PEMODELAN GEOID DARI DATA SATELIT GRACE

PEMODELAN GEOID

DARI DATA SATELIT GRACE

STUDI KASUS : WILAYAH INDONESIA

ABDULLAH SUSANTO 3506 100 035

PEMBIMBING : DR. Ir. M. TAUFIK

1955 0919 1986 03 1001 EKO YULI HANDOKO 1974 0727 2000 03 1001

PENDAHULUAN

LATAR BELAKANG

Geoid memiliki peranan penting dalam kajian ilmu Geodesi, khususnya Geodesi Fisik. Untuk keperluan penentuan geoid, diperlukan data gaya berat di seluruh permukaan bumi. Dalam ruang lingkup regional, kendala yang ditemui untuk menentukan geoid di wilayah Indoenesia adalah kurang tersedianya data gaya berat.

Menurut Prijatna [1998], untuk mendapatkan geoid teliti di Indonesia selain diperlukan data gaya berat yang teliti dan rapat. Diperlukan juga teknik diperlukan data gaya berat yang teliti dan rapat. Diperlukan juga teknik penentuan geoid yang lebih tepat dan sesuai dengan kondisi wilayah kepulauan.

Selanjutnya, menurut Prijatna [2008], penentuan geoid Indonesia saat ini

hendaknya memanfaatkan data dari satelit GRACE (Gravity Recovery and

Climat Experiment) yang datanya dapat digunakan hingga beberapa tahun

ke depan. Data dari satelit GRACE dapat mendeteksi variasi densitas massa bumi terhadap undulasi geoid dengan menggunakan data koefisien

PENDAHULUAN

RUMUSAN MASALAH

Bagaimana mendapatkan

model geoid

model geoid

di

wilayah Indonesia

PENDAHULUAN

BATASAN MASALAH

• Pemodelan geoid untuk wilayah Indonesia dengan koordinat geografis 6˚LU – 11˚LS dan 95˚BT – 141˚BT.

• Data yang digunakan adalah data satelit GRACE Level-2 Release 04 dari institusi GFZ (Nmax=120) tahun 2004 – 2009, kecuali Januari 2004 dan institusi GFZ (Nmax=120) tahun 2004 – 2009, kecuali Januari 2004 dan Desember 2009.

• Data pembanding adalah undulasi geoid model EGM96 dan EGM2008.

PENDAHULUAN

TUJUAN

Mendapatkan

model geoid

GEOID

Geoid merupakan suatu dasar dari ilmu Geodesi, Oseanografi, dan

mempelajari bumi secara fisik (Geophysics). Di Geodesi dan Oseanografi, geoid dianggap sebagai suatu referensi permukaan ketinggian untuk

mendeskripsikan topografi daratan dan permukaan laut atau SST (Sea

Surface Topography). Sedangkan di Geophysics, geoid digunakan untuk

merepresentasikan distribusi massa di bawah permukaan bumi. Untuk merepresentasikan distribusi massa di bawah permukaan bumi. Untuk aplikasi ketiga bidang tersebut, dibutuhkan geoid dengan ketelitian yang cukup tinggi [Torge, 2001].

Geoid disebut sebagai model bumi yang mendekati sesungguhnya. Selanjutnya geoid didefinisikan sebagai suatu permukaan ekipotensial gaya berat

(disebut juga bidang nivo) yang secara global mendekati permukaan laut rata- rata [Kahar, 2008].

PEMODELAN GEOID

POTENSIAL GAYA BERAT

Pemodelan geoid bisa dilakukan dengan 2 cara :

1. Pemetaan gaya berat di permukaan bumi

2. Pemetaan undulasi

MODEL GEOID

POTENSIAL GAYA BERAT

PEMODELAN UNDULASI GEOID

•

Undulasi geoid dapat ditentukan dengan menggunakan integral

Stokes dan deret bola harmonik.

•

Undulasi geoid yang ditentukan dengan deret bola harmonik

dinyatakan berdasarkan rumus deret bola harmonik dan

dinyatakan berdasarkan rumus deret bola harmonik dan

menggunakan koefisien geopotensial sebagai data.

( )

(

)

_               +       + =

∑

∞

∑

= = − − − 2 0 sin sin cos 1 , n n m nm nm nm n P m S m C r a r GM N λ λ ϕ γ λ ϕ

SATELIT GRACE

GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment) merupakan sistem satelit gravimetri hasil kerjasama antara NASA (National Aeronauticsand Space

Administration) di Amerika Serikat dengan DLR (Deutsches Zentrum für Luft-und Raumfahrt) di Jerman. Satelit ini dalam pengamatannya tidak

menggunakan pantulan gelombang elektromagnetik, tetapi menggunakan pengukuran jarak dengan gelombang mikro untuk mendapatkan

pengukuran jarak dengan gelombang mikro untuk mendapatkan pengukuran teliti [Andreas, 2006].

Satelit GRACE diluncurkan pada 17 Maret 2002 di Rusia. Satelit ini terdiri dari 2 buah satelit. Tujuan utama dari misi satelit GRACE ini yaitu untuk menyediakan informasi yang cukup akurat dari model gaya berat bumi untuk jangka waktu proyek selama 5 tahun.

SATELIT GRACE

Teknik dari GRACE ini yaitu mendeteksi perubahan gaya berat bumi dengan cara memonitor perubahan jarak yang terjadi antara pasangan 2 satelit pada orbitnya. Kedua satelit ini saling melaju pada jalur orbit dengan jarak

antara kedua satelit sekitar 220 km. kedua satelit ini terkoneksi oleh K-band

microwave link untuk menghitung perbedaan jaraknya secara pasti dan

seberapa besar perubahannya dengan akurasi lebih baik dari 1 µm/s. seberapa besar perubahannya dengan akurasi lebih baik dari 1 µm/s.

KESALAHAN DATA SATELIT GRACE

• Akurasi pengukuran GRACE dipengaruhi oleh beberapa kesalahan, terdiri dari kesalahan system noise (gangguan perambatan) dan kesalahan orbit [Wahr et al., 1998]. Kesalahan system noise berasal dari kesalahan

pengukuran gelombang mikro pada satellite-to-satellite, kesalahan

accelerometer dan kesalahan pada ultrasable oscillator (komponen satelit

GRACE). Pengaruh dari kesalahan ini dapat dihitung dan digunakan untuk GRACE). Pengaruh dari kesalahan ini dapat dihitung dan digunakan untuk mendapatkan formulasi baru atau koreksi terkait dengan akurasi data

GRACE.

• Pada derajat tinggi koefisien bola harmonik (dengan komponen panjang gelombang pendek) dipengaruhi oleh kesalahan yang berhubungan dengan jalur orbit satelit GRACE (near polar) [Wahr et al., 1998; Chen et al.,

2005]. Kesalahan ini mencerminkan kelemahan satelit GRACE. Untuk mereduksi tampilan garis- garis pada hasil model, biasanya dilakukan perataan secara spasial atau smoothing.

METODOLOGI

LOKASI PENELITIAN

wilayah Indonesia yang terletak di posisi geografis

6°08‘00” LU - 11°15‘00” LS, dan 94°45‘00” BT - 141°05' 00” BT

D I A G R A M A L I R

M

E

T

O

D

O

D a t a L e v e l - 2 K o e f is ie n G e o p o t e n s ia l P e m ilih a n D a t a I n p u t P a r a m e t e r P e r h it u n g a n U n d u la s i U n d u la s i G e o id ( F o r m a t B in e r ) K o n v e r s i D a t a F o r m a t B in e r - M a t r ik D a t a U n d u la s i E G M 9 6 d a n E G M 2 0 0 8 R P E N G O L H A N

O

L

I

G

I

U n d u la s i G e o id ( F o r m a t M a t r ik ) P e m o d e la n U n d u la s i C r o p p in g A r e a M o d e l U n d u la s i G e o id I n d o n e s ia P e m o d e la n U n d u la s i C r o p p in g A r e a M o d e l U n d u la s i G e o id I n d o n e s ia P e r b a n d in g a n M o d e l U n d u la s i G e o id A n a lis a

HASIL DAN ANALISA

PEMODELAN UNDULASI GEOID

• Undulasi geoid dimodelkan terhadap beberapa nilai derajat maksimum dengan variasi nilai meliputi 30, 60, 90, dan 120 dalam satuan meter.

HASIL DAN ANALISA

PEMODELAN PERUBAHAN UNDULASI GEOID

• Modelan perubahan atau selisih undulasi geoid dilakukan dengan formulasi pengurangan nilai undulasi geoid antara dua bulan yang saling berurutan dalam satuan meter.

HASIL DAN ANALISA

HASIL PEMODELAN DENGAN Nmax=30

Model Undulasi Geoid Januari 2008 (Nmax=30)

Selisih Undulasi Geoid Januari – Pebruari 2008 (Nmax=30)

HASIL DAN ANALISA

HASIL PEMODELAN DENGAN Nmax=60

Model Undulasi Geoid Januari 2008 (Nmax=60)

Selisih Undulasi Geoid Januari – Pebruari 2008 (Nmax=60)

HASIL DAN ANALISA

HASIL PEMODELAN DENGAN Nmax=90

Model Undulasi Geoid Januari 2008 (Nmax=90)

Selisih Undulasi Geoid Januari – Pebruari 2008 (Nmax=90)

HASIL DAN ANALISA

HASIL PEMODELAN DENGAN Nmax=120

Model Undulasi Geoid Januari 2008 (Nmax=120)

Selisih Undulasi Geoid Januari – Pebruari 2008 (Nmax=120)

HASIL DAN ANALISA

ANALISA MODEL GEOID DI INDONESIA

• Undulasi di wilayah Indonesia sangat variatif.

• Nilai positif secara dominan terdapat di wilayah Indonesia bagian tengah sampai ke timur. Dapat dikatakan bahwa permukaan geoid pada daerah tersebut terletak di atas ellipsoid referensi.

• Sedangkan nilai negatif dominan terdapat di wilayah Indonesia bagian

• Sedangkan nilai negatif dominan terdapat di wilayah Indonesia bagian barat tepatnya di daerah Pulau Sumatera Samudera Hindia. Nilai undulasi geoid negatif menyatakan bahwa permukaan geoid pada daerah tersebut terletak di bawah permukaan ellipsoid referensi.

• Undulasi bernilai nol menjelaskan bahwa pada daerah tersebut permukaan geoid dan ellipsoid referensi berimpit. Yang mana nilai potensial dari kedua permukaan (geoid dan ellipsoid) adalah sama.

HASIL DAN ANALISA

ANALISA MODEL GEOID DI INDONESIA

• Pada bulan Nopember 2009, pada derajat 120 nilai maksimum adalah 83,7504 meter di daerah Papua. Sedangkan nilai minimum adalah -105,9858 meter di daerah Samudera Hindia.

• Untuk derajat 30, nilai maksimum adalah 79,1921 meter dan nilai minimum adalah -104,2627 meter pada lokasi yang sama.

HASIL DAN ANALISA

ANALISA PERUBAHAN UNDULASI GEOID

•Titik 1 terletak di Indonesia Barat (Samudera Hindia). Pada tanggal 26 Desember 2004, terjadi gempa berskala 9,1 SR (U.S. Geological Survey).

Persebaran Titik Sampling

•Titik 2 terletak di laut selatan Pulau Jawa

(Pangandaran). Pada tanggal 17 Juli 2006 terjadi gempa berskala 7,6 SR (U.S. Geological Survey).

•Titik 3 terletak di Samudera Pasifik (utara Papua). Pada tanggal 3 Januari 2009 terjadi gempa

HASIL DAN ANALISA

TITIK 1, SAMUDERA HINDIA

Perubahan undulasi terbesar

Nmax=30 terjadi pada bulan Oktober 2009. Nmax=60 terjadi pada Juni 2004.

Nmax=90 terjadi pada bulan Januari 2006. Nmax=120 terjadi pada bulan Juli 2009.

Pada selang waktu tahun 2004-2009, perubahan rata- rata terbesar

Variasi Nilai Perubahan Undulasi Geoid Di Indonesia Barat (Samudera Hindia) Tahun 2004-2009

Diagram Perbandingan Nilai Rata- Rata Perubahan Undulasi Di Indonesia Barat

(Samudera Hindia) Tahun 2004-2009

perubahan rata- rata terbesar

Nmax=30 terjadi pada tahun 2004 dan 2009. Nmax=60 terjadi pada tahun 2004.

Nmax=90 terjadi pada tahun 2004. Nmax=120 terjadi pada tahun 2009.

Kejadian gempa bulan Desember 2004 tidak berdampak besar pada perubahan undulasi geoid. Perubahan terbesar tidak terjadi pada sekitar waktu kejadian gempa. Tetapi, nilai rata- rata tiap tahun menunjukkan perubahan terbesar terjadi pada tahun kejadian.

HASIL DAN ANALISA

TITIK 2, LAUT SELATAN P. JAWA - PANGANDARAN

Perubahan undulasi terbesar

Nmax=30 terjadi pada bulan Oktober 2009. Nmax=60 terjadi pada Oktober 2005.

Nmax=90 terjadi pada bulan Nopember 2009. Nmax=120 terjadi pada bulan Oktober 2009.

Pada selang waktu tahun 2004-2009,

Variasi Nilai Perubahan Undulasi Geoid Di Laut Selatan Pulau Jawa, Pangandaran Tahun 2004-2009

Diagram Perbandingan Nilai Rata- Rata Perubahan Undulasi Di Laut Selatan Pulau Jawa, Pangandaran Tahun 2004-2009

perubahan rata- rata terbesar

Nmax=30 terjadi pada tahun 2009. Nmax=60 terjadi pada tahun 2005. Nmax=90 terjadi pada tahun 2009. Nmax=120 terjadi pada tahun 2009. Kejadian gempa bulan Juli 2006 tidak berdampak besar terhadap perubahan nilai undulasi geoid. Perubahan terbesar tidak terjadi pada sekitar waktu kejadian gempa.

HASIL DAN ANALISA

TITIK 3, MANOKWARI - PAPUA

Perubahan undulasi terbesar

Nmax=30 terjadi pada bulan Maret 2008. Nmax=60 terjadi pada Desember 2005.

Nmax=90 terjadi pada bulan Nopember 2007. Nmax=120 terjadi pada bulan Juli 2009.

Pada selang waktu tahun 2004-2009,

Variasi Nilai Perubahan Undulasi Geoid Di Manokwari, Papua Tahun 2004-2009

Diagram Perbandingan Nilai Rata- Rata Perubahan Undulasi Di Manokwari, Papua Tahun 2004-2009

Pada selang waktu tahun 2004-2009, perubahan rata- rata terbesar

Nmax=30 terjadi pada tahun 2008. Nmax=60 terjadi pada tahun 2006. Nmax=90 terjadi pada tahun 2007. Nmax=120 terjadi pada tahun 2006.

Kejadian gempa bulan Januari 2009 tidak berdampak besar terhadap perubahan nilai undulasi geoid. Perubahan terbesar tidak terjadi pada sekitar waktu kejadian gempa.

HASIL DAN ANALISA

ANALISA PERUBAHAN UNDULASI GEOID

Analisa Perubahan Undulasi Geoid Dari Movie Model Tahun 2004-2009

Peta Tapal Lempeng Di Indonesia

Aktifitas seismik

merupakan salah satu faktor terjadinya

perubahan undulasi geoid pada pemodelan geoid

HASIL DAN ANALISA

ANALISA PENGGUNAAN Nmax PADA HASIL MODEL

• Terdapat perbedaan hasil model undulasi geoid secara visual.

• Terdapat perbedaan nilai undulasi dan perubahan undulasi geoid pada derajat maksimum (Nmax) yang berbeda pada titik dan waktu yang sama.

• Semakin besar derajat maksimum, maka semakin besar pula nilai perubahan undulasi pada titik yang sama.

• Pola variasi nilai undulasi geoid pada setiap nilai derajat maksimum juga

• Pola variasi nilai undulasi geoid pada setiap nilai derajat maksimum juga berbeda.

HASIL DAN ANALISA

ANALISA PENGGUNAAN Nmax PADA HASIL MODEL

• Untuk satelit GRACE, semakin besar nilai derajat bola harmonik maka kesalahannya juga semakin besar sampai batas derajat maksimum 150.

Perbandingan Undulation Geoid High Error (Sumber : GFZ-Potsdam)

HASIL DAN ANALISA

ANALISA PENGGUNAAN Nmax PADA HASIL MODEL

Nmax = 30

• Efek kesalahan bisa terlihat ketika nilai undulasi geoid diselisihkan atau pada model perubahan geoid. Dimana hasil model perubahan undulasi geoid masih terlihat memanjang secara vertikal dari arah utara ke selatan. Pola tersebut sama dengan pola orbit satelit GRACE.

HASIL DAN ANALISA

PERBANDINGAN HASIL MODEL

HASIL

PEMODELAN

MODEL EGM96 &

EGM2008

• EGM96 (Nmax=360) & EGM 2008 (Nmax=2190) merupakan suatu model gaya berat yang mana sumber data dari model EGM2008 meliputi : data dari satelit GRACE, Altimetri, dan Gaya Berat .

• Data EGM96 diambil dari aplikasi bahasa Fortran dari NGA.

• Data EGM2008 diambil dari Alltrans EGM2008 yang mampu

menyediakan data undulasi geoid terhadap koordinat geografis (φ, λ, N) dan aplikasi bahasa Fortran dari NGA.

HASIL PEMODELAN

MODEL EGM2008 MODEL EGM96

HASIL DAN ANALISA

PERBANDINGAN HASIL MODEL

Tabel Perbandingan Nilai Undulasi Geoid (Meter)

Hasil Pemodelan Bulan April 2008 Dengan Model EGM96 dan EGM 2008

Lokasi Nmax=30 Nmax=60 Nmax=90 Nmax=120 EGM 2008 EGM96

Samudera Hindia -31.9501 -33.5476 -33.1039 -33.4574 -36.121 -34.702 -34.703 -36.667 -33.989

Nias -24.6178 -24.6054 -25.8732 -26.9132 -27.135 -26.55 -26.629 -27.395 -27.106

Pangandaran 2.0555 -1.3744 -4.6305 -6.697 -5.745 -5.572 -5.561 -6.011 -5.857

Padang -4.9447 -4.7681 -4.9632 -4.4962 -6.376 -7.642 -7.625 -6.748 -7.931

Manukwari 71.3725 74.5339 75.9031 76.4381 79.386 79.433 79.38 78.062 78.109

PENUTUP

KESIMPULAN

• Undulasi geoid di wilayah Indonesia sangat bervariasi. Pada bulan

Nopember 2009, pada derajat 120 nilai maksimum adalah 83,7504 meter di daerah Papua. Sedangkan nilai minimum adalah -105,9858 meter di daerah Samudera Hindia. Sedangkan untuk derajat 30, nilai maksimum adalah

79,1921 meter dan nilai minimum adalah -104,2627 meter pada lokasi yang sama. Variasi hasil pemodelan terlihat dari penggunaan nilai derajat

maksimum yang berbeda pada proses perhitungan undulasi geoid.

• Semakin tinggi derajat maksimum yang digunakan, semakin tinggi pula

• Semakin tinggi derajat maksimum yang digunakan, semakin tinggi pula kesalahan yang ditimbulkan.

• Pemodelan geoid dari data satelit GRACE dengan metode ini belum bisa mendeteksi variabilitas undulasi geoid karena faktor gempa tektonik di wilayah Indonesia, khususnya perubahan secara bulanan (monthly

variability).

• Aktifitas seismik merupakan salah satu faktor terjadinya perubahan undulasi geoid pada model geoid.

PENUTUP

SARAN

• Untuk menghilangkan efek kesalahan, hendaknya dilakukan filtering dari hasil pemodelan, khususnya pada model perubahan undulasi geoid.

• Untuk ketelitian dan validasi pemodelan geoid, lebih lanjut studi geoid dilakukan dengan perbandingan Institusi SDS (Science Data System) atau dengan pemanfaatan aplikasi satelit gravimetri lainnya.

dengan pemanfaatan aplikasi satelit gravimetri lainnya.

• Pengembangan aplikasi misi satelit GRACE untuk keperluan praktis lainnya.

DAFTAR PUSTAKA

Arumsari, M.E. 2009. Pemanfaatan Filter Gauss Untuk Studi Spasio-Temporal Geoid Dari Data Satelit GRACE. ITB. Bandung. Andreas, H., 2006. Satelit Gravimetry, <URL : http://geodesy.gd.itb.ac.id/?page_id=501. Dikunjungi pada tanggal 30 Oktober

2006, jam 17.36.

Anjasmara, I.M., 2006. Temporal Variability of the Earth’s Gravity Field Observed by GRACE. Surveying/Mapping Project 690. Postgraduate Diploma.

Chen, J. l., C. R. Wilson, J. S. Famiglietti, and M. Rodell. 2005. Spatial sensitivity of the Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) time-variable gravity observations. Journal of Geophysical Research 110:B08408.

Kahar, J. 2008. Geodesi. Bandung : ITB.

Prijatna, K. 1998. A Strategy for Geoid Determination in the Indonesian Archipelago. DEOS Progress Letter (Ed.: R. Klees), No. Prijatna, K. 1998. A Strategy for Geoid Determination in the Indonesian Archipelago. DEOS Progress Letter (Ed.: R. Klees), No.

9.1, Delft Univ. Press.

Prijatna, K. 2008. Komunikasi Pribadi.

Wahr, John, Mery Moleenar, dan Frank Bryan. 1998. “Time Variability of the Earth’s Gravity Field : Hydrological and Oceanic Effects and Their Possible Dtection Using GRACE”. Jurnal of Geophysical Research, 10 Desember, Vol. 103, No. B12, 30.205-30.229.

Wolfgang Torge. 1980. Geodesy, Walter de Gruyter, New York, Berlin.

http://podaac.jpl.nasa.gov/pub/grace/ . Dikunjungi pada tanggal 24 Desember 2009, pukul 05.37.

http://icgem.gfz-postdam.de/ICGEM/ICGEM.html. Dikunjungi pada tanggal 5 Maret 2010, pukul 05.15.

http://www.csr.utexas.edu/grace/. Dikunjungi pada tanggal 8 Maret 2010, pukul 05.04.

TERIMA KASIH…………

TERIMA KASIH…………

TERIMA KASIH…………

TERIMA KASIH…………