METODE NERACA ENERGI UNTUK PERHITUNGAN LEAF AREA INDEX (LAI) DI LAHAN BERVEGETASI MENGGUNAKAN DATA CITRA SATELIT
RUDI SETIAWAN
DEPARTEMEN GEOFISIKA DAN METEOROLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2006
RINGKASAN RUDI SETIAWAN. Metode Neraca Energi Untuk Perhitungan Leaf Area Index (LAI) di Lahan Bervegetasi Menggunakan Data Citra Satelit. Dibimbing oleh IDUNG RISDIYANTO Tujuan pertama dari penelitian ini yaitu menyusun metode perhitungan refleksi, absorbsi, dan transmisi radiasi pada permukaan lahan bervegetasi menggunakan citra satelit Landsat ETM+. Tujuan yang kedua adalah menyusun metode perhitungan LAI dengan pendekatan neraca energi dari data citra satelit Landsat ETM+. Langkah pertama yang dilakukan adalah penentuan daerah studi penelitian, pemrosesan awal citra satelit yang meliputi : import data citra, koreksi
radiometrik, image enhachment dan
klasifikasi penutup lahan. Selanjutnya dilakukan ekstraksi dari band 6 untuk mendapatkan informasi nilai suhu permukaan. Sedangkan informasi nilai albedo dan energi radiasi gelombang pendek diekstraksi dari band 1, 2, dan 3. Langkah kedua yang dilakukan adalah mengekstraksi dan menganalisis lebih lanjut untuk menentukan nilai salah satu komponen neraca energi yaitu Rn dan nilai sifat optikal kanopi (refleksivitas, absorbsivitas, dan transmisivitas). Nilai komponen neraca energi dan nilai sifat optikal kanopi yang telah didapatkan kemudian diekstraksi untuk mendapatkan nilai LAI melalui persamaan hukum Beer-Lambert Hasil penelitian menunjukkan adanya hubungan searah antara suhu permukaan dengan albedo. Kedua komponen tersebut memiliki hubungan yang berlawanan arah dengan nilai radiasi netto. Semakin besar nilai suhu permukaan dan albedo suatu penutup lahan membuat semakin kecil radiasi netto yang dimiliki oleh penutup lahan tersebut. Dengan menggunakan pendekatan empiris, maka dapat diperoleh nilai energi radiasi surya yang direfleksikan sebesar 43 Wm-2 (hutan alam), 44 Wm-2 (agroforest karet), dan 45 Wm-2 (perkebunan karet monokultur). Nilai energi radiasi surya yang diemisikan (equivalen dengan radiasi surya yang diabsorbsikan) sebesar 767 Wm-2 (hutan alam), 764 Wm-2 (agroforest karet), dan 761 Wm-2 (perkebunan karet monokultur). Selain itu dari pendekatan mekanistik diperoleh besarnya energi surya yang ditransmisikan oleh kanopi hutan alam (40 Wm-2), kanopi agroforest karet (42 Wm2) dan perkebunan karet monokultur (44 Wm-2). Hasil penelitian yang dapat diperoleh dari menduga besarnya nilai LAI untuk lahan bervegetasi menggunakan metode neraca energi dan persamaan hukum Beer-Lambert adalah diperolehnya pendugaan nilai mean LAI hutan alam sebesar 3.39 dengan nilai kisaran selang 3.19 - 3.84 dan R2 hasil validasi dengan LAI lapangan sebesar 0.91. Nilai mean LAI pendugaan untuk agroforest karet sebesar 3.35 dengan selang 3.13 – 3.74 dan nilai R2 hasil validasi sebesar 0.69, sedangkan nilai mean LAI untuk perkebunan karet monokultur sebesar 3.30 dengan selang 3.07 – 3.61 dan nilai R2 hasil validasi sebesar 0.82. Dengan hasil luaran yang cukup baik, metode pendugaan LAI tersebut dapat digunakan untuk penutup lahan bervegetasi. Kata Kunci : LAI, Neraca Energi, Hukum Beer – Lambert, Penginderaan Jauh
METODE NERACA ENERGI UNTUK PERHITUNGAN LEAF AREA INDEX (LAI) DI LAHAN BERVEGETASI MENGGUNAKAN DATA CITRA SATELIT
RUDI SETIAWAN
Skripsi Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Geofisika Dan Meteorologi
DEPARTEMEN GEOFISIKA DAN METEOROLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2006
Judul : Metode Neraca Energi Untuk Perhitungan Leaf Area Index (LAI) Di Lahan Bervegetasi Menggunakan Data Citra Satelit Nama : RUDI SETIAWAN NRP
: G24102035
Menyetujui, Pembimbing
Idung Risdiyanto, S.Si, M.Sc IT. NIP. 132206238
Mengetahui, Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Prof. Dr. Ir. Yonny Koesmaryono, MS. NIP. 131473999
Tanggal Disetujui :
Allah tidak menjanjikan hari-hari tanpa sakit, tertawa tanpa kesedihan, matahari tanpa hujan, tetapi Dia menjanjikan kekuatan untuk hari itu, kebahagiaan untuk air mata, dan terang dalam perjalanan.
Ketika kau kecewa karena tidak memperoleh apa yang engkau kehendaki, terimalah dan bergembiralah, karena Allah sedang mempersiapkan sesuatu yang lebih baik untuk dirimu. Ada sesuatu maksud untuk setiap kejadian dalam kehidupan, mengajarimu bagaimana lebih seringkali tertawa atau tidak terlalu keras menangis.
Ku persembahkan karya kecilku ini untuk orang-orang yang menyelimuti dan menghangatkan qalbuku ini (Ayah & Ibu, Kakak-kakak ku, dan Reyna Listiani) Terimkasih atas segala nya
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 16 Desember 1983 dari Ayah bernama Sayogya dan Ibu Suparmi. Penulis merupakan putra kelima dari lima bersaudara. Tahun 2002 penulis lulus dari SMUN 29 Jakarta dan pada tahun yang sama juga lulus seleksi penerimaan mahasiswa baru (SPMB) pada Program Studi Meteorologi, Departemen Geofisika dan Meteorologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Selama perkuliahan, penulis ikut berperan aktif dalam organisasi kemahasiswaan yang diantaranya pernah bergabung dengan IAS3, FORSA-IPB, KOPMA-IPB dan pernah menjabat sebagai ketua umum HIMAGRETO (Himpunan Mahasiswa Agrometeorologi) pada periode 20042005. Penulis pernah melaksanakan Praktik Lapang di Divisi Perencanaan dan Pengembangan Kualitas Jaringan, PT. TELKOM Jakarta Selatan pada bulan Juni – Agustus 2005. Pada tahun ajaran 2005/2006 penulis menjadi asisten mata kuliah Pengantar Sistem Informasi Geografi untuk program Sarjana di Departemen Tanah dan Sumber Daya Lahan, Fakultas Pertanian, IPB.
PRAKATA Bismillahhirrohmanirrohim Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala limpahan rahmat dan hidayah-Nya kepada penulis, sehingga skripsi dengan judul “Metode Neraca Energi Untuk Perhitungan Leaf Area Index (LAI) di Lahan Bervegetasi Menggunakan Data Citra Satelit” sebagai salah satu syarat kelulusan di Departemen Geofisika dan Meteorologi, Program Studi Meteorologi dapat terselesaikan. Dalam penyusunan skripsi dan pelaksanaan penelitian ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak, dan pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Bapak Idung Risdiyanto S.Si, M.Sc IT selaku pembimbing skripsi, yang dengan kesabarannya membimbing penulis mulai dari brainstorming hingga pembahasan masalah dalam penyelesaian karya ilmiah ini. Bapak Drs. Bambang Dwi Dasanto, M.Si dan Bapak I Putu Santikayasa, S.Si yang menjadi penguji dalam sidang skripsi penulis. Terima kasih yang sedalam-dalamnya penulis haturkan kepada Ayah, Ibu, Candra’s Famili, Bekti Setiadi, SE, MM., Sigit Santoso, Amd., Binu Nuryadi, S.Kom., serta Reyna Listiani atas segala doa, motivasi dan limpahan kasih sayangnya kepada penulis. Ucapan terima kasih juga penulis ucapkan kepada seluruh keluarga besar civitas GFM (Mahasiswa Departemen GFM angkatan 41 sampai dengan angkatan 37, seluruh pegawai Departemen GFM, dan seluruh dosen GFM, Pengurus HIMAGRETO Periode 2003-2005) yang telah memberikan ilmu dan pengalamannya kepada penulis, serta semua pihak yang telah membantu tapi tidak bisa penulis sebutkan satu per satu. Tak ada yang bisa penulis berikan selain do’a semoga Allah SWT senantiasa memberikan balasan yang terbaik buat kita semua. Penulis menyadari dalam karya ilmiah ini belum sepenuhnya sempurna sehingga diharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun dari pembaca. Penulis juga berharap semoga karya ilmiah ini bisa memberikan informasi yang bermanfaat bagi ilmu pengetahuan dan semua pihak yang memerlukannya. Amien
Bogor, Agustus 2006
Penulis
DAFTAR ISI DAFTAR TABEL ....................................................................................................... viii DAFTAR GAMBAR .................................................................................................. ix DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................................ x I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ................................................................................................ 1 1.2. Tujuan Penelitian............................................................................................. 1 II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Radiasi Surya dan Radiasi Permukaan ........................................................... 1 2.2. Interaksi Radiasi dengan Kanopi Tanaman .................................................... 2 2.3. Leaf Area Index (LAI) .................................................................................... 3 2.4. Perhitungan atau Pendugaan LAI ................................................................... 3 2.5. Perhtungan LAI dengan Hemiview ................................................................ 4 2.6. Pendugaan LAI dengan Hukum Beer - Lambert............................................. 5 2.7. Konsep Dasar Penginderaan Jauh ................................................................... 5 2.8. Perkembangan Penginderaan Jauh Satelit ....................................................... 6 2.8.1. Karakteristik Satelit Landsat ETM+ .................................................... 6 III. BAHAN DAN METODE 3.1. Waktu dan Tempat .......................................................................................... 6 3.2. Alat dan Bahan ................................................................................................ 6 3.3. Metode Penelitian............................................................................................ 6 3.3.1. Pengolahan Awal Data Citra Satelit ..................................................... 7 3.3.2. Estimasi Suhu Permukaan ................................................................... 7 3.3.3. Neraca Energi Permukaan .................................................................... 8 3.3.4. Nilai Sifat Optikal Kanopi .................................................................... 9 3.3.5. Leaf Area Index (LAI).......................................................................... 10 3.3.6. Perbaikan dan Penggabungan Data....................................................... 10 3.3.7. Validasi Nilai LAI ................................................................................ 11
III. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Rancangan LAI dengan Metode Neraca Energi............................................. 11 4.2. Pengolahan Awal Data Citra Satelt ............................................................... 11 4.2.1. Analisis Citra Dasar .............................................................................. 11 4.2.2. Pengambilan Area Studi ....................................................................... 11 4.2.3. Klasifikasi Penutup Lahan .................................................................... 11 4.3. Distribusi Spasial Suhu Permukaan ............................................................... 14 4.4. Distribusi Spasial Komponen Neraca Energi. ................................................ 16 4.4.1. Albedo................................................................................................... 16 4.4.2. Radiasi Netto ........................................................................................ 16 4.5. Sifat Optikal Kanopi ...................................................................................... 19 4.5.1. Refleksivitas (ρ).................................................................................... 19 4.5.2. Emisivitas (ε) ≈ Absorbsi (α) ............................................................... 19 4.5.3. Transmisivitas (τ).................................................................................. 20 4.6. Leaf Area Index (LAI) Data Lapangan ......................................................... 20 4.7. Leaf Area Index (LAI) Hasil Pendugaan ....................................................... 20 4.8. Penggabungan dan Validasi Data LAI ……….……………………............. 23 V. KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................................... 24 DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................. 25
DAFTAR TABEL
No.
Judul
Halaman
1. Sifat optik daun segar dalam PAR dan NIR ........................................................
3
2. Kisaran LAI pada hutan tropis.. ...........................................................................
3
3. Beberapa daftar penelitian LAI dengan pendekatan penginderaan jauh .............
4
4. Beberapa daftar penelitian LAI dengan pendekatan optik dan hukum BeerLambert ................................................................................................................
9
5. Parameter perhitungan albedo ..............................................................................
8
6. Klasifikasi penutupan lahan di Kabupaten Bungo pada tahun 2002.. ..................
14
o
7. Kisaran nilai suhu permukaan ( C) tiap penutup lahan. .......................................
14
8. Kisaran nilai albedo (unitless) tiap penutup lahan. ..............................................
16
-2
9. Kisaran nilai komponen radiasi netto (Wm ) tiap penutup lahan. .......................
16
10. Kisaran nilai RS, RL, dan Rn (Wm-2) tiap penutup lahan.. ....................................
19
o
-2
11. Kisaran nilai rata-rata suhu permukaan ( C), Albedo (unitless), dan Rn (Wm ) tiap penutup lahan.. ..............................................................................................
19
12. Konstanta emisivitas (unitless), Iρ (Wm ), I ε (Wm ), dan I τ (Wm ) tiap -2
-2
-2
penutup lahan………….. .....................................................................................
19
13. Sebaran nilai LAI hasil pengukuran di lapangan (unitless).. ................................
20
14. Sebaran nilai rata-rata LAI (unitless)....................................................................
20
15. Sebaran nilai LAI hasil pendugaan dan pengukuran di lapangan (unitless). ........
20
