PENYUSUNAN METODE UNTUK MENDUGA NILAI RADIASI ABSORBSI DENGAN MENGGUNAKAN CITRA LANDSAT TM/ETM+ (STUDI KASUS HUTAN GUNUNG WALAT SUKABUMI)

Transkripsi

1 PENYUSUNAN METODE UNTUK MENDUGA NILAI RADIASI ABSORBSI DENGAN MENGGUNAKAN CITRA LANDSAT TM/ETM+ (STUDI KASUS HUTAN GUNUNG WALAT SUKABUMI) ANDIKA PRAWANTO DEPARTEMEN GEOFISIKA DAN METEOROLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2010

2 PENYUSUNAN METODE UNTUK MENDUGA NILAI RADIASI ABSORBSI DENGAN MENGGUNAKAN CITRA LANDSAT TM/ETM+ (STUDI KASUS HUTAN GUNUNG WALAT SUKABUMI) ANDIKA PRAWANTO Skripsi sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Geofisika dan Meteorologi DEPARTEMEN GEOFISIKA DAN METEOROLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2010

3 ABSTRAK ANDIKA PRAWANTO, Penyusunan Metode untuk Menduga Nilai Radiasi Absorbsi dengan Menggunakan Citra Landsat TM/ETM+ (Studi Kasus Hutan Gunung Walat Sukabumi). Dibimbing oleh IDUNG RISDIYANTO. Tujuan penelitian ini adalah Menduga nilai radiasi gelombang pendek yang diabsorbsikan menggunakan citra satelit Landsat ETM+ dan perangkat lunak Gap Light Analyzer (GLA). Kesetimbangan radiasi pada vegetasi hutan adalah ρ + τ + α = 1, dimana α adalah proporsi kerapatan fluks radiasi matahari yang diabsorbsi oleh unit indeks luas daun, ρ adalah proporsi kerapatan fluks radiasi matahari yang direfleksikan oleh unit indeks luas daun atau kanopi, dan τ adalah proporsi kerapatan fluks radiasi matahari yang ditransmisikan oleh unit indeks luas daun (Impron, 1999). Besarnya transmisi dan refleksi bergantung pada sudut datang radiasi surya (Monteith, 1972). Komponen nilai radiasi di Hutan Gunung Walat didapat nilai radiasi gelombang pendeknya sebesar 48 Wm -2, nilai transmisi menggunakan rumus ρ + τ + α = 100% sebesar 89 Wm -2, dan menggunakan GLA nilai transmisi sebesar 100 Wm -2. Nilai radiasi absorbsi di Gunung Walat didapat dengan menggunakan dua metode, pertama menggunakan pendekatan hukum Kirchoff didapat nilai radiasi absorbsi sebesar 388 Wm -2 dan yang kedua menggunakan GLA didapat nilai absorbsinya sebesar 377 Wm -2. Kata kunci: Citra Satelit, radiasi absorbsi, radiasi transmisi, GLA.

4 ABSTRACT Andika PRAWANTO, Preparation Methods for Estimating Value of Radiation Absorption by Using Landsat TM / ETM + (A case study of Mount Forest Walat Sukabumi). Supervised by IDUNG RISDIYANTO. The purpose of this study is to predict the short-wave radiation values which is absorbed by using Landsat ETM + satellite imagery and software Gap Light Analyzer (GLA). Equilibrium radiation at the forest vegetation is ρ + τ + α = 1, where α is the proportion of solar radiation flux density absorbed by unit leaf area index, ρ is the proportion of flux density solar radiation reflected by a unit of leaf area index or canopy, and τ is proportion of solar radiation flux density transmitted by the unit leaf area index (Impron, 1999). The amount of transmission and reflection depending on the angle of solar radiation (Monteith, 1972). Radiation values components in Walat Mount Forest is short wave radiation value of 48 Wm -2, the transmission value is obtained by using the formula ρ + τ + α = 100% value of 89 Wm -2, and transmission value using the GLA is 100 Wm -2. Radiation absorption value in Walat Mountain is obtained using two methods, the first method is obtained using Kirchoff law approach of radiation absorption which value of 388 Wm -2 and the second is using the GLA which value of 377 Wm -2. Key words: Satellite imaging, radiation absorption, radiation transmission, GLA.

5 Judul Skripsi Nama NRP : Penyusunan Metode untuk Menduga Nilai Radiasi Absorbsi dengan Menggunakan Citra Landsat TM/ETM+ (Studi Kasus Hutan Gunung Walat Sukabumi) : Andika Prawanto : G Menyetujui Dosen Pembimbing, Idung Risdiyanto, S.Si, M.Sc in IT NIP Mengetahui: Ketua Departemen, Dr. Ir. Rini Hidayati, MS NIP Tanggal Lulus :

6 KATA PENGANTAR Puji dan syukur senantiasa dipanjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat, taufik dan hidayahnya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul Penyusunan Metode untuk Menduga Nilai Radiasi Absorbsi dengan Menggunakan Citra Landsat TM/ETM+ (Studi kasus Hutan Gunung Walat Sukabumi). Pada kesempatan ini penulis juga mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada pihak-pihak yang mendukung dan membantu penulis, diantaranya : 1. Bapak Idung Risdiyanto S.Si, M.Sc IT selaku dosen pembimbing yang telah banyak membantu dalam menyelesaikan karya ilmiahi ini. 2. Bapak, Ibu, adik-adikku (Dedi, Thomas. Hengki, dan Artha) atas semua perhatian, kasih sayang serta doa nya yang tak mungkin terbalas dengan apapun. 3. Teman-teman GFM 40 terutama Tria, Robert, Manto, Dwi, Sanghe, Congky, Bonang, Yudi, Riri serta komunitas Aida terima kasih atas semangatnya. Penulis menyadari bahwa Laporan ini masih memiliki banyak kekurangan. Oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapkan. Semoga laporan ini bermanfaat bagi penulis sendiri dan semua yang membacanya. Bogor, Agustus 2010 Penulis i

7 RIWAYAT HIDUP Penulis merupakan anak pertama dari lima bersaudara yang dilahirkan di Lahat pada tanggal 16 Mei 1985 dari pasangan Surdin dan Misrawati. Penulis lulus pendidikan formal di SDN 88 Curup pada tahun Tahun , penulis melanjutkan studi di SLTPN 02 Curup dan SMA Negeri 04 Curup pada tahun Kemudian pada tahun yang sama penulis diterima untuk melanjutkan studi di Institut Pertanian Bogor melalui jalur USMI (Undangan Seleksi Masuk IPB) dan diterima di Program Studi Meteorologi, Departemen Geofisika dan Meteorologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Selama perkuliahan, penulis aktif mengikuti kegiatan Himpunan Mahasiswa Profesi Geofisika dan Meteorologi (HIMAGRETO). ii

8 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... i RIWAYAT HIDUP... ii DAFTAR ISI... iii DAFTAR TABEL... v DAFTAR GAMBAR... vi DAFTAR LAMPIRAN... vii 1. PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan TINJAUAN PUSTAKA Radiasi Netto dan Albedo Radiasi Surya Hutan Teknik Penginderaan Jauh Gap Light Analyzer (GLA) Citra Satelit Landsat METODOLOGI Waktu dan Tempat Alat dan Bahan Metode Penelitian Pengolahan Awal Data Citra Satelit Klasifikasi Penutup Lahan Estimasi Suhu Permukaan Neraca Energi Permukaan Interaksi Radiasi dengan Kanopi Menetukan Nilai Radiasi Absorbsi dengan Menggunakan GLA HASIL DAN PEMBAHASAN Kondisi Geografis Daerah Kajian iii

9 4.2 Klasifikasi Penutupan Lahan Suhu Permukaan Wilayah Kajian Albedo Radiasi Netto Interaksi Radiasi dengan Kanopi Refleksivitas (ρ) Emisivitas (ε) Absorbsi (α) Transmisivitas (τ) KESIMPULAN DAN SARAN DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN iv

10 DAFTAR TABEL Tabel 1. Nilai Albedo untuk berbagai penutupan lahan... 2 Tabel 2. Beberapa nilai (ρ, %) dan (α, %) daun, vegetasi dan permukaan lain untuk radiasi gelombang pedek (Jones dalam Impron 1999)... 4 Tabel 3. Karakteristik dan kegunaan kanal dari Landsat TM/ETM Tabel 4. Parameter perhitungan albedo... 8 Tabel 5. Rata-rata nilai solar spectral irradiance... 8 Tabel 6. Luas wilayah masing-masing penutupan lahan Tabel 7. Kisaran suhu permukaan masing-masing penutupan lahan Tabel 8. Nilai kisaran albedo masing-masing penutupan lahan Tabel 9. Kisaran albedo pada penutupan lahan berbeda Tabel 10. Kisaran nilai komponen radiasi netto masing-masing penutupan lahan Tabel 11. Kisaran nilai rata-rata suhu permukaan ( o C), albedo dan RN (Wm -2 ) masing-masing penutupan lahan Tabel 12. Nilai radiasi refleksi, Absorbsi dan transmisi pada kanopi Tabel 13. Nilai radiasi refleksi, Absorbsi dan transmisi pada kanopi Tabel 14. Nilai Transmisi didapat dari GLA v

11 DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Diagram alir pengolahan data foto menggunakan GLA Gambar 2. Diagram alir metode penelitian vi

12 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Peta Penutupan Lahan wilayah Gunung Walat Lampiran 2. Peta sebaran Suhu Permukaan wilayah Gunung Walat Lampiran 3. Peta sebaran Radiasi Pantul wilayah Gunung Walat Lampiran 4. Peta sebaran Albedo wilayah Gunung Walat Lampiran 5. Peta sebaran Radiasi Netto wilayah Gunung Walat Lampiran 6. Peta sebaran Radiasi Absorbsi wilayah Gunung Walat vii

13 I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang. Ketika melalui atmosfer, radiasi matahari akan mengalami proses refleksi dan absorbsi akibat adanya awan, debu, uap air, dan molekul udara sehingga jumlah yang benarbenar ditransmisi mencapai permukaan bumi dalam bentuk radiasi global yaitu gabungan radiasi langsung (direct) dan baur (diffuse) akan lebih kecil dari nilai 1368 W m -2. Hutan adalah lahan yang secara alami maupun buatan terdiri dari pohon pohon dengan penutupan tajuk lebih dari 10% dan mencakup area lebih dari 0,5 hektar. Pohon - pohon yang terdapat di area tersebut harus mencapai tinggi minimal 5 meter saat dewasa (Brown, 1997). Jumlah cahaya di hutan tropis yang mencapai tanah sangat kecil. Kegelapan, kelembaban tinggi, dan bau busuk adalah karakteristik hutan hujan tropis. Radiasi surya amat diperlukan karena memiliki energi untuk fotosintesis. Energi ini terutama berasal dari cahaya tampak (0,4 0,7 μm). Kesetimbangan radiasi pada vegetasi hutan adalah ρ + τ + α = 1, dimana α adalah proporsi kerapatan fluks radiasi matahari yang diabsorbsi oleh unit indeks luas daun, ρ adalah proporsi kerapatan fluks radiasi matahari yang direfleksikan oleh unit indeks luas daun atau kanopi, dan τ adalah proporsi kerapatan fluks radiasi matahari yang ditransmisikan oleh unit indeks luas daun (Impron, 1999). Besarnya transmisi dan refleksi bergantung pada sudut datang radiasi surya (Monteith, 1972). Energi radiasi yang diserap oleh permukaan akan memanasi permukaan tersebut dan terjadilah konveksi ke atmosfer kemudian sebagian energi dihantarkan kelapisan yang lebih bawah. Pemanasan atmosfer terjadi terutama ditentukan oleh jumlah radiasi yang diterima oleh permukaan dan direspon permukaan terhadap radiasi yang diterima. Radiasi netto merupakan sumber utama bagi proses biologi dan fisika di bumi. Energi tersebut mencakup energi termal, mekanik dan kimia. Radiasi dalam suatu kanopi ditentukan oleh beberapa faktor, seperti radiasi datang, karakter tegakan pohon, karakter permukaan tanah, dan arsitektur tegakan. Deskripsi terperinci mengenai pola distribusi radiasi pada kanopi hutan sulit dilakukan karena memerlukan pengukuran dan perhitungan mengenai detil arsitektur kanopi. Radiasi surya yang mencapai permukaan tajuk hutan sebagian akan dipantulkan kembali ke atmosfer, sebagian diserap oleh lapisan tajuk dan sebagian lagi akan diteruskan ke lantai hutan (Imam Santosa, 1999) Tujuan penelitian. Tujuan penelitian ini adalah : Menduga nilai radiasi gelombang pendek yang diabsorbsikan menggunakan citra satelit Landsat ETM+ dan perangkat lunak Gap Light Analyzer (GLA). II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Radiasi Netto dan Albedo. Radiasi netto (Rn) merupakan selisih antara gelombang pendek matahari dan gelombang panjang yang datang ke permukaan dengan gelombang pendek dan gelombang panjang yang keluar (hilang). Rn = RS RS + RL RL Energi radiasi gelombang pendek yang dipantulkan oleh suatu permukaan ( R ), S dapat diduga dari sensor satelit yang menerima kisaran panjang gelombang pendek. Pada citra satelit Landsat kisaran panjang gelombang pendek diterima oleh kanal visible (1,2 dan 3). Persamaan yang digunakan mengikuti persamaan 1, dengan nilai QCAL, LMIN dan LMAX untuk band 1,2 dan 3. Albedo (α ) merupakan suatu perbandingan dari radiasi gelombang pendek yang dipantulkan oleh suatu permukaan dengan radiasi radiasi gelombang pendek yang datang pada permukaan tersebut. R α = R s s Nilai Albedo untuk tiap-tiap penutupan lahan berbeda-beda. Tabel berikut adalah nilai masing albedo : 1