Transparansi perairan Penginderaan jauh untuk pendeteksian klorofil-a dan transparansi

Moss, 1993 in Effendi, 2003, nutrien utama yang dibutuhkan oleh hampir semua sel makhluk hidup adalah C, H, N, O, P, K, Mg, S, Ca, dan Fe. Ketersediaan unsur-unsur nutrien dalam suatu perairan sangat tergantung pada masukan dari luar perairan seperti sungai, resapan tanah, pencucian ataupun erosi serta dari sistem pembentukan langsung di badan air itu sendiri Parsons et. al., 1984. Wouthuyzen 1991 menunjukkan bahwa terdapat korelasi yang positif antara curah hujan dan konsentrasi klorofil di Teluk Omura, Jepang. Hal ini dikarenakan curah hujan akan membawa zat-zat hara dari daratan melalui sungai menuju Teluk Omura yang akhirnya zat-zat hara tersebut akan dimanfaatkan fitoplankton untuk berfotosintesis. Salah satu akibat dari peningkatan unsur nutrien di suatu perairan pesisir adalah terjadinya fitoplankton bloom, yaitu fenomena ledakan populasi fitoplankton di perairan secara cepat dan dalam jumlah yang sangat besar yang disebabkan oleh berlimpahnya nutrien. Keadaan ini akan berdampak negatif bagi ekosistem perairan, antara lain berkurangnya oksigen di dalam air yang dapat menyebabkan kematian berbagai makhluk air lainnya.

2.4 Transparansi perairan

Menurut Effendi 2003, kecerahan merupakan ukuran transparansi perairan yang dinyatakan dalam satuan meter dan ditentukan secara visual, umumnya dengan menggunakan secchi disk. Secchi disk ini berupa cakram putih hitam berdiameter 30 cm yang diturunkan ke dalam laut hingga tepat hilang dari pandangan. Nilai transparansi perairan ini tergantung warna dan kekeruhan perairan. Warna perairan biasanya dikelompokkan menjadi dua yakni warna sesungguhnya true color dan warna tampak apparent color. Warna sesungguhnya ini adalah warna hanya disebabkan oleh bahan-bahan kimia terlarut sedangkan warna tampak tidak hanya disebabkan oleh bahan terlarut tetapi juga bahan tersuspensi Effendi, 2003. Warna perairan ditimbulkan oleh keberadaan bahan anorganik dan bahan organik seperti plankton, humus, dan ion-ion logam. Warna perairan juga disebabkan oleh blooming fitoplankton untuk perairan laut biasanya dari filum Dinoflagelata, dan kondisi ini dikenal dengan istilah red tide. Warna ini dapat menghambat penetrasi cahaya ke dalam air sehingga dapat mengganggu proses fotosintesis. Kekeruhan menggambarkan sifat optik air yang ditentukan berdasarkan banyaknya cahaya yang diserap dan dipancarkan oleh bahan-bahan yang terdapat di dalam air. Kekeruhan ini disebabkan adanya bahan organik dan anorganik yang tersuspensi dan terlarut misalnya lumpur dan pasir halus, maupun bahan organik yang berupa plankton dan mikroorganisme lain Davis dan Cornwell, 1991.

2.5 Penginderaan jauh untuk pendeteksian klorofil-a dan transparansi

perairan Spektrum cahaya matahari yang sampai ke permukaan laut mencakup semua warna yang dapat dilihat oleh manusia dengan panjang gelombang antara 400-700 nm Nybakken, 1988. Panjang gelombang cahaya yang bisa diabsorbsi klorofil dalam air menurut Yentsch 1980, in Grahame, 1987 berada pada puncak gelombang 425-450 nm dan 665-680 nm. Dengan demikian, berarti konsentrasi klorofil-a dapat diduga dari citra satelit. Demikian pula dengan transparansi perairan. Pengkajian konsentrasi klorofil-a dari citra satelit dilakukan dengan rasio kanal yang mempunyai daya absorpsi maksimum dengan kanal yang mempunyai daya absorpsi minimum terhadap klorofil-a. Citra dari satelit Landsat 7 ETM dapat digunakan untuk mengukur konsentrasi klorofil karena memiliki kanal cahaya tampak. Gaol 1997 menyebutkan bahwa prinsip dasar pengembangan algoritma adalah rasio antara kanal biru dan kanal hijau. Menurut Gordon dan Morel 1983, in Yacobi, et. al., 1995, area spektral remote sensing pada case I water terbatas pada selang kanal biru dan hijau. Akan tetapi untuk case II water, pendekatan case I water ini mengalami hambatan karena keterbatasan pengukuran konsentrasi klorofil pada perairan dengan dissolved organic matter DOM yang tinggi. Aplikasi remote sensing untuk pendeteksian klorofil dan transparansi perairan ini sudah banyak dilakukan sebelumnya. Menurut Dekker et. al., 1991; Han, 1997 in El-Magd dan Ali 2008, interaksi dari klorofil-a dan radiasi elektromagnetik berupa scattering dan absorption, dan absorpsi yang kuat terdapat pada kisaran panjang gelombang 400-500 nm kanal-1 yang merupakan kanal biru Landsat ETM dan 680 nm kanal-3 yang merupakan kanal merah Landsat ETM. Menurut hasil penelitian El-Magd dan Ali 2008, rasio kanal-1 kanal-3 ETM+ dan rasio logaritmik kanal-1 kanal-3 ETM+ menunjukkan korelasi dengan konsentrasi klorofil-a, yakni absorpsi signifikan dengan peningkatan konsentrasi klorofil-a. Rasio kedua kanal ini akan bekerja lebih efektif jika konsentrasi klorofil-a di atas 35 mgm 3 dan kondisi transparansi perairan tinggi. Selain itu, ada pula hasil penelitian Tassan 1987 menghasilkan algoritma pendugaan konsentrasi klorofil-a dari satelit Landsat-TM sebagai berikut: log C = 0.74 – 2.43 log [R485 R560] ................................................. 1 di mana C adalah konsentrasi klorofil dalam mgm 3 , R485 adalah radiansi pada kanal-1 dan R560 adalah radiansi pada kanal-2. Dwivedi dan Narrain 1987, in Gaol, 1997 melakukan penelitian yang serupa di Arabia dengan menggunakan rasio kanal-1 dan kanal-2 Landsat-TM. Algoritma yang diperoleh sebagai berikut, di mana C merupakan konsentrasi klorofil. C = 1.62 [R485 R560] - 0.62 ................................................................. 2 Wouthuyzen 1991 mengembangkan algoritma dengan memanfaatkan citra Landsat-TM di perairan Teluk Omura Jepang. Hasil penelitiannya menunjukkan bahwa rasio antara kanal-1 dengan kanal-2 atau kanal-2 dengan kanal-1 mempunyai hubungan yang sangat kuat terhadap konsentrasi klorofil-a untuk semua musim. Rasio kanal-2 dengan kanal-1 ini yang paling konsisten untuk semua musim. Hasil penelitian Torbick et. al. 2008 dengan satelit Landsat 7 ETM+ di danau di Cina menunjukkan adanya model hubungan regresi linear dari rasio kanal-3 kanal-1 variabel independent dan pengukuran langsung variabel dependent. Hasilnya ditunjukkan dalam model berikut, di mana koefisien korelasi kuat R 2 = 0.815 yang menunjukkan baiknya akurasi dari peta distribusi klorofil- a yang dibuat. Ln Chl = 5.009 kanal-3 kanal-1 - 1.855 ................................................ 3 Tabel berikut merupakan beberapa algoritma klorofil-a yang telah dikembangkan sebelumnya. Tabel 2. Beberapa algoritma klorofil-a yang telah dikembangkan No. Algoritma Referensi Keterangan 1. Chl = 1.62 kanal-1kanal-2 - 0.62 Dwivedi dan Narrain 1987 Lokasi penelitian di Perairan Arabia 2. Chl = 10.59 TM2TM1 - 2.355 Wouthuyzen 1991 Musim panas di Teluk Omura, Jepang 3. Chl = 28.899 TM2TM1 – 9.596 Wouthuyzen 1991 Musim gugur di Teluk Omura, Jepang 4. Chl = 30.544 TM2TM1 – 7.684 Wouthuyzen 1991 Musim dingin di Teluk Omura, Jepang 5. Chl = 21.279 TM2TM1 – 0.908 Wouthuyzen 1991 Musim semi di Teluk Omura, Jepang 6. Chl = 8.6548663 + 0.12856666 TM1- TM5 + 0.258411 TM3TM4 Adkha 1994 Lokasi penelitian di perairan pantai utara kabupaten Subang Jawab Barat 7. Log Chl = 2.41. TM3TM2 + 0.187 Wibowo et. al. 1994 Lokasi penelitian di perairan pesisir Cirebon, Lampung, Jambi, dan Jepara 8. Chl = -17.1342 + 15.2587. kanal-3 kanal-4 Hasyim 1997 Lokasi penelitian di Situbondo 9. Chl = 2.3868 TM2TM1 - 0.4671 Pentury 1997 Lokasi penelitian di perairan Teluk Ambon 10. Ln Chl = 5.009 kanal-3 kanal-1 - 1.855 Torbick et. al. 2008 Lokasi penelitian di West Lake, Cina Untuk perhitungan tingkat transparansi perairan, Chipman et. al. 2004 menggunakan perbandingan spektral radiansi kanal-1 dan kanal-3 data satelit Landsat multi-temporal untuk sebagian besar danau wilayah Amerika Serikat, di danau Wisconsin USA. Model yang dibuat adalah sebagai berikut. Ln SDT = 1.135 3 1 L L - 3.193 ................................................................... 4 di mana SDT merupakan secchi disc transparency atau kedalaman kecerahan perairan dalam satuan meter yang diukur dengan cakram secchi dan L 1 dan L 3 merupakan radiansi spektral kanal-1 dan kanal-3. Penelitian yang dilakukan LAPAN 2004 di daerah Situbondo untuk kekeruhan dan kecerahan diperoleh dengan menggunakan formula hasil penelitian Mujito et. al. 1997 sebagai berikut. Kecerahan m = 17.51427 – 0.10928. b 1 ................................................. 5 di mana b 1 merupakan reflektansi pada kanal-1 yang digunakan untuk pengukuran transparansi perairan.

2.6 Satelit Landsat