PEMODELAN GEOID DARI DATA SATELIT GRACE

PEMODELAN GEOID DARI DATA SATELIT GRACE STUDI KASUS : WILAYAH INDONESIA ABDULLAH SUSANTO 3506 100 035 PEMBIMBING : DR. Ir. M. TAUFIK 1955 0919 1986 03 1001 EKO YULI HANDOKO 1974 0727 2000 03 1001

PENDAHULUAN LATAR BELAKANG Geoid memiliki peranan penting dalam kajian ilmu Geodesi, khususnya Geodesi Fisik. Untuk keperluan penentuan geoid, diperlukan data gaya berat di seluruh permukaan bumi. Dalam ruang lingkup regional, kendala yang ditemui untuk menentukan geoid di wilayah Indoenesia adalah kurang tersedianya data gaya berat. Menurut Prijatna [1998], untuk mendapatkan geoid teliti di Indonesia selain diperlukan data gaya berat yang teliti dan rapat. Diperlukan juga teknik penentuan geoid yang lebih tepat dan sesuai dengan kondisi wilayah kepulauan. Selanjutnya, menurut Prijatna [2008], penentuan geoid Indonesia saat ini hendaknya memanfaatkan data dari satelit GRACE (Gravity Recovery and Climat Experiment) yang datanya dapat digunakan hingga beberapa tahun ke depan. Data dari satelit GRACE dapat mendeteksi variasi densitas massa bumi terhadap undulasi geoid dengan menggunakan data koefisien geopotensial bola harmonik.

PENDAHULUAN RUMUSAN MASALAH Bagaimana mendapatkan model geoid di wilayah Indonesia dari data satelit GRACE

PENDAHULUAN BATASAN MASALAH Pemodelan geoid untuk wilayah Indonesia dengan koordinat geografis 6 LU 11 LS dan 95 BT 141 BT. Data yang digunakan adalah data satelit GRACE Level-2 Release 04 dari institusi GFZ (Nmax=120) tahun 2004 2009, kecuali Januari 2004 dan Desember 2009. Data pembanding adalah undulasi geoid model EGM96 dan EGM2008. Analisa variabilitas undulasi geoid terhadap aktifitas seismik di Indonesia.

PENDAHULUAN TUJUAN Mendapatkan model geoid dari data satelit GRACE

GEOID Geoid merupakan suatu dasar dari ilmu Geodesi, Oseanografi, dan mempelajari bumi secara fisik (Geophysics). Di Geodesi dan Oseanografi, geoid dianggap sebagai suatu referensi permukaan ketinggian untuk mendeskripsikan topografi daratan dan permukaan laut atau SST (Sea Surface Topography). Sedangkan di Geophysics, geoid digunakan untuk merepresentasikan distribusi massa di bawah permukaan bumi. Untuk aplikasi ketiga bidang tersebut, dibutuhkan geoid dengan ketelitian yang cukup tinggi [Torge, 2001]. Geoid disebut sebagai model bumi yang mendekati sesungguhnya. Selanjutnya geoid didefinisikan sebagai suatu permukaan ekipotensial gaya berat (disebut juga bidang nivo) yang secara global mendekati permukaan laut rata- rata [Kahar, 2008].

PEMODELAN GEOID Pemodelan geoid bisa dilakukan dengan 2 cara : 1. Pemetaan gaya berat di permukaan bumi 2. Pemetaan undulasi MODEL GEOID POTENSIAL GAYA BERAT UNDULASI

PEMODELAN UNDULASI GEOID Undulasi geoid dapat ditentukan dengan menggunakan integral Stokes dan deret bola harmonik. Undulasi geoid yang ditentukan dengan deret bola harmonik dinyatakan berdasarkan rumus deret bola harmonik dan menggunakan koefisien geopotensial sebagai data. Persamaan undulasi geoid dalam bentuk deret bola harmonik : N GM rγ ( ϕ, λ) 1 + C cos + sin ( sin ) nm mλ S nm mλ Pnm ϕ a r = n n n= 2 m= 0

SATELIT GRACE GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment) merupakan sistem satelit gravimetri hasil kerjasama antara NASA (National Aeronauticsand Space Administration) di Amerika Serikat dengan DLR (Deutsches Zentrum für Luft-und Raumfahrt) di Jerman. Satelit ini dalam pengamatannya tidak menggunakan pantulan gelombang elektromagnetik, tetapi menggunakan pengukuran jarak dengan gelombang mikro untuk mendapatkan pengukuran teliti [Andreas, 2006]. Satelit GRACE diluncurkan pada 17 Maret 2002 di Rusia. Satelit ini terdiri dari 2 buah satelit. Tujuan utama dari misi satelit GRACE ini yaitu untuk menyediakan informasi yang cukup akurat dari model gaya berat bumi untuk jangka waktu proyek selama 5 tahun.

SATELIT GRACE Teknik dari GRACE ini yaitu mendeteksi perubahan gaya berat bumi dengan cara memonitor perubahan jarak yang terjadi antara pasangan 2 satelit pada orbitnya. Kedua satelit ini saling melaju pada jalur orbit dengan jarak antara kedua satelit sekitar 220 km. kedua satelit ini terkoneksi oleh K-band microwave link untuk menghitung perbedaan jaraknya secara pasti dan seberapa besar perubahannya dengan akurasi lebih baik dari 1 µm/s. Satelit GRACE Data Level-2 Koefisien Geopotensial

KESALAHAN DATA SATELIT GRACE Akurasi pengukuran GRACE dipengaruhi oleh beberapa kesalahan, terdiri dari kesalahan system noise (gangguan perambatan) dan kesalahan orbit [Wahr et al., 1998]. Kesalahan system noise berasal dari kesalahan pengukuran gelombang mikro pada satellite-to-satellite, kesalahan accelerometer dan kesalahan pada ultrasable oscillator (komponen satelit GRACE). Pengaruh dari kesalahan ini dapat dihitung dan digunakan untuk mendapatkan formulasi baru atau koreksi terkait dengan akurasi data GRACE. Pada derajat tinggi koefisien bola harmonik (dengan komponen panjang gelombang pendek) dipengaruhi oleh kesalahan yang berhubungan dengan jalur orbit satelit GRACE (near polar) [Wahr et al., 1998; Chen et al., 2005]. Kesalahan ini mencerminkan kelemahan satelit GRACE. Untuk mereduksi tampilan garis- garis pada hasil model, biasanya dilakukan perataan secara spasial atau smoothing.

METODOLOGI LOKASI PENELITIAN wilayah Indonesia yang terletak di posisi geografis 6 08 00 LU - 11 15 00 LS, dan 94 45 00 BT - 141 05' 00 BT Gambar : Wilayah Indonesia

D a ta L e v e l-2 K o e fis ie n G e o p o te n s ia l P e m ilih a n D a ta In p u t P a ra m e te r P e rh itu n g a n U n d u la s i U n d u la s i G e o id (F o rm a t B in e r ) K o n v e rs i D a ta F o rm a t B in e r - M a trik U n d u la s i G e o id (F o rm a t M a trik ) P e m o d e la n U n d u la s i C ro p p in g A re a M o d e l U n d u la s i G e o id In d o n e s ia P e rb a n d in g a n M o d e l U n d u la s i G e o id D a ta U n d u la s i E G M 9 6 d a n E G M 2 0 0 8 P e m o d e la n U n d u la s i C ro p p in g A re a M o d e l U n d u la s i G e o id In d o n e s ia D I A G R A M A L I R P E N G O L H A N M E T O D O L I G I A n a lis a

HASIL DAN ANALISA PEMODELAN UNDULASI GEOID Undulasi geoid dimodelkan terhadap beberapa nilai derajat maksimum dengan variasi nilai meliputi 30, 60, 90, dan 120 dalam satuan meter.

HASIL DAN ANALISA PEMODELAN PERUBAHAN UNDULASI GEOID Modelan perubahan atau selisih undulasi geoid dilakukan dengan formulasi pengurangan nilai undulasi geoid antara dua bulan yang saling berurutan dalam satuan meter.

HASIL DAN ANALISA HASIL PEMODELAN DENGAN Nmax=30 Model Undulasi Geoid Januari 2008 (Nmax=30) Selisih Undulasi Geoid Januari Pebruari 2008 (Nmax=30)

HASIL DAN ANALISA ANALISA MODEL GEOID DI INDONESIA Undulasi di wilayah Indonesia sangat variatif. Nilai positif secara dominan terdapat di wilayah Indonesia bagian tengah sampai ke timur. Dapat dikatakan bahwa permukaan geoid pada daerah tersebut terletak di atas ellipsoid referensi. Sedangkan nilai negatif dominan terdapat di wilayah Indonesia bagian barat tepatnya di daerah Pulau Sumatera Samudera Hindia. Nilai undulasi geoid negatif menyatakan bahwa permukaan geoid pada daerah tersebut terletak di bawah permukaan ellipsoid referensi. Undulasi bernilai nol menjelaskan bahwa pada daerah tersebut permukaan geoid dan ellipsoid referensi berimpit. Yang mana nilai potensial dari kedua permukaan (geoid dan ellipsoid) adalah sama.

HASIL DAN ANALISA ANALISA MODEL GEOID DI INDONESIA Pada bulan Nopember 2009, pada derajat 120 nilai maksimum adalah 83,7504 meter di daerah Papua. Sedangkan nilai minimum adalah - 105,9858 meter di daerah Samudera Hindia. Untuk derajat 30, nilai maksimum adalah 79,1921 meter dan nilai minimum adalah -104,2627 meter pada lokasi yang sama.

HASIL DAN ANALISA ANALISA PERUBAHAN UNDULASI GEOID Titik 1 terletak di Indonesia Barat (Samudera Hindia). Pada tanggal 26 Desember 2004, terjadi gempa berskala 9,1 SR (U.S. Geological Survey). Titik 2 terletak di laut selatan Pulau Jawa (Pangandaran). Pada tanggal 17 Juli 2006 terjadi gempa berskala 7,6 SR (U.S. Geological Survey). Persebaran Titik Sampling Titik 3 terletak di Samudera Pasifik (utara Papua). Pada tanggal 3 Januari 2009 terjadi gempa berkekuatan 7,6 SR.

HASIL DAN ANALISA TITIK 1, SAMUDERA HINDIA Perubahan undulasi terbesar Nmax=30 terjadi pada bulan Oktober 2009. Nmax=60 terjadi pada Juni 2004. Nmax=90 terjadi pada bulan Januari 2006. Nmax=120 terjadi pada bulan Juli 2009. Variasi Nilai Perubahan Undulasi Geoid Di Indonesia Barat (Samudera Hindia) Tahun 2004-2009 Pada selang waktu tahun 2004-2009, perubahan rata- rata terbesar Nmax=30 terjadi pada tahun 2004 dan 2009. Nmax=60 terjadi pada tahun 2004. Nmax=90 terjadi pada tahun 2004. Nmax=120 terjadi pada tahun 2009. Diagram Perbandingan Nilai Rata- Rata Perubahan Undulasi Di Indonesia Barat (Samudera Hindia) Tahun 2004-2009 Kejadian gempa bulan Desember 2004 tidak berdampak besar pada perubahan undulasi geoid. Perubahan terbesar tidak terjadi pada sekitar waktu kejadian gempa. Tetapi, nilai rata- rata tiap tahun menunjukkan perubahan terbesar terjadi pada tahun kejadian.

HASIL DAN ANALISA TITIK 2, LAUT SELATAN P. JAWA - PANGANDARAN Perubahan undulasi terbesar Nmax=30 terjadi pada bulan Oktober 2009. Nmax=60 terjadi pada Oktober 2005. Nmax=90 terjadi pada bulan Nopember 2009. Nmax=120 terjadi pada bulan Oktober 2009. Variasi Nilai Perubahan Undulasi Geoid Di Laut Selatan Pulau Jawa, Pangandaran Tahun 2004-2009 Pada selang waktu tahun 2004-2009, perubahan rata- rata terbesar Nmax=30 terjadi pada tahun 2009. Nmax=60 terjadi pada tahun 2005. Nmax=90 terjadi pada tahun 2009. Nmax=120 terjadi pada tahun 2009. Diagram Perbandingan Nilai Rata- Rata Perubahan Undulasi Di Laut Selatan Pulau Jawa, Pangandaran Tahun 2004-2009 Kejadian gempa bulan Juli 2006 tidak berdampak besar terhadap perubahan nilai undulasi geoid. Perubahan terbesar tidak terjadi pada sekitar waktu kejadian gempa.

HASIL DAN ANALISA TITIK 3, MANOKWARI - PAPUA Perubahan undulasi terbesar Nmax=30 terjadi pada bulan Maret 2008. Nmax=60 terjadi pada Desember 2005. Nmax=90 terjadi pada bulan Nopember 2007. Nmax=120 terjadi pada bulan Juli 2009. Variasi Nilai Perubahan Undulasi Geoid Di Manokwari, Papua Tahun 2004-2009 Pada selang waktu tahun 2004-2009, perubahan rata- rata terbesar Nmax=30 terjadi pada tahun 2008. Nmax=60 terjadi pada tahun 2006. Nmax=90 terjadi pada tahun 2007. Nmax=120 terjadi pada tahun 2006. Diagram Perbandingan Nilai Rata- Rata Perubahan Undulasi Di Manokwari, Papua Tahun 2004-2009 Kejadian gempa bulan Januari 2009 tidak berdampak besar terhadap perubahan nilai undulasi geoid. Perubahan terbesar tidak terjadi pada sekitar waktu kejadian gempa.

HASIL DAN ANALISA ANALISA PERUBAHAN UNDULASI GEOID Analisa Perubahan Undulasi Geoid Dari Movie Model Tahun 2004-2009 Peta Tapal Lempeng Di Indonesia Aktifitas seismik merupakan salah satu faktor terjadinya perubahan undulasi geoid pada pemodelan geoid

HASIL DAN ANALISA ANALISA PENGGUNAAN Nmax PADA HASIL MODEL Terdapat perbedaan hasil model undulasi geoid secara visual. Terdapat perbedaan nilai undulasi dan perubahan undulasi geoid pada derajat maksimum (Nmax) yang berbeda pada titik dan waktu yang sama. Semakin besar derajat maksimum, maka semakin besar pula nilai perubahan undulasi pada titik yang sama. Pola variasi nilai undulasi geoid pada setiap nilai derajat maksimum juga berbeda.

HASIL DAN ANALISA ANALISA PENGGUNAAN Nmax PADA HASIL MODEL Perbandingan Undulation Geoid High Error (Sumber : GFZ-Potsdam) Untuk satelit GRACE, semakin besar nilai derajat bola harmonik maka kesalahannya juga semakin besar sampai batas derajat maksimum 150.

HASIL DAN ANALISA ANALISA PENGGUNAAN Nmax PADA HASIL MODEL Nmax = 30 Nmax = 120 Efek kesalahan bisa terlihat ketika nilai undulasi geoid diselisihkan atau pada model perubahan geoid. Dimana hasil model perubahan undulasi geoid masih terlihat memanjang secara vertikal dari arah utara ke selatan. Pola tersebut sama dengan pola orbit satelit GRACE.

HASIL DAN ANALISA PERBANDINGAN HASIL MODEL HASIL PEMODELAN MODEL EGM96 & EGM2008 EGM96 (Nmax=360) & EGM 2008 (Nmax=2190) merupakan suatu model gaya berat yang mana sumber data dari model EGM2008 meliputi : data dari satelit GRACE, Altimetri, dan Gaya Berat. Data EGM96 diambil dari aplikasi bahasa Fortran dari NGA. Data EGM2008 diambil dari Alltrans EGM2008 yang mampu menyediakan data undulasi geoid terhadap koordinat geografis (φ, λ, N) dan aplikasi bahasa Fortran dari NGA.

HASIL PEMODELAN MODEL EGM96 MODEL EGM2008

HASIL DAN ANALISA PERBANDINGAN HASIL MODEL Tabel Perbandingan Nilai Undulasi Geoid (Meter) Hasil Pemodelan Bulan April 2008 Dengan Model EGM96 dan EGM 2008 Lokasi Nmax=30 Nmax=60 Nmax=90 Nmax=120 EGM 2008 EGM96 Samudera Hindia -31.9501-33.5476-33.1039-33.4574-36.121-34.702-34.703-36.667-33.989 Nias -24.6178-24.6054-25.8732-26.9132-27.135-26.55-26.629-27.395-27.106 Pangandaran 2.0555-1.3744-4.6305-6.697-5.745-5.572-5.561-6.011-5.857 Padang -4.9447-4.7681-4.9632-4.4962-6.376-7.642-7.625-6.748-7.931 Manukwari 71.3725 74.5339 75.9031 76.4381 79.386 79.433 79.38 78.062 78.109 matlab fortran alltrans matlab fortran

PENUTUP KESIMPULAN Undulasi geoid di wilayah Indonesia sangat bervariasi. Pada bulan Nopember 2009, pada derajat 120 nilai maksimum adalah 83,7504 meter di daerah Papua. Sedangkan nilai minimum adalah -105,9858 meter di daerah Samudera Hindia. Sedangkan untuk derajat 30, nilai maksimum adalah 79,1921 meter dan nilai minimum adalah -104,2627 meter pada lokasi yang sama. Variasi hasil pemodelan terlihat dari penggunaan nilai derajat maksimum yang berbeda pada proses perhitungan undulasi geoid. Semakin tinggi derajat maksimum yang digunakan, semakin tinggi pula kesalahan yang ditimbulkan. Pemodelan geoid dari data satelit GRACE dengan metode ini belum bisa mendeteksi variabilitas undulasi geoid karena faktor gempa tektonik di wilayah Indonesia, khususnya perubahan secara bulanan (monthly variability). Aktifitas seismik merupakan salah satu faktor terjadinya perubahan undulasi geoid pada model geoid.

PENUTUP SARAN Untuk menghilangkan efek kesalahan, hendaknya dilakukan filtering dari hasil pemodelan, khususnya pada model perubahan undulasi geoid. Untuk ketelitian dan validasi pemodelan geoid, lebih lanjut studi geoid dilakukan dengan perbandingan Institusi SDS (Science Data System) atau dengan pemanfaatan aplikasi satelit gravimetri lainnya. Pengembangan aplikasi misi satelit GRACE untuk keperluan praktis lainnya.

DAFTAR PUSTAKA Arumsari, M.E. 2009. Pemanfaatan Filter Gauss Untuk Studi Spasio-Temporal Geoid Dari Data Satelit GRACE. ITB. Bandung. Andreas, H., 2006. Satelit Gravimetry, <URL : http://geodesy.gd.itb.ac.id/?page_id=501. Dikunjungi pada tanggal 30 Oktober 2006, jam 17.36. Anjasmara, I.M., 2006. Temporal Variability of the Earth s Gravity Field Observed by GRACE. Surveying/Mapping Project 690. Postgraduate Diploma. Chen, J. l., C. R. Wilson, J. S. Famiglietti, and M. Rodell. 2005. Spatial sensitivity of the Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) time-variable gravity observations. Journal of Geophysical Research 110:B08408. Kahar, J. 2008. Geodesi. Bandung : ITB. Prijatna, K. 1998. A Strategy for Geoid Determination in the Indonesian Archipelago. DEOS Progress Letter (Ed.: R. Klees), No. 9.1, Delft Univ. Press. Prijatna, K. 2008. Komunikasi Pribadi. Wahr, John, Mery Moleenar, dan Frank Bryan. 1998. Time Variability of the Earth s Gravity Field : Hydrological and Oceanic Effects and Their Possible Dtection Using GRACE. Jurnal of Geophysical Research, 10 Desember, Vol. 103, No. B12, 30.205-30.229. Wolfgang Torge. 1980. Geodesy, Walter de Gruyter, New York, Berlin. http://podaac.jpl.nasa.gov/pub/grace/. Dikunjungi pada tanggal 24 Desember 2009, pukul 05.37. http://icgem.gfz-postdam.de/icgem/icgem.html. Dikunjungi pada tanggal 5 Maret 2010, pukul 05.15. http://www.csr.utexas.edu/grace/. Dikunjungi pada tanggal 8 Maret 2010, pukul 05.04. http://www.gfz-potsdam.de/grace. Dikunjungi pada tanggal 19 Mei 2010, pukul 10.05.

TERIMA KASIH