METODE PENELITIAN Lokasi Penelitan Penelitian ini dilakukan pada perairan barat Sumatera dan selatan Jawa Sumbawa yang merupakan bagian dari perairan timur laut Samudera Hindia. Batas perairan yang diamati adalah 2,5o LS – 15o LS dan 90o BT – 120o BT. Dan untuk memudahkan dalam mengamati perubahan karakteristik massa air secara spasial maka daerah penelitian kemudian dibagi menjadi 11 lokasi pengamatan dengan ukuran 2o x 2o (Gambar 5 dan Tabel 1) -2
Lintang Selatan (°LS)
-4
1 2
-6
3 4
-8
5
6
-10
7
8
9
10
11
-12 -14 -16 90
92
94
96
98
100
102
104
106
108
110
112
114
Bujur Timur (°BT)
Gambar 5. Posisi lokasi pengamatan Tabel 1. Posisi lokasi pengamatan Lokasi
Lintang (oLS)
Bujur (oBT)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
3,5 - 5,5 4,5 - 6,5 5,5 - 7,5 6,5 - 8,5 7,5 - 9,5 8,0 - 10,0 8,5 - 10,5 8,5 - 10,5 9,0 - 11,0 9,2 - 11,2 9,5 - 11,5
97,5 - 99,5 99,5 - 101,5 101,5 - 103,5 103,5 - 105,5 105,5 - 107,5 107,5 - 109,5 109,5 - 111,5 111,5 - 113,5 113,5 - 115,5 115,5 - 117,5 117,5 - 119,5
116
118
120
23
Metode Pengumpulan Data Data klorofil Data klorofil-a diperoleh melalui data citra SeaWiFS yang telah dianalisa ulang.
Data tersebut merupakan data Ocean Color Time series Online
Visualization and Analysis System yang didasarkan pada GES-DISC interactive online visualization analysis infrastructure (Giovanni) yang dikembangkan oleh GES DISC DAAC - NASA Goddard Space Flight Center yang diperoleh dari situs: http://reason.gsfc.nasa.gov/giovanni.
Data klorofil-a yang digunakan
berupa data rataan bulanan dari September 1997 – November 2005 dengan resolusi spasial 0,2o x 0,2o
dan disajikan dalam format ASCII output.
Juga
digunakan data klorofil-a permukaan perairan rataan bulanan dari satelit MODIS AQUA yang diperoleh dari NASA Goddard Space Flight Center melalui situs: http://reason.gsfc.nasa.gov/giovanni dari Juli 2002 – November 2005 dengan resolusi spasial 0,2o x 0,2o dalam format NetCDF serta data klorofil rataan bulanan dari Januari 1997 hingga Desember 2005 yang diperoleh dari NASA Ocean Biogeochemical Model (NOBM) Assimilated Dayled Global Products melalui situs: http://reason.gsfc.nasa.gov/OPS/Giovanni/ocean.modelDay.shtml yang disajikan dalam format ASCII output dengan resolusi spasial (bujur x lintang) 1,25o x 0,6695o. Data fisik perairan Data suhu permukaan laut (SPL) pada wilayah pengamatan diperoleh melalui situs: http://www.cdc.noaa.gov/cdc/data.reynolds_sst.html. Data tersebut merupakan data satelit NOAA yang direkam oleh sensor AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiomater).
SPL yang digunakan merupakan data
bulanan rata-rata dari Januari 1990 – Desember 2005 dengan resolusi spasial 1o x 1o dalam format NetCDF. Selain dari satelit NOAA, juga digunakan data SPL dari satelit MODIS AQUA yang diperoleh dari NASA Goddard Space Flight Center melalui situs: http://reason.gsfc.nasa.gov/giovanni. Data yang digunakan adalah data SPL bulanan rata-rata dari Juli 2002 – November 2005 dengan resolusi spasial 0,2o x 0,2o dalam format NetCDF. Data suhu yang merupakan data CTD hasil ekspedisi Kapal Riset Baruna Jaya di perairan selatan Jawa dan Bali pada musim peralihan I ( 5 Maret 1990 – 2 April 1990) dan musim timur (24 Agustus 1990 – 15 September 1990) yang terdiri dari 29 stasiun pengamatan yang dikelompokkan dalam 4 transek
24
diperoleh dari Balai Teknologi Survei Kelautan BPPT Jakarta. Posisi stasiun data CTD disajikan pada Lampiran 1 Data anomali tinggi paras laut (ATPL) menggunakan data dari hasil rekaman sensor altimeter pada satelit TOPEX/POISEDON dan European Remote Sensing Satellite (ERS) 1 dan 2 yang diperoleh melalui situs: http://las.aviso.oceanobs.com/las/servlets/dataset. Data yang digunakan adalah data dengan periode setiap 7 hari dari Agustus 2001 – Desember 2005 dengan resolusi spasial 0,33o x 0,33o dalam format NetCDF. Data nutrien Data nitrat permukaan laut yang merupakan data bulanan rata-rata dari Januari
1997
hingga
Desember
2005
diperoleh
dari
NASA
Ocean
Biogeochemical Model (NOBM) Assimilated Dayled Global Products melalui situs: http://reason.gsfc.nasa.gov/OPS/Giovanni/ocean.modelDay.shtml. nitrat
disajikan
dalam o
format
ASCII
output
dengan
resolusi
Data spasial
o
(bujur x lintang) 1,25 x 0,6695 . Data nitrat, fosfat dan silikat hasil pengamatan langsung diperoleh dari hasil ekspedisi Kapal Riset Baruna Jaya di perairan selatan Jawa dan Bali pada musim timur (24 Agustus 1990 – 15 September 1990) dan pada musim peralihan I (5 Maret – 2 April 1990) yang terdiri dari 29 stasiun pengamatan dan terbagi dalam 4 transek serta dari arsip data World Ocean Data – National Ocean Data Center (WOD – NODC) pada berbagai kedalaman standar. Data angin Data angin diperoleh dari ECMWF (European Centre for Medium Range Forecast) yang diperoleh dari situs: http://www.ecmwf.int. Data ini merupakan data hasil analisis ulang dan interpolasi data meteorologi yang diperoleh dari berbagai pusat data pengamatan dan parameter meteorologi dunia dalam kurun waktu 45 tahun (1957 – 2002). Dalam penelitian ini, data yang digunakan adalah data kecepatan angin yang terdiri atas komponen timur – barat (zonal) dan komponen utara – selatan (meridional) pada ketinggian 10 m di atas permukaan laut. Data angin yang digunakan adalah data bulanan rata-rata dari Januari 1990 – Desember 2002 dengan resolusi spasial 2,5o x 2,5o dalam format NetCDF.
25
Analisis Data Sebaran klorofil-a Data klorofil-a dan klorofil perairan barat Sumatera dan selatan Jawa – Sumbawa yang diperoleh melalui citra SeaWiFS dari tahun 1997 – 2005 dan NASA Ocean Biogeochemical Model (NOBM) Assimilated Dayled Global Products dari Januari 1997 – Desember 2005 kemudian dirata-ratakan untuk setiap bulan dan selanjutnya disajikan dalam bentuk gambar sebaran klorofil-a dan klorofil bulanan rata-rata dengan bantuan software ODV (Ocean Data View) mp version 3.2.0 – 2006. Dari sebaran klorofil-a kemudian dilakukan analisis untuk melihat pola sebaran konsentrasi klorofil-a secara spasial dan temporal. Analisis sebaran klorofil-a secara spasial dan temporal juga diamati melalui sebaran nilai maksimum, minimum dan rata-rata untuk 11 lokasi pengamatan. Sebaran suhu permukaan laut Data suhu permukaan yang diperoleh dari citra NOAA dari tahun 1990 – 2005 kemudian dirata-ratakan untuk setiap bulan dan selanjutnya ditampilkan dalam bentuk gambar sebaran SPL bulanan rata-rata dengan bantuan software Surfer versi 8. Berdasarkan gambar sebaran SPL kemudian dikaji pola sebaran suhu secara spasial dan temporal dan fenomena-fenomena yang terjadi seperti lokasi dan kapan terjadinya upwelling maupun proses dinamika lainnya. Upwelling diidentifikasi melalui perubahan nilai SPL, dimana SPL yang lebih rendah dari daerah sekitarnya diindikasikan sebagai akibat dari adanya proses upwelling.
Analisis sebaran SPL secara spasial dan temporal juga diamati
melalui sebaran nilai maksimum, minimum dan rata-rata untuk 11 lokasi pengamatan. Sebaran nutrien Analisis sebaran nutrien baik itu sebaran nitrat, fosfat, silikat secara temporal maupun spasial dilakukan dengan membuat grafik sebaran melintang dan sebaran horisontal dengan bantuan software ODV mp version 3,2.0 – 2006 dan Surfer versi 8. Dari gambar tersebut kemudian dikaji perubahan konsentrasi nutrien serta melihat fenomena-fenomena yang terjadi dalam kolom perairan. Analisis sebaran nitrat secara spasial dan temporal juga diamati melalui sebaran nilai maksimum, minimum dan rata-rata untuk 11 lokasi pengamatan.
26
Sebaran angin Pola sebaran angin setiap bulan dikaji dengan melihat arah dan kecepatannya. Data vektor angin untuk setiap komponen yang diperoleh dari tahun 1990 - 2002 selanjutnya dirata-ratakan untuk setiap bulan yang sama. Dari hasil rata-rata vektor angin kemudian dihitung besarnya kekuatan dan arah angin bulanan rata-rata.
Hasil analisis kecepatan angin bulanan rata-rata
kemudian ditampilkan dalam bentuk gambar sebaran angin bulanan rata-rata dengan bantuan software Surfer versi 8. Sebaran gesekan angin di perairan barat Sumatera dan selatan Jawa Sumbawa dianalisis dengan menggunakan data komponen-komponen angin. Apabila angin bertiup dengan arah sejajar garis pantai secara terus-menurus maka akan mengakibatkan terjadinya pergerakan massa air menjauhi atau mendekati pantai, maka perhitungan gesekan angin (wind stress) untuk tiap komponen angin pada daerah pengamatan menggunakan asumsi: 1. Komponen angin sumbu x dengan arah sejajar pantai 2. Komponen angin sumbu y dengan arah tegak pantai. Untuk perairan barat Sumatera, nilai data vektor angin setiap komponen diubah menjadi komponen angin barat laut – tenggara (komponen x) dan timur laut – barat daya (komponen y). Perhitungan besarnya gesekan angin (wind stress) untuk tiap komponen angin mengunakan persamaan yang dikemukakan oleh Kutsuwada (1998):
τx = ρ CD W u τy = ρ CD W v dimana:
τx τy
= gesekan angin komponen sejajar pantai (kg det-2 m-1)
CD
= Koefisien drag = 1,4 x 10-3
ρ
= densitas udara = 1,3 kg m-3
W
= kecepatan angin (m det-1)
u
= komponen kecepatan angin pada sumbu x (m det-1)
v
= komponen kecepatan angin pada sumbu y (m det-1)
= gesekan angin komponen menegak pantai (kg det-2 m-1)
Hasil analisis gesekan angin untuk setiap komponen kemudian disajikan dalam bentuk gambar sebaran gesekan angin bulanan rata-rata.
27
Sebaran anomali tinggi paras laut Data anomali tinggi paras laut (ATPL) dari hasil rekaman sensor altimeter pada satelit TOPEX/POISEDON dan European Remote Sensing Satellite (ERS) 1 dan 2 dari Agustus 2001 – Desember 2005 kemudian dirata-ratakan untuk tiap bulan dan selanjutnya disajikan dalam bentuk gambar sebaran anomali tinggi paras laut bulanan rata-rata dengan bantuan software ODV mp version 3,2.0 – 2006. Dari gambar sebaran ATPL kemudian diamati perubahan ATPL terhadap perubahan musim.
Analisis sebaran ATPL secara spasial dan temporal juga
diamati melalui sebaran nilai maksimum, minimum dan rata-rata untuk 11 lokasi pengamatan. Transpor massa air Analisis transpor massa air dilakukan terhadap transpor massa air ke arah laut lepas atau menuju pantai (transpor Ekman) dan transpor vertikal massa air akibat bertiup angin di atas permukaan laut. Analisa transpor vertikal massa air untuk memberikan gambaran terhadap fenomena upwelling dan downwelling pada lapisan Ekman. Transpor Ekman bulanan rata-rata (MyE) dihitung dengan menggunakan data gesekan angin bulanan rata-rata komponen sejajar pantai pada grid 2,5o x 2,5o. Perhitungan transpor Ekman menggunakan persamaan (Pond and Pickard, 1983):
M yE
=
−
τx f
dimana : MYE
= transpor ekman (kg det-1 m-1)
τx
= gesekan angin komponen sejajar pantai (kg det-2 m-1)
f
= parameter coriolis (rad det-1)
sedangkan
f = 2 Ω sin θ
dimana: Ω
= kecepatan rotasi bumi pada sumbu = 7,29 X 10-5 rad det-1
θ
= lintang
Nilai transpor Ekman kemudian dikonversi ke dalam satuan Sverdrup (1 Sverdrup = 106 m3 det-1). Lokasi perhitungan transpor Ekman terlihat pada Gambar 6.
28
0
Lintang Selatan (°LS)
7
1
-5
8
6
2
(I) 9
3
4
5
12
13
(II)
-10
10
-15 90
95
11
100
105
14
110
15
16
17
115
18
120
Bujur Timur (°BT)
Gambar 6. Lintasan perhitungan transpor Ekman
Kecepatan vertikal massa air dihitung dengan menggunakan persamaan (Tomczak and Godfrey, 2002): − ρ WE
=
∂ M xE ∂ M yE + ∂y ∂x
dimana:
M xE = WE
τy f
,
M yE = −
τx f
= kecepatan vertikal (m det-1)
MxE = Transpor Ekman komponen sejajar pantai (kg det-1 m-1) MyE = Transpor Ekman komponen menegak pantai (kg det-1 m-1)
τx
= gesekan angin komponen sejajar pantai (kg det-2 m-1)
τy
= gesekan angin komponen menegak pantai (kg det-2 m-1)
f
= parameter Coriolis (rad det-1)
WE adalah kecepatan vertikal pada dasar lapisan Ekman yang dihubungkan dengan konvergensi atau divergensi transpor Ekman. Nilai kecepatan vertikal negatif menunjukkan upwelling dan positif untuk downwelling (Tomczak and Godfrey, 2002). Perhitungan kecepatan vertikal massa air di perairan barat Sumatera dan selatan Jawa - Sumbawa dilakukan dengan membagi perairan menjadi 29 grid pengamatan (Gambar 7).
Grid 1 – 7 terletak di perairan barat daya Sumatera
29
dengan ukuran grid 3,54o x 3,54o, Grid 8 – 26 berukuran 2,5o x 2,5o , grid 27 berukuran 2,5o x 2,07o, grid 28 berukuran 2,5o x 1,57o dan grid 29 berukuran 2,5o x 1,25o. Oleh karena bagian utara grid 27 -29 tidak memiliki data kecepatan angin, maka besarnya kecepatan angin untuk ke tiga grid tersebut diperoleh melalui pendekatan: 1,25 kali nilai kecepatan angin di daratan terdekat (U.S. Army, 2003). 0
Lintang Selatan (°LS)
-5
2
1
5
3 -10
8
9
27
28
29
10
11
12
13
14
15
16
17
19
20
21
22
23
24
25
26
5
4 7
18 -15
-20 90
95
100
105
110
115
120
Bujur Timur (°BT)
Gambar 7. Posisi grid dalam perhitungan kecepatan transpor vertikal
Hasil perhitungan kecepatan vertikal massa air setiap grid kemudian dikonversi dari satuan m det-1 ke satuan m hari-1 dan selanjutnya disajikan dalam bentuk gambar sebaran kecepatan vertikal massa air bulanan rata-rata dengan bantuan software Surfer versi 8. Perhitungan kedalaman lapisan Ekman untuk setiap grid menggunakan persamaan (Pond and Pickard, 1983):
DE
=
4.3 W (sin φ ) 1/2
dimana: DE W φ
= kedalaman lapisan Ekman (m) = kecepatan angin (m det-1) = lintang
30
Volume transpor massa air vertikal dianalisis dengan menggunakan informasi kecepatan vertikal tiap grid pengamatan.
Adapun persamaan yang
digunakan adalah: Volume transpor vertikal (m3 det-1) = WE x luas area
dimana WE
= kecepatan vertikal (m det-1)
luas area
= 1 m2
Nilai volume transpor vertikal massa air kemudian dkonversikan ke dalam satuan m3 hari-1 dan selanjutnya disajikan dalam bentuk grafik sebaran volume transport vertikal massa air dengan bantuan software Surfer versi 8. Transpor vertikal nutrien
Besarnya kandungan nutrien yang terangkat dari bagian dasar lapisan Ekman saat terjadinya upwelling pada beberapa grid perhitungan kecepatan vertikal massa air (Gambar 7) dihitung dengan menggunakan informasi data nutrien (Nitrat, Fosfat dan Silikat) dari hasil survei Kapal Riset Baruna Jaya (Grid 9, 27 dan 29 pada bulan Agustus) dan data WOD-NODC (Grid 3, 7 untuk bulan Februari; Grid 9, 12,21 untuk bulan April; Grid 1, 9 untuk bulan September; Grid 9 untuk bulan Oktober dan November; Grid 3, 5, 8, 9 untuk bulan Desember) di bagian dasar lapisan Ekman serta informasi volume transpor vertikal massa air. Adapun persamaan yang digunakan adalah: Nutrien yang terangkat = Volume transpor vertikal massa air x konsentrasi nutrien pada bagian dasar lapisan Ekman
Dalam penelitian ini diasumsikan bahwa konsentrasi nutrien pada setiap kedalaman
dianggap
mewakili
sebaran
nutrien
dalam
satu
area
grid
pengamatan. Hubungan sebaran klorofil-a dengan suhu permukaan laut
Analisis hubungan klorofil-a dengan suhu permukaan laut (SPL) dilakukan dengan mengunakan data MODIS-AQUA dari Juli 2002 – November 2005. Perubahan SPL terhadap konsentrasi klorofil-a dianalisis dengan cara memplot data klorofil-a dan SPL pada 11 lokasi pengamatan (Gambar 5). Juga dilakukan pengamatan terhadap perubahan klorofil-a sepanjang tahun dan kaitannya dengan SPL sepanjang lintasan horisontal di dekat pantai perairan barat
31
Sumatera dan selatan Jawa – Sumbawa (Gambar 8). Selain itu juga dilakukan analisis regresi dan korelasi untuk mengkaji hubungan klorofil-a dan SPL di sekitar lintasan horisontal selama musim timur dengan mengunakan persamaan: y = a + bx
dimana: y x
= Konsentrasi klorofil-a = SPL
Lintang Selatan (°LS)
-2 -4 -6 -8 -10 -12 95
97
99
101
103
105
107
109
111
113
115
117
119
Bujur Timur (°BT)
Gambar 8. Lintasan pengamatan perubahan permukaan laut sepanjang tahun.
suhu
dan
klorofil-a
Hubungan klorofil dengan nitrat
Hubungan klorofil dengan nitrat pada permukaan laut untuk setiap lokasi pengamatan (Gambar 5) dikaji dengan menggunakan data klorofil dan nitrat dari NOBM. Data klorofil dan nitrat diplotkan pada grafik sebaran klorofil dan nitrat untuk melihat perubahan konsentrasi nitrat terhadap konsentrasi klorofil. Selain itu, hubungan klorofil dan nitrat juga dikaji dengan menggunakan analisis regresi linear dan korelasi. Adapun persamaannya sebagai berikut: y = a + bx
dimana y
= konsentrasi klorofil
x
= konsentrasi nitrat
