Analisis Suhu Permukaan Kota Gorontalo dan Sekitarnya Menggunakan Saluran Thermal Citra Landsat 7 ETM+

Transkripsi

1 ORAL PRESENTATION Analisis Suhu Permukaan Kota Gorontalo dan Sekitarnya Menggunakan Saluran Thermal Citra Landsat 7 ETM+ Arthur Gani Koto 1,*) 1 Prodi Geografi Universitas Muhammadiyah Gorontalo *) arthur@umgo.ac.id ABSTRAK - Data penginderaan jauh (PJ) multispektral saat ini banyak digunakan terutama dalam kajian sumberdaya alam dan pengamatan cuaca. Salah satunya adalah dalam memanfaatkan saluran spektral. Data PJ yang digunakan dalam penelitian ini adalah saluran thermal (band 61) citra landsat 7 ETM+. Saluran thermal dapat dianalisis untuk memperoleh informasi suhu suatu wilayah permukaan bumi. Tujuan penelitian ini adalah menganalisis sebaran suhu permukaan Kota Gorontalo dan Sekitarnya dengan memanfaatkan saluran thermal (band 61) citra Landsat 7 ETM+. Pengolahan suhu permukaan dibagi menjadi tiga yaitu suhu pada daratan, perairan (Teluk Tomini), dan awan, namun dalam tulisan ini, suhu perairan dan awan diabaikan.analisis berdasarkan nilai digital number (DN) melalui proses koreksi radiometrik dengan melakukan convert DN value to radiance, convert to surface temperature (Kelvin), dan convert to Celcius. Hasil penelitian menunjukkan bahwa rata-rata suhu permukaan Kota Gorontalo dan Sekitarnya adalah 27 0 C dan suhu permukaan pusat Kota Gorontalo antara C. Kata kunci: suhu permukaan, gorontalo, saluran thermal, landsat 7 ETM+ ABSTRACT -Multispectral remote sensing data currently widely used, especially in the study of natural resources and weather observations. One of the methods is by utilizing the spectral band. Remote sensing data used in this study is a thermal band (band 61) Landsat 7 ETM+ imagery. Thermal band can be analyzed to obtain information about the temperature of a region at the earth's surface. The purpose of this study is to analyze the distribution of surface temperature in Gorontalo City area by utilizing thermal band (band 61) Landsat 7 ETM+. Surface temperature processing is made for three categories: land surface, waters (Tomini Bay), and cloud, but the waters and cloud temperature are ignored. Analysis is based on the value of the digital number (DN) through radiometric correction process to convert the DN value to radiance, convert to surface temperature (Kelvin), and convert to Celsius. The results showed that the average surface temperature of Gorontalo City area is 27 o C and surface temperature in center of Gorontalo City about o C. Keywords: surface temperature, gorontalo, thermal band, landsat 7 ETM+ 1. PENDAHULUAN Teknologi penginderaan jauh dalam beberapa tahun terakhir telah banyak dimanfaatkan untuk berbagai kepentingan. Berbagai sensor citra satelit maupun saluran spektral dianalisis dan diinterpretasi untuk memperoleh informasi sumber daya permukaan bumi. Salah satu citra multispektral yang digunakan untuk pengamatan suhu permukaan adalah Landsat 7 ETM+. Saluran spektral pada citra Landsat 7 ETM+ terbagi dalam saluran visible, near infrared, shortwave infrared, panchromatic, dan thermal. Salah satu saluran spektral yang dapat dimanfaatkan untuk analisis suhu permukaan yaitu saluran thermal. Suhu permukaan merupakan variabel penting yang dapat dianalisis oleh satelit penginderaan jauh dengan memanfaatkan saluran thermal, khususnya pada sensor ETM+. Suhu permukaan juga merupakan variabel biofisik penting yang dapat diperoleh dari satelit penginderaan jauh dan secara luas dapat digunakan untuk pemantauan lingkungan dan kajian yang berhubungan dengan perubahan iklim. Data thermal dapat dijadikan dasar untuk pemantauan evapotranspirasi dan pencemaran air pada lahan tanaman, estimasi flux energi permukaan, keseimbangan energi regional, kekeringan dan kelembaban tanah, analisis tutupan lahan dan deteksi kebakaran lahan batubara (Mukherjee et al., 2014). Tabel 1 menyajikan karakteristik perbedaan sensor satelit yang menyediakan informasi thermal-infrared

2 Tabel 1. Karakteristik perbedaan sensor satelit yang menyediakan informasi thermal-infrared. (sumber : Mukherjee et al, 2014) Spatial resolution (m) Satelit Sensor Visible/NIR Revisit time Thermal Band Band Landsat 5 TM days Landsat 7 ETM days Landsat 8 OLI & TIRS days Terra ASTER On Demand Aqua/Terra MODIS days NOAA AVHRR days GEOS GEOS imager days INSAT 3A VHRR&CCD <1 days Meteosat-8 MSG SEVIRI <1 days Envisat AATSR days Saluran thermal pada citra penginderaan jauh telah banyak digunakan untuk analisis suhu permukaan di wilayah perkotaan. Teknik pemanfaatan citra penginderaan jauh saluran thermal merupakan suatu hal penting yang menyediakan informasi suhu permukaan dalam wilayah yang heterogen termasuk wilayah perkotaan (Voogt, 2000). Suhu permukaan merupakan salah satu kajian utama dalam perubahan iklim global wilayah perkotaan (Voogt et al., 2003). Terdapat beberapa peneliti yang telah memanfaatkan saluran thermal untuk mengkaji suhu permukaan suatu wilayah. Kim (1992) menggunakan saluran thermal Landsat TM dalam pemodelan keseimbangan energi di wilayah perkotaan. Srivastava et al. (2009) telah mengadakan penelitian untuk mengestimasi suhu permukaan di wilayah Singhbhum Shear Zone India dengan memanfaatkan band thermal Landsat 7 ETM+ yang menggunakan algoritma dark object subtraction, indeks NDVI, dan penutup lahan. Hasil estimasi suhu permukaan dari citra Landsat dibandingkan dengan citra ASTER dan MODIS yang memperoleh perbedaan 20 0 C. Ozelkan et al. (2014) menunjukkan hasil penelitiannya berupa adanya hubungan antara suhu permukaan dengan suhu udara rata-rata selama beberapa bulan (long years monthly average), total curah hujan (Pt) dan kelembaban relatif (RH) yang menggunakan citra Landsat 5 TM dan Landsat 7 ETM+. Lain pula penelitian yang dilakukan oleh Sameen et al. (2014), yang mengkaji suhu permukaan danau Al Habbaniyah di Irak secara otomatis dengan memanfaatkan band TIRS citra Landsat 8 yaitu band 10 dan band 11 yang menggunakan perangkat lunak ENVI dan ArcGIS. Metode yang dipakai adalah algoritma pengolahan citra (supervised minimum distance classification) dan memanfaatkan tool geoprocessing ArcGIS. 2. METODE 2.1. Bahan dan Alat Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Citra Landsat 7 ETM+ band 61 perekaman 16 Juli 2001 (path 113 row 60), dengan tutupan awan kurang 10% dan waktu musim kemarau agar diperoleh hasil analisis yang maksimal dengan asumsi bahwa suhu tertinggi terjadi pada musim kemarau. Alat yang digunakan yaitu Notebook AMD A6 Vision (4CPU s 1,5 GHz, GPU 2 GB, RAM 6 GB, HDD 500 GB), perangkat lunak pengolah data raster ILWIS 3.3 Academic dan ENVI 5.02, dan perangkat lunak pengolah kata WPS Writer 2014 Beta Wilayah Kajian Wilayah kajian penelitian berada di Kota Gorontalo dan Sekitarnya dengan luas 300 baris x 300 kolom piksel citra (54 km 2 ) dengan posisi koordinat (UTM 51N) kiri atas , ; kanan atas , ; kiri bawah , ; dan kanan bawah , Letak geografis Kota Gorontalo pada posisi LU dan BT dan berada pada elevasi 5 10 mdpl. Terdapat dua sungai besar yang melintasi Kota Gorontalo yaitu Sungai Bone (DAS Bone) dan Sungai Bolango (DAS Bolango). Sebelah selatan Kota Gorontalo merupakan barisan perbukitan yang dibelah oleh Sungai Bone yang bermuara pada Teluk Tomini. Wilayah kajian disajikan sebagaimana pada Gambar

3 Analisis SuhuPermukaan Kota Gorontalo dan Sekitarnya Menggunakan Saluran Thermal Citra Landsat 7 ETM+ (Koto, A.G.) Laut Sulawesi, Prop. Gorontalo Danau Limboto TelukTomini TelukTomini Gambar 1. Wilayah kajian Kota Gorontalo dan Sekitarnya Kenampakan dari citra ASTER GDEM2 perekaman tahun 2011 menunjukkan barisan perbukitan yang membentang sepanjang bagian selatan Kota Gorontalo dan dibelah oleh Sungai Bone yang bermuara di Teluk Tomini sebagaimana disajikan pada Gambar 2., Gambar 2. Barisan perbukitan membentang di sebelah selatan Kota Gorontalo yang dibelah Sungai Bone yang bermuara pada Teluk Tomini (sumber : ASTER GDEM 2)

4 2.3. Pengolahan Citra Digital Dalam pengolahan citra digital, untuk kajian selain penurunan informasi penutup lahan/penggunaan lahan, maka diperlukan koreksi radiometrik. Citra Landsat 7 ETM+ yang diterima memiliki level L1G yang berarti telah mengalami koreksi geometrik (geometric corrected), namun masih perlu dikoreksi lagi menggunakan RBI digital wilayah Kota Gorontalo (layer jaringan jalan, administrasi, dan hidrologi) agar memperoleh citra yang sesuai dengan posisinya dipermukaan bumi. Koreksi radiometrik diperlukan karena beberapa hal, yaitu : kesalahan pada sistem optik, gangguan energi radiasi elektromagnetik pada atmosfir (hamburan serapan, amplitudo yang tidak linier, dan noise pada transmisi data), dan kesalahan karena pengaruh sudut datang matahari. Selain hal diatas, untuk memperoleh informasi baru dari citra satelit, semisal kajian transformasi indeks vegetasi, maka diperlukan pula koreksi radiometrik (Danoedoro, 2012). Landsat ETM+ memiliki resolusi spasial 30m (band 1-5, 7) kecuali saluran thermal (60m) dan saluran panchromatic (15m) dengan resolusi temporal 16 hari. Landsat 7 ETM+ yang diperoleh seluas 1 scene (185 x 185km) sehingga perlu dipotong sesuai dengan wilayah kajian. Pemotongan menggunakan Peta RBI digital wilayah Gorontalo dengan posisi koordinat UTM (51N) kiri atas , ; kanan atas , ; kiri bawah , ; dan kanan bawah , Tujuan penelitian ini adalah untuk memperoleh nilai suhu permukaan dengan menurunkannya dari band 61 Landsat ETM+ (2001) sehingga tidak diperlukan validasi dan uji lapangan sebab tidak sesuai dengan kondisi saat ini (2015) dan juga penggunaan metode tanpa menyentuh obyek yang dikaji.pengolahan suhu permukaan dibagi menjadi tiga yaitu suhu pada daratan, perairan (Teluk Tomini), dan awan, namun dalam tulisan ini, suhu perairan dan awan diabaikan. Koreksi radiometrik pada band 61 Landsat 7 ETM+ dilakukan dengan mengubah DN valueto radiance dengan melihat informasi tanggal, bulan, tahun perekaman citra, dan sudut datang matahari (sun elevation). Setelah itu dilakukan proses kalibrasi spectral radiance to surface temperature ( 0 K) dengan menggunakan persamaan (1) untuk memperoleh nilai derajat suhu Kelvin (Landsat 7 Handbook)... (1) Dimana : T = suhu Kelvin ( 0 K) K2 = konstanta kalibrasi 2 K1 = konstanta kalibrasi 1 =גL spektral radiance dalam watts/(meter squared * ster * µm) Nilai K2, K1 dan L ג diperoleh dari nilai konstanta kalibrasi band thermal yang selengkapnya disajikan pada Tabel 2. Tabel 2. Konstanta kalibrasi band thermal Landsat TM dan Landsat 7 ETM+ (sumber : Landsat 7 Handbook) Konstanta (K1) watts/(meter squared * ster * µm) Konstanta (K2) Kelvin Landsat ETM+ 666, ,71 Landsat TM 607, ,56 Persamaan (1) menghasilkan nilai radianceband thermal dalam suhu permukaan ( K). Nilai radianceband thermal ini selanjutnya diubah menjadi suhu permukaan derajat Celcius ( 0 C) yang dikurangi dengan , sehingga akan diperoleh nilai suhu permukaan dalam Celcius ( C). Selengkapnya diagram alir penelitian disajikan pada Gambar

5 Analisis SuhuPermukaan Kota Gorontalo dan Sekitarnya Menggunakan Saluran Thermal Citra Landsat 7 ETM+ (Koto, A.G.) Landsat 7 ETM+ band 61 Digital RBI Cropping Geometric Correction Digital RBI Geometric Corrected DN value into radiance Spectral radiance into surface temperature ( 0 K) Temperature ( 0 K) into temperature ( 0 C) Surface temperature map 3. HASIL PEMBAHASAN 3.1. Analisis Suhu Permukaan Gambar 3. Diagram alir penelitian Berdasarkan jumlah piksel, suhu permukaan yang memiliki jumlah piksel banyak dikategorikan sebagai nilai suhu yang dominan. Suhu permukaan Kota Gorontalo dan Sekitarnya didominasi kisaran C. Hal tersebut nampak sebagaimana yang tersaji pada Gambar 4. Gambar 4. Histogram suhu ( 0 C) Kota Gorontalo dan Sekitarnya

6 Nilai suhu permukaan terbanyak berdasarkan jumlah piksel yang tersaji pada Gambar 4 ( C) bukan merupakan suhu permukaan yang ada di daratan, melainkan suhu permukaan yang berada di Teluk Tomini, sebagaimana nampak pada Gambar 5. Sedangkan suhu permukaan pada daratan didominasi nilai 27 0 C. Gambar 5. Suhu Permukaan Teluk Tomini Suhu permukaan pada obyek awan berada pada kisaran 18,5 0 C dimana awan ini tentunya mengandung uap air dan bersuhu rendah, sebagaimana secara visualisasi disajikan pada Gambar 6. Awan Gambar 6. Sekumpulan awan di sebelah tenggara Kota Gorontalo yang berada di perbukitan Suhu permukaan pada wilayah kajian yang berada di pusat Kota Gorontalo cukup tinggi ( C), hal ini disebabkan karena minimnya vegetasi, didominasi perumahan/gedung, tingginya emisi gas buang kendaraan bermotor, dan pantulan jalan (aspal dan beton). Selain itu dipengaruhi pula oleh perekaman citra yang berlangsung pada Bulan Juli, dimana bulan ini termasuk dalam musim kemarau, yang tentunya suhu lebih tinggi dibanding ketika musim penghujan. Suatu hal menarik bahwa kisaran suhu di wilayah Perumahan Pulubala ternyata cukup tinggi yaitu antara C, sebagaimana tersaji pada Gambar 7. Perumahan Pulubala merupakan kawasan pemukiman padat penduduk dengan tingkat vegetasi jarang, dimana perumahan ini didominasi oleh kalangan menengah bawah. PerumPulubala Pusat Kota Gorontalo Gambar 7. Kisaran suhu permukaan di Perum Pulubala dan Pusat Kota Gorontalo

7 Analisis SuhuPermukaan Kota Gorontalo dan Sekitarnya Menggunakan Saluran Thermal Citra Landsat 7 ETM+ (Koto, A.G.) Nilai rata-rata suhu permukaan berkisar 27 0 C. Faktor yang mempengaruhi kenyamanan suhu untuk orang Indonesia menurut SNI dibagi menjadi tiga, yaitu : sejuk nyaman ( C), nyaman optimal ( C) dan hangat nyaman ( C). Berdasarkan wilayah kajian, suhu rata-rata berkisar 27 0 C yang dikategorikan sebagai hangat nyaman. Namun wilayah pusat Kota Gorontalo yang memiliki suhu permukaan antara C termasuk kategori tidak nyaman. Kenampakan secara keseluruhan persebaran suhu permukaan di wilayah Kota Gorontalo dan Sekitarnya disajikan pada Gambar KESIMPULAN Gambar 8. Suhu permukaan Kota Gorontalo dan sekitarnya Suhu permukaan suatu wilayah dapat diturunkan dengan memanfaatkan thermal band 61 Landsat 7 ETM+. Hasil penelitian menunjukkan bahwa suhu rata-rata permukaan Kota Gorontalo dan Sekitarnya adalah 27 0 C. Suhu permukaan yang terendah adalah 25 0 C dan tertinggi C, dan suhu permukaan pada pusat Kota Gorontalo antara C. Penelitian ini berdasarkan pada penggunaan citra perekaman musim kering (bulan Juli) sehingga perlu penelitian lebih lanjut menggunakan citra perekaman musim penghujan dan sensor yang berbeda. UCAPAN TERIMAKASIH Penulis mengucapkan terimakasih kepada pihak NASA & USGS yang telah memberikan izin untuk mengunduh secara gratis citra Landsat 7 ETM+. Penulis juga menyambut baik dan menghaturkan terimakasih atas kerjasama dan bantuan yang diberikan Universitas Muhammadiyah Gorontalo yang telah memfasilitasi penelitian ini. DAFTAR PUSTAKA Anonymous (2014). Gorontalo Dalam Angka BPS Provinsi Gorontalo. Danoedoro, P. (2012). Penginderaan Jauh Digital. Penerbit Andi, Yogyakarta. Kim, H. (1992). Urban Heat Island. International Journal of Remote Sensing, 13: Landsat 7 Handbook. Mukherjee, S., Joshi, P.K., dan Garg, R.D. (2014). A Comparison of Different Regression Models for Downscaling Landsat and MODIS Land Surface Temperature Images Over Heterogeneous Landscape. Advances in Space Research, 54:

8 Ozelkan, E., Serdar, B., Ertunga, C.O., Burak, B.U., dan Cankut, O. (2014). Land Surface Temperature Retrieval for Climate Analysis and Association with Climate Data. European Journal of Remote Sensing, 47: Sameen, M.I., dan Mohammed, A.A.K. (2014). Automatic Surface Temperature Mapping in ArcGIS using Landsat-8 TIRS and ENVI Tools-Case Study: Al Habbaniyah Lake. Journal of Environment and Earth Science 4(12):2-17. SNI Tata Cara Perancangan Sistem Ventilasi dan Pengkondisian Udara pada Bangunan Gedung. Srivastava, P.K., Majumdar, T.J., dan Amit, K.B. (2009). Surface Temperature Estimation in Singhbhum Shear Zone of India Using Landsat-7 ETM+ Thermal Infrared Data. Advances in Space Research, 43: Voogt, J.A. (2000). Image Representations of Complete Urban Surface Temperatures. Geocarto International, 15(3): Voogt, J.A., dan Oke, T.R. (2003). Thermal remote sensing of urban climates. Remote Sensing of Environment, 86: *) Makalah ini telah diperbaiki sesuai dengan saran dan masukan pada saat diskusi presentasi ilmiah BERITA ACARA PRESENTASI ILMIAH SINASINDERAJA 2015 Moderator : Dra, RatihDewanti, M. SC Judul Makalah : AnalisisSuhuPermukaan Kota Gorontalo dansekitarnyamenggunakan Saluran Thermal Citra Landsat 7 ETM+ Pemakalah :Arthur Gani Koto Jam :11:19 WIB Tempat :Ballroom 3, IPB Diskusi : Wawan, LAPAN Data yang digunakan 2001 sudah 14 tahun yang lalu. bagaimanavalidasinya? apakahinidihitungketelitiannyadilapangannyabagaimana? Jawaban Datanya sangat lama. Alasannya data lama, pertama kondisi internet Indonesia Timur yang lelet dan kedua ketika mendowload saya memilih-milihawannya yang minimal yang paling bersih pada tahun 2001 bulanjuli. UntukValidasi, tujuannya hanya untuk mengekstrak data suhu permukaan saja tanpa menyentuh objek dengan data penginderaan jauh. Joseph, BIG : Awan harusseminimalmungkinpadamenghitung histogram awandibuangdahulu. Bidawi, LAPAN: Saran ketika membahas lebih focus bagaimana objek darat dan objek air itu sendiri? Jawaban Perangkatlunaktidakmendukunguntukpemotongan Dalam penelitianjanganterpakupada software. Pisahkannilai air dandarat