1. PENDAHULUAN
Radar singkatan dari radio detecting and ranging, nama tersebut diberikan oleh militer USA pada saat perang dunia kedua. Radar memancarkan pulsa gelombang elektromagnetik untuk mendeteksi target, dan jumlah penerimaan sinyal yang dipantulkan kembali ke antena hanya membutuhkan sedikit energi. Radar berfungsi mendeteksi kondisi cuaca secara nyata (real time), namun tidak memprediksi.
Ada beberapa tipe radar yang difungsikan untuk pengamatan cuaca. Tipe Doppler adalah yang paling umum dikenal meski teknologi ini sudah termasuk lama. Tipe radar cuaca dengan menggunakan teknologi bistatic atau dual-polarization merupakan teknologi terbaru. Salah satu kemampuan pengamatan citranya adalah menghasilkan
Radar Cuaca untuk Pengamatan
Pertumbuhan Awan
Noersomadi - Pusat Sains dan Teknologi Atmosfer e-mail: noersomadi@lapan.go.id
bentuk awan dalam tiga dimensi. Kemampuan lain dari radar dual polarisasi adalah dapat mendeteksi kecepatan angin seperti dalam selubung tornado ataupun siklon.
Berdasarkan tipenya, radar dibagi menjadi dua yaitu: radar profiler dan scanner. Profiler yakni tipe radar yang menghasilkan satu profil atmosfer, contohnya Equatorial Atmosphere Radar (EAR) yang dimiliki oleh LAPAN. Scanner, yaitu tipe radar yang sering dijumpai dengan keluaran hasil berupa pemindaian suatu bidang horizontal atau vertikal. Transportable X-band Doppler Radar, yang berada di Pusat Sains dan Teknologi Atmosfer (PSTA) – LAPAN adalah salah satu contoh radar scanner.
2. RADAR CUACA PSTA
Radar cuaca PSTA menggunakan antena parabolik bekerja pada frekuensi 9,4 GHz. Panjang gelombang yang dipancarkan adalah 3,19 cm dengan lebar beam dalam arah azimut dan elevasi sebesar 1,7o. Radar ini dapat
melakukan pengamatan di tengah lapangan karena dilengkapi dengan sistem generator untuk sumber tenaga listrik. Terdapat dua sistem komputer di dalam ruang kontrol radar. Sistem komputer yang pertama untuk mengendalikan (mematikan dan menghidupkan) radar, termasuk mengontrol antena parabolik. Sistem komputer kedua terhubung dengan komputer pertama melalui jaringan lokal untuk penyimpanan data hasil pengamatan. Kedua sistem komputer ini bekerja menggunakan piranti lunak berbasis Linux. Foto sistem komputer pada ruang kontrol radar diperlihatkan pada Gambar 2.1.
Gambar 1.2. Transportable X-band Doppler Radar Pusat Sains dan Teknologi Atmosfer. (foto diambil pada saat melakukan observasi di Pameungpeuk selama bulan Februari
Pada dasarnya terdapat dua macam tipe pengamatan radar pemindai ini, yakni pengamatan horizontal yang disebut Plan Position Indicator (PPI) dan vertikal atau Range Height Indocator (RHI). PPI menghasilkan data bidang horizontal, dimana bentuk sapuan radar menyerupai kerucut terbalik. Artinya, data pada rentang yang lebih dekat dengan titik radar merupakan data pada ketinggian yang lebih rendah dibandingkan dengan titik yang berada pada jarak radius yang semakin jauh. Penjelasan skema pengamatan PPI dapat dilihat pada Gambar 2.2. Jika sudut elevasi lebih dari nol derajat, maka gelombang elektromagnetik yang terpancar akan menembak obyek di posisi yang lebih tinggi untuk jarak
horizontal yang lebih jauh dari titik pengamatan radar. Pada Gambar 2.1, ketinggian obyek A (hA) lebih rendah dari ketinggian obyek B (hB). Jika pengamatan dilakukan pada beberapa sudut elevasi, maka dari hasil observasi PPI ini dapat dikeluarkan produk Constant Altitude Plan Position Indicator (CAPPI). Data CAPPI merupakan data yang menunjukkan hasil pengamatan radar pada ketinggian yang sama. Misal CAPPI 3 km, maksudnya adalah data hasil scan radar di ketinggian 3 km. Gambar 2.3 menunjukkan contoh data CAPPI di ketinggian 3 km.
Model scan RHI menghasilkan data elevational equidistant atau bidang irisan vertikal. Radar mendeteksi obyek pada sudut azimut tertentu dalam rentang sudut elevasi. Sudut elevasi minimum dan maksimum berturut-turut 0o dan 90o. Kelebihan model scan ini adalah dapat
mengamati lebar dan tinggi awan pada waktu yang sama. Hasil ini berbeda dengan kumpulan data PPI dari beberapa sudut elevasi dan kemudian diambil pada sudut azimut tertentu. Sebab, setiap satu putaran radar untuk pengamatan PPI memerlukan waktu, sehingga
waktu yang ditunjukkan pada titik azimut yang sama adalah berbeda. Beda waktu tersebut bergantung pada kecepatan putaran radar. Misal, radar diatur dengan kecepatan putaran 18o per detik, berarti satu putaran
memerlukan waktu 20 detik. Jika radar melakukan pengamatan tiap 0,2o, maka obyek yang diamati pada
setiap elevasi 1o memiliki beda waktu seratus detik.
Adapun pengamatan RHI, obyek pada azimut tertentu (hampir) diamati pada waktu yang sama. Hal tersebut bergantung pada kecepatan sudut kenaikannya. Misal RHI dengan kecepatan kenaikan sudut elevasi sepuluh per detik, maka beda waktu obyek pada setiap elevasi hanya satu detik, sebab satu sapuan RHI dari sudut 0o sampai
dengan 80o hanya memerlukan waktu 80 detik. RHI dapat
mendeteksi lapisan peleburan di ketinggian tertentu. Oleh karena itu, secara kasar dapat dilihat bentuk irisan awan dan dideteksi puncak ketinggiannya. Contoh data RHI diperlihatkan pada Gambar 2.4. Terlihat bahwa hasil scan tersebut menggambarkan irisan awan dengan puncak awan mencapai ketinggian lebih dari 15 km.
Data mentah dari hasil pengamatan radar cuaca terdiri atas tiga parameter. Parameter utama adalah reflektivitas (Z) dengan satuan dB (desibel) atau biasanya ditampilkan dalam satuan dBz (dBz = 10 x log dB). Parameter kedua yaitu kecepatan doppler dengan satuan m/s. Parameter ini juga biasa disebut sebagai kecepatan radial atau angin radial. Pergerakan awan yang disebabkan oleh angin menyebabkan perubahan frekuensi yang diterima oleh antena radar. Berdasarkan hal tersebut, kecepatan angin radial dapat diestimasi melalui perbedaan frekuensi yang diterima (efek Doppler). Data kecepatan radial menunjukkan arah angin dominan yang tampak beraturan. Dalam hal ini, nilai negatif dari kecepatan radial menunjukkan bahwa angin mendekati pusat titik pengamatan radar, sebaliknya nilai positif dari kecepatan radial menunjukkan bahwa angin menjauhi pusat titik pengamatan radar. Interval nilai hasil pengamatan radar adalah -14 m/s sampai dengan 14 m/s (m/s = meter per detik). Parameter ketiga disebut lebar spektrum (spectrum width). Apabila tetes air yang terkandung dalam awan semakin banyak, maka gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh radar akan diserap dan dipantulkan kembali ke antena radar. Semakin banyak yang dipantulkan kembali, maka akan semakin meningkatkan frekuensi balikan. Hal ini akan semakin meningkatkan pula nilai lebar spektrum yang direpresentasikan dalam satuan m/s. Parameter spectrum width digunakan untuk menganalisis turbulensi dalam awan. Spectrum width menunjukkan arah yang tidak beraturan dan interval nilainya di antara -3 m/s sampai dengan 3 m/s.
Gambar 2.2. Skema Plan Position Indicator (PPI) yang mendeteksi obyek A dan B. Hasil observasi PPI disebut azimuthal equidistant
Contoh data tiga parameter radar diperlihatkan pada Gambar 2.3 (data CAPPI di ketinggian 3 km), yakni hasil observasi di wilayah Bandung pada 14 Maret 2013 pukul 16.00 WIB. Terlihat bahwa terdapat awan strato-cumulus dalam cakupan pengamatan radar yang diindikasikan oleh data dengan nilai reflektivitas di bawah 40 dBz. Namun terdapat awan cumulus kecil di wilayah barat dan selatan dari titik radar, yang terindikasi dari data dengan nilai reflektivitas lebih dari 40 dBz (warna merah) pada Gambar 2.3a. Deteksi awan cumulus tersebut diperkuat
Gambar 2.3. (a) Contoh data reflectivity (dBz), (b) spectrum width (m/s), (c) radial wind (m/s) hasil CAPPI di ketinggian 3 km pada tanggal 14 Maret 2013 pukul 16:09 WIB di wilayah Bandung
oleh data spectrum width pada Gambar 2.3b yang memperlihatkan kecepatan pergerakan obyek hingga sekitar 3 m/s (adanya turbulensi). Secara garis besar, data kecepatan radial pada Gambar 2.3c menunjukkan arah angin Tenggara ke Barat Laut. Perubahan nilai dari positif ke negatif (kecepatan radial sama dengan nol) terlihat miring, yang menunjukkan adanya arah angin tegak lurus dengan pancaran gelombang elektromagnetik.
3. PENUTUP
Dalam rangka memberikan pelayanan kepada masyarakat, khususnya kalangan akademisi, telah dilakukan kegiatan observasi bersama antara PSTA LAPAN dengan Program Studi Meteorologi ITB. Kegiatan tersebut diselenggarakan sebagai bagian dari studi ekskursi mahasiswa meteorologi untuk melakukan praktek pengukuran secara langsung di lapangan, tepatnya di wilayah Tegal – Jawa Tengah. PSTA LAPAN melakukan pengamatan cuaca di sekitar wilayah pantai utara Tegal dan memberikan pelayanan kepada publik berupa pengenalan Transportable X-band Doppler Radar. Para mahasiswa juga diberi penjelasan terkait analisis data hasil pengamatan radar sebagai penerapan dari pelajaran yang mereka peroleh dalam kuliah kelas.
Gambar 2.4. Contoh hasil pengamatan RHI dengan kecepatan sudut elevasi 1o per detik pada tanggal 15 Maret 2015 pukul 10.32 UTC (17.32 WIB) di atas wilayah Bandung
Gambar 2.5. Foto bersama dengan mahasiswa tingkat sarjana Program Studi Meteorologi ITB pada waktu melakukan pengamatan sirkulasi angin laut di Tegal (Mei 2013).
