JumaC (Penginderaan Jauh Vol. 3 No. 1 Juni 2006:26-35
PENGUKURAN SUHU PERMUKAAN LAHAN UNTUK PREDIKSI LETUSAN GUNUNG API Heru Noviar, Wikanti Asriningrum, Maryani Hartuti, Yon Rijono Peneliti Bidang Penginderaan Jauh, LAP AN
ABSTRACT Temperature is one of the important parameter for volcano eruption prediction. Remote Sensing Data can be u s e d to m e a s u r e land surface temperature. The land surface temperature can be calculated with the band 4 and 5 of NOAA Satellite d a t a by implementing the land surface temperature algorithm (LST). From field observation a n d m e a s u r e m e n t of volcano Merapi temperature indicate a significant pattern between the crater temperature and the land surface temperature derived from satellite d a t a which shows increasing near eruption. ABSTRAK S u h u m e r u p a k a n salah satu parameter penting u n t u k prediksi letusan g u n u n g api. Data penginderaan j a u h dapat digunakan u n t u k estimasi s u h u p e r m u k a a n lahan. S u h u p e r m u k a a n lahan dapat dihitung menggunakan kanal 4 d a n 5 data NOAA, dengan menerapkan algoritma Land Surface Temperature (LST). Hasil p e n g u k u r a n lapangan u n t u k temperatur G u n u n g Merapi m e n u n j u k k a n pola yang signifikan a n t a r a s u h u kawah d a n s u h u u d a r a di a t a s kawah (yang meningkat k a r e n a meningkatnya s u h u p e r m u k a a n lahan) menjelang letusan. Kata kunci:
Suhu permukaan lahan,
Gunung Merapi, Data satelit NOAA-AVHRR
1 PENDAHULUAN Suhu permukaan lahan merupakan salah s a t u parameter penting u n t u k prediksi letusan gunung api, selain awan panas, guguran, api diam, kubah tumbuh, gemuruh, kegempaan, inflasi, magnetik, SO2, gejala panjang, gejala pendek, dan hujan (Ratmonopurbo, 2000). Setiap g u n u n g api memiliki karakter tersendiri dalam m e n a m p a k k a n t a n d a - t a n d a awal sebelum letusan. Tanda-tanda itu bisa berupa satu parameter a t a u beberapa parameter secara bersamaan, seperti G u n u n g Papandayan u n t u k letusan t a h u n 2002 ditandai oleh gempa t a n p a ada perubahan suhu, sedangkan G u n u n g Merapi u n t u k letusan t a h u n 1997 ditandai oleh p e r u b a h a n s u h u , gempa, inflasi, api diam, guguran, gejala
26
panjang d a n gejala pendek. Pengukuran s u h u fumarol (lubang/area yang mengeluarkan g a s / u a p vulkanik) di Gendol, puncak Gunung Merapi tercatat berkisar 700° C, besarnya s u h u ini menunjukkan bahwa sumber magma sangat dekat dengan permukaan. S u h u ini dicatat dengan sistem telemetri digital dengan memasang sensor di tempat yang diukur (Gambar 1-1). Menjelang letusan Gunung Merapi bulan J a n u a r i 1997 terjadi kenaikan suhu fumarol yaitu 75CPC pada I bulan November 1996 dan meningkat menjadi 780°C p a d a \JM\SSX ^ssssfemJ 1996 (Gambar 1-2). Kenaikan s u h u ini secara jelas menunjukkan adanya p e r u b a h a n s u h u fumarol p a d a satu setengah bulan sebelum letusan.
(pengukuran Suhu (Permu^aan LaHan
(Hem Noviaret.aC.)
Gambar 1 - 1 : Topografi p u n c a k Merapi. Titik T adalah lokasi sensor s u h u gendol
Pengukuran s u h u u d a r a akibat meningkatnya s u h u p e r m u k a a n lahan di tempat yang s a m a tercatat rata-rata sekitar 18°C mulai tiga minggu sebelum letusan suhu naik menjadi 30°C (Gambar 1-3). P e r u b a h a n ini menunjukkan bahwa p a d a saat a k a n meletus, panas gas magmatik yang keluar mendahului magma d a n m e m a n a s k a n lingkungan p u n c a k sehingga s u h u permukaan lahan d a n u d a r a di p u n c a k ikut naik. Hambatan u t a m a p e n g u k u r a n terestrial ini adalah bahwa pemasangan sensor s u h u di p u n c a k h a r u s diletakkan dekat dengan fumarol yang b e r s u h u tinggi. Di tempat seperti ini tingkat korosi j a u h lebih tinggi dari pada lokasi yang j a u h dari fumarol. Berbagai parameter dipantau untuk m e n d a p a t k a n informasi prediksi sedini mungkin, mengingat bahwa letusan gunung api mengakibatkan korban dan kerugian tidak sedikit. Di Indonesia terdapat sistem p e m a n t a u a n yang baik seperti di G u n u n g Merapi d a n G u n u n g
Kelud, sedangkan g u n u n g api aktif lain yang berjumlah sekitar 129 b u a h belum dibangun sistem p e m a n t a u a n . Pemantauan ini perlu pengulangan dengan periode temporal yang pendek. Data penginderaan j a u h satelit cuaca NOAA mempunyai periode perekaman beberapa kali sehari d a n memiliki kanal termal, dapat digunakan u n t u k menget a h u i s u h u p e r m u k a a n lahan. Resolusi spasial data citra NOAA yang direpresentasikan d a l a m 1 (satu) pixel, yaitu 1.1 km, s e d a n g k a n u k u r a n k a w a h g u n u n g api adalah k u r a n g dari 1 km, sehingga bisa terjadi mixed pixel dengan lahan sekitarnya. Pada analisis ini pendekatan analisisnya menggunakan trend estimasi s u h u p e r m u k a a n lahan rata-rata pixel tersebut b u k a n s u h u p e r m u k a a n lahan secara absolut. Penelitian ini dimaksudkan u n t u k mengeksplorasi penggunaan kanal-kanal citra NOAA melalui aplikasi algoritma suhu permukaan lahan guna mengamati pola p e r u b a h a n s u h u kawah g u n u n g api.
27
JurnaC
Sumber: Direktorat vulkanologi, 2000 Gambar 1-3: S u h u u d a r a kawah gendol 28
(Pengukuran Suhu (Permukaan Lahan
2 KARAKTERISTIK AVHRR
DATA
NOAA-
Satelit NOAA m e r u p a k a n satelit cuaca yang berfungsi mengamati lingkungan d a n cuaca. Satelit ini dimiliki oleh Departemen Perdagangan AS, diluncurkan oleh National Aeronautics and Space Administration (NASA), dan dioperasikan oleh National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). NOAA-1 diluncurkan tahun 1972. Sekarang di atmosfer Indonesia melintas empat seri NOAA setiap hari, yaitu NOAA-12, NOAA-14, NOAA-15, d a n NOAA-16. NOAA mempunyai orbit polar sunsynchronous. Ketinggian 833 km (NOAA-12) dengan s u d u t inklinasi terhadap equator 98,9° (NOAA-12). Periode orbitalnya 101,4 menit. Satelit
(Jferu Noviar et. aC)
NOAA dapat mengamati d a e r a h yang s a m a d u a kali sehari (malam d a n siang hari), bila empat satelit dapat meliput daerah yang s a m a sebanyak delapan kali sehari. Sensor u t a m a satelit NOAA adalah AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer Model 2). Gelombang elektromagnetik p a d a kanal sensor AVHRR terdapat p a d a Tabel 2 - 1 . Kecepatan sapuan (scanning) sensor AVHRR dalam merekam d a t a adalah 360 baris (scan line) per menit. Tiap pixel mempunyai luas p a n d a n g sesaat a t a u IFOV (Instantenous Field of View) 1.4 milirad p a d a sensor, dimana p a d a p e r m u k a a n bumi setara dengan resolusi 1,1 km. J a d i p a d a citra NOAA, 1 pixel m e n u n j u k k a n daerah sepanjang 1,1 km. Pada titik nadir lintasan cross
29
(pengu^uran Suhu cpermukaan Lahan
(Jferu Noviar et.aQ
l
Gambar 3 - 1 : Diagram alir p e n g u k u r a n LST dari d a t a NOAA-AVHRR
4 PENGOLAHAN SUHU PERMUKAAN LAHAN DARI DATA NOAA MENGGUNAKAN ER-MAPPER Pengolahan yang digunakan untuk menerapkan algoritma perhitungan suhu permukaan l a h a n adalah program ERMapper, dengan langkah-langkah sebagai berikut (i) Import data NOAA perkanal (5 kanal) dari format ASCII 16 bit ke format ER-Mapper. Dalam import d a t a ini
diisi j u m l a h kolom baris d a n kolom standar data NOAA, yaitu baris 768 d a n kolom 1024. (ii) Menggabung s e m u a kanal menjadi 1 file. (iii) Merotasi citra u n t u k data NOAA dengan perolehan data siang hari, k a r e n a d a t a yang diperoleh terbalik 180°, sedang u n t u k d a t a malam hari tidak perlu dirotasi. Menu yang dig u n a k a n di program ER-Mapper adalah Process, lalu Rotate Dataset, isi
31
'.JumaC(PengincferaanJauHl^oC. 3 No. 1 Juni 2006:26-35
CITRA SUHU PERMUKAAN DARAT DAERAH SANGEANGAPI, NTB T A N G G A L 0 2 MEI 2 0 0 2 B E R D A S A R K A N DATA N O A A 1 2 P K L . 15.46 W I B
I
I SUHU KAWAH SANGEANGAPI : 29.61 C
CITRA SUHU PERMUKAAN DARAT DAERAH SANGEANGAPI, NTB T A N G G A L 04 MEI 2002 B E R D A S A R K A N DATA N O A A 1 2 P K L . 16.37 W I B
f
tSUHU KAWAH SANGEANGAPI : 28.93 C
CITRA S U H U PERMUKAAN DARAT DAERAH SANGEANGAPI, NTB T A N G G A L 0 7 MEI 2 0 0 2 B E R D A S A R K A N DATA N O A A 12 P K L . 16.27 W I B
I I SUHU KAWAH SANGEANGAPI 0 C (BERAWAN)
CITRA SUHU PERMUKAAN DARAT D A E R A H S A N G E A N G A P I , N T B TANGGAL 03 MEI 2002 BERDASARKAN DATA NOAA 12 PKL. 15.23 W I B
•
SUHU KAWAH SANGEANGAPI : 31.88 C
C I T R A S U H U P E R M U K A A N DARAT D A E R A H S A N G E A N G A P I , NTB T A N G G A L 05 MEI 2002 B E R D A S A R K A N DATA N O A A 12 PKL. 16.14 W I B
| ISUHU KAWAH SANGEANGAPI : 29.27 C
C I T R A S U H U P E R M U K A A N DARAT D A E R A H S A N G E A N G A P I , NTB T A N G G A L 08 MEI 2002 B E R D A S A R K A N DATA N O A A 12 PKL. 16.42 W I B
I | SUHU KAWAH SANGEANGAPI : 30.4 C
Gambar 5-1: Citra s u h u p e r m u k a a n lahan daerah Sangeangapi tanggal 2-5 Maret 2002 d a n 7-8 Mei 2002 input d a n output data d a n rotation isi 180°. (iv) Koreksi geometrik hasil rotasi citra, k a r e n a data NOAA belum terkoreksi sistematik. Langkah-langkahnya, antara lain: pertama yaitu menentukan GCP dengan menggunakan data yang telah terkoreksi sistematik sebagai data referensi, dengan m e n u yang digunakan, adalah Process, lalu 32
Rectification, berikutnya Define Ground Control Points. Kemudian cari GCP minimal 10 titik menyebar pada seluruh citra. Selanjutnya u n t u k proses rektifikasinya, m e n u yang digunakan, adalah Process, lalu Rectification, berikutnya klik Rectify Dataset using Ground Control Points, (v) Menghitung nilai gain intercept dan LST dalam s a t u formula. Adapun
langkahnya, pertama open formula di ER-Mapper, kemudian tulis r u m u s gain intercept d a n LST, sebagai contoh: if(i2/il)>0.9then (1.438833*929.5878/) (log ( 1 + ( 1.1910659*0.00001 * 929.5878*929.5878 * 929.5878/( i3* gain b4 + intercept b4))))))+ 3.33 *(1.438833*929.5878/((log(l + (1.1930659 * 0.00001 * 929.5878 *929.5878 * 9 2 9 . 5 8 7 8 / (i3* gain b4
+ intercept b4))))) - 1.438833* 835.374/((log(l + (1.1910659 * 0.00001 * 835.374 *835.374 * 8 3 5 . 3 7 4 / (i4* gain b5 + intercept b_5)))))) else null, setelah itu m a s u k k a n input band 1,2,4,dan 5 kemudian klik GO u n t u k menjalankan program, lalu simpan hasilnya dalam file baru. (vi) Cropping lokasi g u n u n g api dan p e m b u a t a n layout.
Tabel 5-1: REKAPITULASI SUHU HARIAN BULAN MEI 2002 KAWAH SANGEANGAPI DARI DATA NOAA
Tanggal NOAA 01-05-2002 02-05-2002 03-05-2002 04-05-2002 05-05-2002 06-05-2002 07-05-2002 08-05-2002 09-05-2002 10-05-2002 11-05-2002 12-05-2002 13-05-2002 14-05-2002 15-05-2002 16-05-2002 17-05-2002 18-05-2002 19-05-2002 20-05-2002 21-05-2002 22-05-2002 23-05-2002 24-05-2002 25-05-2002 26-05-2002 27-05-2002 28-05-2002 29-05-2002 30-05-2002 31-05-2002
Seri NOAA
J a m NOAA (WIB)
Suhu Kawah (°C)
Keterangan tidak a d a data
N12 N12 N12 N12
15.46 15.23 16.37 16.14
29.61 31.88 28.93 29.27
N12 N12 N12 N12 N12 N12 N12 N12 N12 N12 N12
16.27 16.42 16.18 15.54 15.31 16.46 16.22 15.58 15.35 16.50 16.26
0 30.4 33.41 26.88 21.82 28.48 27.80 22.20 29.79
tidak a d a data s u h u awan s u h u awan
tak terpantau
tak terpantau tidak ada data tidak ada data tidak a d a d a t a
N12 N12 N12
16.30 16.06 15.43
25.69 26.9 23.92
N12 N12 N12 N12 N12 N12 N12
16.34 16.10 15.47 15.24 16.38 16.14 15.51
28.68 27.36 26.04 29.69 30.51 27.73 29.11
tidak a d a data
33
JurnaCPengincferaanJauli'VoC 3 No. 1 Juni 2006:26-35
5 HASIL DAN PEMBAHASAN Berikut adalah salah satu contoh hasil pengolahan s u h u p e r m u k a a n l a h a n / d a r a t harian bulan Mei 2002 dari G u n u n g Sangeangapi yang terletak di Propinsi Nusa Tenggara Barat. Citra suhu permukaan lahan daerah Sangeangapi tanggal 2-5 Maret 2002 d a n 7-8 Mei 2002 dapat dilihat p a d a gambar 5-1. Hasil pengolahan s u h u p e r m u k a a n lahan selama periode bulan Mei 2002 u n t u k kawah G u n u n g Sangeangapi di Nusa Tenggara Barat dapat dilihat d a l a m T a b e l 5-1. Beberapa tanggal tidak ada data, k a r e n a r e k a m a n d a t a NOAA r u s a k a t a u tidak terekam, yaitu tanggal 1, 6, 18, 19, 20 d a n 24 Mei 2002. Sedang beberapa tanggal tidak terpantau k a r e n a ditutupi oleh awan tebal p a d a lokasi kawah, yaitu tanggal 12 dan 16 Mei 2002. Sedang p a d a tanggal 7 Mei 2002
terukur s u h u kawah 0°C k a r e n a di daerah kawah diliputi oleh awan tipis. Sementara tanggal-tanggal yang lain berhasil terukur suhu permukaan lahan, meskipun ini b u k a n s u h u sebenarnya, tetapi s u h u yang t e r u k u r oleh satelit NOAA, tetapi dapat dilihat kecenderungan p e r u b a h a n s u h u yang terjadi. Hal ini dapat dilihat dari Grafik 5-2 yang diperoleh dari d a t a s u h u harian kawah Sangeangapi harian selama bulan Mei 2002. 6 KESIMPULAN Suhu permukaan lahan yang dihitung menggunakan kanal 4 d a n 5 data NOAA, dapat digunakan sebagai s u h u p e r m u k a a n lahan yang terukur di atas kawah. Di sisi lain, resolusi spasial NOAA adalah 1,1 km, sedangkan u k u r a n kawah gunung api adalah kurang dari l k m (bisa terjadi mixed pixel dengan lahan sekitarnya) sehingga s u h u yang diperoleh m e r u p a k a n s u h u p e r m u k a a n
Gambar 5-2: Grafik s u h u harian p e r m u k a a n lahan kawah Sangeangapi bulan Mei 2002 dari d a t a NOAA
34
•Prngu^uranSufiu^Permu^fltmCaHan
lahan rata-rata pixel tersebut b u k a n suhu p e r m u k a a n lahan secara absolut. Dengan mengamati trend a t a u pola p e r u b a h a n s u h u p e r m u k a a n lahan di atas kawah berdasarkan data NOAA dapat diprediksi pola s u h u kawah yang apabila meningkat secara signifikan dapat menjadi p e r t a n d a a k a n terjadinya letusan. Pengamatan pola s u h u permukaan lahan h a r i a n m e n g g u n a k a n d a t a satelit seperti NOAA diharapkan bisa dimanfaatkan u n t u k memberikan peringatan dini a k a n terjadinya letusan. Mengingat banyaknya j u m l a h gunung api aktif di Indonesia, yaitu 129 buah dimana lokasi kawah sulit dijangkau, d a n pemasangan alat pengukur s u h u di dekat kawah m u d a h berkarat. DAFTAR RUJUKAN Direktorat Vulkanologi, Dirjen Pertambangan Umum, Dep.Pertambangan d a n Energi, 1979. Data Dasar Gunung api Indonesia. Direktorat Vulkanologi, 2000. Merapi. Yogyakarta. Lillesand, Thomas M, dan Ralph W. Kiefer 1997. Penginderaan Jauh dan Interpretasi Citra (cetakan ketiga) Gadjah Mada University Press, Yogyakarta.
(Hemjioviat
et.ai)
Nath, A.N., 1993. Retrieval of Sea Surface Temperature using NOAA-AVHRR Data for Identification of Potential Fishing Zones-Dissemination and Validation. International Workshop on Application of Satellite Remote Sensing for Identifying a n d Forecasting Potential Fishing Zones in Developing Countries, Hyderabad, India 7-11 December. Qin, Z a n d Karnieli, A., 1999. Progress in the remote sensing of land surface temperature and ground emissivity using NOAA-AVHRR data. Int. J. Remote Sensing, Vol. 20, No. 12, 2367-2393. Ratmonopurbo, A; Sulistiyo, Y dan S u h a r n a , 2000. Prekursor Entpsi Gunung Merapi, Yogyakarta, Direktur Vulkanologi. Price, J.C., 1984. Land Surface Temperature Measurements from The Split Window Channels of The NOAA-7 AVHRR, J. Geophysics Res., 89, 7231 Saunders, R.W. a n d Kriebel, K. T., 1988. An improved method for detecting clear sky and cloudy radiances from AVHRR data. Int. J. Remote Sensing, Vol. 9, No. 1, 123-150. Web Addresses : www.pu.go.id/ publik/ b e n c a n a / gn-api / g u n u n g api. htm www.volcanoIive.com
35
