Analisis Harmonik Pasang Surut Laut Menggunakan Satelit Altimetri Jason-2 dan Data Stasiun Pasut (Studi Kasus: Pesisir Barat Lampung)

Pasang surut laut merupakan fenomena naik turunnya permukaan air laut yang utamanya disebabkan oleh gravitasi benda-benda langit, utamanya bulan dan matahari. Data pasang surut (pasut) masih sangat sedikit, khususnya di Pesisir Barat Lampung, dibuktikan dengan sedikitnya stasiun pasut. Dalam rangka melengkapi data pasut ini, digunakan pengamatan altimetri, dimana setiap titik lintasannya dapat ditinjau sebagai stasiun pasut. Satelit altimetri mengukur muka laut setiap 9,9156 hari, berbeda dengan pengamatan langsung, biasanya 12/24 jam. Besar periode pengamatan 9,9156 hari, ini menyebabkan data pengamatan altimetri mengalami alias-period. Oleh karena itu, dalam penelitian ini digunakan Jason-2 yang dilakukan dealiased untuk mendapatkan 6 konstanta pasut utama (K1, O1, P1, M2, N2 dan S2) di area Sumatera bagian barat, tepatnya di pass 77 dan pas 153. Metode pengolahan pasut adalah least square dengan bantuan program t_tide. Analisis terhadap dua pass, yaitu pass 77 dan 153 dengan cycle 001-327 tahun 2008-2017. Data validasi adalah Stasiun Pasut Seblat dan Krui.tahun 2016-2017. Hasil penelitian menunjukkan elevasi muka laut di tahun 2016-2017 rerata tertinggi di Seblat 0,520 m dan Krui 1,293 m tahun 2017, sedangkan terendah di Seblat 0,8601 m dan Krui 0,7226 m tahun 2016. Selisih amplitudo rerata konstanta pasut data altimetri terhadap data stasiun pasut di Seblat sebesar 0,122 m dan Krui sebesar 0,115 m. Dengan demikian, pengamatan pasang surut menggunakan altimetri dapat digunakan sebagai pelengkap data tide gauge dalam memodelkan pasang surut di Pesisir Barat Sumatera.

Kata kunci: analisis harmonik, Satelit Altimetri Jason 2, amplitudo

Ocean tides are a phenomenon of rising and falling sea levels which are mainly caused by the gravity of celestial bodies, especially the moon and the sun. Tide data is still very little, especially on the West Coast, as evidenced by the lack of tide stations. In order to complement the tide data, altimetry observations are used, where each point of its passage can be viewed as a tidal station. Altimetry satellites measure sea level every 9,9156 days, in contrast to direct observations, typically 12/24 hours. The observation period was 9.9156 days, this caused the altimetry observation data to experience alias-period. Therefore, in this study, dealiased Jason2 was used to obtain 6 main tidal constants (K1, O1, P1, M2, N2 and S2) in the western Sumatra area, to be precise on pass 77 and pass 153. The method of tidal processing is the least square with the help of the t_tide program. Analysis of two passes, namely pass 77 and 153 with a cycle 001-327 years 2008-2017. The validation data are Pasut Seblat and Krui Stations in 2016-2017. The results showed that sea level elevation in 2016-2017 was the highest in Seblat 0.520 m and Krui 1.293 m in 2017, while the lowest was in Seblat.0.8601 m and Krui 0.7226 m in 2016. The difference in the mean tide constant amplitude of the altimetry data to the tidal station data in Seblat is 0.122 m and Krui is 0.115 m. Thus, tide observation using altimetry can be used as a complement to tide gauge data in modeling tides on the West Coast of Sumatra.

Keywords: harmonic analysis, Jason-2 Altimetry Satellite, amplitude

PENDAHULUAN

Indonesia merupakan negara kepulauan yang memiliki wilayah perairan yang terbentang dari Sabang sampai Merauke, hampir dua pertiganya adalah lautan dengan panjang garis pantai 81.000 kilometer dan berada pada posisi 7° 20' LU-14° LS dan 92° BT-141° BT (Atmodjo, 2000) Wilayah pantai merupakan daerah yang sangat intensif dimanfaatkan untuk kegiatan manusia, seperti kawasan pusat pemerintahan, permukiman, industri, pelabuhan, pertambakan, pertanian, perikanan, pariwisata, dan sebagainya.

Pengetahuan tentang pasang surut (pasut) dapat dimanfaatkan untuk perencanaan pengelolaan wilayah pesisir (Yuliastuty et al., 2011). Informasi mengenai karakteristik dan sifat pasut dapat diperoleh setelah melakukan analisis harmonik pasut yang menghasilkan nilai konstanta harmonik pasut. Informasi pasang surut yang diperoleh dari altimetri sama prinsipnya dengan tide gauge. Setiap titik yang dilewati oleh lintasan satelit dapat ditinjau sebagai stasiun pasut, baik yang terletak di pesisir ataupun laut lepas. Interval waktu pengamatan tide gauge dapat dibuat setiap detik, menit, ataupun jam, sedangkan pengamatan altimetri Jason-2 dengan repeat-orbit mission, interval waktu (revisit time) setiap 9,9156 hari atau 237,975 jam.

Prinsip dasar pengukuran satelit altimetri adalah mengukur ketinggian satelit terhadap topografi dari muka laut dengan memancarkan pulsa gelombang elektromagnetik (radar) ke permukaan laut, kemudian dipantulkan kembali oleh permukaan laut dan diterima kembali oleh satelit dengan memanfaatkan data waktu tempuh pulsa saat dikirimkan dan dipantulkan kembali ke satelit. Data waktu tempuh pulsa yang diperoleh dikonversi menjadi data jarak dengan menghitung selisih waktu antara saat pemancaran dan saat pengembalian.

Penelitian ini bertujuan untuk menentukan konstanta utama pasang surut (K1, O1, P1, M2, N2 dan S2) dari satelit altimetri Jason-2 repeat orbit mission, serta menghitung besarnya korelasi elevasi muka laut yang dihasilkan dari altimetri dan tide gauge pada tahun 2016-2017. Setelah konstanta utama pasut didapatkan maka dapat dihitung tipe pasang surut di wilayah Pesisir Barat Lampung.

METODE

Penelitian ini menggunakan dua buah pass altimetri yaitu pass 077 dan pass 153, dengan masing - masing pass letaknya berdekatan dengan Stasiun Pasang Surut Krui dan Seblat. Nilai koordinat disajikan pada Tabel 1. Wilayah penelitian terletak di Pesisir Barat Pulau Sumatera Bagian Selatan, yang secara administratif terletak pada Laut Provinsi Bengkulu dan Laut Provinsi Lampung. Wilayah penelitian yang digunakan mencakup 40 km dari daratan seperti pada Gambar 1.

Lintasan satelit altimetri pass 077 dan 153 ditandai dengan warna merah, sedangkan lintasan penelitian ini, ditandai dengan warna kuning yang diambil sejauh 40 km ke arah pesisir. Koordinat pass penelitian dan stasiun pasut dapat dilihat pada Tabel 1 dan Tabel 2.

Data yang digunakan dalam penelitian yaitu: 1) Data pasang surut Stasiun Seblat dan Krui tahun 2016-2017; 2) geophysical data record satelit altimetri Jason-2 pass 077 dan pass 153 cycle 001- 327 dengan tahun pengamatan 2008-2018. Peralatan yang digunakan antara lain: 1) Perangkat pengolah angka dan statistik; dan 2) Panoply untuk membuka file type .nc.

Pasang surut laut adalah gerakan vertikal dari air laut secara periodik yang disebabkan oleh interaksi benda-benda langit (terutama bulan dan matahari) terhadap bumi, serta gaya lainnya. Konstanta pasang surut merupakan besaran superposisi gelombang yang mewakili efek pasut akibat perilaku gaya-gaya pembangkit pasut. Tipe pasang surut dapat dihitung dengan rumus (Ongkosongo & Suyarso, 1989) seperti pada Persamaan 1. Tabel 3 dan 4 memperlihatkan penjelasan komponen harmonik dan tipe pasang surut.

dimana:

O1 dan K1 = konstanta utama harian,

M2 dan S2 = konstanta utama semi harian

Ketinggian satelit di atas permukaan laut (ɑ) dapat diturunkan sebagai aproksimasi pertama dari waktu tempuh (Δt) dari pulsa radar yang dikirim dan dipantulkan dengan rumus. (Seeber, 2003) dimana dijelaskan melalui Persamaan 2. Prinsip pengukuran satelit altimetri seperti dijelaskan melalui Gambar 2.

Pengamatan altimetri ini selanjutnya disimpan dalam jenis geophysical data record, mewakili dinamika laut dan informasi pasut. Rumus menghitung muka laut dari data altimetri Persamaan 3 s.d. Persamaan 6 (AVISO, 2015) :

dimana:

corr. range = correction range

SSH = Sea Surface Height

SLA = Sea level anomaly

TWLE = Total Water Level Envelope

Correction range adalah koreksi yang diterapkan dengan menghilangkan efek atmosfer dan sea state bias. Selanjutnya besaran altitude yang dihitung dari ellipsoid referensi dikurangkan dengan correction range didapatkan besaran Sea Surface Height (SSH). Sementara itu, Sea level anomaly (SLA) merupakan SSH dikurangi dengan efek pasut dan inverse barometri. Terakhir, total water level envelope (TWLE) dihitung dari besaran SSH, mean sea surface (MSS) serta dipertahankan efek pasut. Total water level envelope (TWLE) yang dianggap muka laut yang masih memiliki efek pasang surut.

Pengambilan data pasut dengan satelit altimetri secara periodik tidak sama dengan pengambilan data pasut dengan tide gauge. Perbedaan waktu ini menyebabkan jumlah sampling data yang berbeda dan waktu pengambilan yang berbeda. Hal inilah yang menyebabkan fenomena tidal aliasing. Pengaruh yang menyebabkan sinyal-sinyal yang berbeda menjadi tidak dapat dibedakan satu sama lain (atau menjadi alias sinyal yang lain) saat rekonstruksi sampel disebut sebagai fenomena aliasing.

Pada umumnya interval waktu pencuplikan (𝛥𝑡) data pasut adalah 15 menit hingga 1 jam. Pengamatan dengan 𝛥𝑡 > 1 jam akan semakin tidak menggambarkan karakter fenomena pasut sebenarnya. Pengamatan dengan 𝛥𝑡 Jason-2 tiap 9,9165 hari atau 237,975 jam (periode pengamatan) tentu akan menimbulkan aliasing. Pada pengulangan tersebut satelit ini mengukur tinggi permukaan laut sekali pada posisi yang sama. Oleh karena itu, adanya pengulangan satelit ini menyebabkan pasang surut harian dan semi harian mengalami aliasing dengan periode-periode yang panjang (Chen & Lui, 2000). Rumus yang digunakan seperti disajikan pada Persamaan 7 dan 8. Dari kedua persamaan ini dijelaskan bahwa 𝜋 sebesar 180 dengan 𝑇𝑠 periode pengulangan satelit (9,9165 hari), 𝑇𝑜periode asli konstanta pasut.[𝑇𝑠/𝑇𝑜 + 0.5] diambil nilai integer kurang dari atau sama dengan [𝑇𝑠/𝑇𝑜 + 0.5] . Dalam hal ini periode alias pasut Satelit Jason-2 seperti disajikan pada Tabel 5.

dimana: 𝜋 = 180 dengan 𝑇𝑠

𝑇𝑠 = periode pengulangan satelit (9,9165 hari)

𝑇𝑜 = periode asli konstanta pasut

Pada prinsipnya metode least square meminimalisasi persamaan elevasi pasang surut, sehingga diperoleh persamaan simultan. Kemudian persamaan simultan tersebut diselesaikan dengan metode numerik sehingga diperoleh konstanta pasang surut (Ali & Hadi, 1994). Persamaan numerik pasang surut menggunakan program t_tide seperti pada Persamaan 9 (Pawlowicz et al., 2002).

dengan G, G’ : fungsi geodetik dengan tipe i dan lintang (𝜃); A’, B’ : angka doodson; Va : argument astronomi; dan 𝑗 ′𝑘 ′ 𝑙 ′𝑚′𝑛 ′ sebagai angka doodson dengan konstanta tertentu.

Analisis korelasi adalah metode statistik yang digunakan untuk mengukur besarnya hubungan linier antara dua variabel atau lebih. Nilai korelasi populasi (𝜌) berkisar pada interval -1 ≤ 𝜌 ≤ 1. (Sudjana, 2002). Analisis korelasi dihitung menggunakan rumus pada Persamaan 10 dan klasifikasi korelasi seperti dijelaskan pada Tabel 6.

dimana:

𝑟𝑥𝑦 = koefisien korelasi

𝑛 = jumlah sampel

𝑥 = skor variabel x

𝑦 = skor variabel y

𝛴𝑥 = jumlah skor variabel x

𝛴𝑦 = jumlah skor variabel y

𝛴𝑥2 = jumlah kuadrat skor variabel x

𝛴𝑦2 = jumlah kuadrat skor variabel y

Sumber: Hakim & Anjasmara (2016)

Tahapan penelitian ini menggunakan alur kerja seperti disajikan pada Gambar 3. Identifikasi awal diperlukan untuk mengetahui permasalahan, selanjutnya dirumuskan permasalahan untuk ditentukan tujuan penelitian dengan merujuk pada studi literatur sebagai referensi atau penelitian sebelumnya. Kemudian, pengumpulan data altimetri dan data tide gauge, diolah dan dilakukan validasi terhadap dua data tersebut. Terakhir, analisis hasil muka laut altimetri dan stasiun pasut.

Pengambilan data pasang surut (pasut) dengan tide gauge dilakukan secara langsung di pesisir pantai, sedangkan data muka laut altimetri diambil secara tidak langsung dengan memanfaatkan satelit. Hal ini tentu akan mengalami beberapa perbedaan pada jumlah data, kualitas data, dan waktu pengambilan data. Pertama jumlah data tide gauge biasanya diambil dengan rentang waktu per menit dan per jam, mengakibatkan jumlah data akan banyak sehingga kualitas data akan baik. Berbeda dengan satelit altimetri yang mengambil data di tempat yang sama setiap 9,9156 hari. Dengan demikian rerata setiap 20 hari hanya terdapat dua data. Hal ini membuat jumlah sampel data sedikit jika dibandingkan dengan tide gauge, namun data altimetri memiliki kelebihan yaitu, sampel data bisa berada di pesisir, laut lepas dan samudera. Dalam penelitian ini akan di hitung konstanta harmonik utama untuk dikorelasikan dengan data tide gauge, sehingga terlihat hubungan antardata dengan analisis korelasi.

Berdasarkan tahapan penelitian di atas, data satelit altimetri dilakukan seleksi data daratan, dan diambil data sejauh 40 km dari pesisir, selanjutnya dilakukan pengolahan muka laut, SSH, SLA dan TWLE. Muka laut TWLE diolah dengan program t_tide untuk mendapatkan konstanta pasut utama, selanjutnya dilakukan validasi dengan data pasut, dan terakhir dilakukan uji korelasi.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Seleksi data altimetri ini dilakukan untuk menyaring data yang terbaca sebagai daratan dan memotong data sejauh 40 km dari pesisir. Nilai hasil seleksi rad_surf_type ditandai dengan warna merah, sedangkan nilai hasil seleksi untuk variabel rad_distance_to_land ditandai dengan warna hijau (Gambar 4). Seleksi data altimetri memerhatikan beberapa variabel seperti dalam Tabel 7.

Hasil perhitungan muka laut dengan data altimetri dapat menghasilkan 3 (tiga) parameter, yaitu SSH (sea surface height), SLA (sea level anomaly) dan TWLE (total water level envelope). SSH, SLA, dan TWLE didapatkan menggunakan rumus berturut-turut pada Persamaan 4, 5, dan 6. Ketiga parameter tersebut dicari minimum, rerata, dan maksimum untuk setiap lintasan pada tahun 2016- 2017. Muka laut terdiri dari SSH, SLA dan TWLE ditunjukkan dengan Tabel 8, 9 dan 10.

Parameter konstanta pasut yang menjadi fokus penelitian ini adalah amplitudo. Perhitungan dilakukan di Perairan Seblat dan Perairan Krui.

Perairan Seblat

Data pass 077 dianalisis harmonik menggunakan periode alias seperti ditunjukkan pada Tabel 11, 12 dan 13, dengan bantuan program t_tide. Data dari tide gauge juga dianalisis, namun dengan periode asli yaitu 1 jam. Amplitudo terbesar pada konstanta P1 0,0456 m dan terendah pada S2 0,009. Kesalahan amplitudo terbesar pada P1 dengan nilai 0,125 m dipengaruhi periode alias yang cukup besar. Tipe pasang surut di Seblat adalah campuran ganda. Kesamaan hasil altimetri dan tide gauge dipengaruhi oleh jarak pass dan stasiun yang dekat, yaitu 0,5 km. Secara visual, elevasi muka laut bertampalan akan memberikan efek korelasi yang kuat (Gambar 6 dan 7).

Perairan Krui

Data pass 153 dianalisis harmonik menggunakan periode alias seperti ditunjukkan pada Tabel 14, 15 dan 16 dengan bantuan program t_tide. Data dari tide gauge juga dianalisis, namun dengan periode asli yaitu 1 jam. Amplitudo terbesar pada konstanta P1 0,0486 m dan terendah pada S2 0,006. Kesalahan amplitudo terbesar pada P1 dengan nilai 0,096 m dipengaruhi periode alias yang cukup besar. Tipe pasang surut di Krui adalah campuran ganda. Kesamaan hasil altimetri dan tide gauge dipengaruhi oleh jarak pass dan stasiun yang cukup dekat, yakni 25 km. Secara visual, elevasi muka laut bertampalan akan memberikan efek korelasi yang kuat, ditunjukkan pada Gambar 8 dan Gambar 9.

KESIMPULAN

Penelitian ini menyimpulkan bahwa satelit altimetri OSTM/Jason-2 dengan jenis Geophysical Data Record repeat-orbit mission dapat dilakukan analisis harmonik untuk mendapatkan konstanta pasut utama (K1, O1, P1, N2, M2, dan S2) dengan penyesuaian waktu pengamatan sebesar 237,975 jam atau 9,9156 hari. Berdasarkan analisis tersebut, diperoleh elevasi muka laut hasil altimetri dan tide gauge bertampalan, serta tipe pasang surut altimetri dan stasiun pasut berkesesuaian. Besarnya koefisien korelasi data satelit altimetri dan data Stasiun Pasut Seblat dan Krui menunjukkan hubungan yang kuat. Koefisien korelasi di Peraran Seblat sebesar 0,748, sedangkan Perairan Krui sebesar 0,618.

UCAPAN TERIMA KASIH

Ucapan terima kasih untuk Badan Informasi Geospasial atas dukungan data satelit altimetri dan stasiun pasut untuk penelitian ini. Terima kasih juga disampaikan laman open source http://data.nodc.noaa.gov/jason2/gdr/.

DAFTAR PUSTAKA