3. BAHAN DAN METODE 3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian Penelitian dilakukan di wilayah yang tercemar tumpahan minyak dari anjungan minyak Montara Australia. Perairan tersebut merupakan perairan Australia yang berbatasan langsung dengan Laut Timor yaitu di wilayah Indonesia Timur. Lokasi penelitian tepatnya berada pada koordinat 9oLS -12oLS dan 121o – 128oBT. Pengolahan citra dilakukan di Laboratorium Penginderaan Jauh dan Sistem Informasi Geografis, Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan, FPIKIPB, pada bulan Maret – Juni 2011. Peta lokasi penelitian dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Peta lokasi penelitian dan stasiun pengamatan
18
19
3.2
Alat dan Bahan Penelitian Bahan yang digunakan dalam penelitian ini berupa data primer dan data
pendukung. Data primer terdiri dari dua jenis data yaitu data MODIS level 3 resolusi 4x4 km2 yang digunakan untuk estimasi konsentrasi klorofil-a secara temporal dan spasial. Citra MODIS level 3 yang digunakan merupakan composite data mingguan selama 5 tahun (2006-2010) pada Bulan Juli hingga Desember. Selanjutnya digunakan pula data MODIS level 1b resolusi 250 m dan 500 m untuk ekstraksi nilai spektral pada wilayah tumpahan minyak.. Citra MODIS level 1b yang digunakan adalah citra pada tanggal 30 Agustus 2009 dan 24 September 2009. Data pendukung yang digunakan adalah data angin yang diperoleh dari situs http://data-portal.ecmwf.int. Data angin berupa file berekstensi *nc yang berisi bujur lintang dan kecepatan angin. Alat yang digunakan dalam pengolahan data adalah seperangkat komputer yang dilengkapi dengan perangkat lunak Idrisi Andes, HEG WIN 2.9 (HDFEOS), WinRAR, SeaDas 4.7, Ms.Office 2007 dan Ms. Excel 2007, serta program lainnya yang menunjang pengolahan dan penyajian hasil penelitian.
3.3
Metode penelitian
3.3.1 Metode Perolehan Data MODIS Citra MODIS untuk estimasi perubahan konsentrasi klorofil secara temporal menggunakan citra level 3 composite mingguan periode 5 tahun. Citra tersebut diperoleh dengan mengunduh pada situs http://oceancolor.gsfc.nasa.gov melalui fasilitas internet. Data MODIS level 3 sudah terkoreksi secara radiometrik dan atmosferik. Data tersebut telah memiliki informasi seperti lintang dan bujur, daratan, garis pantai dan nilai estimasi konsentrasi klorofil di perairan.
20
Citra MODIS untuk menentukan perbedaan nilai spektral antara wilayah yang terkena tumpahan minyak dan tidak terkena tumpahan minyak menggunakan data MODIS level 1b resolusi 250 m dan 500 m. Data diperoleh melalui internet dari situs http://disc.gsfc.nasa.gov. Level 1b beresolusi 250 m dan 500 m berisi radiansi yang sudah terkalibrasi dan terkoreksi radiometrik serta sudah memiliki geolokasi.
3.3.2 Pengolahan data MODIS level 3 Data konsensentrasi klorofil-a level 3 yang diperoleh dari citra MODIS berupa data digital compressed dalam format Hierarki Data Format (HDF). Data ini perlu diekstrak dengan menggunakan perangkat lunak WinRAR sehingga dapat diolah lebih lanjut. Pengolahan data MODIS level 3 dilakukan pada perangkat lunak SeaDAS 5.2 (sistem operasi Linux Ubuntu 10.4). Tahap awal dari proses ini ialah croping atau pemotongan citra melalui program display yang terdapat pada menu SeaDAS. Wilayah yang di cropping sesuai dengan wilayah yang terkena tumpahan minyak berdasarkan rekaman citra tanggal 30 Agustus 2009 dan 24 September 2009 yaitu pada koordinat 11040’LS - 12040’LS dan 124010’BT-125010’BT. Output dari hasil pengolahan pada perangkat lunak SeaDAS ini berupa data ASCII. Data berformat ASCII tersebut selanjutnya diproses pada perangkat lunak Microsoft Excel 2007 untuk memperoleh informasi konsentrasi klorofil secara kuantitatif. Selanjutnya dari nilai kuantitas konsentrasi klorofil ditentukan nilai rata-rata klorofil untuk menunjukkan ada atau tidaknya pola fluktuasi klorofil secara temporal (5 tahun) sebelum dan sesudah terjadi tumpahan minyak. Nilai rata-rata dari konsentrasi klorofil ditampilkan dalam bentuk grafik menggunakan Microsoft
21
Excel 2007. Nilai rata-rata konsentrasi klorofil pada wilayah tumpahan minyak selama periode 5 tahun (2006-2010) secara lengkap disajikan pada Lampiran 1. Selain secara temporal, data MODIS level 3 juga digunakan untuk menampilkan sebaran spasial klorofil. Citra MODIS yang digunakan merupakan composite bulanan dari Juni hingga Desember pada periode 2008-2009. Hal ini dimaksudkan untuk melihat perbandingan konsentrasi klorofil secara spasial pada tahun sebelum dan sesudah terjadi tumpahan minyak pada bulan yang sama dengan tahun yang berbeda. Selain itu juga untuk membandingkan sebaran klorofil pada wilayah yang terkena minyak dan tidak. Wilayah yang di croping mencakup seluruh wilayah penelitian yaitu Laut Timor hingga Laut Australia pada koordinat 9o-15o LS dan 121o-128 oBT. Untuk melengkapi informasi spasial dilakukan pengaturan landmask, coastline dan skala warna. Landmask digunakan untuk menampilkan daratan sehingga dapat dibedakan antara daratan dan lautan. Coastline untuk menampilkan garis pantai dan skala warna (rescale) untuk menentukkan kisaran nilai konsentrasi klorofil (mg/L). pengaturan skala warna dapat dilakukan dengan proses rescale berdasarkan kisaran yang diperoleh dari literature. Kisaran konsentrasi klorofil di Laut Timor ialah 0.01 – 0.6 mg/L (Tubalawony, 2000). Hasil untuk analisis spasial selanjutnya di save dengan tipe data PNG (*.PNG) berupa gambar. Pada wilayah tumpahan minyak di tiap-tiap gambar di berikan kotak putih untuk menandakan wilayah yang tercemar minyak. Tahapan dalam proses pengolahan data MODIS level 3 dengan menggunakan program SeaDAS dapat dilihat pada Gambar 4.
22
Citra MODIS Level 3
Composite 8 harian
http://oceancolor.gsfc.nasa.gov v http://oceancolor.gsfc.nasa.gov http://oceancolor.gsfc.nasa.gov SeaDAS //oceancolor.gsfc.nasa.gov
Croping wilayah tumpahan minyak
ASCII
Rata-rata data klorofil mingguan
Grafik temporal klorofil 5 tahun (2006 -2010)
Composite bulanan (monthly
Croping seluruh wilayah penelitian
Perbaikan tampilan: Landmask Coastline Rescale
Citra sebaran spasial bulanan
Gambar 4. Diagram alir pengolahan data MODIS level 3
3.3.3 Pengolahan data MODIS level 1b Proses pengolahan citra untuk penentuan nilai spektral wilayah yang tercemar minyak menggunakan data Level 1b resolusi 250 m dan 500 m yang bersih dari tutupan awan. Dalam hal ini, citra yang bersih dari tutupan awan dan dapat menampilkan pola tumpahan minyak hanya citra pada tanggal 21 Agustus 2009 dan 30 Oktober 2009. Panjang gelombang yang digunakan untuk mengekstrak pantulan spektral (reflektansi) minyak adalah panjang gelombang merah (645 nm), biru (469 nm) dan hijau (555 nm). Ketiga panjang gelombang tersebut berada pada selang
23
panjang gelombang visible (cahaya tampak) dari resolusi citra MODIS 250 m dan 500 m. Peneliti sebelumnya juga menggunaan kisaran panjang gelombang tersebut untuk melihat nilai spektral tumpahan minyak di danau Maracaibo, Venezuela dengan menggunakan citra MODIS (Hu et al.,2003). Pengolahan data dilakukan pada perangkat lunak HEG WIN 2.9 dan Idrisi Andes. Proses yang dilakukan diawali dengan melakukan croping lokasi pengamatan (Laut Australia hingga Laut Timor) dan konversi citra MODIS dari format *.hdf ke format *.tif (multi band) menggunakan perangkat lunak HEG WIN 2.9. Pada proses cropping (9o LS -12o LS dan 121oBT – 128o BT) citra sudah terkoreksi geometrik secara otomatis sehingga tidak perlu dilakukan koreksi geometrik lagi. Tahap selanjutnya yang dilakukan adalah mengimport citra berformat *tif (multi band) dari hasil pengolahan HEG WIN 2.9 ke perangkat lunak Idrisi Andes. Kemudian pada perangkat lunak Idrisi Andes dilakukan koreksi atmosferik dan konversi digital number (DN) ke nilai reflektansi. Koreksi atmosferik dilakukan untuk mengurangi kesalahan akibat efek atmosferik yang disebabkan perbedaan sudut elevasi matahari. Adapun metode yang digunakan untuk koreksi atmosferik adalah metode histogram adjustment. Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut: DNijk (setelah dikoreksi) = DNijk (sebelum dikoreksi) – DN biask ……………………….(1) Dimana: DN = digital number i
= piksel baris ke-i
j
= piksel kolom ke-j
k = citra kanal ke-k
24
DN diekstrak berdasarkan titik-titik stasiun yang mencakup wilayah yang terkena tumpahan minyak dan tidak. Koordinat tiap-tiap titik stasiun tertera pada Lampiran 2. Ekstasi nilai DN pertitik stasiun dimaksudkan agar terlihat perbedaan nilai spektral antara kedua wilayah tersebut. Ekstraksi DN dilakukan pada kanal 1 (merah), 3 (biru) dan 4 (hijau). Kanal 1 terdapat pada citra resolusi 250 m sedangkan kanal 3 dan 4 terdapat pada citra resolusi 500 m. Selanjutnya nilai digital digunakan untuk memperoleh nilai reflektansi. Persamaan yang digunakan untuk memperoleh nilai reflektansi dengan data MODIS berdasarkan (Sulma et al., 2005) adalah sebagai berikut: Ri = Reflekansi Scales x (DN – Reflektansi offsets) ………………………(2) Dimana: Ri = Reflektansi kanal ke-i Reflektansi scales dan reflektansi offset diperoleh dari atribut pada file citra MODIS level 1b berformat hdf pada tiap kanal ke-i. Gambar 5 menunjukkan atribut data MODIS yang diperoleh dari perangkat lunak ENVI. Hasil perhitungan dengan persamaan diatas dapat dilihat pada Lampirann 3 dan4.
Gambar 5. Atribut file Hdf dari perangkat lunak ENVI
25
3.3.4 Pengolahan klorofil harian dengan MODIS level 1b Penentuan klorofil tiap-tiap stasiun untuk melihat ada tidaknya perbedaan klorofil pada stasiun yang tercemar minyak dan stasiun yang tidak tercemar minyak. Citra yang digunakan sama dengan citra untuk penentuan nilai spektral yakni citra MODIS level 1b resolusi 1km. Penerapan algoritma klorofil juga dilakukan pada perangkat lunak Idris Andes. Algoritma klorofil yang digunakan ialah algoritma Morel 4 dan algoritma O’Reilly et. al. (1998) dengan persamaan sebagai berikut: log 𝑦 (𝑎) = 1.03117 − 2.40134x + 0.3219897x 2 − 0.291066x 3 ……………(3) log 𝑦 𝑏 = 0.283 − 2.753x + 1.475x 2 − 0.659x 3 − 0.6591.403x 4 ……………(4)
Dimana: y (a) = Klorofil-a Morel 4; y (b) = Klorofil-a O’Reilly et. al. (1998) x
= log (kanal 8/kanal 12) atau log (band biru/band hijau)
Algoritma Morel 4 dan O’reilly et al (1998) dibangun berdasarkan rasio antara kanal biru / kanal hijau. Panjang gelombang ini digunakan berdasarkan asumsi bahwa tingkat penyerapan klorofil akan tinggi pada kanal biru sehingga nilai reflektansinya rendah. Oleh sebab itu, apabila rasio antara kedua kanal tersebut tinggi, maka konsentrasi klorofil akan rendah (Prasasti et al., 2005). Diagram alir pengolahan data level 1b ini dirangkum pada Gambar 6.
3.3.5 Pengolahan data angin Data angin yang digunakan adalah data angin harian dengan resolusi spasial 1.5ox1.5o. Data angin yang diperoleh dari hasil unduhan melalui situs http://dataportal.ecmwf.int tersimpan dalam format .nc dan dibuka melalui perangkat lunak ODV (Ocean Data View). Pada ODV data di cropping untuk mendapatkan data
26
yang lebih spesifik sesuai dengan titik stasiun wilayah penelitian. Selanjutya data disimpan dalam format .txt sehingga dapat dibuka melalui program Microsoft Excell. Informasi yang terdapat pada data ialah lintang, bujur, stasiun, komponen v angin pada ketinggian 10 meters (m/s), komponen u angin pada ketinggian 10 meters (m/s). Visualisasi data diolah melalui perangkat lunak surfer 8.0. Data disimpan ulang dalam format .bln. Data yang dibutuhkan untuk memperoleh arah dan pergerakan angin adalah data lintang, bujur, v-komponen dan u-komponen. Selanjutnya data tersebut di grid dan ditampilkan melalui menu New 2-Grid Vektor Map untuk menampilkan komponen arah dan kecepatan angin dalam bentuk gambar. Proses akhir adalah melakukan overlay dengan base map wilayah penelitian yang terdapat pola tumpahan minyak sehingga dapat dilihat bagaimana angin mempengaruhi pergerakan sebaran minyak.
27 Citra MODIS Level 1b http://disc.gsfc.nasa.gov
Resolusi: 1km =Band 9 (469 nm) Band 12 (555 nm)
Resolusi: 500 m =Band 3 (469 nm) Band 4 (555 nm) 250 m =Band 1 (645 nm)
HEG WIN 2.9 Konversi citra dan Pemotongan citra
IDRISI Andes Koreksi Atmosferik
Visualisasi lokasi tumpahan Minyak Algoritma Klorofil Morel 4 & O’Reilly
Penentuan titik stasiun di wilayah minyak
et. al. (1998) Ekstraksi Nilai Digital (ND) perstasiun
Nilai klorofil perstasiun
Nilai Reflekstansi/ spektral perstasiun
Gambar 6. Diagram alir pengolahan data klorofil-a dan nilai spektral dengan menggunakan MODIS level 1b
