"-?r.'t-l. -Fl*,r:.=. E--('E; -
-'-
;.r'-, # J '-
+*
I
ProsidingSeminar Hasil-Hasil PPNt IPB 20 ISBN : 978-602-885 3-22-4 978-602-885
ll
VoL
II:
363-376
3-2]-8
ANALISIS THORPE UNTUK MENGKAJI PROSES PERCAMPURAN TURBULEN DI PERAIRAN TIMUR KALIMANTAN (Thorpe Analysis on Turbr,rlent Mixing Study in Coastal Seas of Eastern Part of Kalimantan)
Yuli Naulital), Mochamad Tri Hartantol), Adi Purwandana2) D.p. ilmu dan Teknologi Kelautan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, IPB " 2)Pusat Penelitian Oseanografi (P2O-LIPI), Jakarta Utara ABSTRAK di perairan pesisir timur Kalimantan, antara delta Mahakam dan Teluk Balikpapan, dipelajari melalui inversi densitas pada profil data CTD (CondttctiviQ Temperature Depth), yang biasa disebut analisis Thorpe. Sebelum masuk pada analisis Thorpe, sinyal CTD dibersihkan dari noise dengan aplikasi transformasi wavelet denosing. Hasil analisis Thorpe menr:njukkan bahwa wilayah overturn terjadi di lapisan permukaan sampai kedalaman 15 m, serta di lapisan dekat dasar. Nilai laju dissipasi energi kinetik turbulen e pada wilayah overtlrn ini berkisar (10-7-10-s Wkg'). Berdasarkan nilai densitas eddy diffusivitas K, diketahui bahwa kekuatan percampuran turbulen di perairan depan muara delta Mahakam relatif kuat (K, = 10-4-10{ m2ls; Proses percampuran turbulen
sedangkan ke arah Teluk Balikpapan tidak ditemLrkan adanya percampuran turbulen.
Kata kunci: Densitas eddy diffusivitas, laju dissipasi energi kinetik turbulen, overturn, percampuran turbulen, wavelet denoising.
ABSTRACT Turbulent mixing process in coastal seas of eastern part of Kalimatan, between delta of Mahakam and Balikapapan Bay, was evaluated from density inversions in CTD profiles, known as Thorpe analysis. Before Thorpe analysis, 'ivavelet denoising was applied on CTD signal to remove noise. It reveats that overturn regions.were found at surface layer up to l5 m depth, and near bottom layer. The turbulent energy kirretic dissipation rate € of these layers was about l0-'-10-5 Wkg-'. And the density of eddy diffusivify K, indicates the relatively strong turbulent (K,,: 10-4-10'' m'ls; occurred at the rnouth of delta of
MahakammeanwhilenoturbulentmixingwasfoundtowardBalikpapanBay.
Keyrvords: Overturn, the density of eddy diffusivity, turbulent energy kinetic dissipation rate, turbulent mixing, wavelet denoising.
PENDAHULUAN Percampuran turbulen
di dalam perairan internal Indonesia
sangat kuat.
dimana pembangkit utaman) a adalah kckuatan pasut. Proscs percampuran men')'ebabkan fluks vemikal bahang dan buol'tm.-),)'ang besar dari batas laut-atn.rosfir ke
arah dalam kolom air. Oleh karena itu. dalam memprediksi perubahan iklim secara akurat memerlukan
nilai kekuatan percampuran y'ang tepat. Salangn)'a
penelitian tentang percampuran di dalam perairan Indonesia relatif sedikit dan
i63
Prosiding Seminar Hasil-Hasil Penelitian IPB 20lJ
Lrmumnya dilakukan oleh peneliti asing, misalnya oleh Ffield and Gordon, (1992),
Hautala et al. (1996) dan Koch-Larrouy et al. (2007). Penelitian terakhir berkaitan
dengan proses percamplrran
di perairan Indonesia dilakukan dalam
Ekspedisi
INDOMIX CRUISE yang merupakan kerjasama Indonesia dengan negara Perancis di lintasan timur Indonesian Throughfloru (lTF) pada tahun 2010-1012.
Ada beberapa metode yang dapat digunakan untuk mempelajari
proses
percampuran secara langsung maupun tidak langsung. Pengukuran mikrostruktur
pertama untuk observasi langsung proses percampuran dilakukan
di
perairan
Banda oleh Alford et al. (1999), sedangkan dengan menggunakan model 2D non
hidrostatik oleh Hatayama (2004) dan model pasut oleh Koch-Larrouy et al. (2007). Terkendala dengan ketidaktersediaan instrumen observasi langsung proses percamplrran, seperti TurboMap (Turbulence Ocean Microstructure Acquisition
Profiler), AMP (Advanced Microstructure Profiler) atau VMP (Vertical Microstructure Profiler), penelitian tentang percampuran turbulen juga dapat dilakukan dengan memanfaatkan data CTD (Conductivity Temperature Depth). Metoda tidak langsung
ini dilakukan dengan menentukan wilayah
pembaiikan
(overturn region) pada profil densitas CTD. Hal ini dimungkinkan karena skala
overturning berada dalam kisaran sensor sampling CTD sehingga inverse densitas, yaitu wilayah yang secara gravitasi tidak stabil_pada
profil densitas CTD,
dapat digunakan sebagai indikasi adanya percampuran turbulen
(Dillon, lgSZ).
Dalam mempelajari proses percampuran turbulen melalui metoda deteksi wilayah oierturn, hal penting yang harus dicermati adalah menggunakan sinyal CTD yang bersih dari kebisingan (noise), sehingga proses clenoising akan sangat menentukan kualitas wilayah overturn yang diperoleh. Oleh karena itu, diperlukan
alat pembersih yang tepat untuk menghilangkan noise ranpa menghilangkan fluktuasi densitas yang kecil! yang biasanya terjadi
jika
menggunakan filter
tradisionai. Hasil penelitian Naulita 120141 menunjukkan bahrva denoi,;ing menggunakan transformasi u,rlr,elet pada sinr,al CTD sebelum analisis Thorpe mampu meningkatkan kualitas rvilayah ot'erlurn vang terdeteksi. Jumiah wilayah
overturrt 1'ang terdeteksi lebih banlak dibandingkan dengan metode klasik yang menggunakan filter tradisional. terutama uila;-ah ot'erturn kecil pada gradien dertsitas y'ang kecil. N.{etode tleno.sing sinl al CTD
364
ini kemudian diterapkan untuk
Prosiding Seminar Hasil-Hasil PPltl IPB 2014
mengestimasi kekuatan percampuran turbulen
di
perairan pesisir timur
Kalimantan, antara muara delta Mahakam dan Teluk Balikpapan. Perairan pesisir timur Kalimantan terletak di paparan dangkal bagian barat Selat Makassar. Secara Llmllm kondisi kedalaman secara melintang (timur-barat)
Selat Makassar dapat dibagi menjadi dua bagian: pertama, bagian dalam yang
lebih dekat dengan Pulau Sulawesi (>2000 m), dan kedua bagian dangkal yang berdekatan dengan bagian timur Pulau Kalimantan. dengan kedalaman <200 m.
Selat Makassar merupakan pintu masuk Arus Lintas Indonesia (Arlindo) dari Samudra Pasifik menuju Samudra Hindia (Gordon and Susanto, 1999; Susanto et
al.2012).
Secara khusus, perairan lepas pantai pesisir
sebagai kawasan perairan yang
relatif sibuk, baik
timur Kalimantan dikenal
sebagai
jalur transportasi kapal
penumpang maupun kargo. Perairan ini juga dikenal sebagai kawasan eksplorasi
minyak bumi, dan merupakan jalur transportasi kapal tongkang batubara.
Tujuan penelitian ini adalah menerapkan analisis Thorpe dengan aplikasi u,avelet denoising untuk estimasi kekuatan percampuran turbulen
perairan pesisir timur Kalimatan. Hasil penelitian
ini
di
dalam
diharapkan dapat
memberikan kontribusi mendasar dalam pencarian metoda pengamatan proses percampuran yang akurat untuk mengatasi kendala ketidaktersediaan instrumen
observasi langsung seperti mikrostruktur profiler serta _memberikan sumbangan pengetahuan untuk memahami kekuatan percampuran turbulen yang terjadi di dalam perairan Indonesia.
METODE PENELITIAN Kegiatan penelitian
ini
dilaksanakan
di Laboratorium Oseanografi Fisik.
Departemen ITK, FPIK-IPB selama enam bulan mulai dari 28 Mei 2014 sampai 28 November 2014.
Perairan studi yang ditelaah adalah di perairan pesisir timur Kalimantan. antara muara delta Mahakam dan Teluk Balikpapan (Gambar 1). Ada 9 stasiun
cTD yang terletak di
depan muara delta Mahakam serra
I
stasiun ADCP yang
terletak di depan Teluk Balikpapan. Posisi dan kedalaman perairan setiap stasiun
CTD disajikan pada Tabel 1 sedangkan posisi stasiun ADCP terletak
pada
365
Prosiding Seminar Hasil-Hasil Penelitian IPB 20lJ
lo 26.854' LS;
116o 58,606'
BT. Penguklrran CTD SBE (Sea Bircl Electronics)
911 plus dilakukan pada tanggal 30 Maret sampai 17 April 2012 serta 1 stasiun
ADCP yang merupakan hasil pengukuran selama 30 jam. yaitu 12-13 April 2012. Profiler CTD diturunkan dengan sampling frekuensi 24Hz dan gap respon waktu antara sensor konduktivitas dan suhu telah dikoreksi dengan adanya pumped temperature-conductivity ducts yang terdapat didalam instrumen. Pengukuran arus
dilaktrkan dengan menggunakan Shipboard Acoustic Doppler Cnrrent Profiler (SADCP) berfrekuensi 75 kHz yang terdapat pada Kapal Riset Baruna Jaya VIII. Pusat Penelitian Oseanografi LIPI.
u i
117.5
Gambar
Tabel
I
I
It$E
Lokasi perairan studi di Muara Delta Mahakam, Kalimantan Timur, posisi stasiun CTD (o) dan stasiun ADCP (A). Inset: Perairan timur Kalimantan.
Posisi dan kedalamanan stasiun CTD Kalimantan Timur
Stasiun
Waktu 8 April20l2
30 Maret 2012
I April20l2 2 April2012 5 April20l2 I I April 2012 9 April 2012 4 April 2012 I 7 April 201 2
366
8
di
Bujur
perairan depan muara delta Mahakam,
Lintang , Kedalaman (!!)
t 17,53470 117,73843 t t7 .72217 117 ,7 1 562
-0,98175 -0,51875 -0,80367
65
117,60617
-1,02067
I t7 .44290 r r 7.20280 I t1 .81267 I t7 .16812
-1,06128
45 45 56 58 76
-0,66027
-t,26327 -0.73082 -1.43833
JJ
70 76
Prosiding Senrinar Hasil-Hasil PPlvl IPB 2011
METODE PENELITIAN Metoda Deteksi Wilayah Overturnz Metoda Thorpe
Deteksi wilayah overturn yang digunakan dalam penelitian
ini
menggu-
nakan metoda Tirorpe. Metode Thorpe menghitung densitas profil referensi p^ (z) dengan mensofiir profil densitas hasil pengukuran p(z) (Thorpe, 1977). Dua nilai
yang didapat dari profil densitas ini adalah fluktuasi densitas yang didefinisikan sebagai p'(z)
:
p (z) -p"., (z) dan perpindahan Thorpe lThorpe displacement) dr
(z) yaitu jarak verlikal individu parlikel fluida (yaitu nilai densitas tunggal) dari
profil asli p(z) yang harus dipindahkan untuk menghasilkan profil densitas p*(z) yang stabil (Gambar 2).
Kemudian nilai dr ini digunakan untuk mengidentifikasi turbulent patch pada profil densitas CTD. Semua turbulent patch yang teridentifikasi kemudian
divalidasi berdasarkan uji massa air (GK' s test) dari Galbraith dan Kelly (1996). Threshold yang dipakai adalah 0.7 untuk meminimalkan tes GK
ini
menolak
riil
overturn yang biasanya berupa wilayah overturn yang kecil
(Stanfield et
al. 2001). Ada dua bagian dari tes GK ini. Bagian pertama
beberapa
difokuskan pada artefak yang berasal dari noise acak. Fluktuasi densitas diperiksa
untuk "run" nilai-nilai positif atau negatif yang berdekatan, yang mendefinisikan panjang run sebagai jumlah sampel yang terkandung dalam masing-masing run. 160 original densit,"" profile p(Z) rqfercncc tlensity profilc p,,(Z)
Q toz o-
o iJ
163
r! Z)
t
d
I
I 164
1.025.87 1.025.88 t.02,s.89 r.015.9
Dcnsity (Kg nr') Garnbar 2 Wilavah otct'tttt't1 1ang ditLrnjukkan oleh perpindahan Tltorpe
361
Prosiding Seminar Hasil-Hasil Penelitian tPB
20ll
Kemudian PDF panjang run dibandingkan dengan PDF seri noise acak.
rtm di bawah ambang
Pcrtch dengan root-mean squore (rms) panj ang
batas
dianggap artefak yang dihasilkan dari noise acak Bagian kedr-ra dari tes GK berasal dari kesalahan sistematis seperli ,spike dari salinitas, yang clisebabkan oleh
ketidaksesuaian waktu respon dari sensor suhu dan kondlrktivitas. Kovarian suhu
dan salinitas dalam turbulent patch diperiksa, dan hanya tto'bulent patch yang
memiliki
hubr"rngan yang erat antara densitas
(p), suhu (T) dan salinitas (S) yang
dianggap sah. Keeratan hubungan T dan S ditunjukkan oleh deviasi suhu (6 r) dan salinitas (E 5):
5r -
r',-,,r-J
(o- br' .il;" \ Lr=r,.
- \';I,:'(P - P't'
a :
.
.n
Least square kurva
ll
fit
=-+
.,'1Y" (ob\' I ' \lr4:=r
dilakukan untuk setiap titik dalam wilayah individu
reordering menggunakan kovarian TS, pr:or*brS
a.nd
pr:art-brT. Deviasi
antara
observasi dan garis diukur dengan menghitung nilai rms dari p-pS dan p-pT. Pembagian oleh rms fluktuasi Thorpe menskalakan deviasi
T
dan S dengan
amplitudo densitas overturn region yang diduga (Galbraith dan Kelly, 1996).
Dalam penelitian
ini,
bagian pertama dari
uji GK
digantikan dengan
menerapkan denoising wqvelet sebelum metode Thoipe. Metoda yang umum digunakan untuk mengurangi noise dari profil densitas (metode Thorpe klasik) adalah dengan menerapkan filter tradisional tetapi filter ini mungkin menghapus
inversi densitas yang kecil. Dengan menggantikan filter traclisional
dengan
transformasi v,avelet dapat menghilangkan masalah penghapusan inversi densitas yang kecil.
Kemudian dp )ang sah digunakan untuk mengestimasi ketebal an overutrn
poth yang didefinisikan oleh skala Thorpe perpindahan vertikal
1ci1,1.
(Lr).
Skala Thorpe adalah rms dari
yang dibLrtuhkan LrnrLlk reorder protii dari densitas
potensial sehingga stabil secara gravitasi. Skala Thorpe dihitung untuk setiap
individu orcrturn. 1'aitu ivilayah .vang didefinisikan tidak stabil secara gravitasi pada profil densitas dimana nilai-nilai penjumlahan dl sama dengan nol.
368
Prosiding Seminar Hasil-Hasil PPM IPB 2011
Dalam penelitian ini deteksi wilayah overturn dilakukan melalui metode
Thorpe dengan menggunakan sinyal yang sr"rdah di-denoise, seperti metode Thorpe yang diajukan oleh Piera et al. (2002) tetapi ditambahkan penghilangan
inversi tekanan. Inversi tekanan adalah efek dari gerakan kapal dan gerakan vertical CTD, yang dihilangkan dari tiap casl dengan cara hanya mengambil data tekanan pertama yang lebih besar dari semua tekanan yang terekam sebelumnya. Penghilangan inversi tekanan ini menjamin tidak ada pengulangan kedalaman.
Metoda Pembersih an Noise: Ll/'avelet Denoising Metode untuk menghilangkan noise pada data CTD dalam penelitian ini berasal dari algoritma wavelet-thresholdizg berdasarkan skema Mallat (Donoho Johnstone, 1994; Donoho, 1995). Ada tiga tahapan dalam wavelet denoisingyaitu
dekomposisi sinyal, thresholding dan rekontruksi. Dengan menggunakan v,avelet.
noise dapat dimodelkan dalam beberapa cara yang berbeda. Jrka noise tersebut
adalah sinyal acak Gaussian, noise diperkirakan berdasarkan pada tingkat koefisien detil dimana bagian utama noise berada. Dalam penelitian ini digunakan mother wavelet Daubechies db 9 dengan level of decomposition yang tepat untuk
menghasilkan sinyal CTD yang bersih. Sinyal yang teruji bersih selanjutnya digunakan dalam analisis Thorpe yang kemudian akan menghasilkan individu wilayah overturn. Metode Estimasi Parameter Turbulen
Sifat turbulen akan dikaji melalui laju dissipasi energi kinetik turbulen dan kekuatan turbuien yang ditunjukkan oleh densitas eddy diffusitas parameter turbulen
Kr.
Kedua
ini dihitung dengan memanfaatkan relasi linier antara
Ozmidov (L6) dan skalaThorpe
(Lr),
e
skala
yaitu Lo = 0.8Lr , seperti yang diajukan
oleh Dillon (1982) dan Crawford (1986). Skala Thorpe sendiri didefinikan sebasai nilai nns dari perpindahan Thorpe
dr. Li :
'
t
dirr*nu tanda
<.
-'
adalah proses perata-rataan. Sebaliknl'a
skaia O:rnic{ctv proporsional dengau tinggi daLi eclcll' terbesar }an-c tidak dipengaruhi oleh buot,urtct'pada aliran sheur turbr-rlen 1'ang terstratiflkasi. Skala Ozmidoz diberikan oleh
Lo:($;1 di*uru € (€ :
koefisien kinematik air laut pada
sLrhLr
15,2
v Gule)2. r' adalah
lokal. N adalah buot'uttct
_fi'eqtre'ttc'.t
dari
369
Prosiding Seminar Hasil-Hasil Penelitian IPB 20lJ
profil densitas yang telah disusun
Lrlang
(reortler).
Pengl-riturlgan kekuatan turbulen akan dilakukan dengan menghitung densitas eddy diffusivitas K o
lan1 dihitr-rng dari e , mixing fficiency f,
dan
buoyancy freqltency N (Osbom, 1 980):
Ko=f'3 dengan konstanta mixing
fficiency
l, :0.2; yang diperoleh
dari data pengukuran
mikrostruktur (Oakey, 1982). Dengan adanya relasi linier antara skala Ozmidov dan skala Thorpe, maka nilai densitas eddy difftisivitas
K, dapat dihitung melalui
persamaan'. Kr= 0,1. N. L12.
Metode Analisis Data Arus Shipboarct ADCP diatur dengan periode sampling 30 detik, dengan jarak kedalaman antarsel (bin) pengukuran adalah 5 meter. Data yang diperoleh dari
hasil pengukuran adalah data arus pada kedalaman 10 hingga 45 meter. Perata-
rataan satu menitan komponen kecepatan arus
(u
dan
v)
dilakukan
saat
mengekstrak data mentah menggunakan WINAD CP software package, selanjutnya penapisan Bartlett hingga 30 menitan data.dilakukan untuk menghilangkan arus-arus berfrekuensi tinggi (fluktuasi <30 menit) yang umumnya merupakan gangguan dari pengukuran.
Teknik analisis harmonik digunakan dalam penelitian ini untuk memisahkan
variabilitas pasut dari data,
di
m4na nilai arus hasil pengukuran diuji dengan
metode fitting kuadrat terkecil (least sqlrures
.fit)
terhadap komponen harmonik
pasut tertentu (dalam hal ini adalah M2).
HASTL DAN PEMBAHASAN Thorpe rlisplacement dari wavelet denoisittg sinval CTD Sinyal CTD hasil denoising menggunakan transformasi v,ar-eler Daubecies 9 digunakan untttk menghitung perpindahan Thorpe (d1). Kemiidian setiap d1 dig.li dengan tes GK untuk tes massa air. Penerapanw,avelet clenoi.sing memungkinkan
mendeteksi lebih banyak
310
dr dibandingkan dengan metode klasik. khususnva
Prosiding Seminar Hasil-Hasil PPlvl IPB 2014
wilayah overturn kecil pada gradien densitas yang kecil. Analisis Thorpe menun-
iukkan adanya peningkatan yang nyata jumlah wilayah overturn yang terdeteksi sehingga mempengaruhi nilai skala Thorpe yang dipakai sebagai skala panjang
turbulen. Jumlah wilayah overhrn dan skala Thorpe di perairan pesisir timur Kalimantan disajikan pada Tabel 2. Tabel 2 Jumlah dan ukuran skala Thorpe hasil metode klasik dan metode yang diajukan (aplikasi vvavelet denoising dan penghilangan inversi tekanan) di pesisir timur
Kalimantan Metode Thorpe klasik Jumlah wilayah Skala Thorpe
Stasiun
m
overturn (d1)
Metode yans diaiukan Jurnlah wilayah Skala Thorpe (L1)
(L)
overturn(dr\
I
0,24
l5
2
0,01
J
0,35
40 49
4
0,
5
0,26
6
i,48
13
7
0
8
0,01 0
25 39 26
9
:
ro
Eor, 'a.
Ul Lril;50,
7o
test
with GK's
3
0,01
test
with GK's test
--.-
2oi i
301
30t
4oi l1
4oi ;
5oi il I io
5oi
ll
'4
,40 , 5o
E-*
io
+
tl0_ ""_t-l 0 I : -t-l 0 I I 80_
I : i s p I Lt
i zo 30
+70, = =_-:
Thor pe D
Gan rbar
0,25
without GK's
2ol
g0-_ li0.^ _ - I _:---t-10 -t-10 t lnmmm
1,39 0
Proposcd Mcthod
test
I
A 30 =,1 't,
5l 3l
Method
Classic
without CK's
l0
m
0,29 0,49 0,50 0,25 0,43
L'
e
tn
e
n
t
(t11)
Profil perpirrdahan Thorpe menggunakan metoda klasik (kiri) dan penerapan wat'elet clenoi,sing (kanan). sebelum (merah) dan sesudah (biru) uji tes Galbraith and Kell,v di perairan timur Kalimantan.
Hasil ini menunjukkan bahr.r'a aplikasi v'qyelet denoising sangat baik untuk mempertahankan real orerlurn kecil vang umumnya akan terhapus oleh proses
37t
Prosiding Seminar Hasil-Hasil Penelitian IPB 201]
perata-rataan berjalan (moving average) yang digunakan dalam metode Thorpe
klasik. Untuk melihat efektifitas metode yang diajukan dalam mendeteksi wilayah
overturn kecil, ditampilkan profil perpindahan Thorpe (dr) pada stasiun 3. Dari Gambar 3 dapat dilihat w-ilayah ov-erturn kecil yang terdeteksi pada kedalaman
50-80 m, dinyatakan valid oleh tes GK. Hal ini menunjukkan bahwa perhitungan skala vertikal lapisan turbulen dengan metode klasik bisa bias karena undbrestimasi, dalam kasus ini sebesar 0,50-0.35
:
0,15 m.
Dinamika pesisir timur Kalimantan Dinamika pesisir timur Kalimantan digambarkan melalui kondisi arus yang diperoleh dari stasiun ADCP di perairan Teluk Balikpapan. Peran pasut dalam dinamika perairan pesisir timur Kalimantan terlihat dari fraksi dominan kekuatan arus total selama pengukuran adalah arus pasut. Berdasarkan data prediksi pasang
surut, waktu pengukuran arus dilakukan pada saat pasang pumama (spring tide) menuju pasang perbani (neap tide). Kisaran kecepatan arus total, arus pasut dan arus residu disajikan pada Tabel 3 sedangkan .stickplol arus diperlihatkan pada Gambar 4. Arus residu, yaitu arus total yang dikurangi arus pasut, ditimbulkan
oleh faktor fisik seperti karena angin serta pengaruh topografi dasar perairan. Secara umum, arah pergerakan arus pada kedalaman 10,79-20,79 meter memiliki
arah dominan ke barat daya
di sepanjang waktu pengukuran, dengan
kecepatan
arus terkuat berada pada lapisan atas, dan menurun kecepatannya seiring mendekati dasar perairan. .ro
;k..'*l*sim,d;,MW+V*"**.*a.*rx,t*.
!
-15
E-zo
s.,,
o
-30
-35
--
;;; i fotal
cumt
R.sdu.l Cu@l
0
011 o.2 0-3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
0.9 1 1.'l
1-2 1.3 1.4 1.5 1.6
1.7
Decimal day
(11April 2012, 16:45 to
Gambar
4
April 2012,08:36)
Panah arus (rn/s) pada tiap kedalaman. Arah utara ditunjukkan dengan o). dengan arah putar searah jarum jam (timurorientasi panah arus ke atas (0 90
)l:
13
o:
selatan-1 80
o:
barat-270
o).
Prosiding Seminar Hasil-Hasil PPM IPB 2011
Tabel 3 Kisaran kecepatan arus di perairan Teluk Balikpapan Kedalaman
l0
(m)
Arus Total (ms-r) 0,17 + 0,09
l5
0,17+0,10
20
0,12 + 0,09 0,09 + 0.05 0,l0 + 0,04
25
30
Arus Pasut 0,17 + 0,07 0, l5 1 0,09
0.06 0,08 0,08 0.05 0,06
l0 r 0,05 0,08 + 0.03 0,08 + 0.03 0,
* + + + +
0.03 0,05 0,05 0.03 0.03
Karakter massa air di perairan pesisir timur Kalimantan Delta Mahakam merupakan konfigurasi dat'r 46 pulau-pulau kecil yang membentuk kipas membentang keluar
ke
daerah pesisir Selat Makassar,
Kalimantan Timur. Kondisi oseanografis perairan depan muara delta Mahakam dipengaruhi oleh interaksi antara air tawar yang dari sungai Mahakam dan air laut
dari Selat Makassar yang dibawa oleh tenaga pasut saat pasang. Jika dilihat dari
distribusi melintang yang dibuat dari stasiun-stasiun sejajar pantai (stasiun 7,6,1,4,3 dan 2), terlihat adanya perbedaan karakter air di sisi timur laut wilayah
studi (stasiun2,3, dan 4) dengan sisi barat daya (stasiun 1,6 dan 7). Suhu air yang
relatif lebih hangat (30-31 oC) dan salinitas yang relatif lebih rendah (30-31 psu) ditemukan di sisi barat daya wilayah studi atau ke arah Teluk Balikpapan.
Karakter massa air demikian menyebabkan densitas air di lokasi
ini lebih
rendah dibandingkan dengan sisi timur laut atau ke arah utara muara delta Mahakam (Gambar 5). Kolom air di lapisan atas (0-20 m) ke arah utara muara delta Mahakam lebih terstratifikasi karena terangkatnya isothermal 29 oC dari kedalaman 25 m ke kedalaman 5 m. Kolom air di bawah kedalaman 30 m pada kedua sisi terlihat memiliki pola sebaran yang sama.
sf3
Densitas srz
;:,,,
It',, l:J
t&t E:l ,o2o
R
iI'" !Il,o,, Sectbn Didance [km]
Gambar
5
Sebaran melintang densitas di perairan depan muara delta Mahakam, perairan tirnur Kalimantan.
'tl)
Prosiding Seminar Hasil-Hasil Penelitian Ip B 20 t J
Percampuran turbulen di pesisir timur Kalimantan Pada penelitian
ini data yang dipakai dalam analisis Thorpe dimulai dari
kedalaman 5 m untuk menghindari kesalahan (error) dari alat mauplrn gerakan kapal yang sering ditemukan pada lapisan permukaan (0-5 m). Dari hasil analisis
Thorpe diketahui bahwa percampuran turbulen relatif lebih kuat di perairan depan muara delta Mahakam (stasiun 1 sampai stasiun 6, dan stasiun 8) sedangkan ke arah Teluk Balikpapan (stasiun 7 dan 9) tidak terdeteksi adanya wilayah overturn.
Dari profil peqpindahan Thorpe (dr) dapat dilihat bahwa wilayah overturn ditemukan pada lapisan permukaan sampai kedalamanl5 m, serta pada lapisan dekat dasar sampai 4-9 m ke arah kolom air (Gambar 6). Wilayah overturn dekat
dasar hanya ditemukan pada perairan depan muara delta Mahakam dimana kedalaman perairan mencapai 76 m. l= l0l
.] --'
l
I I I I
-lu
l i
{-
Eao E5U 1.
6('
-5
I
ir
rl
ilil l,l
i-50.-m
0 m
i
iii lrl iii
--a
t
70 80
1:
ri-ii j
lr
a.)
V
----
I
I
I
^l0
f
tu i
i
5
-5 mm 0 5-5
St.3 St.4 Sr.5
5-5
0
.l
_
l
0- 5-5 0 5-5 0 rnmm )
st.7 st.S
5r.6
5
sr.g
Thorpe Displacement (m)
Gambar
6 Profil
perpindahan Thorpe perairan depan muara delta Mahakam, pesisir timur
Kalimantan. Tabel 4
Nilai Brunt-vaisala frequency (N2), skala Ozmidov (Ls), laju dissipasi energi kinetik turbulen (e) dan densitas eddy diffusivitas (Kr) di perairan timur Kalimantan
stasiun N2(s-r) I 2 3 4 5 6 1 8 9
)74
L"(m)
sawm
7,5568-04
0.24
7,657E-07
2.474E-04
4,061E-04
0.39
5.23t8 -10
4.83
2.4748-04
0.40
3.052E-07
3.e3
2.846E-04 1.643E-04
0.20 0.
3.07i E-08 9.l4 rE-07
5.
7.6368-04
I.l
j.l I
8
E-04
i E-04 1.0548-04
2,95 8E-05
I t2E-04 5,3398-03 0
6,880E-0.1
0
0
4.844E-04
0.20
6.823 E- r 0
4.929E-04
0.01
0
I .3
76E-O.i
2.224E-07
ProsidingSentinar Llasil-Hasil PPM IPB 2014
Berdasarkan relasi
linier antara skala panjang Thorpe (L1) dan
e
dan
4. Besaran nilai
K /,
Ozmidov (L6), dilakukan estimasi lajLr dissipasi energi kinetik turbulen densitas eddy diffusifitas K,, yang disajikan pada Tabel menunjukkan bahwa kekr-ratan percampllran turbulen Mahakam relatif besar
(K,:
10-4-10-r
di
skala
perairan depan tnuara
.n'lr;. Lapisan aktif turbulen
(a:
l0-7-10
5
Wkg-') di lapisan permukaan tampaknya berkaitan dengan kekuatan arus pasut yang relatif lebih kuat
di lapisan ini
(0,12-0,17 m s-r; dibandingkan dengan
kedalaman dibawahnya serta adanya masukan
air sungai
Mahakam yang
menyebabkan distribusi massa air yang unik, berbeda pada sisi ke arah Teluk Balikpapan dan ke utara muara delta Mahakam.
KESIMPULAN Analisis Thorpe dengan menggunakan data CTD hasil aplikasi wavelet denoising berguna untuk meningkatkan kualitas deteksi wilayah overtltrn sehingga dapat digunakan untuk mempelajari percampuran turbulen. Kekuatan percampuran turbulen di lapisan permukaan perairan depan muara delta Mahakam
relatif kuat seperti yang ditunjukkan oleh nilai densitas eddy diffusivitas K, sebesar
10-4-l0r m2ls. Hal ini yang tampaknya berkaitan dengan arus pasut yang
relatifkuat di lapisan tersebut.
UCAPAN TERIMA KASIH Ucapan terima kasih disampaikan atas kerjasama yang baik kepada Kepala
Pusat Penelitian Osenografi (PzO-LPI) yang telah bersedia memberikan data
CTD SBE 911 plus di perairan timur Kalimantan untuk digunakan dalam penelitian ini. Ucapan terinra kasih juga disampaikan kepada DIKTI untuk pendanaan penelitian melalui skema Penelitian Dasar untuk Bagian, Penelitian
Iinggulan Perguruan Tinggi tahun 2014.
DAFTAR PUSTAKA
R. 1986. A comparison of length scales and decay times of turbuience in stably stratified flor.vs. J. Ph-v.s. Oceonogr..l6. 1847-1854.
Craw'ford. W.
)15
Prosiding Seminar Hasil-Hasil Penelitian IPB 2011
Dillon, 1982. Vertical overturn: A comparison of Thorpe and Ozmidov length scales. J. Geophys. Res.87
(Clz),9601-9613.
Donoho, D. L. 1995. De-noising by soft-thresholding. IEEE Trans. Inf. Theory, 41.613-627. Galbraith, P. S. and D.E. Kelly.1995.Identifying overturns in CTD profiles. Atmos Oceanic Technol., 13, 688-701.
I
Naulita, Y.2014. Aplikasi wovelet denoising pada sinyal CTD (ConductiviQ Temperohre Depth) untuk meningkatkan kualitas deteksi oyerturn region. J. Ilmu & Teknologi Kelautan Tropis, 6 (l):241-252. Piera, J., E. Roget and J. Catalan. 2002. Turbulent patch identification in microstructure profiles: A method based on wavelet denoising and Thorpe displacement analysis. J. Atmos. Oceanic Technol., 19, 1390-1402. Stansfield, K, C. Garret, and R. Dervey.200l. The probability distribution of the Thorpe displacement within overturns in Juan de Luca Strait. J. Phys. O c e ano gr., 24, 3 421 -3 43 4. Thorpe, S. A.,1977. Turbulence and mixing in a Scottish Loch. Philos. Trans. Soc. London Ser. A.286,125-181.
R.
