18
3. BAHAN DAN METODE
3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian
Penelitian dilakukan di wilayah yang tercemar tumpahan minyak dari anjungan minyak Montara Australia. Perairan tersebut merupakan perairan
Australia yang berbatasan langsung dengan Laut Timor yaitu di wilayah Indonesia Timur. Lokasi penelitian tepatnya berada pada koordinat 9
o
LS -12
o
LS dan 121
o
– 128
o
BT. Pengolahan citra dilakukan di Laboratorium Penginderaan Jauh dan Sistem Informasi Geografis, Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan, FPIK-
IPB, pada bulan Maret – Juni 2011. Peta lokasi penelitian dapat dilihat pada
Gambar 3.
Gambar 3. Peta lokasi penelitian dan stasiun pengamatan
3.2 Alat dan Bahan Penelitian
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini berupa data primer dan data pendukung. Data primer terdiri dari dua jenis data yaitu data MODIS level 3
resolusi 4x4 km
2
yang digunakan untuk estimasi konsentrasi klorofil-a secara temporal dan spasial. Citra MODIS level 3 yang digunakan merupakan composite
data mingguan selama 5 tahun 2006-2010 pada Bulan Juli hingga Desember. Selanjutnya digunakan pula data MODIS level 1b resolusi 250 m dan 500 m
untuk ekstraksi nilai spektral pada wilayah tumpahan minyak.. Citra MODIS level 1b yang digunakan adalah citra pada tanggal 30 Agustus 2009 dan 24 September
2009. Data pendukung yang digunakan adalah data angin yang diperoleh dari situs http:data-portal.ecmwf.int
.
Data angin berupa file berekstensi nc yang berisi bujur lintang dan kecepatan angin.
Alat yang digunakan dalam pengolahan data adalah seperangkat komputer yang dilengkapi dengan perangkat lunak Idrisi Andes, HEG WIN 2.9 HDF-
EOS, WinRAR, SeaDas 4.7, Ms.Office 2007 dan Ms. Excel 2007, serta program lainnya yang menunjang pengolahan dan penyajian hasil penelitian.
3.3 Metode penelitian
3.3.1 Metode Perolehan Data MODIS
Citra MODIS untuk estimasi perubahan konsentrasi klorofil secara temporal menggunakan citra level 3 composite mingguan periode 5 tahun. Citra tersebut
diperoleh dengan mengunduh pada situs http:oceancolor.gsfc.nasa.gov melalui fasilitas internet. Data MODIS level 3 sudah terkoreksi secara radiometrik dan
atmosferik. Data tersebut telah memiliki informasi seperti lintang dan bujur, daratan, garis pantai dan nilai estimasi konsentrasi klorofil di perairan.
Citra MODIS untuk menentukan perbedaan nilai spektral antara wilayah yang terkena tumpahan minyak dan tidak terkena tumpahan minyak menggunakan
data MODIS level 1b resolusi 250 m dan 500 m. Data diperoleh melalui internet dari situs http:disc.gsfc.nasa.gov. Level 1b beresolusi 250 m dan 500 m berisi
radiansi yang sudah terkalibrasi dan terkoreksi radiometrik serta sudah memiliki geolokasi.
3.3.2 Pengolahan data MODIS level 3
Data konsensentrasi klorofil-a level 3 yang diperoleh dari citra MODIS berupa data digital compressed dalam format Hierarki Data Format HDF. Data
ini perlu diekstrak dengan menggunakan perangkat lunak WinRAR sehingga dapat diolah lebih lanjut. Pengolahan data MODIS level 3 dilakukan pada
perangkat lunak SeaDAS 5.2 sistem operasi Linux Ubuntu 10.4. Tahap awal dari proses ini ialah croping atau pemotongan citra melalui program display yang
terdapat pada menu SeaDAS. Wilayah yang di cropping sesuai dengan wilayah yang terkena tumpahan minyak berdasarkan rekaman citra tanggal 30 Agustus
2009 dan 24 September 2009 yaitu pada koordinat 11 40’LS - 12
40’LS dan 124
10’BT-125 10’BT. Output dari hasil pengolahan pada perangkat lunak
SeaDAS ini berupa data ASCII. Data berformat ASCII tersebut selanjutnya diproses pada perangkat lunak Microsoft Excel 2007 untuk memperoleh informasi
konsentrasi klorofil secara kuantitatif. Selanjutnya dari nilai kuantitas konsentrasi klorofil ditentukan nilai rata-rata
klorofil untuk menunjukkan ada atau tidaknya pola fluktuasi klorofil secara temporal 5 tahun sebelum dan sesudah terjadi tumpahan minyak. Nilai rata-rata
dari konsentrasi klorofil ditampilkan dalam bentuk grafik menggunakan Microsoft
Excel 2007. Nilai rata-rata konsentrasi klorofil pada wilayah tumpahan minyak selama periode 5 tahun 2006-2010 secara lengkap disajikan pada Lampiran 1.
Selain secara temporal, data MODIS level 3 juga digunakan untuk menampilkan sebaran spasial klorofil. Citra MODIS yang digunakan merupakan
composite bulanan dari Juni hingga Desember pada periode 2008-2009. Hal ini dimaksudkan untuk melihat perbandingan konsentrasi klorofil secara spasial pada
tahun sebelum dan sesudah terjadi tumpahan minyak pada bulan yang sama dengan tahun yang berbeda. Selain itu juga untuk membandingkan sebaran
klorofil pada wilayah yang terkena minyak dan tidak. Wilayah yang di croping mencakup seluruh wilayah penelitian yaitu Laut
Timor hingga Laut Australia pada koordinat 9
o
-15
o
LS dan 121
o
-128
o
BT. Untuk melengkapi informasi spasial dilakukan pengaturan landmask, coastline dan skala
warna. Landmask digunakan untuk menampilkan daratan sehingga dapat dibedakan antara daratan dan lautan. Coastline untuk menampilkan garis pantai
dan skala warna rescale untuk menentukkan kisaran nilai konsentrasi klorofil mgL. pengaturan skala warna dapat dilakukan dengan proses rescale
berdasarkan kisaran yang diperoleh dari literature. Kisaran konsentrasi klorofil di Laut Timor ialah 0.01
– 0.6 mgL Tubalawony, 2000. Hasil untuk analisis spasial selanjutnya di save dengan tipe data PNG .PNG berupa gambar. Pada
wilayah tumpahan minyak di tiap-tiap gambar di berikan kotak putih untuk menandakan wilayah yang tercemar minyak.
Tahapan dalam proses pengolahan data MODIS level 3 dengan menggunakan program SeaDAS dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4. Diagram alir pengolahan data MODIS level 3
3.3.3 Pengolahan data MODIS level 1b
Proses pengolahan citra untuk penentuan nilai spektral wilayah yang tercemar minyak menggunakan data Level 1b resolusi 250 m dan 500 m yang
bersih dari tutupan awan. Dalam hal ini, citra yang bersih dari tutupan awan dan dapat menampilkan pola tumpahan minyak hanya citra pada tanggal 21 Agustus
2009 dan 30 Oktober 2009. Panjang gelombang yang digunakan untuk mengekstrak pantulan spektral
reflektansi minyak adalah panjang gelombang merah 645 nm, biru 469 nm dan hijau 555 nm. Ketiga panjang gelombang tersebut berada pada selang
Citra MODIS Level 3
http:oceancolor.gsfc.nasa.gov v
SeaDAS
Croping wilayah tumpahan minyak
ASCII
Grafik temporal klorofil 5 tahun 2006 -2010
Croping seluruh wilayah penelitian
Composite 8 harian
Composite bulanan
Perbaikan tampilan: Landmask
Coastline Rescale
Citra sebaran spasial bulanan
Rata-rata data klorofil mingguan
panjang gelombang visible cahaya tampak dari resolusi citra MODIS 250 m dan 500 m. Peneliti sebelumnya juga menggunaan kisaran panjang gelombang
tersebut untuk melihat nilai spektral tumpahan minyak di danau Maracaibo, Venezuela dengan menggunakan citra MODIS Hu et al.,2003.
Pengolahan data dilakukan pada perangkat lunak HEG WIN 2.9 dan Idrisi Andes. Proses yang dilakukan diawali dengan melakukan croping lokasi
pengamatan Laut Australia hingga Laut Timor dan konversi citra MODIS dari format .hdf ke format .tif multi band menggunakan perangkat lunak HEG
WIN 2.9. Pada proses cropping 9
o
LS -12
o
LS dan 121
o
BT – 128
o
BT citra sudah terkoreksi geometrik secara otomatis sehingga tidak perlu dilakukan koreksi
geometrik lagi. Tahap selanjutnya yang dilakukan adalah mengimport citra berformat tif
multi band dari hasil pengolahan HEG WIN 2.9 ke perangkat lunak Idrisi Andes. Kemudian pada perangkat lunak Idrisi Andes dilakukan koreksi
atmosferik dan konversi digital number DN ke nilai reflektansi. Koreksi atmosferik dilakukan untuk mengurangi kesalahan akibat efek atmosferik yang
disebabkan perbedaan sudut elevasi matahari. Adapun metode yang digunakan untuk koreksi atmosferik adalah metode histogram adjustment. Secara matematis
dapat dituliskan sebagai berikut: DN
ijk setelah dikoreksi
= DN
ijk sebelum dikoreksi
– DN bias
k
……………………….1 Dimana: DN = digital number
i = piksel baris ke-i j = piksel kolom ke-j
k = citra kanal ke-k
DN diekstrak berdasarkan titik-titik stasiun yang mencakup wilayah yang terkena tumpahan minyak dan tidak. Koordinat tiap-tiap titik stasiun tertera pada
Lampiran 2. Ekstasi nilai DN pertitik stasiun dimaksudkan agar terlihat perbedaan nilai spektral antara kedua wilayah tersebut. Ekstraksi DN dilakukan pada kanal 1
merah, 3 biru dan 4 hijau. Kanal 1 terdapat pada citra resolusi 250 m sedangkan kanal 3 dan 4 terdapat pada citra resolusi 500 m. Selanjutnya nilai
digital digunakan untuk memperoleh nilai reflektansi. Persamaan yang digunakan untuk memperoleh nilai reflektansi dengan data MODIS berdasarkan Sulma et
al., 2005 adalah sebagai berikut: R
i
= Reflekansi Scales x DN – Reflektansi offsets ………………………2
Dimana: R
i
= Reflektansi kanal ke-i Reflektansi scales dan reflektansi offset diperoleh dari atribut pada file citra
MODIS level 1b berformat hdf pada tiap kanal ke-i. Gambar 5 menunjukkan atribut data MODIS yang diperoleh dari perangkat lunak ENVI. Hasil perhitungan
dengan persamaan diatas dapat dilihat pada Lampirann 3 dan4.
Gambar 5. Atribut file Hdf dari perangkat lunak ENVI
3.3.4 Pengolahan klorofil harian dengan MODIS level 1b
Penentuan klorofil tiap-tiap stasiun untuk melihat ada tidaknya perbedaan klorofil pada stasiun yang tercemar minyak dan stasiun yang tidak tercemar
minyak. Citra yang digunakan sama dengan citra untuk penentuan nilai spektral yakni citra MODIS level 1b resolusi 1km. Penerapan algoritma klorofil juga
dilakukan pada perangkat lunak Idris Andes. Algoritma klorofil yang digunakan ialah algoritma Morel 4 dan algoritma
O’Reilly et. al. 1998 dengan persamaan
sebagai berikut:
log � = 1.03117 − 2.40134x + 0.3219897x
2
− 0.291066x
3
……………3
log � = 0.283 − 2.753x + 1.475x
2
− 0.659x
3
− 0.6591.403x
4
……………4
Dimana: y a = Klorofil-a Morel 4; y b = Klorofil-a O’Reilly et. al. 1998
x = log kanal 8kanal 12 atau log band biruband hijau Algoritma Morel 4 dan O’reilly et al 1998 dibangun berdasarkan rasio
antara kanal biru kanal hijau. Panjang gelombang ini digunakan berdasarkan asumsi bahwa tingkat penyerapan klorofil akan tinggi pada kanal biru sehingga
nilai reflektansinya rendah. Oleh sebab itu, apabila rasio antara kedua kanal tersebut tinggi, maka konsentrasi klorofil akan rendah Prasasti et al., 2005.
Diagram alir pengolahan data level 1b ini dirangkum pada Gambar 6.
3.3.5 Pengolahan data angin
Data angin yang digunakan adalah data angin harian dengan resolusi spasial 1.5
o
x1.5
o
. Data angin yang diperoleh dari hasil unduhan melalui situs http:data- portal.ecmwf.int
tersimpan dalam format .nc dan dibuka melalui perangkat lunak ODV Ocean Data View. Pada ODV data di cropping untuk mendapatkan data
yang lebih spesifik sesuai dengan titik stasiun wilayah penelitian. Selanjutya data disimpan dalam format .txt sehingga dapat dibuka melalui program Microsoft
Excell. Informasi yang terdapat pada data ialah lintang, bujur, stasiun, komponen v angin pada ketinggian 10 meters ms, komponen u angin pada ketinggian 10
meters ms. Visualisasi data diolah melalui perangkat lunak surfer 8.0. Data disimpan
ulang dalam format .bln. Data yang dibutuhkan untuk memperoleh arah dan pergerakan angin adalah data lintang, bujur, v-komponen dan u-komponen.
Selanjutnya data tersebut di grid dan ditampilkan melalui menu New 2-Grid Vektor Map untuk menampilkan komponen arah dan kecepatan angin dalam
bentuk gambar. Proses akhir adalah melakukan overlay dengan base map wilayah penelitian yang terdapat pola tumpahan minyak sehingga dapat dilihat bagaimana
angin mempengaruhi pergerakan sebaran minyak.
Gambar 6. Diagram alir pengolahan data klorofil-a dan nilai spektral dengan
menggunakan MODIS level 1b
Nilai Reflekstansi spektral perstasiun
Nilai klorofil perstasiun
Algoritma Klorofil Morel 4
O’Reilly et. al. 1998
Ekstraksi Nilai Digital ND
perstasiun HEG WIN
IDRISI Konversi citra dan
Pemotongan citra
Koreksi Atmosferik
Visualisasi lokasi tumpahan Minyak
Penentuan titik stasiun di wilayah minyak
Resolusi: 500 m =Band 3 469 nm
Band 4 555 nm 250 m =Band 1 645 nm
Citra MODIS Level 1b http:disc.gsfc.nasa.gov
Resolusi: 1km =Band 9 469 nm
Band 12 555 nm
28
4. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Sebaran Tumpahan Minyak Dari Citra Modis
Pada Gambar 7 tertera citra MODIS level 1b hasil composite RGB: 13, 12 dan 9 dengan resolusi citra resolusi 1km. Composite RGB ini digunakan agar
dapat membedakan daerah berawan, daratan dan lautan. Citra hasil composite tanpa grayscale dapat dilihat pada Lampiran 5. Hasil composite pada gambar
menunjukkan adanya warna hitam disekitar perairan yang ditunjukkan dengan lingkaran merah dan kuning.
Warna yang terlihat lebih gelap dibandingkan dengan air sekitarnya pada citra merupakan sebaran minyak dari semburan sumur Montara yang bocor pada
21 Agustus 2009 lalu. Minyak tersebut menyebar dan menutupi lapisan permukaan perairan. Lapisan minyak akan memberi pantulan gelombang
elektromagnetik yang berbeda dengan perairan sekitarnya sehingga kenampakan minyak dan air disekitarnya akan terlihat berbeda pada citra. Penelitian
sebelumnya juga menyatakan bahwa gelombang sinar tampak pada MODIS menyebabkan minyak terlihat lebih gelap dari air sekitarnya Dessi et al, 2008.
Penyebaran minyak terlihat semakin meluas pada hasil rekaman tanggal 24 September 2009 dibandingkan hasil rekaman tanggal 30 Agustus 2009. Perluasan
tersebut mungkin terjadi akibat adanya interaksi minyak dengan fenomena fisik perairan sehingga menyebabkan terjadinya proses penyebaran spreading
minyak. Spreading merupakan proses tersebarnya lapisan minyak ke segala arah akibat perbedaan tegangan permukaan dan densitas antara permukaan air laut
dengan lapisan minyak. Selain itu, proses ini juga disebabkan oleh pergerakan angin, gelombang dan arus Mukhtasor, 2007. Semburan minyak dari sumur
Montara berlangsung hingga November 2009 sehingga menyebabkan minyak terus bertambah dan memperluas lapisan minyak dipermukaan perairan.
a
b Gambar 7. Lokasi tumpahan minyak dari rekaman citra MODIS pada a 30
Agustus 2009 dan b 24 September 2009
Sebaran minyak yang terlihat dari citra MODIS dengan menggunakan composite dari sinar tampak dapat membuktikan bahwa sensor MODIS dengan
resolusi cukup rendah juga mampu mendeteksi minyak. Pola sebaran minyak yang dihasilkan rekaman citra MODIS sama halnya dengan hasil rekaman citra
Tumpahan minyak
Awan
Tumpahan minyak
Awan
Radar pada waktu perekaman yang sama Gambar 8. Hal ini dapat menegaskan bahwa warna hitam dari rekaman MODIS tersebut adalah tumpahan minyak
mengingat Sensor Radar lebih umum digunakan untuk memantau oil spill di laut karena kelebihannya beroperasi pada segala kondisi cuaca.
a
b Gambar 8. Perekaman tumpahan minyak dari a citra Radar dan b citra MODIS
pada tanggal 30 Agustus 2009 Sumber: SKY TRUTH, CSTAR, InfoTerra
Hasil composite atau perata-rataan band visible secara umum memang menunjukkan warna yang lebih gelap dari perairan sekitarnya. Namun, apabila
tumpahan minyak dilihat dari satu band saja single band maka kenampakan minyak pada masing-masing band akan terlihat berbeda-beda. Pada citra band
biru, minyak memiliki warna yang tidak jauh berbeda dengan perairan. Hal tersebut berbeda dengan band hijau dimana minyak terlihat berwana lebih gelap
dari perairan sekitarnya sedangkan pada band merah, hanya sebagian dari sebaran minyak yang terlihat lebih gelap. Gambar 9 memperlihatkan sebaran minyak
tanggal 24 September 2009 berdasarkan citra single band merah, biru dan hijau.
s
Biru 469 nm hijau 555 nm
Merah 645 nm Gambar 9. Visualisasi Tumpahan Minyak dari Citra MODIS secara single band
4.2 Pantulan Spektral Perairan Tumpahan Minyak