ESTIMASI EVAPOTRANSPIRASI MENGGUNAKAN METODE PENMAN-MONTEITH DAN CITRA SATELIT ASTER (Studi Kasus Daerah Bandung dan Sekitarnya)
TUGAS AKHIR Disusun untuk memenuhi syarat kelulusan kurikuler Program Sarjana Program Studi Meteorologi
Oleh :
ERLIAN NUR (12803007)
PROGRAM STUDI METEOROLOGI FAKULTAS ILMU DAN TEKNOLOGI KEBUMIAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008
LEMBAR PENGESAHAN
ESTIMASI EVAPOTRANSPIRASI MENGGUNAKAN METODE PENMAN-MONTEITH DAN CITRA SATELIT ASTER (Studi Kasus Daerah Bandung dan sekitarnya)
Bandung, Juni 2008 Telah diperiksa dan disetujui oleh :
Pembimbing
Dra. Sri Hartati Soenarmo, MSP. NIP. 130515640
ESTIMASI EVAPOTRANSPIRASI MENGGUNAKAN METODE PENMANMONTEiTH DAN CITRA SATELIT ASTER (Studi Kasus Daerah Bandung dan Sekitarnya)
ABSTRAK Evapotranspirasi merupakan salah satu mata rantai dalam siklus hidrologi dan komponen penting dalam perhitungan kebutuhan dan ketersediaan air. Metode untuk mengestimasi evapotranspirasi biasanya dilakukan pertitik dengan tutupan lahan dianggap homogen sehingga estimasi evapotranspirasi untuk wilayah yang luas bisa menyebabkan ketidakakuratan, untuk mengatasi masalah ini diaplikasikan penginderaan jauh dengan estimasi evapotranspirasi per piksel. Pada penelitian ini diaplikasikan pengolahan citra satelit kedalam perhitungan evapotranspirasi untuk memperoleh hasil estimasi evapotranspirasi spasial. Metode yang digunakan untuk estimasi evapotranspirasi dalam penelitian ini yaitu metode Penman-Monteith dengan input dari hasil pengolahan citra satelit ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission And Reflection Radiometric). Dari pengolahan citra satelit dihasilkan temperatur permukaan, albedo dan emisivitas. Data yang digunakan dalam penelitian yaitu data meteorologi meliputi data temperatur udara, kecepatan angin, kelembaban udara, lama penyinaran dan tekanan udara pada tanggal 12 Juni 2003 dan 7 Oktober 2005 dan data citra ASTER pada waktu yang sama. Hasil estimasi evapotranspirasi pada tanggal 12 Juni 2003 berkisar antara 1.29-8.72 mm/hari sedangkan untuk tanggal 7 Oktober 2005 berkisar antara 2.44-11.4 mm/hari. Distribusi evapotranspirasi bervariasi terhadap jenis tutupan lahan. Nilai evapotranspirasi tertinggi terjadi di daerah dengan tutupan vegetasi seperti hutan dan terendah untuk daerah terbangun seperti perkotaan, pemukiman. Pada tahun 2005 terjadi perubahan tutupan lahan dan memberikan pengaruh yang signifikan terhadap nilai evapotranspirasi.
Kata kunci: Evapotranspirasi, Metode Penman-Monteith, Citra ASTER
ESTIMATION OF EVAPOTRANSPIRATION USING PENMAN-MONTEITH METHOD AND ASTER SATELLITE IMAGES (Study Cases Bandung Area)
ABSTRACT Evapotranspiration is apart of hydrological cycle and one of the most significant component of the hydrologic budget. A number of method for evapotranspiration estimaton have been presented. Most of methods are based on point data wich do not provide a good estimastion of evapotranspiration for large areas. This problem can be solved using remote sensing method that provide evapotranspiration on pixel by pixel basis, then it can be resulted evapotranspiration values spatially. In this research used Penman-Monteith method to estimate evapotranspiraton, some inputs for this method extracted from ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission And Reflection Radiometric) satellite images. From satellite image processing obtained suface temperature, albedo and emissivity. The data used in this research were meteorological data (air temperature, wind velocity, air humidity, air pressure, sunshine hour) and two ASTER images wich acquired on June 12, 2003 dan October 7, 2005. The result of evapotranspiration estimation on June 12, 2003 range between 1.298.72 mm/day and on October 7, 2005 range between antara 2.44-11.4 mm/day. Evapotranspiraton varies according to land cover characteristic. Forest has The highest evapotranspiration values and the lowest values are found in urban, residential area. Land cover changes have significant effect on evapotranspiration.
Keywords: Evapotranspiration, Penman-Monteith Method, ASTER images
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT karena berkat bimbingan dan perlindungan-Nya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Banyak kendala yang terjadi dalam proses pengerjaan tugas akhir ini namun semuanya dapat terselesaikan dengan baik pada akhirnya. Setiap kendala pasti ada jalan keluarnya dan di setiap kendala juga terdapat pelajaran berharga yang berarti. Penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : •
Ibu Dra. Sri Hartati Soenarmo, MSP atas dedikasinya dalam memberikan bimbingan, arahan dan kesabaran kepada penulis selama penelitian dan penulisan tugas akhir ini.
•
Bapak Musa Ali Mustafa selaku dosen wali dan koordinator tugas akhir yang telah memberikan banyak nasihat, ide dan masukan yang berharga.
•
Ibu Ida Narulita dari LIPI Bandung yang telah memberi izin untuk menggunakan data citra satelit dalam tugas akhir ini.
Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam tugas akhir ini. Oleh karena itu penulis selalu terbuka pada saran-saran yang dapat menyempurnakan penulisan tugas akhir ini. Terakhir kali penulis berharap agar tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pihak.
Bandung, Juni 2008
Penulis
DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK......................................................................................................................i ABSTRACK.....................................................................................................................ii KATA PENGANTAR..................................................................................................iii DAFTAR ISI.................................................................................................................iv DAFTAR GAMBAR ...................................................................................................vii DAFTAR TABEL.........................................................................................................ix DAFTAR LAMPIRAN..................................................................................................x
BAB I PENDAHULUAN........................................................................................... I-1 1.1
Latar Belakang ................................................................................................ I-1
1.2
Pernyataan Masalah ........................................................................................ I-2
1.3
Tujuan ............................................................................................................. I-2
1.4
Kajian Pustaka ................................................................................................ I-2
1.5
Batasan Masalah ............................................................................................. I-2
1.5
Sistematika Pembahasan................................................................................. I-3
BAB II TEORI DASAR ............................................................................................II-1 2.1
Siklus Hidrologi .............................................................................................II-1
2.2
Evapotranspirasi.............................................................................................II-2
2.3
Evaporasi........................................................................................................II-2
2.4
Transpirasi......................................................................................................II-2
2.5
Satuan.............................................................................................................II-3
2.6
Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Evapotranspirasi ...................................II-4
2.7
Metode Untuk Mengestimasi Evapotranspirasi .............................................II-5
2.8
Metode Estimasi Penman-Monteith...............................................................II-5
2.9
Radiasi net (Rn)........................................................................................
2.10
Fluks Panas tanah (G)....................................................................................II-7
2.11
Albedo (G).....................................................................................................II-8
2.12
NDVI..............................................................................................................II-8
2.13
Emisivitas.......................................................................................................II-8
II-7
2.14
Hambatan Aeorodinamik (ra) ........................................................................II-9
2.15
Hambatan Permukaan (rs)..............................................................................II-9
2.16
Regresi Linear..............................................................................................II-10
2.16.1 Metode Kuadrat Terkecil.............................................................................II-10 2.16.2 Uji Hipotesis non parametrik.......................................................................II-11 2.17
Penginderaan Jauh.......................................................................................II-12
2.17.1 Konsep Dasar Penginderaan jauh................................................................II-12 2.17.2 Interaksi Gelombang Elektromagnetik dengan Atmosfer............................II-13 2.17.3 Interaksi Gelombang EM dengan Target di Bumi.......................................II-14 2.18
Citra ASTER................................................................................................II-14
BAB III DATA DAN METODOLOGI ................................................................... III-1 3.1
Data .............................................................................................................. III-1
3.1.1 Data Meteorologi ......................................................................................... III-1 3.1.2 Data Citra Satelit ASTER ............................................................................ III-1 3.2
Metodologi................................................................................................... III-1
3.2.1 Pengolahan Citra.......................................................................................... III-1 3.2.2 Klasifikasi Citra ........................................................................................... III-6 3.3.
Pengolahan Data Meteorologi dan Uji Hipotesis......................................... III-6
3.3.1 Konversi kecepatan angin ............................................................................ III-6 3.3.2 pasialisasi Data Meteorologi........................................................................ III-6 3.3.3 Perhitungan Tekanan Uap jenuh.................................................................. III-7 3.3.4 Perhitungan Tekanan Uap Aktual................................................................ III-7 3.3.5 Perhitungan Radiasi Matahari...................................................................... III-7 3.4
Perhitungan Radiasi net ............................................................................... III-8
3.5
Perhitungan Fluks Panas Tanah ................................................................... III-8
3.6
Perhitungan Hambatan Aerodinamik........................................................... III-8
3.7
Perhitungan Hambatan Permukaan.............................................................. III-8
3.8
Perhitungan Evapotranspirasi ……………………………………………..III-8
BAB IV PENGOLAHAN DATA DAN HASIL ..................................................... IV-1 4.1
Pengolahan Awal Citra ASTER................................................................... IV-1
4.1.1 Pengolahan Nilai Piksel Band VNIR dan SWIR ......................................... IV-1 4.1.2 Pengolahan Nilai Piksel Band TIR .............................................................. IV-2 4.2
Pengolahan Data Meteorologi dan Uji Hipotesis......................................... IV-3
4.2.1 Kecepatan Angin.......................................................................................... IV-3 4.2.2 Temperatur Udara ........................................................................................ IV-3 4.2.3 Kelembaban Udara....................................................................................... IV-4 4.2.4 Tekanan Uap jenuh ...................................................................................... IV-4 4.3
Pengolahan Radiasi net……………………………………………………IV-4
4.4
Pengolahan Fluks Panas Tanah……………………………………………IV-4
4.5
Pengolahan Evapotranspirasi……………………………………………...IV-4
4.6
Hasil Pengolahan Data…………………………………………………….IV-6
BAB V ANALISIS DAN PEMBAHASAN ..............................................................V-1 5.1
Analisis Hasil Pengolahan Nilai Piksel Band VNIR dan SWIR....................V-1
5.1.1 Citra Albedo...................................................................................................V-1 5.1.2 Citra NDVI.....................................................................................................V-2 5.1.3 Citra Emisivitas..............................................................................................V-3 5.2
Analisis Hasil Pengolahan Nilai Piksel Band TIR…………………………V-4
5.2.1 Citra Temperatur Permukaan.........................................................................V-4 5.3
Analisis Hasil Klasifikasi Citra......................................................................V-5
5.4
Analisis Temperatur Udara………………………………………………...V-6
5.5
Analisis Kelembaban Udara………………………………………………..V-6
5.6
Analisis Tekanan Uap Jenuh……………………………………………….V-6
5.7
Analisis Radiasi Net………………………………………………………..V-7
5.8
Analisis Fluks Panas Tanah………………………………………………...V-7
5.9
Analisis Evapotranspirasi…………………………………………………..V-8
BAB VI KESIMPULAN ......................................................................................... VI-1 6.1
Kesimpulan .................................................................................................. VI-1
DAFTAR PUSTAKA..............................................................................................DP-1 LAMPIRAN...............................................................................................................L-1 UCAPAN TERIMA KASIH
DAFTAR GAMBAR Halaman II-1
Gambar 2.1
Siklus Hidrologi (Sumber : http://water.usgs.gov)
Gambar 3.1
Diagram Alir Pengerjaan Tugas akhir
III- 10
Gambar 4.1
Citra Albedo Daerah Bandung dan Sekitarnya 12 juni 2003
IV- 6
Gambar 4.2
Citra Albedo Daerah Bandung dan Sekitarnya 7 Oktober IV- 6 2005
Gambar 4.3
Citra NDVI Daerah Bandung dan sekitarnya 12 Juni 2003
Gambar 4.4
Citra NDVI Daerah Bandung dan sekitarnya 7 Oktober IV- 7 2005
Gambar 4.5
Citra Emisivitas Daerah Bandung dan sekitarnya 12 Juni IV- 8 2003
Gambar 4.6
Citra Emisivitas Daerah Bandung dan sekitarnya 7 Oktober IV- 8 2005
Gambar 4.7
Citra Temperatur Permukaan sekitarnya 12 Juni 2003
Daerah
Bandung
dan IV- 9
Gambar 4.8
Citra Temperatur Permukaan sekitarnya 7 Oktober 2005
Daerah
Bandung
dan IV- 9
Gambar 4.9
Citra Klasifikasi Lahan Daerah Bandung dan sekitarnya 12 IV- 10 juni 2003
Gambar 4.10
Citra Klasifikasi Lahan Daerah Bandung dan sekitarnya 7 IV- 10 Oktober 2005
Gambar 4.11
Citra Temperatur Udara Daerah Bandung dan sekitarnya 12 IV- 11 juni 2003
Gambar 4.12
Citra Temperatur Udara Daerah Bandung dan sekitarnya 7 IV- 11 Oktober 2005
IV- 7
Gambar 4. 13 Citra Kelembaban Udara Daerah Bandung dan sekitarnya IV- 12 12 juni 2003 Gambar 4. 14 Citra Kelembaban Udara Daerah Bandung dan sekitarnya 7 IV- 12 Oktober 2005
Gambar 4. 15 Citra Tekanan Uap Jenuh Daerah Bandung dan sekitarnya IV- 13 12 juni 2003 Gambar 4. 16 Citra Tekanan Uap Jenuh Daerah Bandung dan sekitarnya 7 IV- 13 Oktober 2005 Gambar 4.17
Citra Radiasi Net Daerah Bandung dan sekitarnya 12 Juni IV- 14 2003
Gambar 4.18
Citra Radiasi Net Daerah Bandung dan sekitarnya 7 IV- 14 Oktober 2005
Gambar 4.19
Citra Fluks Panas Tanah Daerah Bandung dan sekitarnya 12 IV- 15 juni 2003
Gambar 4.20
Citra Fluks Panas Tanah Daerah Bandung dan sekitarnya 7 IV- 15 Oktober 2005
Gambar 4.21
Citra Evapotranspirasi Daerah Bandung dan sekitarnya 12 IV- 16 Juni 2003
Gambar 4.22
Citra Evapotranspirasi Daerah Bandung dan sekitarnya 7 IV- 16 Oktober 2005
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Faktor Konversi Satuan untuk Evapotranspirasi
Halaman I-5
Tabel 2.2
Karakteristik dari 3 sensor sistem ASTER
II-16
Tabel 5.1
Nilai Albedo Hasil Pengolahan Citra ASTER
V-1
Tabel 5.2
Perbandingan albedo dari literatur dengan albedo dari pengolahan citra
V-2
Tabel 5.3
Perbandingan Nilai Emisivitas Dari Literatur dan Hasil Pengolahan Citra Untuk Tanggal 12 juni 2003 dan 7 Oktober 2005
V-4
Tabel 5.4
Hasil Estimasi Temperatur Permukaan Citra ASTER 12 juni 2003 dan 7 Oktober 2005
V-5
Tabel 5.5
Perbandingan Luas Tutupan Lahan Hasil Klasifikasi Citra tanggal 12 Juni 2003 dan 7 Oktober 2005
V-6
Tabel 5.6
Nilai Temperatur Udara Hasil Regresi Linear Dengan Nilai Piksel Band TIR
V-6
Tabel 5.7
Nilai Kelembaban Udara Hasil Regresi Linear Dengan Nilai Piksel Band TIR
V-7
Tabel 5.8
Nilai Tekanan uap jenuh Hasil Pengolahan Citra ASTER
V-8
Tabel 5.9
Nilai Radiasi net Hasil Pengolahan Citra ASTER
V-8
Tabel 5.10
Nilai Fluks Panas Tanah Hasil Pengolahan Citra ASTER
V-9
Tabel 5.11
Nilai Evapotranspirasi Hasil Pengolahan Citra ASTER
V-10
Tabel 5.12
Perbandingan hasil estimasi Metode Penman Monteith manual,Metode Penman Monteith dan citra ASTER dan hasil pengukuran Panci evaporasi
V-11
DAFTAR LAMPIRAN Halaman Gambar L.1. Citra ASTER……………………………………………………...L-1 Tabel L.1 ESUNλ (Band dependant exoatmospheric irradiance)……………...L-2 Tabel L.2 Unit coefficient Convertion (UCC)......................................................L-2
