VALIDASI ALGORITMA MCSST SATELIT NOAA-AVHRR UNTUK PENENTUAN SUHU PERMUKAAN LAUT DENGAN MENGGUNAKAN DATA BUOY TAO

Transkripsi

1 VALIDASI ALGORITMA MCSST SATELIT NOAA-AVHRR UNTUK PENENTUAN SUHU PERMUKAAN LAUT DENGAN MENGGUNAKAN DATA BUOY TAO VALIDATION OF NOAA-AVHRR SATELLITE MCSST ALGORITHM TO DETERMINE SEA SURFACE TEMPERATURE BY USING TAO BUOY DATA Bambang Sukresno dan Dedy Aan Zahrudin Balai Riset dan Observasi kelautan, BRKP DKP E mail : Bambang_sukresno@yahoo.com dan dedy_zahrudin@yahoo.com ABSTRAK Validasi algoritma MCSST satelit NOAA-AVHRR telah dilakukan dengan menggunakan data day-time satelit NOAA-17 dan NOAA-18 tahun perekaman Sedangkan data insitu yang digunakan adalah data dari buoy TAO, untuk tanggal yang sama dengan perekaman satelit. Metode yang digunakan untuk penentuan suhu permukaan laut adalah algoritma MCSST Day-time Split Window, dengan mengaplikasikan saluran 4 dan saluran 5 satelit NOAA-AVHRR yang merupakan saluran inframerah thermal. Dari hasil validasi diketahui bahwa suhu permukaan laut dari satelit NOAA-AVHRR lebih rendah 1,15 o C dibandingkan suhu permukaan laut hasil pengukuran buoy TAO. Hal ini disebabkan karena adanya perbedaan waktu antara perekaman satelit dengan pengukuran buoy TAO. perbedaan antara suhu permukaan yang direkam oleh sensor satelit dengan suhu kolom air yg direkam oleh buoy TAO juga mempengaruhi hasil validasi. Kata Kunci : Suhu Permukaan Laut, NOAA-AVHRR, Algoritma MCSST, Buoy TAO ABSTRACT Validation of NOAA-AVHRR satellite MCSST algorithm has been performed by using 2007 day time satellite received dataset of NOAA-17 and NOAA-18. Insitu data used was TAO buoy dataset in similar date with satellite receiving date. Method applied in this research was Day-time Split Window MCSST using channel 4 and channel 5 of NOAA- AVHRR satellite dataset which is infrared thermal channel. Sea surface temperature derived from NOAA-AVHRR satellite is lower 1.15 o C than measured by TAO buoy. The difference between sea surface temperature derived from NOAA-AVHRR satellite with sea surface temperature measured by TAO buoy could be due to affect of time diference between satellite scanning process with TAO buoy measurement. On the other side the difference of skin temperature recorded by satellite sensor and bulk temperature measured by TAO buoy affected the validation result as well. Key Word : Sea Surface Temperature, NOAA-AVHRR, MCSST Algorithm, TAO Buoy PENDAHULUAN

2 Suhu permukaan laut merupakan salah satu parameter yang sangat penting dalam penelitian kelautan dan penginderaan jauh kelautan, karena suhu permukaan laut memiliki kaitan yang erat dengan parameter kelautan lainnya, seperti kesuburan perairan maupun dengan parameter cuaca dan iklim seperti perubahan musim, badai tropis maupun fenomena ENSO (El Nino Southern Oscilation). Data suhu permukaan laut telah diaplikasikan pada berbagai bidang seperti pada peningkatan informasi daerah penangkapan ikan yang dilakukan oleh Balai Riset dan Observasi Kelautan, Departemen Kelautan dan Perikanan sejak tahun 2000 hingga saat ini. Data satelit yang diterima dari Ground receiving NOAA, diolah menjadi informasi prediksi potensi ikan di perairan Indonesia berdasarkan suhu permukaan laut ( Realino et al. 2005) Suhu permukaan laut juga digunakan sebagai indikator utama untuk pemantauan fenomena El Nino dan perubahan musim. El Nino yang merupakan fenomena permukaan laut di Samudera Pasifik secara langsung mempengaruhi karakteristik laut di perairan Indonesia termasuk karakteristik suhu permukaan laut. Demikian juga siklus musim yang terjadi di Indonesia, sangat mempengaruhi suhu permukaan laut. Oleh karena itu, suhu permukaan laut digunakan sebagai indikator utama didalam pemantauan fenomena El Nino dan perubahan musim (Sukresno, 2008) Kazmin (2002) melakukan penelitian mengenai variabilitas daerah front musiman dan tahunan dengan menggunakan data satelit dan data observasi menggunakan kapal. Penelitian dilakukan dengan menggunakan data suhu permukaan laut rata-rata mingguan dengan resolusi spasial 18 km periode yang digunakan untuk menganalisis klimatologi global zona front lautan skala besar (large-scale oceanic frontal zones, OFZ) dan variabilitas gradien suhu permukaan laut pada beberapa zona front. Analisis spektral terhadap gradien SST menunjukan adanya variabilitas musiman sebagaimana terjadi pada variabilitas tahunan yang berkaitan dengan fenomena El Nino. Pariwono dan Siregar (2002) menemukan adanya variabilitas suhu permukaan laut di sekitar laut Jawa dengan menggunakan data satelit. Hasil penelitian menunjukan penurunan suhu antara 2 o C - 3 o C dari bulan Juni hingga September. Hal ini dimungkinkan karena adanya beberapa proses seperti intrusi masa air dari laut Banda dan atau laut Sulawesi, serta adanya mekanisme upwelling yang terjadi di pesisir selatan Sulawesi. Suhu permukaan laut di perairan selatan Jawa pada periode Juni September 1997 secara

3 signifikan mengalami penurunan sebesar 5 o C hingga 6 o C dibandingkan pada periode yang sama di tahun 1998, 1999 dan tahun Proses upwelling secara intensif pada periode tersebut dimungkinkan sebagai penyebab utamanya. Hingga saat ini, telah banyak penelitian yang dilakukan untuk mendapatkan suhu permukaan laut dari satelit NOAA-AVHRR. Namun demikian satu hal yang cukup sulit dilakukan adalah validasi dengan menggunakan data hasil pengukuran lapangan terkait dengan ketersediaan data lapangan. Tersedianya data buoy TAO secara time-series di internet dan dapat di akses secara bebas merupakan salah satu peluang untuk penelitian kelautan terutama di Indonesia. Demikian juga dengan validasi suhu permukaan laut dari data satelit NOAA-AVHRR. Dengan tersedianya data insitu suhu permukaan laut dari buoy TAO memungkinkan untuk dilakukan validasi terhadap algoritma yang digunakan untuk mengolah data satelit menjadi data suhu permukaan laut. Algoritma MCSST merupakan algoritma pengolahan data satelit NOAA-AVHRR yang dikembangkan oleh NASA dan merupakan salah satu algoritma yang memberikan hasil yang memuaskan. Namun aplikasi algoritma ini untuk suhu permukaan laut di Indonesia belum banyak dikembangkan, oleh karena itu validasi algoritma MCSST dengan menggunakan data insitu dari buoy TAO akan memberikan gambaran mengenai akurasi algoritma MCSST untuk mengolah data satelit NOAA-AVHRR di perairan Indonesia. Panjang gelombang inframerah thermal memungkinkan dilakukannya estimasi suhu permukaan laut. Secara khusus dapat dijelaskan bahwa suhu permukaan laut yang diukur adalah suhu permukaan pada beberapa milimeter di permukaan laut dan bukan suhu kolom air yang berada beberapa centimeter di bawah permukaan laut (Miller, R, L et al, 2005). Panjang gelombang infra merah pada penginderaan jauh sangat sesuai untuk pengukuran suhu permukaan laut, karena puncak emisi thermal permukaan bumi berada pada spektrum infra merah, serta emisivitas air pada panjang gelombang infra merah relatif seragam. Namun demikian terdapat dua permasalahan utama yang harus di pecahkan untuk mendapatkan pengukuran suhu permukaan laut yang akurat. Permasalahan pertama adalah perhitungan radiansi permukaan laut yang dipengaruhi oleh tingkat kekasaran permukaan. Permasalahan kedua adalah adanya pengaruh atmosfer seperti tutupan awan, kandungan

4 gas dan aerosol. Atmosfer dapat mempengaruhi perhitungan suhu permukaan laut hingga 1 o C. Terdapat dua interval panjang gelombang yang umum digunakan untuk perhitungan suhu permukaan laut, yaitu infra merah jauh (10.0 µm 12,5 µm) dan infra merah dekat ( 3,7 µm 4,2 µm). Namun demikian ternyata pada kedua interval tersebut emisi radiasi infra merah dari permukaan laut secara parsial mengalami penyerapan oleh atmosfer. Skala penyerapan oleh atmosfer berbeda-beda pada setiap interval panjang gelombang, sehingga bisa digunakan untuk koreksi pada saat perhitungan suhu permukaan laut. Akurasi suhu permukaan laut di daerah yang bebas tutupan awan bisa dilakukan dengan membandingkan hasil perhitungan dari satelit dengan data hasil pengukuran insitu menggunakan data buoy pada kedalaman 1 meter. Sejauh ini selisih antara keduanya berkisar 0,5 o C. Hal ini dimungkinkan karena adanya perbedaan antara suhu permukaan dengan suhu kolom air (Miller, R, L et al, 2005). Satelit NOAA merupakan satelit cuaca yang dioperasikan oleh National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) Amerika. Terdapat dua tipe satelit yang saat ini beroperasi yaitu orbit geostasioner dan orbit polar. Satelit NOAA dengan orbit geostasioner memonitor belahan bumi bagian barat pada ketinggian sekitar 22,240 mil di atas permukaan bumi. Sedangkan satelit NOAA dengan orbit polar mengitari bumi pada ketinggian sekitar 540 mil di atas permukaan bumi (NOAA, 2008) AVHRR (advanced very high resolution radiometer) adalah sensor radiasi yang bisa digunakan untuk menentukan tutupan awan dan suhu permukaan. Sensor ini berupa radiometer yang menggunakan 6 detector yang merekam radiasi pada panjang gelombang yang berbeda-beda seperti ditunjukan pada Tabel. 1

5 Tabel 1. Karakteristik Panjang Gelombang Satelit NOAA-AVHRR (NOAA-AVHRR Band Characteristic) Karakteristik Panjang Gelombang Satelit NOAA-AVHRR Saluran Resolusi Panjang Gelombang (um) Penggunaan km Pemetaan awan dan Permukaan siang hari km Batas Daratan dan Perairan 3A 1.09 km Deteksi salju dan es 3B 1.09 km km Pemetaan awan malam hari dan suhu permukaan laut Pemetaan awan malam hari dan suhu permukaan laut km Suhu permukaan laut AVHRR pertama memiliki 4 saluran radiometer. Di luncurkan pada satelit TIROS- N pada bulan Oktober Kemudian dikembangkan menjadi 5 saluran yang pertama kali diluncurkan pada satelit NOAA-7 pada bulan Juni Dan terakhir diluncurkan pada satelit NOAA-18 pada bulan Mei Pembuatan buoy Tropical Atmosphere Ocean (TAO) termotivasi oleh adanya kejadian El Nino pada tahun yang merupakan El Nino paling kuat pada saat itu dan terjadi tanpa terdeteksi maupun di perkirakan sebelumnya. Hal tersebut mengingatkan akan perlunya data real-time Samudera Pasifik bagian tropis untuk pemantauan maupun prakiraan, serta pengembangan pengetahuan mengenai El Nino. Pada saat ini buoy TAO/TRITON dioperasikan oleh NOAA Amerika, JAMSTEC Jepang dengan kontribusi dari IRD/ORSTOM, Perancis. Buoy TAO terpasang sepanjang katulistiwa di Samudera Pasifik seperti pada gambar 1.(TAO Project. 2008).

6 Gambar 1. Konfigurasi buoy TAO sepanjang Katulistiwa di Samudera Pasifik (TAO Buoy array along equator in Pacific) Akurasi buoy TAO untuk pengukuran suhu permukaan laut sangat tinggi, (TAO Project, 2008), dengan spesifikasi sebagai berikut : Sensor : Thermistor Model : NX ATLAS using YSI Resolusi : C Batas ukuran : -5 C hingga 35 C Akurasi : ± C METODOLOGI Penelitian dilakukan dengan menggunakan data satelit NOAA-17 dan NOAA-18 periode perekaman 2007 yang tutupan awannya relatif kecil dan pada lokasi buoy TAO bebas awan. Data buoy TAO yang digunakan adalah data buoy pada 137 o BT 2 o U serta buoy pada 137 o BT 5 o U. Data satelit NOAA diperoleh dari stasiun bumi NOAA yg dioperasikan oleh Balai Riset dan Observasi Kelautan Perancak Bali. Dari keseluruhan data satelit NOAA yang direkam pada tahun 2007 terdapat 20 citra satelit yang bisa di gunakan untuk validasi suhu permukaan laut. Hal ini karena sebagian dari data yang direkam memiliki tutupan awan yang tinggi, sehingga data tersebut tidak

7 bisa diolah menjadi data suhu permukaan laut. Data satelit dengan tutupan awan relatif sedikit seperti terlihat pada gambar 2, pada lokasi buoy TAO tidak tertutup oleh awan. Gambar 2. Data Satelit NOAA 17 Tanggal Perekaman 8 Januari 2007 (NOAA Satellite Data Received in January 8 th 2007) Gambar 2 memperlihatkan bahwa tutupan awan lebih banyak berada di bagian barat dan selatan, sedangkan di lokasi buoy yang terletak di utara pulau Papua relatif tidak tertutup awan, sehingga memungkinkan untuk dilakukan pengolahan data menjadi suhu permukaan laut yang kemudian di validasi menggunakan data buoy TAO. Pengolahan data satelit NOAA-AVHRR menjadi suhu permukaan laut dilakukan dengan menggunakan algoritma Day Time Multy Chanel Sea Surface Temperature (MCSST) yang menggunakan saluran 4 dan saluran 5 dari satelit NOAA. Algoritma MCSST dapat di tuliskan sebagai berikut : MCSST NOAA 18 Ts : A1*T4+A2*(T4-T5)+ A3*(T4-T5)*(sec(satelite Angle)-1)+A4 Ts = suhu permukaan laut A1 = A2 = A3 = A4 =

8 MCSST NOAA 17 Ts: A1*T4+A2*(T4-T5)+ A3*(T4-T5)*(sec(sate_Angle)-1)+A4 Ts = suhu permukaan laut A1 = A2 = A3 = A4 = T4 dan T5 (Te) adalah equivalent blackbody temperature yang dihitung dengan menggunakan nilai dari data satelit NOAA pada saluran 4 dan saluran 5 sebagaimana dihitung dengan menggunakan kalkulasi berikut ini

9 Keterangan : TBB : measured black body temperature Ve, A dan B : coefficient and value, lihat Tabel 2 dan Tabel 3 C1 : first radiation constant : C2 : second radiation constant : e eular value : NBB : Blackbody Radiance Cs : Average Space Count CBB : Average Blackbody Count : Nilai digital pada saluran 4 dan C E Tabel 2.Koefisien A, B dan Nilai Ve Satelit NOAA 18 (A, B Coefficient and Ve Value of NOAA 18 satellite) NOAA 18 Chanel Ve A B 3B Tabel 3.Koefisien A, B dan nilai Ve satelit NOAA 17 (A, B Coefficient and Ve Value of NOAA 17 Satellite) NOAA 17 Chanel Ve A B 3B

10 HASIL DAN PEMBAHASAN Berdasarkan hasil pengolahan data satelit NOAA-AVHRR, suhu permukaan laut di lokasi buoy TAO berkisar antara 26,30 o C hingga 30,75. suhu terendah didapati pada bulan januari seperti terlihat pada Gambar 3. Gambar 3 memperlihatkan adanya sebaran suhu permukaan laut yang relatif rendah di lokasi buoy TAO yang terletak di sebelah utara Pulau Papua yang diwakili dengan warna hijau hingga kuning, yang menunjukan kisaran suhu permukaan laut sekitar 26 o C - 27 o C. Sedangkan suhu permukaan laut yang relatif tinggi terlihat di sekitar laut Banda dan laut Arafura yang terletak di bagian barat pulau Papua yang terlihat dengan warna kuning hingga merah, yang berkisar antara 27 o C hingga 32 o C. ð ð buoy TAO buoy TAO o C Gambar 3. Suhu permukaan laut hasil pengolahan data satelit NOAA18 tanggal 19 Januari 2007 (Sea surface temperature derived from NOAA 18 satellite data received in Jnuary 18 th 2007) Suhu permukaan laut di lokasi buoy TAO yang tertinggi didapati pada bulan februari seperti yang terlihat pada data suhu permukaan laut hasil pengolahan data satelit NOAA 17 perekaman tanggal 20 Februari 2007 seperti terlihat pada gambar 4.

11 Gambar 4. Suhu permukaan laut hasil pengolahan data satelit NOAA17 tanggal 20 Februari 2007 (Sea surface temperature derived from NOAA 17 satellite data received in February 20 th 2007) Suhu permukaan laut di lokasi buoy TAO relatif tinggi, berkisar antara 30 o C hingga 31 o C yang terlihat dengan warna merah. Hampir secara keseluruhan suhu permukaan laut di utara pulau Papua relatif tinggi dan rata. Sedangkan di bagian barat pulau Papua suhu permukaan laut tidak terukur seperti terlihat pada gambar 4 yang diwakili dengan warna biru. Hal ini terjadi karena pada daerah tersebut memiliki tutupan awan yang tinggi, sehingga suhu permukaan laut tidak terekam oleh satelit. Dari keseluruhan data yang diolah untuk mendapatkan suhu permukaan laut dapat dilihat adanya fluktuasi suhu permukaan laut seperti yang terlihat pada gambar 5.

12 Suhu permukaan laut 2007 Suhu 'C Nov 18-Jan 9-Mar 28-Apr 17-Jun 6-Aug Tanggal Suhu permukaan laut Gambar 5. Fluktuasi Suhu permukaan laut di lokasi buoy TAO tahun 2007 (Sea surface temperature fluctuation in TAO buoy location during 2007) Secara umum dari gambar 5 dapat diketahui bahwa suhu permukaan laut di lokasi buoy TAO mengalami fluktuasi harian yang berkisar antara 26 o C hingga 31 o C dengan suhu terendah didapati pada bulan januari, sedangkan suhu tertinggi didapati pada bulan juni. Apabila di bandingkan dengan menggunakan data hasil pengukuran menggunakan buoy TAO maka terdapat sedikit perbedaan antara suhu permukaan laut yang didapatkan dari pengolahan data satelit NOAA-AVHRR dengan data insitu seperti yang terlihat pada tabel 4.

13 Tabel 4.Perbandingan suhu Permukaan laut dari data satelit NOAA dengan data insitu dari buoy TAO (Comparison of sea surface temperature derived from NOAA satellite data with insitu data from TAO buoy) No satelit bujur lintang AVHRR C Tao C Suhu C 1 n17_ n17_ n17_ n17_ n17_ n17_ n17_ n17_ n18_ n18_ n18_ n18_ n18_ n18_ n18_ n18_ n17_ n18_ n18_ n18_ Dari tabel 4 terlihat bahwa secara umum suhu permukaan laut hasil pengolahan data satelit NOAA-AVHRR lebih rendah dibandingkan data pengukuran buoy TAO. Seperti misalnya data tanggal 7 januari 2007 yang diolah dari data satelit n17_ memperlihatkan suhu permukaan laut pada lokasi 137 o BT - 2 o LU berkisar pada 26,31 o C sedangkan hasil pengukuran dengan menggunakan buoy TAO memperlihatkan suhu permukaan laut berkisar 28,73 o C. Sedangkan pada tanggal yang sama data suhu permukaan laut di lokasi 137 o BT - 5 o LU berkisar 26,89 o C dimana buoy TAO mencatat suhu permukaan laut pada saat itu berkisar 29,07 o C.

14 Fluktuasi suhu permukaan laut yang diperoleh dari pengolahan data satelit NOAA- AVHRR relatif lebih rendah dibandingkan fluktuasi suhu permukaan laut hasil pengukuran insitu menggunakan buoy TAO seperti terlihat pada gambar 6. Perbandingan SPL NOAA dengan TAO Suhu Permukaan Laut 'C Nov 18-Jan 9-Mar 28-Apr 17-Jun 6-Aug Tanggal noaa TAO Gambar 6. Perbandingan Fluktuasi Suhu permukaan laut hasil pengolahan data satelit NOAA dengan pengukuran buoy TAO (Comparison of sea surface temperature fluctuation between NOAA satellite data with TAO buoy) Perbedaan antara suhu permukaan laut hasil pengolahan data satelit NOAA- AVHRR dengan data insitu dari buoy TAO rata-rata sebesar 1.15 o C, dimana suhu permukaan laut hasil pengolahan data satelit lebih rendah. Hal ini dimungkinkan oleh adanya beberapa faktor seperti yang telah diungkap dalam penelitian sebelumnya antara lain adanya perbedaan antara skin temperatur pada beberapa milimeter di permukaan laut yang direkam oleh sensor satelit dan suhu kolom air yang berada beberapa sentimeter dibawah permukaan laut yang diukur oleh buoy TAO. Perbedaan suhu permukaan laut tersebut juga dimungkinkan oleh adanya perbedaan waktu antara perekaman oleh satelit dan pengukuran oleh buoy TAO yang berkisar antara 1 hingga 2 jam, hal ini terjadi karena data buoy TAO yang tersedia adalah pengukuran suhu permukaan laut harian pada jam waktu setempat sedangkan perekaman satelit

15 NOAA-AVHRR yang digunakan dalam penelitian ini berkisar pada jam hingga jam waktu setempat. Hal lain yang memungkinkan terjadinya perbedaan adalah bahwa koefisien MCSST yang digunakan harus di sesuaikan lagi dengan karakteristik suhu permukaan laut di lokasi penelitian mengingat bahwa suhu permukaan laut di setiap wilayah, khususnya pada wilayah yang berada pada lintang yang berbeda akan memiliki karakteristik yang berbeda pula. Kesimpulan Dari hasil penelitian dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut : - Secara umum data satelit NOAA-AVHRR dapat digunakan untuk menentukan suhu permukaan laut dengan akurasi yang cukup tinggi - Algoritma MCSST bisa diaplikasikan untuk mengolah data satelit NOAA-AVHRR dengan tingkat akurasi yang memuaskan - Dari hasil validasi diketahui terdapat perbedaan antara suhu permukaan laut hasil pengolahan data satelit NOAA-AVHRR dengan suhu permukaan laut dari data insitu yang diukur oleh buoy TAO sebesar 1,15 o C dimana data dari satelit lebih rendah dibandingkan data buoy TAO. - Perbedaan pengukuran suhu dari data satelit dengan data buoy TAO dimungkinkan oleh beberapa faktor antara lain adanya perbedaan suhu permukaan dan suhu kolom air, perbedaan waktu pengukuran dan perbedaan nilai koefisien MCSST. Daftar Pustaka Kazmin, A. S. (2002). Seasonal to Decadal Variability in the Oceanic Frontal Zones as Revealed in Satellite and Ship Observations. Proceeding of PORSEC II Denpasar. Pariwono, J., & Siregar, V. (2002). Variabilitas Suhu Permukaan Laut di Sekitar Laut Jawa dan Perairan Selatan Jawa Timur dari Citra Satelit Antara 1997 dan Proceeding of PORSEC II Denpasar.

16 Miller, R, L. et al. (Ed). (2005). Remote Sensing of Coastal Aquatic Environtments Technologies, Technique and Applications.Netherlands : Springer. NOAA. (2008). National Oceanic and Atmospheric Administration satellite. Retrieved February 13, Website : Realino, B,. Suryo, S,. Widodo, S, P,. Marina, C,. Retno, A,. Bambang, A, Peningkatan Informasi Daerah Penangkapan Ikan Melalui Integrasi Teknologi Inderaja Pemodelan Hidrodinamika dan Bioakustik. Jakarta: Departemen Kelautan dan Perikanan. Sukresno, Bambang. (2008). Dynamical Analysis of Banda Sea Concerning With El Nino Indonesian Through Flow and Monsoon By Using Satellite Data and Numerical Model. Tesis yang tidak dipublikasikan, Universitas Udayana, Denpasar. TAO Project History of TAO Array. Retrieved February 13, Website :