Perekam Jejak Arus dan Gelombang Laut dengan HF (High Frequency) Radar Pantai Dr. Eng. Lukijanto Pusat Teknologi Inventarisasi Sumberdaya Alam (PTISDA-BPPT) E-mail:
[email protected],
[email protected] Abstrak Pemanfaatan High Frequency (HF) radar pantai sebagai salah satu inovasi terbaru penerapan iptek kelautan, telah terbukti keunggulannya dalam memonitor lingkungan laut oleh karena memiliki keakuratan dan effisiensi yang relatif tinggi. Teknologi HF radar pantai merupakan teknologi alternatif yang sangat prospektif untuk dikembangkan di Indonesia oleh karena mempunyai daya tarik tersendiri guna memonitor dan memetakan arus permukaan, gelombang laut dan arah angin, baik secara keruangan dan waktu, dan sebagai pelengkap dari teknik konvensional yang ada selama ini. Kata kunci: HF radar pantai, Arus laut, Spektrum gelombang laut, Mitigasi bencana Abstract With the beginning of operation of High Frequency (HF) coastal radars in coastal area, it became feasible to simultaneously observe large regions of the coastal ocean and construct maps of surface currents, waves, and wind direction. Application technology of HF coastal radar is capable of providing wide-area measurements that are difficult to make any other way, and it is prospective to be developed in Indonesia which can provide useful supplements to conventional oceanographic measurements. Keywords: HF coastal radar, ocean current, directional wave spectrum, Pendahuluan Dinamika pantai dan lautan, ditunjang dengan kondisi batimetri yang kompleks merupakan tantangan bagi oseanografer, ahli teknik pantai, manajer pesisir dan angkatan laut. Oleh karenanya, perilaku dinamika tersebut perlu dipahami dan diprediksi lebih lanjut. Namun demikian, prediksi terhadap parameter lingkungan tersebut sangat rumit akibat adanya interaksi antara angin, arus dan gelombang laut yang berkarakteristik unik, sehingga perlu pemahaman dan pengukuran secara intensif baik secara keruangan dan waktu. Teknik konvensional yang digunakan selama ini guna mengukur arus dan gelombang laut yakni dengan menggunakan pengukur arus laut (current meter) dan gelombang laut (wave gauge) yang ditambatkan, yang dikenal dengan teknik mooring. Teknik konvensional dimaksud di atas, mempunyai keterbatasan secara keruangan dan waktu, apabila pengukuran dilakukan intensif dengan daerah yang sulit dijangkau atau terbatas infrastruktur pendukung. Dengan kemajuan teknologi HF (High Frequency ) radar pantai saat ini, maka kendala tersebut dapat diatasi, sebagai alternative pemecahan solusi secara efektif dan effisien [5].
1
Metodologi Teknik pengukuran HF radar pantai telah diperkenalkan sejak 1950 dengan perkembangan yang pesat, ditandai dengan banyaknya produk tulisan baik berbentuk jurnal ilmiah ataupun populer. Teknik terbaru ini dengan memanfaatkan spektrum gelombang elektromagnetik dengan frekuensi, HF pada band 3-30 Mhz dengan panjang gelombang 10 -100 m. Prinsip dasar teknik ini dengan memanfaatkan energi refleksi gelombang (backscatter) dari permukaan air laut yang dipancarkan oleh stasiun pemancar sehingga memungkin spektrum energynya diterima balik pada stasiun penerima. Proses-proses yang berlaku dengan memanfaatkan resonansi gelombang tersebut, lebih dikenal dengan Bragg scattering. Pada tahun 1955, Crombie adalah peneliti pertama kali yang mengidentifikasi resonansi gelombang tersebut dengan menggunakan HF radar pantai, sehingga memungkin untuk dapat mengestimasi arus dan gelombang laut. Inovasi baru ini, dapat mengatasi kendala yang dihadapi oleh keterbatasan teknik pengukuran secara konvensional saat ini Pada prinsipnya, gelombang laut terdiri dari berbagai komponen gelombang dengan frekuensi dan arah propagasi yang berbeda. Dalam hal ini, spektrum Doppler, σ (ω ) , yang diperoleh dari HF radar merupakan distribusi energi dari sinyal gelombang radio (radio backscattered) oleh gelombang laut pada frekuensi sudut ω , dan dinyatakan dengan penjumlahan komponen orde pertama σ (1) (ω ) , dan komponen orde kedua , σ (2) (ω ), dan biasa diformulasikan sebagai: σ (ω ) ≈ σ (1) (ω ) + σ (2) (ω ). Hubungan antara spektrum Doppler dan spektrum gelombang laut pada kondisi laut dalam, secara matematis dinyatakan dengan persamaan [2][4]:
σ (1) (ω ) = 26 π k04
∑ S (−2mk0 ,0) δ (ω − mωB )
(1)
m =±1
σ (2) (ω ) = 26 π k04
∞
| Γ |2 S (m1k1 ) S (m2k 2 ) ∑ ∫ ∫ −∞ m , m =±1 1
(2)
2
×δ (ω − m1 gk1 − m2 gk2 ) dpdq
dimana k0 = (k0 ,0) adalah nilai mutlak dari vektor bilangan gelombang k 0 dari gelombang radio, sedangkan S (k ) = S (k x , k y ) merupakan jumlah gelombang spektrum dari gelombang laut, dan
ωB (= 2gk0 ) adalah frekuensi sudut Bragg scattering. Sedangkan, variabel bebas, p dan q dari integrasi tersebut merupakan titik koordinat yang masing-masing sejajar dengan sumbu dari pancaran radar dan tegak lurus ke pancaran radar. Vektor jumlah gelombang untuk gelombang laut k1 dan k2, dapat dinyatakan dengan variabel-variabel pada persamaan berikut: (3)
k1 = ( p − k0 , q), k 2 = (− p − k0 , − q)
Selanjutnya, kondisi resonansi Bragg's (Bragg scattering) dapat dinyatakan dengan: k1 + k 2 = −2k 0
(4)
Sedangkan, derajat kontribusi dari komponen gelombang yang memiliki bilangan gelombang k1 dan k2 untuk distribusi energi orde kedua dari sinyal (radar backscattered) dinyatakan dengan koefisien kopling, Γ . Dalam hal ini, koefisien kopling dinyatakan oleh Γ = Γ E + Γ H , dimana Γ E merupakan efek hamburan elektromagnetik sedangkan dan Γ H adalah efek hamburan 2
hidrodinamik. Oleh karena komponen orde pertama σ (1) (ω ) dan komponen orde kedua σ (2) (ω ) muncul dalam frekuensi yang berbeda dalam spektrum Doppler σ (ω ) , maka besaran dari kedua orde tersebut dapat dipisahkan. Dengan demikian, informasi oseanografi berharga, yakni arus dan gelombang permukaan, dapat diperoleh dari komponen spektrum masing-masing. Seperti yang ditunjukkan pada persamaan (1) dan persamaan (2) yang memiliki vektor bilangan gelombang k1 dan k2. Hingga dua dekade terakhir, perkembangan teknologi ini telah memberikan hasil yang cukup menjanjikan, dengan keberhasilan yang tinggi. Sebagai gambaran pemanfaatan, aplikasi teknologi ini dibidang riset ekologi, mampu memetakan pergerakan larva dan nutrient, serta fenomena up welling di perairan Granite Canyon (36°25.9'N, 121 °55.0'W), California, Amerika, (lihat gambar 1) [1]:
Gambar 1. Salah satu contoh hasil pengukuran arus permukaan dengan a single SeaSonde di perairan Granite Canyon, CA., pada tanggal 15 Juli 1993 [1]. Khusus dalam memetakan arus laut dan gelombang laut, aplikasi teknologi HF radar pantai telah dapat dimanfaatkan, antara lain oleh University of Sheffields yang dikenal dengan program SCAWVEX (Surface Current and Wave Variability Experiment) di perairan North Sea, Inggris bagian Timur, dengan tingkat keberhasilan dan akurasi relatif lebih unggul dibandingkan dengan teknik secara konvensional.
Gambar 2. Aplikasi HF radar pantai yang dimiliki oleh Okinawa Subtropical Environment Remote Sensing Center, National Institute of Information and Communications Technology) [6]. 3
Selanjutnya di negara Jepang, dalam dua dekade terakhir, telah pula memanfaatkan keunggulan aplikasi teknologi ini, dimana dioperasikan oleh Pusat Penelitian dan Pengembangan Pengeinderaan Jauh Sub-Tropika di Okinawa (Okinawa Subtropical Environment Remote Sensing Center, National Institute of Information and Communications Technology) guna mendeteksi pola pergerakan arus panas dan gelombang laut di bagian baratutara Samudera Pasifik [6]. Demikian juga, negara tetangga Phillipina telah memanfaatkan pula keunggulan teknologi radar pantai ini untuk diterapkan di perairan Timur Phillipina guna memonitor arus Mindanao yang cukup signifikan keberadaannya dalam kontribusi pergerakan massa air di Western Pacific Ocean Mengingat rangkaian bencana di berbagai perairan Nusantara, misalnya musibah tenggelamnya kapal motor penyeberangan akibat kondisi ekstrim di berbagai perairan yang menelan banyak korban jiwa, atau pun adanya pola perubahan massa air panas dan dingin yang relatif cepat terhadap perairan budidaya mutiara di perairan Lombok Utara sehingga merugikan banyak petani dan pengusaha, sudah tentu dalam rangka mengurangi dampak negatif yang ditimbulkan maka dengan dukungan teknoogi terkini HF radar pantai, kita dapat minimalisir dengan ketersediaan sistem monitoring terpadu secara spasial dan temporal. Ancaman bencana masih bertambah dengan aktivitas tektonik di wilayah Paparan Sunda dalam bentuk tsunami akibat gempa bumi yang sering terjadi di wilayah ini. Adanya potensi bencana yang besar, maka sebagai alternatif solusi pemecahannya sebagai sistem peringatan dini guna mitigasi bencana di berbagai perairan merupakan hal yang mendesak dan perlu mendapat perhatian serius dari pemerintah. Aplikasi teknologi HF radar pantai dengan implikasi menarik ini memiliki potensi cakupan wilayah monitoring yang luas tergantung dari sistem yang digunakan, untuk dapat membantu dalam riset manajemen pesisir dan lautan, pemulihan terumbu karang dan peringatan tsunami, kontrol terhadap penyebaran tumpahan minyak serta upaya pencarian dan penyelamatan kecelakaan kapal di laut. Ada beberapa hal penting yang harus diperhatikan dalam pemanfaatan aplikasi teknologi baru ini yakni baik aspek teknis dan institusi. Aspek teknis terkait dengan pengembangan sistem aplikasi teknologinya, baik perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (software), termasuk penyiapan sumberdaya manusianya (brainware). Dalam hal ini, pengembangan metode telah dan sementara dilakukan, misal Metode Lukijanto (2009) yang dikenal juga dengan metode praktis estimasi spektrum gelombang laut dengan memanfaatkan HF radar pantai dengan hasil yang cukup effisien [4][5]. Dalam penajaman dan penguatan kapasitas, untuk dapat melaksanakan ini semua tentunya harus melibatkan semua unsur yang terkait dan berperan sesuai dengan fungsi masing-masing. Antara lain, lembaga pemerintah yang terkait sebagai penentu kebijakan, lembaga riset (LIPI, BPPT, Perguruan Tinggi dan Litbang Kementerian terkait), serta peran swasta yang tertarik untuk mengembangkan dan menggunakan aplikasi teknologi ini. Hal lain yang tidak kalah pentingnya, tentu perlu didukung dengan aspek regulasi. Dengan paparan di atas terlihat bahwa perkembangan pemanfaatan HF (High Frequency) radar pantai sebagai salah satu inovasi terbaru di bidang iptek kelautan, terbukti keunggulannya dan telah dapat diaplikasikan di berbagi wilayah Asia, Amerika dan Eropa. Memperhatikan keakuratan dan effisiensi yang relatif tinggi, maka keunggulan yang dimiliki oleh HF (High Frequency) radar pantai tersebut memungkinkan untuk dapat dimanfaatkan oleh para pengguna (oseanografer, ahli teknik pantai, manajer pesisir dan angkatan laut) sebagai alternatif sistem teknologi monitoring lingkungan laut terbaru sehingga dapat diaplikasikan di perairan Indonesia.
4
Penutup Pemanfaatan HF radar pantai sebagai salah satu inovasi terbaru penerapan iptek kelautan dan perikanan, telah terbukti keunggulannya dalam merekam jejak arus aut dan gelombang laut oleh karena memiliki keakuratan dan effisiensi yang relatif tinggi. Aplikasi teknologi HF (High Frequency) radar pantai merupakan teknologi alternatif yang sangat prospektif untuk dapat dimanfaatkan dan dikembangkan di Indonesia. Daftar Pustaka [1]
[2] [3] [4]
[5]
[6]
Eric Bjorkstedt and Jonathan R, (1997). Larval Transport and Coastal Upwelling: an Application of HF radar in Ecological Research. Journal of Oceanography, Vol.10 No.2., pp.64-67. Hashimoto, N., & Tokuda (1999). “A Bayesian approach for estimation of directional wave spectra with HF Radar”. Coastal Engineering Journal, 41(2), pp. 137-147. Jeffrey D and Hans (1997) Introduction to High Frequency Radar: Reality and Myth, Journal of Oceanography, Vol.10 No.2., pp.36-39. Lukijanto, Hashimoto, N. & Yamashiro, M (2009a) “Further Modification Practical Method of Bayesian method for estimating directional wave spectrum by HF radar”. Proceeding of 19th ISOPE, pp.898-905. Lukijanto, Hashimoto, N., & Yamashiro, M. (2009c). ”A comparison of analysis methods for estimating directional wave spectrum from HF ocean radar”. Journal of Memoirs of the Faculty of Engineering, 69(4). Kyushu University, pp. 163-185. Website: http://okinawa.nict.go.jp/EN/index.html, diunduh tanggal 10 juli 2010, pukul 09.15 wib.
Biodata Penulis Dr Eng Lukijanto, lahir di daerah kota pesisir pantai utara Jawa Timur, Pasuruan, menimba ilmu kelautan di Universitas Hasanuddin, Makassar Berbekal beasiswa DAAD Pemerintah Jerman berkesempatan untuk lanjut master di Christian Albrecht Universitaet, di kota Kiel Jerman. Penerima beasiswa Rotary Yoneyama Foundation Jepang, berkesempatan menyelesaikan program doktornya di Department of Maritime System Engineering, Coastal and Ocean Engineering laboratory, Kyushu University di Japan Sebagai penerima Kyushu University Doctoral Award tahun 2007 ini berhasil menciptakan metode terbaru yang dikenal dengan Metode Lukijanto / Modified Bayesian Method (2009) guna mengestimasi directional wave spectrum dengan menggunakan HF (High Frequency) radar pantai.
5
