KAJIAN KLOROFIL-A DAN NUTRIEN SERTA INTERELASINYA DENGAN DINAMIKA MASSA AIR DI PERAIRAN BARAT SUMATERA DAN SELATAN JAWA SUMBAWA SIMON TUBALAWONY SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007
SURAT PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi Kajian Klorofil-a dan Nutrien serta Interelasinya dengan Dinamika Massa Air di Perairan Barat Sumatera dan Selatan Jawa Sumbawa adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir disertasi ini. Bogor, Desember 2007 Simon Tubalawony NRP P27600002
ABSTRACT SIMON TUBALAWONY. Investigation of Chlorophyll-a and Nutrient with its Interrelationship to the Dynamic of Water Mass in West Sumatera and South Java-Sumbawa Waters. Under Direction of RICHARDUS F. KASWADJI, MULIA PURBA, SAM WOUTHUYZEN, and DEDI SOEDHARMA Data for this research consists of: (1) wind data from European Center for Medium Range Forecast (ECMWF) in the period of 1990-2002; (2) Sea Surface Temperature (SST) data from National Oceanographic and Atmospheric Administration (NOAA) of 1990-2005 and also from Moderate Resolution Imaging Spectro Radiometer (MODIS) AQUA of 2002-2005; (3) chlorophyll-a data from SeaWifS image of 1997-2005 and from MODIS AQUA of 2002-2005 as well; (4) the sea level anomaly data of 2001-2005 from TOPEX/POISEDON, European Remote Sensing Satellite (ERS-1 and ERS-2); (5) nitrate and chlorophyll data from NOBM (NASA Ocean Biogeochemical Model) Assimilated Dayled Global Products of 1997-2005; (6) CTD data from the expedition of Baruna Jaya I in 1990 and (7) the archives of World Ocean Data National Ocean Data Center (WOD-NODC). All of the collected data were utilized to analyze and investigate characteristics and dynamics of water mass by using the Ekman Transport and Ekman Pumping methods. Also, the analyses included the interrelationship between the dynamics of water mass and distribution of nutrient and chlorophylla in the waters of West Sumatera and South Java Sumbawa. Results of the Ekman Transport analyses showed that water mass transported from beach towards off-shore was the larger during the East Season in the West Java and around Sunda strait than that of the West Sumatera and the South of Central Java Sumbawa. The Ekman Pump analysis showed that upwelling process occurred at along side of West Sumatera and South Java Sumbawa waters from June to October. The highest level of upwelling was found in the South of Central Java East Java. Indications of the upwelling occurred in the East season were of the lower of SST, and sea level anomaly under sea surface level. In addition, the concentration of chlorophyll-a, nitrate, phosphate, and silicate increased. The more intensive upwelling occurred in the south of Central Java East Java was because of Ekman Transport moving away from beach, and perhaps due to the bigger gradient of wind stress on each component and influence of South Equator Current as well. In the center of upwelling, the increase of chlorophyll-a concentration showed a significant negative correlation to the declining of SST (r = -0.71), while the lower SST not because of upwelling process in the South of Flores Sumbawa did not give a significant correlation. Increasing nitrate concentration caused by upwelling showed a positive correlation to improvement of chlorophyll concentration (r = 0.65 0.86), while the improvement of nitrate concentration not because of upwelling did not show a significant positive correlation (r = 0.41 0.56) compared to that of in the South of Bali Sumbawa. Keywords: Ekman Pump, chlorophyll-a, nitrate, Ekman Transport, upwelling
Hak cipta milik IPB, tahun 2007 Hak cipta dilindungi Undang-undang 1. Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumber. a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan Karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan Kritik atau tinjauan suatu masalah b. Pengutipan tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB 2. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh Karya tulis dalam bentuk apapun tanpa izin IPB
KAJIAN KLOROFIL-A DAN NUTRIEN SERTA INTERELASINYA DENGAN DINAMIKA MASSA AIR DI PERAIRAN BARAT SUMATERA DAN SELATAN JAWA SUMBAWA SIMON TUBALAWONY Disertasi Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor pada Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007
Judul Disertasi Nama NRP : Kajian Klorofil-a dan Nutrien serta Interelasinya dengan Dinamika Massa Air di Perairan Barat Sumatera dan Selatan Jawa Sumbawa : Simon Tubalawony : P27600002 Disetujui Komisi Pembimbing Dr. Ir. Richardus F. Kaswadji, M.Sc Ketua Dr. Ir. Mulia Purba, M.Sc. Anggota Dr. Ir. Sam Wouthuyzen Anggota Prof. Dr. Ir. Dedi Soedharma, DEA Anggota Diketahui Ketua Program Studi Ilmu Kelautan Dekan Sekolah Pascasarjana Dr. Ir. Djisman Manurung, M.Sc. Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, M.S. Tanggal Ujian: 12 November 2007 Tanggal Lulus:
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Ambon pada tanggal 18 Oktober 1967, pukul 17.30 WIT dari Bapak Izaac Tubalawony dan Ibu Juliana Kayadu. Penulis merupakan anak ke 8 dari sepuluh bersaudara. Pendidikan sarjana ditempuh di Jurusan Manajemen Sumberdaya Perairan, Fakultas Perikanan Universitas Pattimura, lulus pada tahun 1992. Pada tahun 1997, penulis diterima di Program Studi Ilmu Kelautan pada Program Pascasarjana IPB dan menamatkannya pada tahun 2000. Kesempatan untuk melanjutkan ke program doktor pada program studi dan pada perguruan tinggi yang sama diperoleh pada tahun 2001. Beasiswa pendidikan pascasarjana diperoleh dari Departemen Pendidikan Nasional Republik Indonesia. Selain itu juga diperoleh bantuan beasiswa dari Yayasan Beasiswa Dana Maluku (YDBM), PEMDA Maluku dan Yayasan DAMANDIRI. Penulis bekerja sebagai Staf Pengajar pada Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan Universitas Pattimura sejak tahun 1993 hingga sekarang. Sebuah artikel telah diterbitkan dengan judul Dampak Proses Fisik terhadap Sebaran Klorofil secara Spasial dan Temporal di Perairan Barat Sumatera dan Selatan Jawa Sumbawa pada jurnal Ichthyos tahun 2007. Karya ilmiah tersebut merupakan bagian dari program S3 penulis.
PRAKATA Segala pujian dan syukur hanya bagimu, Ya TUHAN YESUS KRISTUS, karena atas berkat dan anugerahnya, penulisan disertasi ini dengan judul Kajian Klorofil-a dan Nutrien serta Interelasinya dengan Dinamika Massa Air di Perairan Barat Sumatera dan Selatan Jawa Sumbawa dapat diselesaikan. Penulisan disertasi ini dimaksudkan untuk memberikan gambaran tentang dinamika massa air lapisan Ekman akibat bertiupnya angin muson di perairan barat Sumatera dan selatan Jawa Sumbawa serta dampaknya terhadap perubahan karakteristik massa air dan sebaran klorofil-a perairan. Data yang digunakan dalam penelitian ini sebagian besar berasal dari citra satelit multisensor dan data hasil pengukuran lapang yang diperoleh dari hasil ekspedisi oseanografi Kapal Riset Baruna Jaya I BPPT Jakarta dan dari arsip World Ocean Data Center. Hasil penelitian mendapatkan bahwa lebih intensifnya upwelling di selatan Jawa Tengah Jawa Timur tidak hanya disebabkan karena transpor Ekman meninggalkan pantai (M YE ) tetapi juga karena besarnya gradien gesekan angin komponen menegak pantai ke arah laut lepas ( τ y / y) di perairan ini. Hal ini mengakibatkan lebih besarnya gradien transpor Ekman komponen sejajar garis pantai yang bergerak ke arah barat antara perairan dekat pantai dan laut lepas ( M XE / y) dimana di dekat pantai transpor massa air ke arah barat lebih sedikit dari pada laut lepas. Selain itu upwelling di selatan Jawa mengakibatkan peningkatan konsentrasi nitrat dan penurunan SPL memiliki hubungan yang erat dengan konsentrasi klorofil akan tetapi rendahnya SPL bukan karena pengaruh upwelling di selatan Flores Sumbawa secara signifikan tidak berdampak terhadap peningkatan konsentrasi klorofil-a. Tersusunnya disertasi ini tidak terlepas dari bantuan dan bimbingan berbagai pihak. Untuk itu terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr. Ir. Richardus F. Kaswadji, M.Sc., Bapak Dr. Ir. Mulia Purba, M.Sc., Bapak Dr. Ir. Sam Wouthuyzen dan Bapak Prof. Dr. Ir. Dedi Soedharma, DEA selaku pembimbing; Ibu Dr. Ir. Nani Hendiarti, M.Sc selaku Penguji pada Ujian Tertutup, Bapak Prof. Safwan Hadi Ph.D. selaku Penguji pada Ujian Terbuka dan Bapak Dr. Djisman Manurung, M.Sc. selaku Ketua Program Studi Ilmu Kelautan SPs IPB yang telah banyak memberikan bimbingan, arah dan masukan demi penyempurnaan disertasi ini. Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada Bapak Dr. Ir. I Wajan Nurjaya, M.Sc. atas bantuannya selama penulisan
disertasi; teman-teman dan saudara-saudaraku se-kost di Perwira 12 Darmaga Bogor, terutama: Nus, Nona, Degen, Eddy, Daniel, Ferry; serta kepada Papa, Mama, dan seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya. Semoga disertasi ini bermanfaat Bogor, Desember 2007 Simon Tubalawony
DAFTAR ISI DAFTAR TABEL... xvi DAFTAR GAMBAR... xvii DAFTAR LAMPIRAN... xix DAFTAR SINGKATAN... xx PENDAHULUAN Latar Belakang... 1 Pendekatan Masalah... 3 Tujuan Peneilitian... 4 Hipotesa Penelitian... 6 TINJAUAN PUTAKA Produktivitas Primer... 7 Cahaya... 7 Nutrien... 10 Suhu... 12 Sistem Angin Muson... 13 Sirkulasi permukaan perairan timur laut Samudera Hindia... 16 Arus Pantai Jawa... 19 Hubungan antara Faktor Oceanografis dan Produktivitas Primer Perairan... 19 METODE PENELITIAN Lokasi Penelitian... 22 Metode Pengumpulan Data... 23 Data klorofil... 23 Data fisik perairan... 23 Data nutrien... 24 Data angin... 24 Analisis Data... 25 Sebaran klorofil-a... 25 Sebaran suhu permukaan laut... 25 xiv
Sebaran nutrien... 25 Sebaran angin... 26 Sebaran anomali tinggi paras laut... 27 Transpor massa air... 27 Transpor vertikal nutrien... 30 Hubungan sebaran klorofil-a dengan suhu permukaan laut... 30 Hubungan klorofil dengan nutrien... 31 HASIL DAN PEMBAHASAN Sebaran Angin... 32 Sebaran Anomali Tinggi Paras Laut (ATPL)... 43 Sebaran Suhu Permukaan Laut (SPL)... 51 Sebaran Nitrat... 59 Sebaran Fosfat... 67 Sebaran Silikat... 69 Sebaran Klorofil-a... 72 Transpor Ekman... 80 Transpor Vertikal Massa Air... 87 Transpor Nutrien... 97 Indikasi Upwelling... 100 Hubungan klorofil-a dengan suhu permukaan laut (SPL)... 113 Hubungan klorofil dengan nitrat... 122 SIMPULAN DAN SARAN Simpulan... 128 Saran... 131 DAFTAR PUSTAKA... 132 LAMPIRAN... 138 xv
DAFTAR TABEL Halaman 1. Posisi lokasi pengamatan... 22 2. Anomali Tinggi Paras Laut bulanan rata- rata (cm) pada bulan Januari Juni di setiap lokasi pengamatan... 46 3. Anomali Tinggi Paras Laut bulanan rata- rata (cm) pada bulan Juli Desember di setiap lokasi pengamatan.... 47 4. SPL bulanan rata-rata ( o C) pada bulan Januari Juni di setiap lokasi pengamatan sepanjang tahun... 55 5. SPL bulanan rata-rata ( o C) pada bulan Juli Desember di setiap lokasi pengamatan sepanjang tahun... 56 6. Konsentrasi nitrat bulanan rata-rata (µmol l -1 ) pada bulan Januari Juni di setiap lokasi pengamatan... 62 7. Konsentrasi nitrat bulanan rata-rata (µmol l -1 ) pada bulan Juli Desember di setiap lokasi pengamatan... 65 8. Klorofil-a permukaan laut bulanan rata-rata (mg m -3 ) pada bulan Januari Juni di setiap lokasi pengamatan... 76 9. Klorofil-a permukaan laut bulanan rata-rata (mg m -3 ) pada bulan Juni Desember di setiap lokasi pengamatan... 77 10. Volume massa air dan kandungan nutrien yang terangkat (upwelling) Di beberapa gird pengamatan per m 2... 99 11. Gradien transpor Ekman komponen sejajar pantai per 1 o LS ke arah laut lepas ( M xe / y) di perairan selatan Jawa Sumbawa selama musim timur... 104 xvi
DAFTAR GAMBAR Halaman 1. Kerangka pendekatan masalah... 5 2. Grafik hubungan fotosintesa dan cahaya (Parsons et al., 1984)... 9 3. Sistem cuaca global yang mempengaruhi formasi muson barat laut (A) dan tenggara (B) di perairan barat Sumatera dan selatan Jawa Sumbawa (Robert, 1985 dalam Tomascik et al., 1997)... 15 4. Skema komponen arus barat timur di Samudera Hindia sepanjang 90 o BT pada bulan yang berbeda (Wyrtki, 1961)... 17 5. Posisi lokasi pengamatan... 22 6. Lintasan perhitungan Transpor Ekman... 28 7. Posisi grid dalam perhitungan kecepatan transpor vertikal... 29 8. Lintasan pengamatan perubahan suhu dan klorofil-a permukaan laut sepanjang tahun... 31 9. Pola sebaran angin bulanan rata-rata (m det -1 ) berdasarkan data rataan bulanan angin ECMWF dari tahun 1990 2002... 33 10. Sebaran gesekan angin bulanan rata-rata komponen sejajar pantai berdasarkan data rataan bulanan komponen angin ECMWF dari tahun 1990 2002... 38 11. Sebaran gesekan angin bulanan rata-rata komponen tegak lurus garis pantai berdasarkan data rataan bulanan komponen angin ECMWF dari tahun 1990 2002... 40 12. Sebaran anomali Tinggi Paras Laut (ATPL) bulanan rata-rata (cm) berdasarkan data tujuh harian ATPL dari 2001 2005... 44 13. Sebaran SPL bulanan rata-rata berdasarkan data rataan bulanan SPL NOAA dari tahun 1990 2005... 52 14. Sebaran nitrat permukaan laut bulanan rata-rata (µmol l -1 ) berdasarkan data rataan bulanan nitrat NOBM dari 1997 2005... 60 15. Sebaran mendatar fosfat (µmol l -1 ) pada musim timur di perairan selatan Jawa Sumbawa berdasarkan data Baruna Jaya I... 67 16. Sebaran mendatar fosfat (µmol l -1 ) pada musim peralihan I di perairan selatan Jawa Sumbawa berdasarkan data Baruna Jaya I... 69 xvii
17. Sebaran mendatar silikat (µmol l -1 ) pada musim timur di perairan selatan Jawa Sumbawa berdasarkan data Baruna Jaya I... 70 18. Sebaran mendatar silikat (µmol l -1 ) pada musim peralihan I di perairan selatan Jawa Sumbawa berdasarkan data Baruna Jaya I... 70 19. Sebaran klorofil-a bulanan rata-rata (mg m -3 ) pada permukaan laut berdasarkan data rataan bulanan klorofil-a SeaWiFS dari tahun 1997-2005... 73 20. Volume Transpor Ekman bulanan rata-rata (Lintasan I)... 81 21. Volume Transpor Ekman bulanan rata-rata (Lintasan II)... 82 22. Kecepatan transpor vertikal massa air bulanan rata-rata (m hari -1 ) berdasarkan data angin ECMWF dari tahun 1990 2002... 88 23. Volume Transpor Vertikal massa air bulanan rata-rata (Sv) berdasarkan data angin ECMWF dari tahun 1990 2002... 91 24. Sebaran melintang suhu di perairan selatan Jawa dan Bali pada musim timur (24 Agustus 1990 15 September 1990)... 98 25. Gradien transpor Ekman komponen sejajar pantai ke arah laut lepas ( M xe / y) di perairan selatan Jawa Sumbawa selama musim timur... 105 26. Klorofil-a (mg m -3 ), Nitrat (µmol l -1 ), SPL ( o C), ATPL (cm) bulanan rata-rata per lokasi pengamatan... 109 27. Sebaran hubungan SPL ( o C) dengan klorfil-a (mg m -3 ) sepanjang tahun pada setiap lokasi pengamatan... 114 28. Grafik SPL ( o C) dan Klorofil-a (Klo) (mg m -3 ) bulanan rata-rata di sepanjang perairan barat Sumatera dan selatan jawa Sumbawa... 117 29. Grafik hubungan klorofil-a dan SPL selama musim timur di sepanjang perairan barat Sumatera dan selatan Jawa Sumbawa... 120 30. Grafik hubungan Klorofil (mg m-3) dengan Nitrat (µmol l -1 ) sepanjang tahun pada setiap lokasi pengamatan... 123 xviii
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1. Posisi Stasiun Pengamatan Ekspedisi Kapal Baruna Jaya di perairan selatan Jawa Bali pada musim peralihan I (5 Maret 2 April 1190) dan musim timur (24 Agustus 1990 15 September 1990)... 138 2. Kecepatan angin bulanan rata-rata (m det -1 ) berdasarkan data rataan bulanan angin ECMWF dari tahun 1990 2002... 139 3. Gesekan angin bulanan rata-rata komponen sejajar dan menegak pantai (N m -2 ) berdasarkan data rataan bulanan angin ECMWF dari tahun 1990 2002... 141 4. Sebaran melintang nitrat (µmol l -1 ) di perairan selatan Jawa Sumbawa berdasarkan data Baruna Jaya I... 143 5. Sebaran melintang Fosfat, Silikat dan Nitrat (µmol l -1 ) di perairan barat Sumatera dan selatan Jawa berdasarkan data WOD NODC... 144 6. Sebaran melintang fosfat (µmol l -1 ) di perairan selatan Jawa Sumbawa berdasarkan data Baruna Jaya I... 148 7. Sebaran melintang silikat (µmol l -1 ) di perairan selatan Jawa Sumbawa berdasarkan data Baruna Jaya I... 149 8. Transpor Ekman bulanan rata-rata pada perairan barat Sumatera dan selatan Jawa hingga selatan Sumbawa... 150 9. Kecepatan vertikal massa air tiap bulan dan kedalaman lapisan Ekman berdasarkan data rataan bulanan angin dari tahun 1990 2002... 151 10. Volume transpor vertikal massa air bulanan rata-rata (m 3 hari -1 ) per luasan 1 m 2 berdasarkan data angin bulanan rata-rata dari tahun 1990 2002... 153 11. Transpor Ekman bulanan rata-rata tiap komponen (kg det -1 m -1 ) berdasarkan data rataan bulanan komponen angin ECMWF dari tahun 1990 2002... 154 12. Hasil analisis regresi antara konsentrasi klorofil (mg m -3 ) dengan konsentrasi nitrat (µmol l -1 ) untuk setiap lokasi pengamatan... 156 13. Sebaran klorofil (mg m -3 ) bulanan rata-rata permukaan laut barat Sumatera dan selatan Jawa - Sumbawa... 160 xix
DAFTAR SINGKATAN ADP AKS AKU AM APJ Arlindo ASK ATP ATPL AVHRR BT CTD DNA ECMWF EPT ERS GES -DISC DAAC LS MODIS NASA NOAA NOBM ODV PAR SeaWiFS SPL WOD-NODC : Adenosine Diphosphate : Arus Katulistiwa Selatan : Arus Katulistiwa Utara : Arus Muson : Arus Pantai Jawa : Arus Lintas Indonesia : Arus Sakal Katulistiwa : Adenosine Triphosphate : Anomali Tinggi Paras Laut : Advanced Very High Resolution Radiometer : Bujur Timur : Conductivity Temprature Depth : Deoxyribonucleic Acid : European Center for Medium Range Forecast : Equatorial Pressure Trough : European Remote Sensing Satellite : Goddard Earth Sciences - Data and Information Services Center Distributed Active Archive Center : Lintang Selatan : Moderate Resolution Imaging Spectro Radiometer : National Aeronautics and Space Administration : National Oceanic and Atmospheric Administration : NASA Ocean Biogeochemical Model : Ocean Data View : Photosynthetic Available Radiation : Sea - viewing Wide of Filed - of view Sencor : Suhu Permukaan Laut : World Ocean Data National Ocean Data Center xx
MAAF KELANJUTAN BAB 1 S/D LAMPIRAN PADA DISERTASI INI TIDAK DAPAT DIGABUNG KARENA DIPROTECT PADA DATA ASLINYA