predicting meteorological component usin

8/18/2019 Predicting Meteorological Component Usin

1/25

Beasiswa Unggulan DIKNAS 2011

PENDUGAAN UNSUR – UNSUR FISIS ATMOSFER MENGGUNAKAN

PENGINDERAAN JAUH

1)Putri Yasmin Nurul Fajri, S.Si1)

Graduate student of Bogor Agricultural University [email protected]

1. Pendahuluan

Dalam menduga unsur fisis atmosfer berupa suhu permukaan, fluks radiasi

matahari, tekanan dan sejenisnya, maka diperlukan pemahaman mengenai unit dan

pendefinisian radiasi elektromagnetik (EM) serta prinsip perpindahan energi dengan

jelas. Hal ini terkait dengan pemahaman proses perpindahan energi dari permukaan

bumi terhadap sensor satelit.

Pada dasarnya, perpindahan energi di alam dibedakan ke dalam tiga aliran yaitu,konduksi yang merupakan perpindahan energi kinetic atom atau molekul (heat)

melalui kontak antar molekul dengan kecepatan pindah panasnya ditentukan oleh

sifat dari molekul. Perpindahan panas ini tidak menyebabkan perpindahan molekul;

konveksi adalah perpindahan panas melalui perpindahan fisik molekul gas dan liquid

(cair) dan radiasi adalah perpindahan panas melalui jarak tertentu tanpa media

penghantar. Proses perpindahan energi dengan radiasi merupakan prinsip kerja utama

bagi perpindahan energi pada system penginderaan jauh.

Berdasarkan sumber energinya, penginderaan jauh dibedakan menjadi satelit

pasif dan aktif. Pada umumnya, satelit yang digunakan untuk kepentingan

pengamatan unsur fisis atmosfer adalah satelit pasif yang menggunakan energi radiasi

surya sebagai satu – satunya energi perekaman. Untuk dapat memahami teknik

perekaman energi oleh satelit, maka digunakan pendekatan energi sebagai gelombang

elektromagnetik. Selanjutnya, guna menduga unsur fisis atmosfer dan aliran

energinya, digunakan pendekatan neraca energi dimana menggunakan prinsip

thermodinamika I yaitu energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan.

Pada umumnya, setiap satelit memiliki panduan khusus dalam menentukan suhu

permukaan area di muka bumi. Seperti halnya satelit Landsat dan Aster tentunya akan

memiliki perumusan yang berbeda, baik dalam penentuan nilai spektral radian hingga

akhirnya akan didapatkan suhu permukaan. Dalam bahasan ini, akan difokuskan pada

pendugaan suhu permukaan menggunakan satelit Landsat.

Berbeda dengan pendugaan suhu permukaan, pendugaan unsur-unsur fisis

atmosfer seperti radiasi netto, fluks panas tanah, fluks panas terasa, fluks panas laten,

mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]


2/25


tekanan udara dan kapasitas kalor berlaku secara umum umtuk semua jenis satelit

karena hanya didasarkan pada perumusan fisika sederhana. Dalam menduga unsur

fisis atmosfer menggunakan pendekatan neraca energi, diperlukan beberapa asumsi

seperti mensyaratkan kondisi tanpa awan pada data citra dan energi dihitung pada

kondisi siang hari. Oleh karena itu, pendugaan unsur fisis alam dengan menggunakan

prinsip neraca energi, hanya dapat digunakan untuk berbagai kepentingan yang

menggunakan penginderaan jauh pada pengamatan pagi hingga siang hari pada

kondisi cerah.

2. Dasar energi radiasi

Pada pembahasan ini, yang dimaksud dengan energi radiasi adalah energi yang

berpindah dari sumber energi utama bumi (matahari) menuju permukaan bumi secara

radiasi dimana energi radiasi tersebut berupa gelombang elektromagnetik. Radiasi

elektromagnetik yang dipancarkan menuju permukaan bumi memiliki panjang

gelombang beragam dan hanya beberapa bagian yang akan dimanfaatkan oleh obyek

di permukaan bumi.

Radiasi elektromagnetik (EM) dalam ruang hampa mempunyai kecepatan yang

setara dengan 3.1010 cm.s-1 dan sering di notasikan sebagai c. Guna mempermudah

pemahaman terhadap radiasi EM, maka digunakan pendekatan gelombang, sehingga

radiasi EM juga mempunyai intensitas (frekuensi) dan panjang gelombang yang

dirumuskan sebagai :

()

Pada persamaan (1) terlihat bahwa jumlah gelombang telah didifinisikan sebagai

frekuensi, tetapi untuk mendapatkan suatu unit yang dapat memberikan gambaran

lebih baik pada saat aplikasi dalam penginderaan jauh (terutama pada spektral

infrared) maka digunakan unit jumlah gelombang per 1 cm (v - wavenumber),

sehingga didapatkan :

Bila c = 3.1010 cm.s-1 dan jumlah gelombang per 1 cm dapat dinotasikan sebagai v =

f/ c, maka

()

Dimana v dalam satuan cm-1. Dengan menggunakan persamaan 2, kita dapat

mengklasifikasikan kisaran spectral dan panjang gelombang EM.


3/25


Gambar 1. Kisaran spectral dan panjang gelombang EM.

Sumber : Risdiyanto (2010).

3.

Suhu Permukaan

Menurut Rosenberg (1974), suhu permukaan dapat diartikan sebagai suhu terluar

suatu objek. Untuk suatu tanah terbuka, suhu permukaan adalah suhu pada lapisan

terluar permukaan tanah. Sedangkan untuk vegetasi dapat dipandang sebagai suhu

permukaan kanopi tumbuhan, dan pada tubuh air merupakan suhu dari permukaan air

tersebut. Ketika radiasi melewati permukaan suatu objek, fluks energi tersebut akan

meningkatkan suhu permukaan objek. Hal ini akan meningkatkan fluks energi yang

keluar dari permukaan benda tersebut. Energi panas tersebut akan dipindahkan dari

permukaan yang lebih panas ke udara diatasnya yang lebih dingin. Sebaliknya, jika

udara lebih panas dan permukaan lebih dingin, panas akan dipindahkan dari udara ke

permukaan dibawahnya.

Perubahan suhu permukaan obyek tidaklah sama. Hal ini tergantung pada

karakteristik objek tersebut. Karakteristik yang menyebabkan perbedaan tersebut

diantaranya emisivitas, kapasitas panas jenis dan konduktivitas thermal. Suhu

permukaan objek akan meningkat bila memiliki emisivitas dan kapasitas panas yang

rendah dan konduktivitas termalnya tinggi (Adiningsih, 2001).

Emisivitas, konduktivitas dan kapasitas panas sangat berpengaruh terhadap suhu

permukaan. Emisivitas adalah rasio total energi radian yang diemisikan suatu benda

per unit waktu per unit luas pada suatu permukaan dengan panjang gelombang

tertentu pada temperatur benda hitam pada kondisi yang sama. Konduktivitas termal

dapat didefinisikan sebagai kemampuan fisik suatu benda untuk menghantarkan

panas dengan pergerakan molekul. Kapasitas panas merupakan jumlah panas yang

dikandung oleh suatu benda (Handayani 2007 ).


4/25


Pada prinsipnya, hukum Plank telah memberikan dasar pemahaman terhadap

dualisme energi radiasi sebagai kuanta dan gelombang EM. Salah satu yang dapat

diturunkan dalam fungsi Plank adalah nilai suhu suatu benda yang terkait dengan

nilai radians pada panjang gelombang tertentu. Nilai suhu dihitung dengan

menginverskan fungsi Plank,

(

)

()

TS = Suhu Permukaan yang terkoreksi (K)TB = Suhu kecerahan (K)

δ =

(δ = 1,438 X 10-23)

ζ = Tetapan Boltzman ( 1,38 X 10- JK - )

λ = Panjang gelombang radiasi emisi (11,5 m)

ε = Emisivitas Nilai emisivitas untuk lahan non-vegetasi yaitu sekitar 0.96 danuntuk lahan vegetasi sekitar 0.97. Sedangkan nilai emisivitasuntuk air sekitar 0.98 (Artis dan Carnahan 1982 dalamHermawan 2005).

Nilai TB diperoleh melalui nilai spektral radian yang nilainya bervariasi untuk tiap

digital number tiap piksel pada data citra. Dengan kata lain, Brightness Temperature

(TB) adalah perhitungan dari intensitas radiasi termal yang diemisikan oleh obyek.

Satuan yang digunakan adalah satuan suhu karena terdapat korelasi antara intensitas

radiasi yang diemisikan dan suhu fisik dari badan radiasi, di mana diasumsikan bahwa emisi radiasi pada permukaan obyek berwarna hitam adalah 1,0 (Khomarudin,

2005). Nilai suhu kecerahan diperoleh dari :

(

) ( )

TB : Suhu kecerahan

K 1 : 607.76 Wm- sr - µm- (Landsat TM) dan 666.09 Wm- sr - µm- (Landsat

ETM+)

K 2 : 1260.56 Wm

-

sr

-

µm

-

(Landsat TM) dan 1282.71 Wm

-

sr

-

µm

-

(LandsatETM+)

Nilai spektral radian diperoleh dengan menggunakan persamaan 6.

Lλ = Gain * QCAL + Offset…..(5)

Atau dapat juga,


5/25


)(

)()(

i MIN L

MIN QCAL

MAX QCAL

MIN QCAL

MAX QCAL

i MIN L

i MAX L

L

.............(6)

Lλ = Spectral radiance pada kanal ke-i (Wm-2sr -1µm-1)

QCAL = Nilai digital number kanal ke-iLMIN(i) = Nilai minimum spectral radiance kanal ke-i

LMAX(i) = Nilai maksimum spectral radiance kanal ke-i, Minimum pixel value

QCALMIN = 1 (LGPS Products)

0 (NPLAS Products)

QCALMAX = Maksimum Pixel value (255)

Nilai LMIN(i)dan LMAX(i) dapat dihampiri berdasarkan Tabel 1 di bawah ini :

Tabel 1 Kisaran nilai LMIN(i)dan LMAX(i) satelit Landsat 7 ETM+

Sumber : USGS (2002).

Menurut Risdiyanto (2009), suhu permukaan tersebut dapat memiliki kisaran

sensitivitas suhu tertentu. Dengan bertitik tolak pada hukum Plank dan Wien, dapat

diketahui bahwa setiap kenaikan suhu akan mengakibatkan kenaikan nilai radian.

Besar dan variasi dari kenaikan tersebut adalah fungsi dari panjang gelombang dan

suhu. Besar perubahan nilai radians yang beralsi dengan besar perubahan suhu

disebut sebagai sensivitas suhu (temperature sensitivity).

Band Number

Low Gain High Gain Low Gain High Gain

LMIN LMAX LMIN LMAX LMIN LMAX LMIN LMAX

1 -6.2 297.5 -6.2 194.3 -6.2 293.7 -6.2 191.6

2 -6 303.4 -6 202.4 -6.4 300.9 -6.4 196.5

3 -4.5 235.5 -4.5 158.6 -5 234.4 -5 152.9

4 -4.5 235 -4.5 157.5 -5.1 241.1 -5.1 157.4

5 -1 47.7 -1 31.76 -1 47.57 -1 31.06

6 0 17.04 3.2 12.65 0 17.04 3.2 12.65

7 -0.35 16.6 -0.35 10.932 -0.35 16.54 -0.35 10.8

8 -5 244 -5 158.4 -4.7 243.1 -4.7 158.3


6/25


Tabel 2 Sensitivitas suhu terhadap kisaran spektral/panjang gelombang

Jumlah gelombang (ν) Suhu (K) Sensitivitas Suhu

700 220 4.58900 300 4.32

1200 300 5.761600 240 9.592300 220 15.042500 300 11.99

Sumber : Risdiyanto (2010)

Adapun tahapan untuk memperoleh nilai suhu permukaan dari suatu area tertentu

dengan menggunakan perangkat lunak Erdas, adalah sebagai berikut :

3.1. Untuk menentukan nilai suhu permukaan, langkah awal yang dilakukan adalah

dengan mensintesis nilai spectral radiance pada citra dengan menggunakan

rumus, maka digunakan modeler yaitu pada toolbar Model – Model Maker .

3.2. Langkah selanjutnya adalah dengan membuat model pada Model maker

Untuk running model

Worksheet

Tools


7/25


3.3.dan mengolah data citra kanal 6 serta menyusunnya menjadi seperti gambar di

bawah ini :

4.4.

3.4. Nilai LMIN(i) dan LMAX(i) satelit Landsat 7 ETM+ dapat diperoleh dengan

memadukan kanal yang kita gunakan terhadap nilai gain yang tertera pada

Tabel 3.

3.5. Nilai gain tersebut menurut USGS (2002) didasarkan pada kebutuhan pengguna

dengan ketentuan sebagai berikut :

3.5.1. Daratan (bukan es maupun gurun) :

a)

Band 1 sampai dengan 3, menggunakan high gain

b) Band 4 menggunakan high gain tetapi bila sudut matahari lebih

besar dari 45o menggunakan low gainc) Band 5 hingga 7 menggunakan high gain

3.5.2. Gurun

a) Band 1-3 menggunakan high gain dan pada sudut matahari lebih

dari 28o, menggunakan low gain

LMAX(i) LMINX(i) LMAX LMINX

LMAX(i) - LMINX(i) LMAX(i) - LMINX(i)

A B

A/B

C

Band

6

C*Band 1- LMINX(i)

LMINX(i)

Lλ

Data citra


8/25


b) Band 4 menggunakan high gain, tetapi bila sudut mathari lebih

besar dari 45o menggunakan low gain

c) Band 5 hingga 7 menggunakan high gain tetapi bila sudut matahari

lebih besar dari 38o menggunakan low gain

3.5.3. Salju/kutub/laut es

a) Band 1-3 menggunakan high gain tetapi bila sudut matahari lebih


b) Band 4 menggunakan high gain tetapi bila sudut matahari lebih


c) Band 5 hingga 7 menggunakan high gain

3.5.4. Air/Coral

Band 1 hingga 7 diset menggunakan high gain

3.5.5. Gunung pada malam hari

a) Band 1 hingga 4 menggunakan high gain

b) Band 5 hingga 7 menggunakan low gain

3.5. Setelah memperoleh nilai spectral radian, lalu membuat model suhu kecerahan

dengan susunan sebagai berikut :

3.6. Setelah memperoleh nilai suhu kecerahan, menurut hukum Plank, suhu

permukaan perlu dilakukan koreksi dengan mengklasifikasikan nilai emisi

Lλ

K1 Lλ/ K1

1

A

A+1 Log C

C

D

K2/D K2 TB


9/25


kedalam tiga kelas yaitu non-vegetasi, vegetasi dan lahan terbangun

berdasarkan Artis dan Carnahan 1982 dalam Hermawan 2005. Model suhu

permukaan terkoreksi dapat disusun sebagai berikut :

Keterangan:

*TBV = EITHER (TB) IF ( $n1_Klasifikasi_lahan == 1) OR 0 OTHERWISE

*TBA = EITHER (TB) IF ( $n1_Klasifikasi_lahan == 2) OR 0 OTHERWISE

*TBNV = EITHER (TB) IF ( $n1_Klasifikasi_lahan == 3) OR 0 OTHERWISE

TB KlasifikasiLahan

*TBV *TBA

*TBNV

TBV TBA TBNV

A

B C

TSV TSA TSNV

TSV + TSA+ TSNV

TS


10/25


Dimana TBV, TBA dan TBV berturut-turut adalah suhu kecerahan vegetasi, air dan

non-vegetasi.

4. Albedo

Albedo merupakan nisbah antara radiasi yang datang dari radiasi matahari

terhadap radiasi yang dipancarkan. Albedo dapat dinotasikan. Pendugaan albedo dari

citra Landsat dalam USGS (2002) dapat ditentukan melalui persamaan :

()

di mana :

d = jarak astronomi bumi-matahari

ESUNλ = rata-rata nilai solar spectral radiance Cos ө = sudut zenith matahari

Nilai d2 dapat diketahui dengan menentukan JD (Julian Date) yaitu jumlah hari dalam

satu tahun yang dihitung sampai tanggal akuisisi data citra tersebut. Persamaan yang

digunakan dalam penentuan jarak astronomi bumi-matahari.

d2 = (10.01674 Cos (0.98 JD-4))2..........(8)

Pendugaan albedo dengan persamaan 7, didasarkan pada sifat kelengkungan

matahari, sudut waktu perekaman citra, intensitas matahari dan besarnya energi yangdipancarkan oleh bumi sebagai respon terhadap radiasi matahari.

Pendugaan nilai albedo pada satelit Landsat dengan menggunakan perangkat

lunak Erdas adalah sebagai berikut :

4.1. Dengan menggunakan Model maker pada tahap 3.1 dan menentukan nilai

spectral radiance pada band 1, 2 dan 3 menyusun model seperti gambar di

bawah ini :


11/25


4.5.

Keterangan : *) setelah didapatkan nilai spectral radian (Lλ) pada kanal 1 sehingga

didapatkan Lλ1, selanjutnya dilakukan model yang sama untuk menentukan nilai

spectral radian pada band 2 dan 3. Dengan demikian dihasilkan Lλ1, Lλ2 dan Lλ3.

4.2.

Langkah selanjutnya adalah dengan menentukan nilai ESUNλ sesuai dengan

band yang digunakan berdasarkan kepentingan dalam penentuan albedo. Secara

umum, untuk kepentingan endugaan albedo sebagai bagian dari prediksi unsur-

unsur fisis atmosfer, menggunakan band 1,2 dan 3.

Tabel 3 Nilai ESUNλ pada setiap band satelit Landsat

Band watts/(meter squared * μm)

1 1997

2 18123 1533

4 10395 230.87 84.90

8 1362.

LMAX(i) LMINX(i) LMAX LMINX

LMAX(i) - LMINX(i) LMAX(i) - LMINX(i)

A B

A/B

C

Band

1*

C*Band 1- LMINX(i)

LMINX(i)

Lλ1

Data citra


12/25


4.3. Setelah menentukan nilai ESUNλ , untuk menduga albedo, kita perlu

menentukan jarak bumi-matahari (d) berdasarkan julian date dengan

menginterpolasi tanggal akuisisi citra berdasarkan tabel 4 di bawah ini :

Tabel 4 Jarak Bumi-Matahari dalam satuan astronomi

4.4. Untuk menentukan sudut zenith matahari (z ) dapat diperoleh dengan

menghubungkan letak lintang dan sudut jam melalui persamaan :

Cos z = Cos Ø Cos δ Cos h + Sin Ø Sin d…..(9)

Dimana,

δ = 23.45 Sin ( ()

)…….(10)

Dengan n adalah Julian date.

4.5. Setelah diperoleh ESUNλ , d dan Cos z, maka untuk menduga albedo, disusun

model sebagai berikut :

JulianDate

d JulianDate

d JulianDate

d JulianDate

d JulianDate

d

1 0.98331 74 0.99446 152 1.01403 227 1.01281 305 0.9925315 0.98365 91 0.99926 166 1.01577 242 1.00969 319 0.9891632 0.98536 106 1.00353 182 1.01667 258 1.00566 335 0.9860846 0.98774 121 1.00756 196 1.01646 274 1.00119 349 0.9842660 0.99084 135 1.01087 213 1.01497 288 0.99718 365 0.98333

Lλ1

ESUNλ d

Temporary

Cos z

π

α1


13/25


4.6. Ulangi tahap 4.5 untuk spectral radiance band 2 dan band 3

4.7. Setelah didapatkan nilai albedo untuk band 1, 2 dan 3, maka untuk mendapat

nilai albedo suatu area kajian dapat ditempuh dengan merata-ratakan albedo 1, 2

dan 3.

5. Radiasi netto

Permukaan matahari dengan suhu sekitar 6000 Kelvin akan memancarkan

radiasi sebesar 73,5 juta Wm-2 . Radiasi yang sampai di puncak atmosfer rata-rata

1360 Wm-2, hanya sekita 50% yang diserap oleh permukaan bumi, 20% diserap oleh

air dan partikel-partikel atmosfer, sedangkan 30% dipantulkan oleh permukaan bumi,

awan dan atmosfer.

Matahari dapat memancarkan radiasi gelombang pendek, sedangkan benda di

alam yang mempunyai suhu permukaan lebih besar dari 0 Kelvin (atau -273 oC)

dapat memancarkan radiasi gelombang panjang yang nilainya berbanding lurus

dengan pangkat empat suhu permukaan benda tersebut (Hukum Stefan-Bolzman).

Sebagian dari radiasi matahari akan diserap dan dipancarkan lagi dalam bentuk

gelombang panjang.

Selisih antara gelombang pendek netto dan gelombang panjang yang datang

ke permukaan dengan gelombang pendek dan gelombang panjang yang hilang

disebut radiasi netto yang dirumuskan sebagai berikut:

α1 α2 α3

(α1+ α2+α3)/3

α


14/25


R n = R s↓+R s↑+R l↑+R l↓ ……(12)

dengan R s↓ adalah radiasi gelombang pendek yang datang, Rs↑ adalah radiasi

gelombang pendek yang dipantulkan, R l↑ radiasi gelombang penjang yang

dipantulkan dan R l↓ adalah radiasi gelombang penjang yang datang. Sebagian dari

radiasi gelombang pendek dipantulkan dan diserap atau diteruskan. Seberapa besar

energi pantulannya tergantung pada albedo (α) permukaanya.

Gambar 1 Ilustrasi komponen-komponen neraca energy. Sumber :Langensiepen (2003).

Berdasarkan pemanfaatan radiasi netto sebagaimana Gambar 1, radiasi nettodapat pula dirumuskan sebagai

R n = H+G+λE+S……(13)

dimana H adalah sensible heat flux, G adalah soil heat flux, λE adalah latent heat flux,

S adalah storage. Menurut Samson dan Lemeur (2001) komponen storage terdiri dari

Sv adalah bimass heat storage dan S p adalah photosynthesis heat storage.

Keseluruhan pemanfaatan radiasi netto tersebut dinyatakan dalam satuan Wm-2.

Selanjutnya, Mayers dan Hollinger (2003) menambahkan komponen Sg yang

merupakan ground heat storage di atas soil heat flux plate (G) dan komponen

pemanfaatan radiasi netto untuk pemanasan kandungan air (Sc)..sebagai storage dari

komponen neraca energi yang diterima di permukaan.

Pada perhitungan nilai radiasi pada penginderaan jauh, komponen storage

kurang dipertimbangkan karena nilainya hanya berkisar 5% dari energi yang diterima

oleh permukaan. Dengan demikian, nilai radiasi netto ditentukan dari radiasi pantul

gelombang pendek, radiasi pantul gelombang panjang dan radiasi datang gelombang

pendek dan tidak memasukkan nilai radiasi gelombang panjang yang datang. hal ini

diebabkan radiasi gelmbang panjang yang datang bernilai sangat kecil bila

dibandingkan dengen radiasi gelombang pendek yang datang. karena pada pendugaan


15/25


komponen neraca energi diharapkan data itra yang diperoleh memiliki keawanan 0%,

maka besarnya radiasi yang ditransmisikan oleh awan sangat kecil.

Adapun tahapan-tahapan untuk mendapatkan radiasi netto sebagai berikut :

5.1. Setelah memperoleh nilai spectral radiance dan albedo band 1, 2 dan 3,

selanjutnya menentukan radiasi netto.

5.2. Untuk menentukan nilai radiasi gelombang pendek yang dipantulkan, dilakukan

konversi satuan yaitu dengan mengkalikan spectral radiance dengan rataan

panjang gelombang yang diterima per kanal dan phi (asumsi bahwa bumi bulat)

mengikuti persamaan :

……….(14)

Dengan ̅adalah rataan gelombang per kanal, π bernilai 3.14 dan I adalah nomor

kanal (1,2,3…). Untuk aplikasi penginderaan jauh, maka R skonversi yang adak

dihasilkan adalah R skonversi untuk band 1, R skonversi untuk band 2 dan R skonversi untuk band 3.

Tabel 5 Panjang gelombang tiap kanal dalam satelit Landsat ETM+ ( Lillesanddan Kiefer, 1997)

Berdasarkan Tabel 5, maka diperoleh rataan panjang gelombang untuk kanal 1, 2

dan 3 secara berturut-turut adalah 0.49 µm, 0.56 µm dan 0.66 µm.

Kanal Panjang Gelombang(µm) Warna

1 0.45 - 0.52 Biru2 0.52 - 0.60 Hijau3 0.63 - 0.69 Merah4 0.76 - 0.90 Infra merah dekat

5 1.55 - 1.75 Infra merah sedang6 10.4 - 12.5 Infra Merah Termal7 2.08 - 2.35 Infra merah sedang


16/25


Pada tahap ini, akan diperoleh nilai Rskonversi masing-masing kanal yang nilainya

setara dengan radiasi gelombang pendek yang dipantulkan/dipancarkan oleh

obyek.

5.3. Setelah diperoleh nilai Rs↑ tiap kanal, untuk memperoleh Rs↑ maka ketiga Rs↑

tersebut dirata-ratakan seperti model berikut :

Lλi

π *Lλ1* π

Rskonversi

Rs↑

Band2

Rs↑

Band1

Rs↑

Band3

Rs↑


17/25


5.4. Untuk menentukan nilai radiasi gelombang pendek yang datang ditempuh dari

radiasi gelombang pendek yang dipantulkan terhadap albedo yang dihasilkan

mengikuti Persamaan 15 sebagai berikut :

Sehingga,

()

Dengan demikian, R s↓ dapat diperoleh melalui penyusunan model sebagai berikut:

Dengan demikian akan dihasilkan R s↓ untuk band 1, 2 dan 3. Selanjutnya, R s↓

ketiga and tersebut, dirata-ratakan dengan menggunakan model sebagai berikut :

band 1

α

/α

band 2

band 3

Rata-rata


18/25


5.5. Radiasi gelombang pendek diperoleh dari selisih radiasi gelombang pendek yang

datang terhadap radiasi gelombang pendek yang dipantulkan.

Rs = - …….(16)

Persamaan 16 dapat disusun menjadi model sebagai berikut :

5.6. Nilai radiasi gelombang panjang yang dipantulkan diperoleh dari nilai suhu

permukaan dengan menggunakan hukum Stefan Boltzman :

R l↑ = 5.67 x 10-8 x ε x (Ts+273.15)……(17)

Dimana Ts adalah suhu permukaan obyek dan ε adalah emisivitas. Dalam hal ini,

emisivitas bernilai 1 dengan asumsi obyek merupakan benda hitam. Selanjutnya,

Persamaan 17 tersebut disusun menjadi model sebagai berikut :

−

5.67 x 10-8

R l↑


19/25


5.7. Dalam penerapan neraca energi pada penginderaan jauh untuk menduga radiasi

netto, karena nilai radiasi gelombang panjang yang datang nilainya menghampiri

nilai radiasi gelombang panjang yang dipantulkan dan nilai panjang gelombang

panjang yang datang sangatlah kecil, sehingga pendekatan neraca energi untuk

menduga radiasi netto dari radiasi gelombang pendek yang datang dan radiasi

gelombang pendek dan panjang yang dipantulkan.

R l↑ ~ R l

5.8. Radiasi netto dapat diduga dengan selisih radiasi gelombang pendek dengan

radiasi gelombang panjang.

Rn = Rs - R l….(18)

Persamaan 18 dapat disusun menjadi model sebagai berikut :

6. Fluks pemanasan tanah (G)

Soil Heat Flux (G) merupakan sejumlah energi matahari yang sampai pada

permukaan tanah dan digunakan untuk berbagai proses fisik dan biologi tanah.

Bentuk aliran energi pada fluks panas udara berupa konduksi di mana sebagian energi

kinetik molekul benda/medium yang bersuhu lebih tinggi dipindahkan ke molekul

benda yang lebih rendah melalui tumbukan molekul-molekul tersebut. Hal ini

ditunjukkan melalui persamaan berikut :

−

……..(19)

di mana G adalah fluks pemanasan tanah (Wm-2), k adalah koefisien konduktifitas

tanah (Wm-2K -1) dan

adalah gradient suhu (Km-1). Fluks panas tanah dihitung

R l R s

R s- R l

R n


20/25


berdasarkan hubungan antara radiasi netto (R n), suhu permukaan (Ts) , albedo () dan

NDVI yang dirumuskan oleh Allen et. al 2001 :

(0.0038 )( − )…………….(20)

Dimana α adalah albedo yang diperoleh pada Tahapan 4.7, NDVI adalah rasio NIR-IR terhadap NIR+IR, R n adalah radiasi nettto yang diperoleh pada tahapan 5.8 dan Ts

adalah suhu permukaan yang diperoleh pada Tahapan 3.6. Model menurut Persamaan

20 dapat disusun sebagai berikut :

7. Fluks pemanasan udara (Sensible Heat Flux / H)

Sensible Heat Flux (H) atau yang dikenal dengan lengas terasa atau fluks pemanasan udara merupakan energi yang digunakan untuk memindahkan panas dari

permukaan ke udara (Maharani, 2005). Fluks lengas terasa pada umumnya berlangsung secara konveksi di mana panas dipindahkan bersama-sama dengan fluidayang bergerak. Proses tersebut dirumuskan kedalam persamaan berikut :

−( )

……..(21)

R n Ts α NDVI

R n Ts/α

0.0038

0.0074

1

0.98

Temporary

A

Temporary

B

Temporary

C

G


21/25


di mana H adalah fluks pemanasan udara (Wm-2), ρ adalah kerapatan udara kering(Kgm-3), C p adalah panas jenis udara pada tekanan tetap (JKg

-1K -1), Ts adalah suhu permukaan (oC), Ta adalah suhu udara (

oC) dan Γa adalah tahanan aerodinamik.

Berdasarkan Persamaan 21 diatas, diketahui bahwa semakin besar perbedaan antara

suhu permukaan dengan suhu udara diatasnya dengan tahanan aerodinamik yangkecil, maka jumlah energi akan menjadi besar. Proses pemanasan udara melaluikonveksi lebih efektif dibandingkan dengan konduksi atau radiasi. Oleh karena itu, proses pemanasan udara dalam neraca energi hanya diwakili oleh proses konveksi,sehingga nilai H ~ Rn.

Fluks pemanasan udara dapat dihampiri melalui persamaan nisbah bowendimana nisbah bowen merupakan nilai perbandingan antara besarnya fluks pemanasan udara terhadap panas laten yang dirumuskan sebagai berikut:

……..(22)

( − − ) ( − − ) ( − ) − ( − ) ( ) ( − )

( − )

( ) ()

dimana H adalah Sensible Heat Flux, R n adalan radiasi netto, G adalah fluks

pemanasan udara dan adalah nisbah bowen dengan nilai β untuk air, vegetasi danlahan terbangun secara berturut-turut adalah 0.1, 0.5 dan 4. Dengan menggunakanPersamaan 23, kita dapat menentukan H melalui penginderaan jauh yang ditentukandengan model sebagai berikut :


22/25


Selanjutnya, digabungkan sensible heat pada air, vegetasi dan lahan terbangun

dengan model sebagai berikut :

Klasifikasi

Lahan

air

Vegetasi

Lahan

terbangun

a

b

c

Rn

G

d

e

f

0.1

0.5

4

Hair

Hveg

Hltb

Hair Hveg Hltb

g

H


23/25


8. Fluks penas laten

Latent heat flux (LE) merupakan limpahan energi yang digunakan untuk

menguapkan air ke atmosfer. Menurut Monteith dan Unsworth (1990), fluks panas

laten adalah jumlah energi yang diperlukan untuk mengubah satu unit massa air

menjadi uap pada suhu yang sama. Bila terjadi evaporasi, maka sistem yang

berevaporasi mengalami pengurangan energi , sedangkan aliran energi akan bersifat

positif (Michael, 2006). Pada proses ini terjadi konversi panas laten menjadi lengas

terasa yang kemudian meningkatkan suhu udara dan menurunkan suhu permukaaan.

Fluks panas laten dapat didekati dengan persamaan sebagai berikut :

λE = R n – H – G….(24)

berdasarkan persamaan tersebut, dapat disusun model penduga fluks panas laten

sebagai berikut :

9. Evaporasi aktual

Evaporasi adalah suatu jumlah maksimum dari air yang berhasil diubah ke dalam

fase uap air, berlangsung pada suatu permukaan rata, datar dan basah yang dapat

dicapai secara bebas oleh seluruh faktor-faktor iklim. Evapotranspirasi adalahkombinasi dari dua proses yaitu proses kehilangan air pada permukaan tanah yang

disebut evaporasi dan proses kehilangan air dari tanaman (transpirasi).

Laju evapotranspirasi suatu area ditentukan oleh ketersediaan lengas pada

permukaaan dan kemampuan atmosfer untuk menguapkan dan memindahkan uap air

ke atmosfer. Jadi, lengas yang tersedia kemudian evapotransporasi akan terjadi pada

HRn G

R n – H – G

λE


24/25


laju maksimum yang memungkinkan pada likungannya dikenal dengan konsep

evapotranspirasi potensial (ETp).

Evapotranspirasi dipengaruhi oleh faktor-faktor cuaca, jenis dan tingkat

pertumbuhan vegetasi, lengas tanah dan sifat fisik tanah. Terdapat dua model yang

biasa digunakan untuk menduga evapotranspirasi,yaitu model Thornthwaite dan

model Haergreaves. Kedua model ini dapat digunakan dengan menggunakan dua

variabl iklim, suhu dan radiasi. Perbandingan evapotranspirasi dari model

Haergreaves dan Thronthwaite yang ditunjukkan oleh Narongrit dan Yasuoka pada

tahun 2003, menjelaskan bahwa kedua model dapat dimanfaatkan pada musim hujan

hingga awal musim panas. Dalam Narongrit dan Yasuoka tahun 2003 diperoleh hasil

analisis regresi yang dapat digunakan untuk menduga ET, hasil regresinya dapat

ditulis seperti berikut :

ETRS = 0.303 + 0.03LSTRS + 0.5 NDVIRS…….(25)

Dimana ETRS adalah evapotranspirasi pada permukaan yang tinggi dan kasar seperti

tanaman alfalfa (mm), LSTRS adalah suhu permukaan (oC) dan NDVI adalah indeks

vegetasi. Model ini memiliki nilai nilai keakuratan mendekati 1 (R 2 = 0.8569). Model

regresi ini digunakan Narongrit dan Yasuoka untuk menduga evapotransporasi pada

sebuah lahan pertanian di negara Thailand. Persamaan 25 dapat disusun sebagai

berikut :

Selain ETRS, evapotrnspirasi standard an actual dapat diduga dengan

menggunakan penginderaan jauh. Menurut definisi, evapotranspirasi standar

(Reference Evapotranspiration = ETo) merupakan ET untuk lahan dengan penutupan

tajuk penuh oleh rerumputan hijau dengan kekasaran aerodinamik yang relatif

konstan selama musim tumbuhnya. Persamaan evaptranspirasi standar menurut

model Hargreaves adalah sebagai berikut :

ETo = 0.0135 R s (T+17.8)…..(26)

Dimana ETo adalah evapotranspirasi standar, T adalah suhu permukaan harian (oC)

dan R s adalah radiasi matahari total (radiasi datang). Persamaan 26 dapat disusun

sebagai berikut :


25/25

Evapotranspirasi aktual (ETa) merupakan gambaran laju kehilangan air yang

tidak hanya ditentukan oleh kondisi iklim tapi juga kondisi tanah dan sifat tanaman .

Evapotranspirasi actual tersebut dapat diduga dengan persamaan sebagai berikut :

ETa = λLE….(27)

Dengan λ adalah Latent Heat of Vaporization (2.45 MJ/kg) dan LE adalah fluks

panas laten yang diperoleh pada Sub.bab 8. Persamaan 27 dapat disusun sebagai

berikut :

predicting meteorological component usin

Documents