3. BAHAN DAN METODE. data oseanografi perairan Raja Ampat yang diperoleh dari program terpadu P2O-

(1)

3. BAHAN DAN METODE

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian

Data yang digunakan pada penelitian ini merupakan data sekunder yaitu data oseanografi perairan Raja Ampat yang diperoleh dari program terpadu P2O-LIPI dengan tema penelitian dinamika ARLINDO dan pengaruhnya terhadap biomassa di perairan Raja Ampat dan sekitarnya. Pengambilan data di perairan Raja Ampat dilakukan dengan menggunakan kapal riset BARUNA JAYA VIII. Lokasi penelitian dapat dilihat pada Gambar 2.

Gambar 2. Peta lokasi penelitian di perairan Raja Ampat (Admin Bakosurtanal, P2O-LIPI, 2007)

Pengambilan data dilakukan tanggal 14 - 24 bulan November tahun 2007. Posisi stasiun dipilih yang sejajar antara P.Waigeo dan Papua yaitu pada posisi 0o 25,486’ hingga 0o 43,176’ lintang selatan dan 131o 16,006’ sampai 13o 26,026’ bujur timur, yang merupakan jalan masuk massa air dari Samudera Pasifik.

(2)

3.2 Metode pengambilan Data

Untuk pengambilan data suhu, salinitas dan tekanan dilakukan

menggunakan instrumen CTD (Conductivity, Temperature and Depth ) model SBE 911 plus dimana probe CTD dihubungkan dengan kabel ke sebuah control unit untuk direkam di komputer sedangkan untuk data arus didapat dari hasil pengukuran menggunakan ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler) yang dipasang pada kapal BARUNA JAYA VIII, spesifikasi alat dapat dilihat pada Lampiran 1.

3.3 Metode Pengolahan Data

Pengolahan data menggunakan program MATLAB 7.01, ODV dan

Microsoft Excel 2003. Program MATLAB 7.01 digunakan untuk memperoleh nilai koefisien ekspansi termal, koefisien kontraksi salinitas, frekuensi apung dan bahang spesifik air laut. Kemudian program Excel 2003 digunakan untuk

menghitung nilai alih bahang, rasio densitas dan sudut turner. Untuk menyajikan hasil perhitungan dalam bentuk gambar dan grafik digunakan program ODV dan

Microsoft Excel 2003.

3.4 Analisis Data

Proses analisis data berupa perhitungan data sehingga didapat estimasi nilai pencampuran vertikal, perpindahan bahang baik melalui proses mixing

maupun difusi ganda, serta nilai sudut Turner dan pelapisan massa airnya. Pelapisan masa air ditentukan berdasarkan sebaran suhu dan salinitasnya, contoh pembagian lapisan massa air dilampirkan pada Lampiran 2. Berikut ini merupakan diagram alir dari pengolahan data (Gambar 3).

(3)

Gambar 3. Diagram alir pengolahan data

3.4.1 Frekuensi Apung (Buoyancy Frequency)

Perhitungan frekuensi apung menggunakan persamaan Brunt-Vaisala sebagai berikut (Pond dan Pickard, 1983):

z g N    







1 2 ………...(3)

Dimana

N

= frekuensi apung (1/s)

g

= percepatan gravitasi ( 9,8 m2/s)

ρ

= densitas rata-rata selang kedalaman

Δz

= beda kedalaman (m)

σ

θ = sigma-theta, densitas air laut (σθ =

ρ

-1000 kg/m3)

CTD (suhu, salinitas, kedalaman, densitas

Mixing

Difusi Ganda

Shear vertikal arus Data vektor (u,v)

ADCP Koef.kontraksi salinitas (β) dan ekspansi thermal (α) Rasio densitas Rρ & Rρ’

Sudut Turner (Tu) Flux suhu dan salinitas (Ft & Fs) Alih bahang vertikal (FH) Frekuensi Apung (N) Bilangan Richardson (Ri) Koef.difusivitas eddy (Kv) Alih bahang vertikal (Qz)

(4)

3.4.2 Bilangan Richardson

Bilangan Richardson adalah perbandingan antara frekuensi apung dengan shear vertikal dari kecepatan horizontal, didapat dengan menggunakan rumus (Pease dan Sundermeyer, 2005) :

2 2 S N Ri  ...………(4) 2 2 2

_































z

v

z

u

S

………...(5)

Dimana

Ri

= bilangan Richardson

N

= frekuensi apung

S

= shear vertikal arus

u

= kecepatan arus komponen timur-barat (m/s)

v

= kecepatan arus komponen utara-selatan (m/s)

3.4.3 Koefisien Difusivitas Eddy Vertikal (

Kv

)

Diasumsikan bahwa

Kv

merupakan fungsi dari bilangan Richardson (Pacanowski dan Philander, 1981) sehingga untuk mengestimasi nilainya digunakan rumus : b K Ri v Kv   



1 ………...(6)





n vb Ri v v   



1 0 _{………...(7)}

Dimana

Kv

= koefisien difusivitas eddy vertikal

Ri

= Bilangan Richardson

v

0 = 5x10-3 m2/s

n

= 2

v

b = 1x10-4 m2/s

(5)

n

,

β

,

v

0,

v

b dan

K

b merupakan konstanta empiris dari pencampuran vertikal yang sering digunakan dalam model sirkulasi umum secara numerik di laut tropis. (Philander, 1990 in Hayes et al., 1991).

3.4.4 Alih Bahang Vertikal (

Qz

)

Alih bahang turbulen dapat diestimasi menggunakan parameter proses pencampuran. Diasumsikan bahwa alih bahang turbulen berbanding lurus dengan gradien suhu dan juga direpresentasikan oleh koefisien difusivitas eddy vertikal (

Kv

). (Hayes et al.,(1991); Muench et al., (2000)) :

z T K C Qz p v    



………...(8)

Keterangan :

Q

z = Alih bahang vertikal (W/m2)

ρ

= densitas air laut (kg/m2)

C

p = kapasitas bahang (J/KgoC)

K

v = Koefisien difusivitas eddy vertikal (m2/s)

z

= kedalaman (m)

Untuk nilai kapasitas bahang dihitung berdasarkan kedalaman menggunakan program Sea Water pada perangkat lunak Matlab (Lampiran 3).

3.4.5 Sudut Turner dan Rasio Densitas

Sudut turner (

Tu

) digunakan sebagai indikator dari aktivitas difusi ganda pada suatu perairan yang didefinisikan sebagai berikut (Robertson et al., 1995; Bianchi et al., 2001) :





              R R Tu 1 1 tan 1 atau





_           1 1 tan _' ' 1   R R Tu ………..(9)

(6)

Dimana

R

ρ dan

R

ρ

’

adalah rasio densitas yang dinyatakan sebagai berikut :

z

T

z

S

R









 atau

z

S

z

T

R









' ………(10)

Dimana

β

= koefisien kontraksi salinitas (psu-1)

α

= koefisen ekspansi thermal (oC-1)

Nilai

α

dan

β

didapat dengan menggunakan program Sea Water (sw_alpha dan

sw_beta) pada perangkat lunak MATLAB (Lampiran 4 dan 5).

Berdasarkan sudut Turnernya aktivitas difusi ganda dapat dibedakan menjadi seperti dibawah ini :

67,5o <

Tu

< 90o terjadi salt fingering kuat 45o <

Tu

< 67,5o terjadi salt fingering lemah -45o <

Tu

< 45o tidak terjadi difusi ganda (stabil) -67,5o <

Tu

< -45o terjadi diffusive layering lemah -90o <

Tu

< -67,5o terjadi diffusive layering kuat

3.4.6 Alih Bahang Vertikal (FH)

Untuk menduga besarnya alih bahang secara vertikal melalui proses salt fingering dapat diketahui melalui rumus yang dikemukakan oleh Kunze pada tahun 1987 pada persamaan thin interfaces, (Bianchi et al. (2001) in Kurnadi (2007)) yaitu : s t gBF F g







………(11)





43 3 1 8 1 S g K F g



s  t



 ………..(12)





_







_



'12 '12 '

₁

12   



R

………..(13)

(7)

Dimana

β

= koefisien kontraksi salinitas (psu-1)

α

= koefisien ekspansi thermal (oC-1)

g

= percepatan gravitasi (ms-2)

K

t = difusivitas molekuler bahang (m2s-1)

R

ρ

’

= rasio densitas

F

t = flux suhu

F

s = flux salinitas

Untuk memperoleh nilai alih bahang secara vertikal (

F

H) maka nilai

F

t harus dikalikan dengan kapasitas bahang air laut (

C

p) dan densitasnya.

Pendugaan nilai alih bahang secara vertikal (

F

H) melalui proses diffusive layering pada penelitian ini menggunakan model yang telah dikembangkan oleh beberapa peneliti. Dimana pendugaan nilai alih bahang tersebut berdasarkan parameter perbedaan suhu secara bertahap dan rasio densitasnya. Model dari setiap peneliti tersebut dinotasikan sebagai berikut (Robertson et al.,1995) :

Marmorino dan Caldwell =

F

H-MC

Taylor =

F

H-T

Kelley =

F

H-K

Rudels =

F

H-R

Parameterisasi dari model tersebut adalah :

 











2 1



13





43 1 1 0 exp4,6exp 0,54 00859 , 0





 _







     c R gK v F_H _MC _p _t …..(14)



2 1



13





43 21 1 0 00272 , 0





_







     c R gK v F_H _T _p _t ………(15)



0,72





2 1



13





43 1 0 exp4,8 0032 , 0





_







     c gK v F_H _K _p _t ………(16)









3





43 1 1 2 3 4 1 1 0 1 3 5

_

_

_

       c K K gK v FH R p s t t ………(17)

(8)

Dimana

α

= koefisien ekspansi thermal (oC-1)

ρ

0 = densitas rata-rata (kgm-3)

C

p = kapasitas bahang (JKg-1oC-1)

g

= percepatan gravitasi (ms-2)

R

ρ

’

= rasio densitas

K

t = difusivitas molekuler bahang (m2s-1)

K

s = difusivitas molekuler bahang (m2s-1)

v

= viskositas kinematik air laut (m2s-1)

Untuk pemodelan yang dikemukakan oleh Rudels (

F

H-R) hanya digunakan pada daerah yang memiliki rasio densitas yang rendah (

R

= 1,0 - 1,09). Jika nilai rasio densitasnya lebih besar dari 1,09 maka digunakan persamaan (12), (13), (14) lalu dari nilai yang didapat dari ketiga persamaan tersebut dirata-ratakan untuk mendapatkan nilai rata-rata alih bahang vertikalnya.