PENENTUAN ARUS PERMUKAAN MENGGUNAKAN DATA CITRA SATELIT NOAA DAN METODE MAXIMUM CROSS CORRELATION
Tugas Akhir Disusun untuk memenuhi syarat kurikuler untuk memperoleh gelar sarjana dari Program Studi Oseanografi
Oleh : Amanda Putri Rudiawan 12903007
Pembimbing: Dr. Eng. Nining Sari Ningsih Maryani Hartuti, S.Si., Msc.
PROGRAM STUDI OSEANOGRAFI FAKULTAS ILMU DAN TEKNOLOGI KEBUMIAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008
LEMBAR PENGESAHAN
MENGETAHUI,
Pembimbing I,
Pembimbing II,
Dr. Eng. Nining Sari Ningsih
Maryani Hartuti S.Si., Msc.
NIP. 131 933 273
NIP. 300001349
ABSTRAK
Maximum Cross Correlation (MCC) merupakan suatu metode yang dapat diaplikasikan untuk penentuan arus permukaan di suatu perairan. Pada studi ini, MCC diterapkan pada data citra tampakan suhu permukaan laut (SPL) dari satelit NOAA di perairan selatan Jawa. Data citra yang digunakan yaitu selama tahun 2006 kecuali untuk bulan Maret, Agustus, dan Desember dan sebagai verifikasi digunakan data arus dari TOPEX. Hasil penentuan arus dengan menggunakan metode ini telah memperlihatkan hasil yang relatif cukup baik bila dibandingkan dengan data arus TOPEX. Rata-rata error untuk arah dan kecepatan arus permukaan dengan MCC terhadap data arus TOPEX pada studi ini masingmasing sebesar 17,644 % dan 21,264 % dengan rentang error arah dan kecepatan masing-masing 10,379 % - 35,658 % dan 3,455 % - 33,376 %. Resolusi yang dihasilkan dengan metode ini lebih detail dibandingkan dengan TOPEX dengan perbandingan 1,1 : 27,75 km, sehingga dapat memperlihatkan pola arus yang bersifat lokal dan regional seperti South Java Current pada hasil pengolahan bulan Juni. Hasil pola arus permukaan yang teramati diperkirakan merupakan arus yang didominasi oleh pengaruh pola angin permukaan lokal.
ii
ABSTRACT
Maximum Cross Correlation (MCC) is one method that can be applied to retrieve sea surface current. MCC technique here is applied in the South Java Seas in term of sea surface temperature (SST) images from NOAA satellite. In this study, NOAA 2006 images are used except for March, August, and December and the resulting currents are compared to the currents from TOPEX. Results have shown that inferred MCC currents correspond quite well to the currents derived from TOPEX satellite. The deviation of the MCC vectors from the TOPEX vectors is expressed as percentage errors mean of direction and velocity components and they are 17.644% and 21.264% with each have range of 10.379% - 35.658% and 3.455% - 33.376%. This method yielded surface currents that have more detail resolution compared to currents obtained from the TOPEX imagery with ratio 1.1 : 27.75 km, therefore those can show local and regional current like South Java Current in June. Surface currents derived from this method are estimated as currents dominated by influence of local surface wind.
iii
Kata Pengantar Puji syukur kepada Allah SWT karena atas rahmat dan karunia-Nya, proses pengerjaan tugas akhir ini dapat terselesaikan. Penulisan tugas akhir ini merupakan tugas penelitian yang disusun sebagai salah satu syarat kurikuler dalam rangka menempuh program sarjana di Program Studi Oseanografi, Fakultas Ilmu dan Teknologi Kebumian, Institut Teknologi Bandung.
Topik yang menjadi kajian dalam tugas akhir ini adalah Penentuan Arus Permukaan Menggunakan Data Citra Satelit NOAA dan Metode Maximum Cross Correlation. Penggunaan metode MCC merupakan salah satu metode baru di Indonesia yang diaplikasikan untuk menentukan arus permukaan yang pada studi ini diterapkan di perairan selatan Pulau Jawa. Studi arus permukaan sangat penting dilakukan mengingat besarnya potensi kelautan yang dimiliki Indonesia. Melalui berbagai pengembangan, pada masa yang akan datang diharapkan metode ini dapat digunakan sebagai salah satu sarana penyedia informasi arus permukaan yang akurat dan dapat dipercaya.
Studi ini masih dapat terus dikembangkan dan disempurnakan untuk mendapat hasil yang lebih baik serta diharapkan dapat menjadi pijakan bagi penelitian arus permukaan dengan menggunakan metode ini di perairan Indonesia lainnya. Kritik dan saran mengenai tugas akhir ini amat dinantikan untuk perbaikan di masa yang akan datang dan semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi banyak pihak.
Penulis
i
DAFTAR ISI Lembar pengesahan Kata Pengantar
i
Abstrak
ii
Abstract
iii
Daftar Isi
iv
Daftar Gambar
vii
Daftar Tabel
xii
BAB I
BAB II
PENDAHULUAN
1-1
1.1 Latar Belakang
1-1
1.2 Ruang Lingkup Pembahasan
1-2
1.3 Maksud dan Tujuan
1-3
1.4 Sistematika Pembahasan
1-3
KAJIAN PUSTAKA
2-1
2.1 Sirkulasi Monsun di Indonesia
2-1
2.2 Sirkulasi Arus Permukaan Indonesia
2-3
2.3 Penginderaan Jauh
2-6
2.4 Review Penelitian Terdahulu
2-10
2.4.1 Review Penelitian Penentuan Arus Permukaan Dengan Metode Maximum Cross Correlation (MCC)
BAB III
2-12
METODOLOGI
3-1
3.1 Data
3-1
3.2 Metode Maximum Cross Corelation (MCC)
3-3
3.2.1 Deskripsi Metode MCC
3-3
3.2.2 Input Algoritma
3-4
3.2.3 Deskripsi Teoritis
3-4
iv
3.2.4 Deskripsi Matematis dari Algoritma MCC
3-6
3.2.5 Verifikasi Studi Arus Permukaan
3-8
3.2.6 Error Budget
3-8
3.3 Pengolahan Data
3-9
3.3.1 Pemilihan Citra Satelit NOAA (Penggunaan ER Mapper 6.0) 3.3.2 Program Maximum Cross Correlation (MCC)
3-10 3-11
3.3.3 Masking Awan dan Filtering Koefisien MCC (Penggunaan ER Mapper)
3-14
3.3.4 Pengolahan Vektor Arus dan Verifikasi
BAB IV
(Penggunaan ArcGIS)
3-19
3.4 Hasil Pengolahan Arus dengan MCC
3-22
HASIL DAN PEMBAHASAN
4-1
4.1 Daerah Kajian
4-1
4.2 Hasil dan Pembahasan
4-3
4.2.1 Arus Permukaan Hasil MCC Pada Saat Monsun Barat
4-3
4.2.1.1 Pola Arus Permukaan Hasil MCC Bulan Januari 4-4 4.2.1.2 Pola Arus Permukaan Hasil MCC Bulan Februari 4-7 4.2.2 Arus Permukaan Hasil MCC Pada Saat Transisi Monsun Barat-Timur
4-10
4.2.2.1 Pola Arus Permukaan Hasil MCC Bulan April
4-10
4.2.2.2 Pola Arus Permukaan Hasil MCC Bulan Mei
4-12
4.2.3 Arus Permukaan Hasil MCC Pada Saat Monsun Timur
4-14
4.2.3.1 Pola Arus Permukaan Hasil MCC Bulan Juni
4-15
4.2.3.2 Pola Arus Permukaan MCC Bulan Juli
4-18
4.2.4 Arus Permukaan MCC Pada Saat Transisi Monsun Timur-Barat
4-21
4.2.4.1 Pola Arus Permukaan MCC Bulan September
4-21
4.2.4.2 Pola Arus Permukaan MCC Bulan Oktober
4-23
4.2.4.3 Pola Arus Permukaan MCC Bulan November
4-27
v
4.2.5 Hasil Penentuan Arus dengan Metode MCC Pada Daerah Upwelling dan Daerah Dekat Pantai
4-29
4.2.6 Kelebihan dan Kekurangan dari Penggunaan Metode MCC dengan Citra Satelit NOAA dalam Penentuan Arus Permukaan
BAB V
4-29
KESIMPULAN DAN SARAN
5-1
5.1 Kesimpulan
5-1
5.2 Saran
5-2
DAFTAR PUSTAKA
DP-1
LAMPIRAN
L-1
UCAPAN TERIMA KASIH
U-1
vi
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1
Pola Angin Monsun Barat
2-2
Gambar 2.2
Pola Angin Monsun Timur
2-2
Gambar 2.3
Jalur Arus Lintas Indonesia
2-3
Gambar 2.4
Pola Arus Permukaan di Perairan Indonesia Pada Musim Barat, Bulan Februari
Gambar 2.5
Pola Arus Permukaan di Perairan Indonesia Pada Musim Timur, Bulan Agustus
Gambar 2.6
2-5
Pola Arus Perairan Indonesia Saat Monsun Tenggara
Gambar 2.8
2-4
Pola Arus Permukaan di Perairan Indonesia Bulan Oktober
Gambar 2.7
2-4
2-6
Pola Arus Perairan Indonesia Saat Monsun Barat Laut
2-6
Gambar 2.9
Skema Penginderaan Jauh
2-7
Gambar 2.10
Konfigurasi Satelit NOAA
2-8
Gambar 2.11
Berbagai Pola Aliran Massa Air yang Melalui Wilayah Perairan Indonesia
Gambar 2.12
2-11
Verifikasi Antara Arus Permukaan MCC (vektor hitam) dengan Arus Geostropik TOPEX (warna putih)
Gambar 3.1
Contoh Hasil Olahan Citra NOAA untuk Tampakan SPL
Gambar 3.2
2-14
3-1
Contoh Hasil Plotting Data Arus Permukaan Geostropik TOPEX
3-2
Gambar 3.3
Contoh Plot Pola Angin Permukaan
3-2
Gambar 3.4
Ilustrasi Proses MCC
3-5
Gambar 3.5
Studi Arus Permukaan di Lokasi Lain di Dunia Dengan Metode MCC
vii
3-5
Gambar 3.6 (a)
Citra NOAA untuk Tampakan SPL 7 Juni 2006 08:37
Gambar 3.6 (b)
3-11
Citra NOAA untuk Tampakan SPL 7 Juni 2006 08:37 (Setelah Reclass)
Gambar 3.7 (a)
Citra NOAA untuk Tampakan SPL 7 Juni 2006 16:54
Gambar 3.7 (b)
3-11
3-11
Citra NOAA untuk Tampakan SPL 7 Juni 2006 16:54 (Setelah Reclass)
3-11
Gambar 3.8
Program MCC
3-12
Gambar 3.9 (a)
File Output Program MCC Kanal 1 (koefisien MCC)
3-13
Gambar 3.9 (b)
File Output Program MCC Kanal 4 (kecepatan arus)
3-13
Gambar 3.9 (c)
File Output Program MCC Kanal 5 (arah arus)
3-13
Gambar 3.10 (a)
Tampakan SPL 7 Juni 2006 08:37 Setelah Reclass
3-15
Gambar 3.10 (b)
Kanal 4 (Kecepatan Arus) Hasil Program MCC
3-15
Gambar 3.10 (c)
Hasil Masking Awan Kanal 4 (Kecepatan Arus)
3-15
Gambar 3.11 (a)
Tampakan SPL 7 Juni 2006 16:54 Setelah Reclass
3-16
Gambar 3.11 (b)
Hasil Masking Awan Kanal 4 Sebelumnya
3-16
Gambar 3.11 (c)
Hasil Masking Awan Akhir Kanal 4
3-16
Gambar 3.12 (a)
Kanal 1 (Koefisien MCC)
3-17
Gambar 3.12 (b)
Hasil Masking Awan Akhir Kanal 4
3-17
Gambar 3.12 (c)
Hasil Filter Cutoff Kanal 4
3-17
Gambar 3.13 (a)
Hasil Akhir Kanal 4 (kecepatan arus MCC)
3-19
Gambar 3.13 (b)
Hasil Akhir Kanal 5 (arah arus MCC)
3-19
Gambar 3.13 (c)
Tampilan Data Titik dari Kecepatan dan Arah Arus MCC
3-19
Gambar 3.14
Overlay Data Titik Arus MCC dengan Data TOPEX
3-20
Gambar 3.15
Layout Penentuan Arus Dengan Metode MCC
3-22
Gambar 4.1
Daerah Studi (di dalam kotak merah)
4-1
Gambar 4.2 (a)
Arus Permukaan MCC 23 Januari 2006; 17:27 sampai 24 Januari 2006; 09:04 viii
4-4
Gambar 4.2 (b)
Arus TOPEX 24 Januari 2006
Gambar 4.3
Pola Angin Permukaan 24 Januari 2006 di Daerah Studi
Gambar 4.4
4-5
Pola Angin Permukaan 23 Januari 2006 (Daerah Studi di dalam Kotak Merah)
Gambar 4.5
4-5
Pola Angin Permukaan 24 Januari 2006 (Daerah Studi di dalam Kotak Merah)
Gambar 4.6 (a)
4-4
4-6
Arus Permukaan MCC 1 Februari 2006; 09:02 sampai 2 Februari 2006; 08:48
4-7
Gambar 4.6 (b)
Arus TOPEX 1 Februari 2006
4-7
Gambar 4.7
Pola Angin Permukaan 1 Februari 2006 di Daerah Studi
Gambar 4.8
4-8
Pola Angin Permukaan 1 Februari 2006 (Daerah Studi di dalam Kotak Merah)
Gambar 4.9
Pola Angin Permukaan 2 Februari 2006 (Daerah Studi di dalam Kotak Merah)
Gambar 4.10 (a)
4-8
4-9
Arus Permukaan Hasil MCC 12 April 2006 ; 08:58 – 14:48
4-10
Gambar 4.10 (b)
Arus TOPEX 12 April 2006
4-10
Gambar 4.11
Pola Angin Permukaan 11 April 2006 (Daerah Studi di dalam Kotak Merah)
Gambar 4.12
Pola Angin Permukaan 12 April 2006 (Daerah Studi di dalam Kotak Merah)
Gambar 4.13
4-11
Arus Permukaan Rata-rata Bulan Januari (1959-2002) (Daerah Studi di dalam Kotak Merah)
Gambar 4.14 (a)
4-11
4-12
Arus Permukaan Hasil MCC 1 Mei 2006 ; 08:14 – 17:07
4-13
Gambar 4.14 (b)
Arus TOPEX 1 Mei 2006
4-13
Gambar 4.15
Pola Angin Permukaan 30 April 2006 (Daerah Studi di dalam Kotak Merah)
ix
4-13
Gambar 4.16
Pola Angin Permukaan 1 Mei 2006 (Daerah Studi di dalam Kotak Merah)
4-14
Gambar 4.17 (a)
Arus Permukaan MCC 7 Juni 2006; 08:37 – 16:54
4-15
Gambar 4.17 (b)
Arus TOPEX 7 Juni 2006
4-15
Gambar 4.18
Pola Angin Permukaan 7 Juni 2006 di Daerah Studi
4-16
Gambar 4.19
Pola Angin Permukaan 7 Juni 2006 (Daerah Studi di dalam Kotak Merah)
Gambar 4.20
4-16
Arus Permukaan Rata-rata Bulan Juni (1959-2002) (Daerah Studi di dalam Kotak Merah)
4-17
Gambar 4.21 (a)
Arus Permukaan MCC 5 Juli 2006; 09:17 – 17:03
4-18
Gambar 4.21 (b)
Arus TOPEX 5 Juli 2006
4-18
Gambar 4.22
Pola Angin Permukaan 5 Juli 2006 di Daerah Studi
4-19
Gambar 4.23
Pola Angin Permukaan 5 Juli 2006 (Daerah Studi di dalam Kotak Merah)
Gambar 4.24
Arus Permukaan Rata-rata Bulan Juli (1959-2002) (Daerah Studi di dalam Kotak Merah)
Gambar 4.25 (a)
4-19
4-20
Arus Permukaan MCC 27 September 2006; 09:34 – 17:29
4-21
Gambar 4.25 (b)
Arus TOPEX 27 September 2006
4-21
Gambar 4.26 (a)
Pola Angin Permukaan 27 September 2006
4-22
Gambar 4.26 (b)
Pola Angin Permukaan 28 September 2006
4-22
Gambar 4.27
Pola Angin Permukaan 27 September 2006 (Daerah Studi di dalam Kotak Merah)
Gambar 4.28
Pola Angin Permukaan 28 September 2006 (Daerah Studi di dalam Kotak Merah)
Gambar 4.29 (a)
4-22
4-23
Arus Permukaan MCC 9 Oktober 2006 ; 08:39 – 15:06
4-24
Gambar 4.29 (b)
Arus TOPEX 9 Oktober 2006
4-24
Gambar 4.30
Pola Angin Permukaan 9 Oktober 2006 di Daerah Studi
4-24
x
Gambar 4.31
Pola Angin Permukaan 8 Oktober 2006 (Daerah Studi di dalam Kotak Merah)
Gambar 4.32
Pola Angin Permukaan 9 Oktober 2006 (Daerah Studi di dalam Kotak Merah)
Gambar 4.33
4-25
Arus Permukaan Rata-rata Bulan Oktober (1959-2002) (Daerah Studi di dalam Kotak Merah)
Gambar 4.34 (a)
4-25
4-26
Arus Permukaan MCC 1 November 2006 ; 08:43 – 16:24
4-27
Gambar 4.34 (b)
Arus TOPEX 1 November 2006
4-27
Gambar 4.35
Pola Angin Permukaan 1 November 2006 di Daerah Studi
Gambar 4.36
4-28
Perbandingan Resolusi Antara Arus dari TOPEX (Vektor Warna Merah) dengan Arus Hasil MCC (Vektor Warna Hitam)
Gambar L.1
4-30
Pola Angin Permukaan 22 Januari 2006 (Daerah Studi Tanggal 23 – 24 Januari 2006 di dalam Kotak Merah)
Gambar L.2
Pola Angin Permukaan 6 Juni 2006 (Daerah Studi Tanggal 7 Juni 2006 di dalam Kotak Merah)
Gambar L.3
L -2
Pola Angin Permukaan 4 Juli 2006 (Daerah Studi Tanggal 5 Juni 2006 di dalam Kotak Merah)
Gambar L.4
L -2
L -3
Pola Angin Permukaan 26 September 2006 (Daerah Studi Tanggal 27 September 2006 di dalam Kotak Merah)
Gambar L.5
L -3
Pola Angin Permukaan 31 Oktober 2006 (Daerah Studi Tanggal 1 November 2006 di dalam Kotak Merah)
Gambar L.6
L -4
Pola Angin Permukaan 1 November 2006 (Daerah Studi Tanggal 1 November 2006 di dalam Kotak Merah)
xi
L -4
DAFTAR TABEL Tabel 2.1
Kanal Sensor AVHRR/3
Tabel 2.2
Perbandingan Antara Vektor Arus Permukaan In Situ dengan Metode MCC di Utara Teluk Bengal
Tabel 4.1
II-10
II-13
Tabel Kecepatan, Arah, dan Error Arus Permukaan TOPEX dan NOAA (Arus Hasil MCC)
xii
IV-3
DAFTAR LAMPIRAN LAMPIRAN A
Data Angin Permukaan PODAC 2006
x
A-1
