Kajian Satelit Penginderaan Jauh Cuaca Generasi Baru Himawari 8 dan 9

Transkripsi

1 Teknologi dan Data Penginderaan Jauh Kajian Satelit Penginderaan Jauh Cuaca Generasi Baru Himawari 8 dan 9 Dony Kushardono Pusat Teknologi dan Data Penginderaan Jauh Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional dony_kushardono@lapan.go.id Pendahuluan atelit penginderaan jauh cuaca Geostationary Meteorogical Satellite (GMS) Himawari yang sekarang bernama Satelit MTSAT, merupakan jaringan satelit cuaca di dunia WMO yang orbit geostationer pada 140 BT ketinggian dan daerah cakupannya meliputi wilayah Asia Timur hingga Australia serta sebagian kutub dan Samudra Hindia hingga Pasifik Barat sebagaimana ditunjukkan pada S Gambar 1-1. Di Indo In Indonesia ndon nd ones esia sia suda sudah h sejakk tta tahun ah ah hun u 198 un da datan datany datanya tanya anya y ya diterima di stasiun nb bumi bu u i di di LLa Lapan Lapan, n, dimana data d ssatel satelit elit it ttersebut ers er rsebu s but dipergunakan untukk analisis anaalisis ana i cuaca cu uaca ac umum. umum umu m. Sebag Sebagaimana bag gaaim imana contoh ditunjukkan padaa Gambar Ga Gamb r informasi iinf nfor n o masi m cuacaa umum yakni liputan awan dan curah rah ah hujan huja jan an yang g diturunkan ditu di turunk runkkan dari satelit cuaca oleh Lapan dan informasi formasi ormasi masi su suhu suhu hu pe perm permukaan muk ukaan u kaaan awan oleh Badan Meteorologi, Klimatologi dan Geofi d G fisika ikk (BMKG). Informasi yang dapat diperoleh tiap 30 menit sekali Gambar 1-1 Cakupan citra satelit GMS dan contoh citranya (sumber : JMA) 41

2 Gambar 1-2 Contoh informasi cuaca dari satelit wilayah Indonesia dan sekitarnya produk Lapan (atas) dan BMKG (bawah). dari satelit MTSAT pada ketinggian orbit Km tersebut diperuntukkan mendukung mitigasi bencana di Indonesia. Satelit penginderaan jauh cuaca GMS dan MTSAT yang dimiliki oleh Badan Meteorologi Jepang (JMA) tersebut, datanya dipancarkan langsung dari satelit pada frekuensi 1687,1 MHz (data resolusi tinggi HRID) dan MHz (data resolusi rendah LRID) ke stasiun bumi termasuk di Indonesia, untuk menjaga kesinambungan pemberian informasi cuaca, terus dikembangkan oleh Jepang. Pada Gambar 1-3 ditunjukan program satelit penginderaan jauh cuaca seri Himawari yang dimulai sejak Juli 1977 dengan GMS-1 atau Himawari-1 kemudian operasinya diganti dengan Himawari-2 yang diluncurkan pada Agustus 1981 dan seterusnya hingga sekarang sedang beropeasi di orbit geostationer Himawari-7 atau MTSAT-2. Dalam opersional perolehan datanya, Satelit Himawari pada tahun 2003 pernah digantikan dengan Satelit GOES-9 untuk menggantikan operasional Himawari-5 yang mengalami kerusakan sebelum diluncurkan MTSA-6 atau Himawari-6. 42

3 Gambar 1-3 Program peluncuran dan opersional satelit penginderaan jauh Cuaca seri Himawari Guna menjamin kesinambungan perolehan informasi cuaca, sekarang ini JMA sedang mempersiapkan program Satelit Himawari lanjutan untuk menggantikan fungsi dari Satelit MTSAT. Pada makalah ini dikaji program Satelit Himawari 8 dan Himawari 9 dari berbagai sumber pustaka yakni situs Meteorological Satellite Center pada Japan Meteorological Agency (JMA), bahan presentasi Izumikawa Y. pada The sixth session of the Expert Team on Satellite Systems (Geneva, April 2011), Update of JMA s Status Report (Geneva, April 2012) dan Okamoto et.al pada International TOVS Study Conferences- XVII (California, April 2010), serta dari pengalaman Lapan dalam penerimaan dan pemanfaatan data GMS dan MTSAT. Program Satelit Himawari 8 dan 9 A. Misi Satelit Cuaca adalah unsur alam yang sangat dinamis, maka untuk mengkaji polanya serta memprediksi kondisinya dengan lebih tepat, diperlukan pengamatan unsur-unsurnya dengan frekuensi yang lebih sering dan lebih rinci. Berbeda dengan MTSAT yang melakukan dua fungsi yakni meteorologi dan penerbangan, Satelit Penginderaan Jauh Cuaca Himawari 8 dan 9 memiliki misi khusus meteorologi yang lebih dikembangkan dibanding dengan seri satelit cuaca sebelumnya sehingga bisa menjalankan misi yang lebih baik, yang terdiri, a. menjaga kesinambungan dan meningkatkan pengamatan cuaca melalui satelit untuk pencegahan bencana dan ramalan cuaca, b. meningkatkan kemampuan ramalan jangka pendek 6 jam ke depan atau yang dikenal dengan istilah Nowcasting, terutama untuk deteksi dan prediksi cuaca buruk, c. meningkatkan akurasi Prediksi Cuaca Numerik, dan d. meningkatkan pemantauan iklim dan lingkungan. B. Spesifikasi Data Guna mencapai misi sebagaimana disebutkan di atas, Satelit Himawari 8 dan 9 dilengkapi sensor yang diberi nama Advanced Himawari Imager (AHI), yang memiliki spesifikasi resolusi temporal, spektral dan spasialnya lebih ditingkatkan dibanding dengan seri-seri sebelumnya seperti dapat dilihat pada Gambar 2-1. Pertama, resolusi spektralnya bertambah dari yang sebelumnya pada Satelit GMS (Himawari-1 hingga 5) hanya 4 band atau pada Satelit MTSAT (Himawari 6 dan 7) hanya 5 band, pada Himawari 8 dan 9 menjadi 16 band yang terdiri dari 3 band visibel, 3 band infra merah-dekat atau near infrared (NIR) dan 10 band termal atau Infrared (IR). Kedua, resolusi spasial atau ukuran pikselnya juga berubah dari data pada seri satelit sebelumnya resolusi spasialnya 1Km 1Km per pixel pada data band visibel dan 4Km 4Km per pixel pada data band IR, meningkat menjadi 0.5km 0.5km dan 1Km 1Km per pixel pada data band cahaya tampak (visible), 2Km 2Km per pixel pada data band IR serta 1Km 1Km dan 2Km 2Km per pixel pada data baru band NIR. Perkembangan lainnya pada data Himawari 8 dan 9 adalah resolusi temporal, dimana pada seri-seri Himawari sebelumnya adalah tiap 30 menit sekali pada MTSAT bahkan pada Satelit Himawari 1 jam sekali, menjadi tiap 10 menit sekali untuk pengamatan cakupan penuh (global) dan 2.5 menit sekali untuk pengamatan khusus (lokal) seperti pemantauan badai dan wilayah Jepang. Pada Tabel 2-1 dirinci spesifikasi band data Satelit Himawari 8 dan 9 yakni nilai tengah panjang gelombang tiap band serta 43

4 Gambar 2-1 Perkembangan spesifikasi Data Satelit Cuaca Himawari 8/9 dibanding seri sebelumnya. Tabel 2-1 Spesifikasi Data Satelit Himawari 8 dan 9 serta perbandingannya dengan MTSAT Nilai tengah panjang gelombang (μm) Himawari 8 dan 9 Band Resolusi (Km/pixel) MTSAT-1R dan 2 Band Resolusi (Km/pixel)

5 Gambar 2-2 Citra simulasi komposit warna satelit Himawari 8 dan 9 resolusi spasialnya dan perbandingannya dengan band pada Satelit MTSAT yang sekarang masih beroperasi. Dimana hal yang utama seperti pada Gambar 2-2 adalah dari data satelit Himawari 8 dan 9 dapat dibuat komposit citra berwarna alami dari band biru (0.46μm), hijau: (0.51μm) dan merah (0.64μm), yang merupakan hal baru dan belum ada pada hingga satelit Himawari yang sekarang. JMA pada Juni 2012 sudah membuat estimasi Fungsi Respon spektral (Sectral Respon Function / SRF) untuk tiap band sensor AHI pada satelit Himawari 8 dan 9 sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 2-3. Band cahaya tampak memiliki respon pada nilai tengah panjang gelombang tiap bandnya yang cukup baik, khususnya pada band 2 di daerah hijau, kemudian pada band 3 di daerah merah, sedangkan pada band 1 masih kurang baik untuk daerah biru. Pada band inframerah dekat untuk band 4, 5 dan 6 sama sekali tidak memiliki respon untuk suhu (temperature brightness / TB), akan tetapi band ini nanti akan bisa untuk dipergunakan untuk pemantauan global vegetasi, klorofil laut atau kalau pada misi satelit ini adalah untuk mendukung klasifikasi awan dalam gabungannya dengan band cahaya tampak dan inframerah dan/atau pemantauan daratan pada malam hari. Band inframerah termal memiliki respon bervariasi terhadap suhu, dimana data dari 10 band termal ini dapat dipergunakan untuk mendeteksi suhu permukaan awan, uap air, daratan dan laut sehingga diharapkan dapat meningkatkan akurasi khususnya dalam klasifikasi awan untuk memetakan awan hujan. Sebagaimana dikemukakan sebelumnya untuk keperluan mendeteksi kondisi awan, dalam rangka memetakan awan hujan atau memantau hujan badai, kemampuan sensor band AHI juga bisa dilihat melalui citra simulasi tiap band yang dibuat oleh JMA seperti yang terlihat pada Gambar 45

6 (a) Estimasi respon spektral band cahaya tampak (b) Estimasi respon spektral band inframerah dekat (c) Estimasi respon spektral band inframerah termal Gambar 2-3 Estimasi fungsi respon spektral tiap band pada sensor AHI Himawari 8 dan 9 (sumber JMA) 46

7 2-4 di bawah. Pada gambar tersebut, terlihat perbedaan penampakan bentuk dan kondisi awan, uap air di atmosfir serta permukaan bumi di bawahnya, untuk tiap citra simulasi band-band data AHI, dimana pada citra band cahaya tampak dan inframerah dekat masih dapat dilihat bentuk daratan Asia Timur dan badainya, sedang pada citra band inframerah termal dapat dilihat pola suhu dan kondisi uap air di atmosfir. C. Rencana Operasi Satelit Himawari 8 dan 9 Dalam rangka menjaga kesinambungan perolehan data cuaca di wilayah Asia timur hingga Australia dan Samudra Hindia hingga Pasifik bagian barat, untuk menggantikan Satelit MTSAT-2 atau Himawari 7, JMA berencana meluncurkan Satelit Himawari lanjutan (Next Generation of Geostationary Satellite) seperti dijelaskan pada Gambar 2-5, yakni Satelit Himawari 8 akan diluncurkan pada tahun 2014 dan akan mulai beroperasi pada tahun Kemudian untuk menjamin ketahanan sistem satelit pengamat cuaca tersebut, juga akan diluncurkan Satelit Himawari 9 yang dijadwalkan pada tahun Satelit Himawari 9 tersebut akan menunggu di orbit selama Satelit Himawari 8 beroperasi sebagai cadangan dan akan dioperasikan pada tahun 2022 setelah operasi Himawari 8 diberhentikan. G ambar 2-4 Citra simulasi tiap band pada data AHI Himawari 8 dan 9 (sumber : JMA) Gambar 2-5 Program Rencana peluncuran dan operasional Himawari 8 dan 9 47

8 Gambar 2-6 Sketsa Satelit Himawari 8 dan 9 Gambar 2-7 Foto muatan sensor AHI untuk Himawari 8 dan 9 (sumber ITT Exelis pada JMA) Posisi Geostasioner Sikap kendali 3-axis pengendali sikap satelit geostasioner Sensor Komunikasi Kontraktor Tabel 2-2 Spesifikasi Himawari 8 dan 9 Sekitar 140 E Advance Himawari Imager (AHI) 1) Transmisi data hasil pengamatan (downlink) Ka-band, 18,1-18,4 GHz 2) DCS : Saluran internasional 402,0-402,1 MHz (uplink), Saluran Domestik 402,1-402,4 MHz (uplink), Transmisi ke segmen di bumi Ka-band, 18,1-18,4 GHz (downlink) 3) T & C : Ku-band, 12,2-12,75 GHz (downlink) 13,75-14,5 GHz (uplink) Mitsubishi Electric Corporation Kendaraan Peluncur Roket H-IIA (rencana) Satelit Himawari 8 dan 9 dibuat oleh Mitsubishi Electric Corporation (MELCO) dan memiliki berat Kg tiap satelit, dirancang akan dapat dapat dioperasikan di orbit masingmasing hingga 8 tahun serta memiliki ketahanan fungsi Busnya di orbit hingga 15 tahun. Dalam pemantauan bumi, kamera Satelit Himawari 8 dan 9 juga dirancang mampu melakukan peliputan yang cepat baik untuk cakupan global maupun lokal dan pemilihan area serta penjadwalan yang dapat diprogram dengan fleksibel. Pada Gambar 2-6 di bawah ditunjukkan sketsa Satelit Himawari 8 dan 9 yang memiliki kendali tiga axis dan akan membawa unit baru utama yang disebut AHI, juga dilengkapi antena komunikasi, panel surya dan sensor pendung lainnya. Pada Tabel 2-2 di bawah dijelaskan spesifikasi utama Himawari 8 dan 9 yang kedua unit memiliki spesifikasi identik, dan akan dioperasikan dalam posisi geostasioner yang sama mengorbit di sekitar 140 BT. Pada satelit ini akan diperkenalkan band frekuensi baru untuk komunikasi antara satelit dan stasiun bumi, yakni akan menggunakan Ka-band untuk pengiriman (downlinking) data meteorologi ke stasiun bumi penerima, dan Ku-band yang akan digunakan untuk operasi telemetri dan perintah dalam mengendalikan satelit. Selain itu Satelit masing-masing akan membawa transponder untuk merelay data lingkungan dari wahana pengumpulan 48

9 Gambar 2-8 Rencana sistem penerimaan dan distribusi data oleh JMA Gambar 2-9 Contoh situs JMA untuk distribusi data satelit cuaca seri Himawari data (Data Colection Plaform / DCP) dipermukaan bumi untuk mempertahankan sistem pengumpulan data (Data Colection System / DCS) yang saat ini dioperasikan juga oleh MTSAT. Satelit Himawari 8 dan 9 rencananya juga akan diluncurkan dari Jepang dengan mempergunakan Roket H-IIA D. Perolehan Data JMA merencanakan distribusi data Satelit Himawari 8 dan 9 secara langsung kepada pengguna melalui internet beberapa saat setelah data diterima dari satelit melalui stasiun bumi (Gambar 2-8). Distribusi melalui internet akan dilakukan setiap 10 menit sekali untuk data seluruh band AHI terkoreksi level 1, serta data diolah untuk wilayah tertentu sebagaimana contoh Indonesia dan sekitarnya pada Gambar 2-9 seperti yang selama ini sedang dilakukan untuk data MTSAT. Data yang sudah diolah untuk wilayah tertentu dapa diperoleh melalui situs JMA di reg/sat_img.htm. Menurut pernyataan JMA sebagaimana yang disampaikan di WMO Geneva pada April 2012, data Satelit Himawari 8 dan 9 akan diterima hanya di Stasiun Bumi di JMA di Jepang karena data AHI sangat besar dan membutuhkan sistem penerima data yang cepat untuk transmisikan dengan Ka-band. Juga dinyatakan pada Himawari 8/9 tidak ada onboard transponder untuk penyebaran citra data secara langsung dari satelit seperti pada seri Himawari selama ini, semua data citra dalam resolusi penuh akan disediakan melalui Internet. Untuk itu, JMA akan meningkatkan layanan data penyebaran melalui Internet, dan akan mulai studi kelayakan untuk diseminasi melalui satelit telekomunikasi komersial. Penutup Satelit Himawari 8 dan 9 yang merupakan program lanjutan Satelit MTSAT, untuk meningkatkan akurasi pengamatan dan prediksi cuaca yang akan dikembangkan menjadi 16 band sehingga volume datanya menjadi besar. Selain itu, intensitas pengamatannya bertambah menjadi setiap 10 menit sekali, sehingga transmisi datanya perlu lebih cepat dan volumenya menjadi besar. Untuk itu JMA akan mengembangkan sistem penerima data cepat dan untuk kebutuhan pengguna akan didistribusikan data AHI dengan resolusi penuh secara langsung melalui internet. Semakin banyaknya band dan semakin tingginya resolusi temporal maupun spasial pada data Satelit Himawari 8 dan 9, adalah sangat diperlukan dan diharapkan akan memberikan peluang meningkatkan akurasi prediksi cuaca di wilayah tropis seperti Indonesia yang memiliki dinamika perubahan cuaca yang cepat. 49