gelombang panjang yang keluar hilang
L
R
.
L L
S S
R R
R R
Rn ...........................2
Pada siang hari atau musim panas, proses dominan adalah masukan energi dari
radiasi surya ke permukaan. Energi radiasi ini diubah menjadi energi laten melalui
proses penguapan dari permukaan dan sebagian lainnya dipindahkan ke dalam
tanah maupun keluar untuk memanaskan udara diatasnya.
2.3. Albedo
Albedo adalah perbandingan jumlah radiasi yang dipantulkan dengan jumlah
energi radiasi surya yang diterima oleh suatu permukaan. Energi yang dipantulkan oleh
suatu permukaan
memiliki panjang
gelombang yang pendek, sehingga sensor yang digunakan untuk menghitung albedo
adalah sensor yang menerima panjang gelombang pendek.
2.4. Suhu Permukaan
Suhu permukaan dapat diartikan
sebagai suhu bagian terluar dari 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. Suhu permukaan bumi merupakan tanggapan
terhadap
berbagai fluks
energi yang
melaluinya. Energi di permukaan menjadi sumber pembangkit gradien suhu, gradien
kecepatan dan gradien konsentrasi. Gradien tersebut merupakan penggerak pada proses
pemindahan massa, bahang dan momentum. Proses pemindahan bahang yang utama pada
tanah terjadi secara konduksi. Fluks bahang yang mengalir dari dan ke luar permukaan
tergantung sifat tanah yang mempunyai nilai konduktivitas bahang.
Energi panas 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 di bawahnya Rosenberg,
1974.
Pada saat permukaan suatu benda menyerap radiasi, suhu permukaannya
belum tentu sama. Hal ini tergantung pada sifat fisik objek pada permukaan tersebut.
Sifat fisis objek tersebut diantaranya : emisivitas, kapasitas panas jenis dan
konduktivitas thermal. Suatu objek di permukaan yang memiliki emisivitas dan
kapasitas panas jenis rendah, sedangkan konduktivitas
thermalnya tinggi
akan menyebabkan
suhu permukaannya
meningkat. Hal sebaliknya terjadi pada suatu objek
yang memiliki
emisivitas dan
kapasitas jenis yang tinggi sedangkan konduktivitas
thermalnya rendah
akan menyebabkan
lebih rendahnya
suhu permukaan.
Suhu permukaan
akan mempengaruhi
jumlah energi
untuk memindahkan panas dari permukaan ke
udara Adiningsih 2001. Suhu permukaan merupakan unsur
pertama yang dapat diidentifikasi dari citra satelit Thermal. Dimana dalam remote
sensing, suhu permukaan dapat didefinisikan sebagai suhu permukaan rata-rata dari suatu
permukaan, yang digambarkan dalam cakupan suatu piksel dengan berbagai tipe
permukaan yang berbeda. 2.4.1. Kapasitas Panas
Kapasitas panas
suatu benda
bergantung pada panas jenis dan massa jenis atau kerapatannya.
ΔQ =
m C
ΔT…………..…………...….3 C =
ρ c……………………………….……….....4
Dimana, ΔQ adalah jumlah energi
yang diterima atau dilepaskan Joule, ΔT
adalah selisih suhu
o
C, m adalah massa kg, C adalah kapasitas panas J m
-3 o
C
-1
, c adalah panas jenis Jkg
-1o
C
-1
, dan ρ adalah
massa jenis kgm
-3
. Dari
persamaan diatas
dapat dikatakan bahwa jika setiap permukaan
menerima energi radiasi matahari yang sama tetapi dengan kapasitas panas yang berbeda,
maka suhu yang dihasilkan juga berbeda.
Jika suatu benda berkapasitas panas besar, maka perubahan suhu yang dihasilkan
rendah. Sebaliknya jika suatu benda berkapasitas panas kecil, maka perubahan
suhu yang dihasilkan tinggi. Kecepatan suatu
benda hingga
menjadi panas
bergantung pada konduktivitas termalnya. Semakin besar konduktivitas termal suatu
benda, maka semakin cepat perambatan panas dan semakin besar suhunya.
Panas ditransfer melalui tanah, batu dan daerah dibawah permukaan tanah
lainnya kecuali untuk air yang bergerak. Dari Tabel 3 ditunjukkan bahwa kapasitas
panas air paling besar dan suhu yang dihasilkan rendah karena konduktivitas
termalnya rendah, berbanding terbalik
3
Sumber : Geiger et al, 1961 dengan beton yang mempunyai kapasitas
panas kecil, sehingga cepat menjadi panas. Bahan beton dapat mewakili jenis penutup
lahan pemukiman dan industri. 2.3.2. Proses Perpindahan Panas di
Permukaan Bumi
Perubahan suhu tidak terjadi apabila tidak terjadi penambahan pengurangan
panas. Perpindahan panas terjadi dari benda yang mempunyai tingkat energi lebih tinggi
ke tingkat yang lebih rendah. Perpindahan panas ini dibedakan menjadi tiga, yaitu
konduksi,
konveksi dan
radiasi. Konduksi
merupakan proses
perpindahan panas pada benda-benda padat tanah dimana sebagian energi kinetik
molekul bendamedium yang bersuhu lebih tinggi dipindahkan ke molekul benda lebih
rendah melalui tumbukan molekul-molekul tersebut.
Berikut ini
persamaan yang
menunjukkan proses konduksi, dengan tanda negatif menunjukkan arah perpindahan
panas dari suhu tinggi ketempat yang bersuhu lebih rendah. Sellers, 1965 :
dT G
dz
……………...…………………..5 Dimana, G adalah fluks pemanasan
tanah Wm
-2
, adalah konduktivitas panas Wm
-2
K
-1
, dan
dT dz
adalah gradien suhu Km
-1
. Konveksi
merupakan proses
perpindahan panas yang terjadi pada fluida cairan dan gas, dimana panas dipindahkan
bersama-sama dengan fluida yang bergerak. Proses ini terjadi melalui konveksi paksa
forced convection, dimana udara bergerak melalui lapisan perbatas boundary layer
pada permukaan kasar sehingga timbul gerak edi yang acak. Dan konveksi bebas
free convection, dimana udara dipanaskan oleh permukaan bumi akibat penerimaan
radiasi matahari, sehingga udara akan mengembang dan naik ke tekanan yang lebih
rendah.
Persamaan 6
menunjukkan perhitungan
pemindahan panas
secara konveksi dan tanda negatif menunjukkan
arah perpindahan panas dari suhu tinggi ke suhu rendah.
p
Ts Ta H
c Ra
…………...………...6
Dimana, H adalah fluks panas dari permukaan ke atmosfer atau sebaliknya
Wm
-2
, ρ adalah kerapatan udara kering kg
m
-3
, c
p
adalah panas jenis udara pada
Benda Massa Jenis
g m
-3
Panas Jenis Joule g
- 1o
C
-1
Kapasitas Panas
Joule m
-3 o
C
-1
Konduktivitas Bahang
W m
-1 o
C
-1
Difusivitas Bahang
cm
2
sec
-1
Lahan Basah 8x10
-7
- 1x10
-6
- 2.51x10
-6
- 3.35 x10
-6
2.93x10
-2
- 4.18 x10
-2
0.9x10
-4
- 1.6 x10
-4
Lahan Kering 3x10
-7
- 6x10
-7
- 0.42 x10
-6
- 0.84 x10
-6
0.42 x10
-2
- 1.26 x10
-2
0.5 x10
-4
- 3 x10
-4
Tanah Liat Basah 1.7x10
-6
- 2.2x10
-6
0.71-0.84 1.25 x10
-6
- 1.67 x10
-6
8.37 x10
-2
- 20.93 x10
-2
5 x10
-4
- 17 x10
-4
Tanah Liat Kering -
0.71-0.84 0.42 x10
-6
- 1.67 x10
-6
0.84 x10
-2
- 6.28 x10
-2
0.5 x10
-4
- 15 x10
-4
Pasir Basah -
0.84 0.84 x10
-6
- 2.51 x10
-6
8.37 x10
-2
- 25.12 x10
-2
3 x10
-4
- 12 x10
-4
Pasir Kering 1.4x10
-6
- 1.7x10
-6
0.84 0.42 x10
-6
- 1.67 x10
-6
0.075 x10
-2
- 2.93 x10
-2
1 x10
-4
- 7 x10
-4
Batu 2.5x10
-6
- 2.9x10
-6
0.71-0.84 1.79 x10
-6
- 2.42 x10
-6
16.75 x10
-2
- 41.87 x10
-2
7 x10
-4
- 23 x10
-4
Besi 7.9x10
-6
0.44 3.42 x10
-6
879.27 x10
-2
256 x10
-4
Beton 2.2x10
-6
- 2.5x10
-6
0.88 2.17 x10
-6
46.057 x10
-2
22 x10
-4
Air Tenang 1x10
-6
4.18 4.18 x10
-6
5.44 x10
-2
- 6.28 x10
-2
1.3 x10
-4
- 1.5 x10
-4
Udara Tenang 1x10
-9
- 1,4x10
-9
1.0046 0.001 x10
-6
- 0.0014 x10
-6
0.21 x10
-2
- 0.25 x10
-2
147 x10
-4
- 250 x10
-4
Tabel 3. Sifat Fisik Benda
4
tekanan tetap J kg K
-1
, Ts adalah suhu permukaan
o
C, Ta adalah suhu udara
o
C dan Ra adalah tahanan aerodinamik.
Semakin besar perbedaan antara suhu permukaan dan suhu udara diatasnya dengan
tahanan aerodinamik yang kecil, maka jumlah energinya akan semakin besar.
Proses pemanasan udara melalui konveksi lebih efektif dibandingkan dengan konduksi
dan radiasi. Oleh sebab itu, proses pemanasan udara dalam neraca energi
hanya diwakili oleh proses konveksi yang ditunjukkan oleh persamaan 7.
Qn H
.....................................................7 Dimana, Qn adalah radiasi netto Wm
- 2
yang dipancarkan oleh suatu permukaan yang berbanding lurus dengan pangkat
empat suhu mutlak permukaan tersebut Hukum Stefan-Boltzman. Energi radiasi
gelombang panjang
yang dipancarkan
permukaan bumi sebagian diserap atmosfer dan sisanya akan keluar dari sistem atmosfer
bumi.
4
Qn Ts
...................................8 Dimana,
ε adalah
emivisitas permukaan,
σ adalah tetapan Stefan- Boltzman 5,67x10
-8
. 2.4.
NDVI Normalized
Difference Vegetation Index
Indeks vegetasi atau NDVI adalah indeks
yang menggambarkan
tingkat kehijauan suatu tanaman.
Indeks vegetasi merupakan kombinasi matematis antara
band merah dan band NIR yang telah lama digunakan sebagai indikator keberadaan dan
kondisi vegetasi Kiefer, 1990. Perhitungan
NDVI didasarkan pada perbandingan antara nilai reflektansi gelombang inframerah dekat
dengan gelombang cahaya tampak yang diperoleh dari citra satelit. Nilai NDVI
berkisar antara -1 sampai 1. Nilai ini menggambarkan bahwa semakin tinggi
nilainya berarti kondisi tanaman yang dipantau
dari citra
satelit lebih
memperlihatkan kenampakan tanaman yang subur dan rapat seperti tanaman hutan,
sedangkan semakin rendah nilainya berarti kondisi tanaman kurang subur atau telah
terjadi pembukaan kawasan hutan maupun persawahan. Oleh sebab itu, NDVI sering
digunakan
sebagai parameter
untuk pemantauan kehijauan tanaman.
Nilai NDVI positif + terjadi apabila vegetasi
lebih banyak memantulkan radiasi pada panjang
gelombang inframerah
dekat dibandingkan cahaya tampak. Nilai NDVI
nol 0 terjadi apabila pemantulan energi yang direkam oleh panjang gelombang
cahaya tampak sama dengan gelombang inframerah dekat. Hal ini sering terjadi pada
daerah pemukiman, tanah bera, darat non vegetasi, awan dan permukaan air. NDVI
negatif - terjadi apabila permukaan awan, air dan salju lebih banyak memantulkan
energi pada gelombang cahaya tampak dibandingkan pada inframerah dekat.
Menurut Chemin, 2003 dan Allen et. al., 2001 dalam Khomaruddin, 2005 nilai
Normalized Difference Vegetation Index NDVI, nilai radiasi netto, suhu permukaan
dan albedo merupakan fungsi dari soil heat flux G :
G = f Rn, Ts,
, NDVI ............................9
4 2
98 .
1 0074
. 0038
. NDVI
T Rn
G
s
.……10 Dimana,
G =Perpindahan bahang tanah soil
heat fluxW m
-2
=Albedo permukaan diturunkan
dari data satelit Ts
=Suhu permukaan °C diturunkan dari data satelit
NDVI =Normalized Difference Vegetation Index satelit
III. METODOLOGI 3.1. Waktu dan Tempat
