,2004), seperti pada persamaan (1). (Sambodo, 2005)
Log (clor) = 0,283-2,753 R + 1,457 R2 + 0,659 R3 – 1,403 R4 ...(1)
Band citra Modis yang digunakan memiliki panjang gelombang 438-877 nm (band 9 – 16) dengan spectrum warna hijau yang dianggap cocok untuk mendeteksi kandungan klorofil-a. (http://modis.gsfc.nasa.gov). Citra yang digunakan adalah citra klorofil-a global dengan resolusi spasial 9 Km, sumber data CAERAC –NOWPAP.
Tabel 1. List koordinat titik sampel/stasiun pada pelayaran ATSEA di Laut Timor
No. Nama
Stasiun Tanggal
Waktu Posisi Klorofil-a
(WIB) Bujur Timur Lintang Permukaan (mg/mm3 ) 1 Stasiun-1 10-Mei-10 18:24 123° 43.968' -10° 31.011' 0.35 2 Stasiun-2 10-Mei-10 23:10 123° 58.055' -10° 55.478' 0.45 3 Stasiun-3 11-Mei-10 9:34 124° 51.090' -10° 25.102' 0.35 4 Stasiun-4 11-Mei-10 15:05 124° 37.184' -10° 01.772' 0.43 5 Stasiun-5 12-Mei-10 7:06 125° 50.940' -09° 23.030' 0.42 6 Stasiun-6 25-Mei-10 15:05 126° 07.907' -09° 43.893' 0.45 7 Stasiun-7 13-Mei-10 10:00 126° 51.623' -09° 09.055' 0.31 8 Stasiun-8 13-Mei-10 7:17 126° 51.487' -08° 50.899' 0.32 9 Stasiun-9 13-Mei-10 20:35 127° 256.767' -08° 29.229' 0.32 10 Stasiun-10 14-Mei-10 9:40 129° 14.310' -08° 47.405' 0.20 11 Stasiun-11 14-Mei-10 21:45 130° 32.074' -09° 05.925' 0.31 12 Stasiun-12 15-Mei-10 7:17 131° 16.029' -08° 25.007' 0.41 13 Stasiun-13 15-Mei-10 15:38 131° 43.331' -08° 53.266' 0.31
Lokasi sebaran seluruh pelayaran ATSEA dapat dilihat pada Gambar 2. Stasiun 1 sampai 13 adalah titik yang akan digunakan sebagai acuan dalam pengambilan nilai klorofil-a dari citra MODIS. Titik tersebut berada di sebelah Selatan pulau Timor hingga ke arah Kepulauan Tanimbar.
Gambar 2. Posisi stasiun pengamatan Pelayaran ATSEA (Sumber : Ramdhan, 2010)
Citra Modis yang digunakan memiliki cakupan area seluruh permukaan bumi, sehingga diperlukan pemotongan. Pemotongan Citra dilakukan pada sistem koordinat geografis (lintang,bujur) dengan datum WGS-84, agar data MODIS dan stasiun validasi memiliki sistem koordinat yang sama.
Citra satelit MODIS (Tabel 2.) dipotong berdasar batas area ; batas kiri atas: -7o 30’ 00,0” LS ; 122o 30’ 00,0” BT, batas kiri bawah: -13o 24’ 59,04” LS ; 133o 40’ 00,12” BT. Pemotongan citra dilakukan dengan menggunakan software WIM (Kahru, 2011).
Kemudian dari data tersebut diperoleh peta sebaran klorofil-a bulanan di Laut Timor pada tahun 2010. Data pada bulan Mei akan di validasi oleh data hasil pengukuran lapangan dari pelayaran ATSEA. Selanjutnya dilakukan analisis untuk mengetahui apakah data hasil ekstraksi dari citra satelit MODIS sesuai dengan data pengukuran konvensional.
Tabel 2. Citra Modis yang diolah ( NOWPAP CAERAC, 2011)
No Nama File Keterangan
1 A20100012010031_MO_CHL_Chlor_a_9km.hdf Komposit Citra Klorofil-a bulan Januari 2 A20100322010059_MO_CHL_Chlor_a_9km.hdf Komposit Citra Klorofil-a bulan Februari 3 A20100602010090_MO_CHL_Chlor_a_9km.hdf Komposit Citra Klorofil-a bulan Maret 4 A20100912010120_MO_CHL_Chlor_a_9km.hdf Komposit Citra Klorofil-a bulan April 2010 5 A20101212010151_MO_CHL_Chlor_a_9km.hdf Komposit Citra Klorofil-a bulan Mei 2010 6 A20101522010181_MO_CHL_Chlor_a_9km.hdf Komposit Citra Klorofil-a bulan Juni 2010 7 A20101822010212_MO_CHL_Chlor_a_9km.hdf Komposit Citra Klorofil-a bulan Juli 2010 8 A20102132010243_MO_CHL_Chlor_a_9km.hdf Komposit Citra Klorofil-a bulan Agustus 9 A20102442010273_MO_CHL_Chlor_a_9km.hdf Komposit Citra Klorofil-a bulan September 10 A20102742010304_MO_CHL_Chlor_a_9km.hdf Komposit Citra Klorofil-a bulan Oktober 11 A20103052010334_MO_CHL_Chlor_a_9km.hdf Komposit Citra Klorofil-a bulan November 12 A20103352010365_MO_CHL_Chlor_a_9km.hdf Komposit Citra Klorofil-a bulan Agustus
Hasil dan Pembahasan
Klorofil-a laut Timor dengan citra MODIS
Hasil pemotongan Citra Klorofil-a untuk bulan Januari 2010 sampai dengan bulan Desember 2010 dapat dilihat pada Gambar 3.
Pada bulan Januari kandungan konsentrasi klorofil-a di permukaan laut Timor berkisar antara 0,009 – 0,208 mmg/mm3. Stasiun-1 merupakan titik dengan konsentrasi tertinggi, sedangkan stasiun-11 adalah stasiun dengan nilai terendah. Untuk bulan Februari kandungan konsentrasi klorofil-a di permukaan laut Timor berkisar antara 0,080 – 0,318 mmg/mm3. Stasiun-8 merupakan titik dengan konsentrasi tertinggi, sedangkan stasiun-13 adalah stasiun dengan nilai terendah.
Bulan Maret kondisi kandungan konsentrasi klorofil-a di permukaan laut Timor berkisar antara 0,090 – 0,163 mmg/mm3. Stasiun-13 merupakan titik dengan konsentrasi tertinggi, sedangkan di stasiun-2. Kemudian untuk bulan April kandungan konsentrasi klorofil-a di permukaan laut Timor berkisar antara 0,081 – 0,218 mmg/mm3. Stasiun-4 merupakan titik dengan konsentrasi tertinggi, dan stasiun-9 adalah stasiun dengan nilai terendah.
Pada bulan Mei kandungan konsentrasi klorofil-a di permukaan laut Timor berkisar antara 0,086– 0,318 mmg/mm3. Stasiun-1 merupakan titik dengan konsentrasi tertinggi, sedangkan stasiun-10 adalah stasiun dengan nilai terendah.
Untuk bulan Juni kandungan konsentrasi klorofil-a di permukaan laut Timor berkisar antara 0,122 – 0,610 mmg/mm3. Stasiun-1 merupakan titik dengan konsentrasi tertinggi, sedangkan stasiun-3 adalah stasiun dengan nilai terendah.
Pada bulan Juli kandungan konsentrasi klorofil-a di permukaan laut Timor berkisar antara 0,220 – 0,903 mmg/mm3. Stasiun-8 merupakan titik dengan konsentrasi tertinggi, sedangkan stasiun-5 adalah stasiun dengan nilai terendah. Kemudian untuk bulan Agustus kandungan konsentrasi klorofil-a di permukaan laut Timor berkisar antara 0,148 – 0,628 mmg/mm3. Stasiun-13 merupakan titik dengan konsentrasi tertinggi, dan stasiun-8 adalah stasiun dengan nilai terendah.
Pada bulan September kandungan konsentrasi klorofil-a di permukaan laut Timor berkisar antara 0,137 – 0,307 mmg/mm3. Stasiun-1 merupakan titik dengan konsentrasi tertinggi, sedangkan stasiun-6 adalah stasiun dengan nilai terendah.
Pada bulan Oktober kandungan konsentrasi klorofil-a di permukaan laut Timor berkisar antara 0,096 – 0,208 mmg/mm3. Stasiun-4 merupakan titik dengan konsentrasi tertinggi, sedangkan terendah di stasiun-11.
Gambar 3. Citra MODIS sebaran klorofil-a di Laut Timor, Bulan ke-1 (Januari) hingga ke-12 (Desember) Tahun 2010
Kemudian untuk bulan November kandungan konsentrasi klorofil-a di permukaan laut Timor berkisar antara 0,087 – 0,155 mmg/mm3. Stasiun-12 merupakan titik dengan konsentrasi tertinggi, sedangkan terendah terdapat di stasiun-2. Selanjutnya untuk bulan Desember kandungan konsentrasi klorofil-a di permukaan laut Timor berkisar antara 0,016 – 0,126 mmg/mm3. Stasiun-11 merupakan titik dengan konsentrasi tertinggi, dan stasiun-3 adalah stasiun dengan nilai terendah.
Secara visual dari data Modis, dapat dilihat pola pergerakan sebaran klorofil-a di laut Timor. Pada awal tahun (Januari) konsentrasi klorofil-a masih rendah. Pada bulan Februari mulai terjadi kenaikan tingkat klorofil-a di utara Australia, hingga puncak sebaran konsentrasi klorofil-a terjadi pada bulan Juli-Agustus. Bulan Oktober-Desember, kandungan klorofil-a di laut Timor kembali berkurang.
Tabel 3. Menampilkan nilai klorofil-a rata-rata bulanan hasil ekstraksi citra satelit MODIS di ke-13 titik sampel yang sama dengan lokasi koordinat pengambilan sampel pelayaran ATSEA di laut Timor. Dari Tabel 3. diperoleh informasi bahwa klorofil-a hasil pengolahan data MODIS Kesuburan tertinggi untuk seluruh stasiun relatif homogen, yaitu terjadi pada bulan Juni-Juli-Agustus. Hal ini dimungkinkan bahwa saat musim timur atau musim kemarau, sehingga di laut Timor banyak terdapat produktivitas fitoplankton akibat pengaruh suhu dan pancaran sinar matahari yang tinggi (Sachoemar, 2006).
Pada bulan Desember-Januari-Februari tingkat kesuburan di seluruh stasiun rendah. Bulan ini merupakan masa peralihan dari musim basah menuju kering, dimana suhu permukaan laut rendah, juga energi matahari yang kurang.
Nilai kandungan klorofil-a tertinggi terjadi di stasiun-1 dengan besaran rata-rata tahunan 0,280 mg/m3 per tahun. Apabila dilihat dari posisi, stasiun-1 berada di dekat pesisir kota Kupang, sehingga pengaruh aktivitas antrophogenik diduga membuat area tersebut menjadi subur.
Stasiun-3 memiliki kandungan klorofil-a rata-rata tahunan terkecil yaitu 0,127 mg/m3 per tahun. Hal ini disebabkan karena posisi stasiun 3 berada di laut dalam dan relatif jauh dari daratan, sehingga supply nutrisi menjadi sedikit.
Tabel 3. Hasil pengkuruan klorofil dengan MODIS (mg/m3)
STASIUN B U L A N J F M A M J J A S O N D 1 0.208 0.138 0.136 0.140 0.318 0.610 0.650 0.533 0.307 0.146 0.096 0.079 2 0.034 0.104 0.090 0.110 0.144 0.126 0.361 0.222 0.137 0.119 0.087 0.106 3 0.140 0.106 0.099 0.104 0.120 0.122 0.282 0.185 0.152 0.107 0.091 0.016 4 0.160 0.121 0.133 0.218 0.174 0.155 0.291 0.319 0.184 0.208 0.114 0.066 5 0.171 0.108 0.136 0.117 0.155 0.182 0.220 0.192 0.169 0.127 0.091 0.087 6 0.196 0.105 0.134 0.106 0.134 0.131 0.237 0.213 0.137 0.126 0.098 0.062 7 0.081 0.225 0.127 0.113 0.202 0.244 0.342 0.190 0.154 0.099 0.107 0.053 8 0.079 0.318 0.162 0.145 0.230 0.408 0.903 0.148 0.192 0.110 0.111 0.030 9 0.127 0.138 0.150 0.108 0.113 0.176 0.287 0.210 0.205 0.123 0.105 0.094 10 0.011 0.134 0.125 0.105 0.086 0.285 0.263 0.334 0.159 0.105 0.126 0.046 11 0.009 0.177 0.129 0.118 0.120 0.426 0.321 0.498 0.190 0.096 0.140 0.126 12 0.010 0.281 0.162 0.099 0.155 0.243 0.393 0.185 0.196 0.198 0.155 0.020 13 0.010 0.080 0.163 0.081 0.211 0.310 0.457 0.628 0.146 0.195 0.101 0.057
Validasi data MODIS dengan data Konvensional
Untuk mengetahui akurasi data hasil Citra MODIS, maka disusun ratio atau pembandingan konsentrasi klorofil hasil pengukuran citra MODIS dengan hasil pengukuran metode konvensional pada lokasi dan waktu yang sama, dan hasilnya disajikan pada Tabel-4. Tabel 4 menunjukkan bahwa perbedaan hasil pengukuran kandungan klorofil-a Laut Timor di bulan Mei 2010 antara citra MODIS dan metode konvensional.
Tabel 4. Perbandingan data klorofil dengan MODIS dengan data konvensional di bulan Mei 2010 KONSENTRASI KLOROFIL-A (mg/m3) St.1 St.2 St.3 St.4 St.5 St.6 St.7 St.8 St.9 St.10 St.11 St.12 St.13 MODIS (M) 0,32 0,14 0,12 0,17 0,16 0,13 0,20 0,23 0,11 0,09 0,12 0,16 0,21 KONVENSIONAL (K) 0,35 0,45 0,35 0,43 0,42 0,45 0,31 0,32 0,32 0,20 0,31 0,41 0,31 RASIO (M/K) 91,4 31,1 34,3 39,5 38,1 28,9 64,5 71,9 34,4 45,0 38,7 39,0 67,7
Tabel-4 menunjukkan bahwa rasio MODIS:konsvensional berkisar antara 28,9% (stasuin 6) sampai 91,4 % (stasiun-1). Hal tersebut mengungkapkan bahwa konsentrasi klorofil hasil pengukuran citra MODIS memiliki nilai minimun 28,9 % dan paling besar 91,4 % klorofil hasil metode konvensional. Mencermati lebih detail Tabel-4 maka didapat bahwa citra MODIS di di 8 stasiun menghasilkan nilai klorofil lebih kecil 40% persen dari metode konvensional dan di 5 stasiun lebih besar dari 40%. Akhirnya, berdasarkan rata-rata semua stasiun terungkap bahwa nilai konsentrasi klorofil-a hasil dari citra MODIS nilainya hanya 48 ± 19,3 % dari hasil metode konvensional.
Kesimpulan
Dari hasil pembahasan diperoleh bahwa konsentrasi klorofil-a berdasarkan citra MODIS di laut Timor pada tahun 2010 berkisar antara 0,01 – 0,903 mg/m3.
Validasi Data MODIS dengan metoda konvensional menggunakan data bulan Mei 2010, mengungkapkan bahwa pengukuran dengan citra MODIS menghasilkan nilai konsentrasi klorofil-a rata-rata 48 ± 19,3 % nilai pengukuran klorofil-a dengan metode konvensional.
Dengan demikian jika ingin melihat sebaran klorofil-a yang mendekati kondisi sebenarnya di laut Timor pada tahun 2010, nilai-nilai klorofil-a dari citra MODIS perlu dikalikan dengan angka 100/48.
Ucapan Terimakasih
Ucapan terima kasih penulis haturkan kepada Bapak DR. Tony Wagey selaku direktur ATSEA cruise yang memberi kesempatan kepada penulis untuk bergabung dalam tim peneliti ATSEA. DR. Mati Kahru yang telah memberikan data MODIS tahun 2010 dan izin penggunaan trial software WIM. Juga kepada Prof. Yudhi S. Garno yang telah membimbing penulis dalam diklat fungsional peneliti pertama gelombang X tahun 2013.
Daftar Pustaka
Anonim 2012, Statistik Perikanan Tangkap Indonesia 2011, Direktorat Jenderal Perikanan Tangkap – KKP, Jakarta, 182 hal.
ATSEA , 2010, ATSEA Cruise Report, ATSEA Program, Jakarta, 214 pp
http://www.chm.bris.ac.uk/motm/chlorophyll/chlorophyll_h.htm, diakses tanggal 24 Juni 2013 http://modis.gsfc.nasa.gov/about/specifications.php, diakses tanggl 24 Juni 2013
Kahru M., 2011, Introduction to Ocean Color Radiometry, Its Practical Applications and Data, Scripps Institution of Oceanography, University of California San Diego La Jolla, California.
Lubis M.S., dkk., 2006, Buku 1: Potret Sumberdaya Kawasan Laut Arafura dan Laut Timor, ATSEF, Jakarta.
Melo-Magalhaes, E.M, Moura, A. N., Medeiros, P. R. P., Lima, E. L. R., Koening, M.L. 2011. Phytoplankton of The Sao Fransisco River Estuarine Region (Northeastern Brazil): A Study of Its Diversity. Braz. J. Aquat. Sci. Technol. 15(1):95-105.
NOWPAP CAERAC, 2011, Training course of remote sensing materials, Vladivostok, Russia
Ramdhan M., & Simon, 2010, Karakteristik Oseanografi Fisik Laut Timor, Jurnal Segara, vol 6-II, P3SDLP, hal 129-140.
Sachoemar I.S., 2006. Pemanfaatan Sensor Coastal Zone Color Scanner (CZCS) dan Ocean Color and Temperature Scanner (OCTS) Dalam Identifikasi Kesuburan Perairan dan Daerah Penangkapan Ikan, Jurnal Hidrosfir ,vol I, BPPT, hal 91-97.
Sambodo K.A., 2005. Pemanfaatan Data Satelit MODIS untuk Ekstraksi Konsentrasi Klorofil Di Wilayah Perairan Sekitar Pulau Jawa dan Selat Bali, Jurnal Widyariset, vol 8, LIPI, hal 187-194.
Savtchenko, A. et al., 2004. Terra and Aqua MODIS products available from NASA GES DAAC. , 34, pp.710–714.
Stacey, N. (editor), S. Nurhakim, D. Nugroho, H. Soselisa, B. Resosudarmo, O. Kalis, J. Monteiro, J. Prescott, J. Martin, & J. Karam, 2011, Socio-economic Profile of the Arafura and Timor Seas. ATSEA Program, Jakarta, 135 ps.
