Profil Koefisien Diffuse Atenuasi Kolom Perairan di Timur Laut Teluk Meksiko
PROFIL KOEFISIEN DIFFUSE ATENUASI KOLOM
PERAIRAN DI TIMUR LAUT TELUK MEKSIKO
VERONICA STELLA ANGELIQUE LOUHENAPESSY
DEPARTEMEN ILMU DAN TEKNOLOGI KELAUTAN
FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Profil Koefisien Diffuse
Atenuasi Kolom Perairan di Timur Laut Teluk Meksiko adalah benar karya saya
dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun
kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip
dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah
disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir
skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, April 2013
Veronica Stella Angelique Louhenapessy
NIM C54080014
ABSTRAK
VERONICA STELLA ANGELIQUE LOUHENAPESSY. Profil Koefisien
Diffuse Atenuasi Kolom Perairan di Timur Laut Teluk Meksiko. Dibimbing oleh
BISMAN NABABAN dan RISTI ENDRIANI ARHATIN.
Proses pengurangan energi cahaya akibat proses hamburan dan absorpsi
dikenal dengan istilah atenuasi. Penelitian ini bertujuan mengetahui nilai koefisien
atenuasi kolom perairan secara spasial di perairan Timur Laut Teluk Meksiko.
Pengambilan data lapangan dilakukan di timur laut Teluk Meksiko pada bulan
April tahun 2000. Data yang dihasilkan berupa data downwelling irradiance (Ed)
yang digunakan untuk menghitung nilai koefisien atenuasi (Kd). Data yang
diperoleh difilter menggunakan Curve Fitting Tool. Lokasi penelitian dibagi
menjadi empat lokasi yaitu A, B, C, dan D. Hasil menunjukkan Kd di lokasi A
berkisar 0.039 - 0.137 m-1, di lokasi B berkisar 0.026 - 0.060 m-1, di lokasi C
berkisar 0.015 - 0.036 m-1, dan di lokasi D berkisar 0.014 - 0.049 m-1. Grafik
sebaran Kd semakin meningkat dari gelombang biru hingga gelombang merah,
namun pada gelombang hijau menunjukkan sebaran nilai Kd yang lebih rendah.
Hasil uji statistik juga menunjukkan bahwa nilai rata-rata Kd antar lokasi
penelitian memiliki perbedaan yang nyata (dengan uji Kruskal-Wallis, α=0.05).
Hal ini menunjukkan adanya perbedaan yang nyata akan karakteristik kolom air
pada berbagai lokasi tersebut.
Kata kunci: downwelling irradiance, koefisien atenuasi, timur laut Teluk Meksiko
ABSTRACT
VERONICA STELLA ANGELIQUE LOUHENAPESSY. Diffuse Attenuation
Coefficient Profile of Water Column in Northeastern Gulf of Mexico. Supervised
by BISMAN NABABAN and RISTI ENDRIANI ARHATIN.
Process of reduction light by scattering and absorption processes is known
as attenuation. The aim of this research was to determine the attenuation
coefficient of water column in the northeastern Gulf of Mexico. The field data
collection was conducted in the northeastern Gulf of Mexico in April 2000.
Downwelling irradiance (Ed) data were used to calculate attenuation coefficient
(Kd). Data were filtered by using Curve Fitting Tool. The location of this research
was divided into four locations: A, B, C, and D. The results showed that Kd in site
A ranged from 0.039 - 0.137 m-1, in location B ranged from 0.026 - 0.060 m-1, in
location C ranged from 0.015 - 0.036 m-1, and in location D ranged from 0.014 0.049 m-1. Distribution of Kd values increased from blue to red region. However,
in the green region showed lower values. Result also showed that Kd values
between study sites were significantly different (Kruskal-Wallis test, α=0.05).
This result indicated that water column characteristic among locations were
significantly different.
Keyword: downwelling irradiance, attenuation coefficient, northeastern Gulf of
Mexico
PROFIL KOEFISIEN DIFFUSE ATENUASI KOLOM
PERAIRAN DI TIMUR LAUT TELUK MEKSIKO
VERONICA STELLA ANGELIQUE LOUHENAPESSY
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Ilmu Kelautan
pada
Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan
DEPARTEMEN ILMU DAN TEKNOLOGI KELAUTAN
FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
Judul Skripsi : Profil Koefisien Diffuse Atenuasi Kolom Perairan di Timur Laut
Teluk Meksiko
Nama
: Veronica Stella Angelique Louhenapessy
NIM
: C54080014
Disetujui oleh
Dr. Ir. Bisman Nababan, M.Sc.
Pembimbing I
Risti Endriani Arhatin, S.Pi, M.Si.
Pembimbing II
Diketahui oleh
Dr. Ir. I Wayan Nurjaya, M.Sc.
Ketua Departemen
Tanggal Lulus: 26 Juni 2013
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala
berkat dan anugerah-Nya yang telah diberikan kepada penulis sehingga dapat
menyelesaikan skripsi ini dengan judul ”Profil Koefisien Diffuse Atenuasi
Kolom Perairan di Timur Laut Teluk Meksiko” sebagai salah satu syarat
untuk memperoleh gelar Sarjana Ilmu Kelautan (S. Ik) pada Departemen Ilmu dan
Teknologi Kelautan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian
Bogor.
Penulis menyadari bahwa kelancaran dalam proses pembuatan Skripsi tidak
luput dari campur tangan berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis juga
mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya pada beberapa pihak :
1.
Papa dan mama tercinta, RMS. Louhenapessy dan Theresia Sugiarti, kakakkakak Ignatius R.M. Louhenapessy dan Fransisca C.L Louhenapessy yang
selalu memberikan dukungan serta doa kepada Penulis;
2.
Dr. Ir. Bisman Nababan, M.Sc. dan Risti E. Arhatin, S.Pi, M.Si. selaku
dosen pembimbing skripsi yang telah memberikan bimbingan dan
pengarahan kepada Penulis;
3.
Prof. Dr. Ir. Mulia Purba, M. Sc. dan Dr. Ir. Sri Pujiyati, M. Si. yang telah
memberikan saran dan dukungan selama pembuatan skripsi;
4.
Dr. Karen von Juterzenka, teman-teman MST dan GAME X (Yuliyana Fitri
Syamsuni, Yasser Ahmed, Armin Fabritzek, Dian Riri Respati, dan Daniel
J.P.H. Siahaan), Sri Ratih Deswati, Asep Ma’mun, Williandi Setiawan, Acta
Withamana yang selalu memberikan saran dan semangat;
5.
Denny Ardly Wiguna, A.A. Gede Wirapramana, dan Sri Hadianti yang
selalu memberikan bantuan, dukungan dan semangat; serta teman-teman
ITK angkatan 45 serta semua pihak yang telah membantu terwujudnya
skripsi ini yang tidak dapat disebutkan satu per satu.
Semoga skripsi ini dapat bermanfaat untuk pengembangan pengetahuan di
masa depan.
.
Bogor, April 2013
Veronica Stella Angelique Louhenapessy
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Tujuan Penelitian
3
METODE
3
Lokasi dan Waktu Penelitian
3
Bahan
4
Alat
4
Prosedur Pengumpulan Data
4
Prosedur Analisis Data
4
HASIL DAN PEMBAHASAN
Downwelling Irradiance (Ed)
Attenuation coefficient (Kd)
SIMPULAN DAN SARAN
6
6
11
16
Simpulan
16
Saran
17
DAFTAR PUSTAKA
17
LAMPIRAN
19
RIWAYAT HIDUP
52
DAFTAR TABEL
1 Selisih nilai Kd PAR dengan rata-rata Kd 380-700 nm
2 Kisaran Kd, zona eufotik, dan kedalaman kompensasi (1ζ) setiap
14
16
stasiun
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
Peta lokasi penelitian
Diagram alir pengolahan data
Sebaran klorofil dan nilai Ed (pengukuran pada posisi alat turun)
Sebaran klorofil dan nilai Ed (pengukuran pada posisi alat naik)
Nilai Kd setiap stasiun (posisi alat turun)
Nilai Kd setiap stasiun (posisi alat naik)
3
6
8
9
12
13
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6
Syntax yang digunakan dalam program MATLAB
Grafik downwelling irradiance (Ed) pada posisi alat turun
Grafik downwelling irradiance (Ed) pada posisi alat naik
Kedalaman zona eufotik dan kedalaman kompensasi (1ζ)
Tabel uji statistik Kruskal-Wallis
Plot Box dan Whisker
19
22
30
38
41
45
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Cahaya merupakan kebutuhan primer pada ekosistem perairan. Cahaya
matahari terutama dimanfaatkan oleh produsen primer yang berkaitan dengan
perannya sebagai dasar dalam rantai makanan. Oleh karena itu, cahaya menjadi
faktor pembatas dalam lingkungan perairan. Cahaya juga merupakan alat untuk
memvisualisasikan lingkungan sekitarnya bagi organisme yang mampu bergerak.
Cahaya mampu menembus perairan hingga kedalaman tertentu. Dalam
proses penetrasinya, ada berbagai hal yang menyebabkan energi cahaya semakin
berkurang. Sebagai contoh, proses penghamburan dan penyerapan (absorpsi) oleh
materi yang terdapat di kolom perairan, dan transmisi. Proses pengurangan energi
cahaya akibat proses hamburan dan absorpsi dikenal dengan istilah atenuasi.
Besaran atenuasi ini dapat dihitung berdasarkan perubahan downwelling
irradiance (Ed) pada minimum dua kedalaman yang berbeda.
Kedalaman maksimal yang dapat dijangkau oleh produsen primer untuk
melakukan proses fotosintesis dapat diketahui dengan menghitung nilai koefisien
atenuasi. Koefisien atenuasi umumnya diekspresikan dengan satuan m-1 yang
secara umum merupakan gambaran seberapa besar cahaya datang (downwelling
irradiance, Ed) berkurang atau hilang dibandingkan dengan jumlah cahaya datang
di permukaan. Banyaknya cahaya datang yang masuk ke kolom perairan dapat
diukur oleh sensor radiometer yang dinyatakan sebagai downwelling irradiance
(Ed).
Koefisien downwelling irradiance, Kd (z, λ) merupakan hal yang sangat
penting karena dapat mengkuantifikasikan ketersediaan cahaya sampai kedalaman
zona euphotic. Kd juga dapat didefinisikan sebagai penurunan downwelling
irradiance Ed (z, λ) secara eksponensial terhadap kedalaman, yang terdiri dari
foton yang diterima oleh sensor pada arah downward (sensor menghadap ke atas),
yang dirumuskan sebagai berikut (Mobley 1994; Kirk 1994):
Kd (z, λ) = -
1 dEd
.............................................................................(1)
Ed ( ) dz
dimana,
Kd (z, λ) koefisien atenuasi (m-1);
Ed (λ)
downwelling irradiance (W m-2); dan
dEd
perubahan nilai Ed
dz
perubahan kedalaman medium (m)
Pengetahuan tentang nilai Kd dapat digunakan sebagai dasar untuk
mempelajari ketersediaan cahaya pada setiap kedalaman yang mempengaruhi
proses remote sensing reflektansi (Rrs). Menurut Mobley (1994), remote sensing
reflektansi cahaya merupakan pengukuran perbandingan banyaknya radiansi yang
dipantulkan objek (upwelling radiance) dengan jumlah iradiansi yang mengenai
objek (downwelling irradiance). Oleh karena itu, jika cahaya banyak mengalami
atenuasi maka nilai remote sensing reflektansi menjadi berkurang.
2
Gilabert et al. (1995) menggunakan data Digital Terrain Number (DTM)
citra foto udara untuk menghitung koefisien atenuasi cahaya pada perairan
dangkal di Mar Menor, Spanyol. Nilai Kd diperoleh dari perhitungan antara
kedalaman, nilai digital number piksel pada panjang gelombang tertentu, dan ratarata radians dari substrat. Hasilnya menunjukkan bahwa Kd dapat diperoleh dari
korelasi berbagai parameter tersebut.
Liu et al. (2005) mempelajari koefisien atenuasi cahaya untuk menguji
korelasinya dengan beberapa parameter kualitas perairan, seperti Total Suspended
Solid (TSS), Secchi Depth (SD), dan salinitas. Pengukuran SD memberikan
perkiraan koefisien atenuasi melalui hubungan linear yang berbanding terbalik.
Regresi dengan salinitas menghasilkan korelasi yang baik, menunjukkan bahwa
fraksi air laut memungkinkan untuk dijadikan parameter yang baik untuk
memperkirakan koefisien atenuasi. Namun, korelasi yang kurang baik ditemukan
antara koefisien atenuasi dan konsentrasi TSS.
Jacobson (2005) menganalisis Kd di perairan ekosistem terumbu karang dan
mengkorelasikannya dengan klorofil-a dan TSS. Hasilnya menunjukkan bahwa
klorofil-a lebih berpengaruh terhadap nilai Kd jika dibandingkan dengan TSS.
Pada panjang gelombang 443 nm, yaitu panjang gelombang yang termasuk dalam
rentang absorpsi cahaya oleh fitoplankton, Kd memiliki korelasi paling tinggi
dengan klorofil-a. Nilai r2 antara Kd dan klorofil-a adalah 0.65. Sedangkan
korelasi paling kuat antara Kd dan TSS memiliki nilai r2 sebesar 0.4 pada panjang
gelombang 710 nm.
Mishra et al. (2005) meneliti koefisien atenuation di perairan Pulau Roatan,
Honduras, pengukuran Kd secara in situ menunjukkan koefisien atenuasi yang
rendah pada gelombang hijau dan biru, lalu meningkat setelah 570 nm. Ketika
dibandingkan dengan data satelit IKONOS pada panjang gelombang 490 nm
diperoleh bahwa hasilnya tidak berbeda jauh, yaitu sebesar 0.0084 dan 0.0054 m-1
pada dua stasiun. Fungsi 1/Kd yang diplotkan terhadap panjang gelombang
diterapkan menguji kedalaman kolom air yang dapat dijangkau oleh sensor satelit,
hasilnya menunjukkan bahwa sensor satelit mampu mendeteksi hingga kedalaman
8 m pada gelombang biru, 6 m pada gelombang hijau, dan 2 m pada gelombang
merah. Dari hasil penelitian tersebut, pengukuran Kd secara in situ dapat
digunakan sebagai data kalibrasi citra IKONOS.
Secchi depth sering digunakan sebagai pengukuran kemampuan transmisi
cahaya di kolom perairan. Umumnya, para peneliti mencoba untuk menghitung
nilai Kd dari kejernihan air menggunakan Secchi disc, dengan persamaan berikut:
Kd= k/SD ...............................................................................................................(2)
di mana SD merupakan kedalaman Secchi depth (m) dan k diasumsikan konstan
(Jamu et al. 1999).
Penelitian ini menggunakan data sekunder downwelling irradiance (Ed)
yang diambil oleh Bisman Nababan dari Institute of Marine Remote Sensing,
College of Marine Science, University of South Florida. Data ini digunakan
karena belum tersedianya data ini untuk mempelajari karakteristik penetrasi
cahaya di kolom perairan karena keterbatasan peralatan di Indonesia.
3
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah untuk menghitung nilai koefisien diffuse
atenuasi kolom perairan secara spasial di perairan Timur Laut Teluk Meksiko
sehingga dapat mempelajari karakteristik penetrasi cahaya di kolom perairan.
METODE
Lokasi dan Waktu Penelitian
Lokasi pengambilan data terletak di perairan Timur Laut Teluk Meksiko
dengan koordinat 27°18’ - 30°42’ LU dan 82°36’ - 89°36’ BB pada bulan April
tahun 2000. Pengambilan data dilakukan oleh Bisman Nababan dari Institute of
Marine Remote Sensing, College of Marine Science, University of South Florida.
Lokasi pengambilan data dibatasi pada kedalaman 10 m (dekat pantai) hingga
1000 m ke arah lepas pantai (Gambar 1).
Pengolahan data dilakukan di Laboratorium Inderaja dan Sistem Informasi
Geografis Kelautan, Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan, Institut Pertanian
Bogor pada bulan Mei - Desember tahun 2012.
Gambar 1 Peta lokasi penelitian
4
Bahan
Data yang digunakan dalam penelitian ini merupakan hasil pengukuran
downwelling irradiance (Ed) pada berbagai kedalaman yang diambil pada bulan
April tahun 2000 (musim semi). Data tersebut digunakan untuk menghitung nilai
koefisien diffuse atenuasi (Kd). Nilai Ed diukur menggunakan instrumen
submersible marine environmental radiometer (MER). Penggunaan data tersebut
untuk penelitian ini adalah atas seijin dan persetujuan Bapak Bisman Nababan
sebagai koordinator pengambilan data lapangan.
Alat
Alat yang digunakan adalah perangkat komputer dan perangkat lunak
MATLAB 2009, Ms.Excel 2010, MINITAB 14, dan STATISTICA 6. MATLAB
2009 digunakan untuk memvisualisasikan data berupa grafik, Ms.Excel 2010
untuk memvisualiasikan data secara tabulasi dan menghitung koefisien atenuasi,
MINITAB 14 untuk melakukan uji stastistik serta STATISTICA 6 untuk membuat
plot Box dan Whisker.
Prosedur Pengumpulan Data
Data yang terekam oleh instrumen MER berupa data radiance (upwelling
(Lu) dan downwelling (Ld)), irradiance (upwelling (Eu) dan downwelling (Ed)), dan
kedalaman. Pengambilan data dilakukan pada musim semi, 15-26 April tahun
2000 menggunakan kapal riset Gyre. Alat MER merekam data Ed secara kontinu
setiap 0.725 detik pada saat turun dan naik. Grafik yang diperoleh dibandingkan
untuk menguji kestabilan alat tersebut. Sebelas transek yang tegak lurus terhadap
garis pantai dibagi menjadi beberapa titik pengambilan contoh air termasuk
pengambilan data downwelling irradiance jika kondisi cuaca memungkinkan
(bebas dari tutupan awan di antara pukul 10.00 sampai pukul 14.30). Alat MER
diturunkan dari dek kapal sampai kedalaman maksimal 250 m (sesuai dengan
panjang kabel) secara perlahan sambil merekam data untuk perhitungan Kd.
Pengukuran nilai Ed dilakukan pada panjang gelombang 380 nm, 412 nm, 443 nm,
455 nm, 475 nm, 490 nm, 510 nm, 532 nnm, 555 nm, 589 nm, 665 nm, 683 nm,
dan gelombang Photosynthetically Active Radiation (PAR).
Prosedur Analisis Data
Data downwelling irradiance (Ed) yang berekstensi *.csv dibaca di program
MATLAB menggunakan syntax (Lampiran 1, Bagian A). Data nilai Ed dan
kedalaman disimpan secara terpisah dengan ekstensi *.txt. Kemudian data tersebut
divisualisasikan hingga diperoleh tampilan berupa grafik downwelling irradiance
(Ed) terhadap kedalaman. Visualisasi grafik (Ed) dilakukan untuk melihat apakah
grafik yang diperoleh halus atau tidak.
Proses filter menggunakan Curve Fitting Tool dilakukan untuk memperhalus
grafik. Proses filter menggunakan Curve Fitting Tool akan menghasilkan
5
persamaan eksponensial. Dalam proses filter ini, data nilai Ed dan kedalaman
harus didefinisikan terlebih dahulu (Lampiran 1, bagian B). Persamaan
eksponensial yang diperoleh dari Curve Fitting Tool digunakan untuk menghitung
nilai Ed (Lampiran 1, bagian C). Nilai Ed tersebut adalah nilai yang digunakan
untuk menghitung Kd berdasarkan rumus pada persamaan 1.
Kedalaman kompensasi adalah kedalaman di mana downwelling irradiance
tinggal 1% dibandingkan dengan irradiance di permukaan (Susilo dan Gaol
2008). Kedalaman kompensasi bisa disebut juga zona eufotik. Satu kedalaman
optik (1ζ) merupakan kedalaman di mana sensor satelit Ocean Color masih dapat
mendeteksi kolom perairan. Kedalaman kompensasi dan satu kedalaman optik
dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut:
4.6
Kedalaman kompensasi (Zλ (1%)) =
...................................................(3)
Kd ( z , )
1
Satu kedalaman optik (1ζ (m)) =
...........................................................(4)
Kd ( z , )
di mana Kd (z, λ) merupakan koefisien atenuasi (m-1).
Lokasi pengambilan data dibagi menjadi empat lokasi, meliputi lokasi A
(stasiun 3, 4, 12, dan 13), B (stasiun 7 dan 15), C (stasiun 8, 10, dan 11), dan D
(stasiun 1, 2, 5, 6, 9, 14, dan 16) untuk membandingkan nilai Kd pada lokasi atau
tipe air laut yang berbeda. Pembagian lokasi dilakukan berdasarkan letak titik
stasiun terhadap garis pantai (lebih dekat ke muara atau ke arah lepas pantai) dan
pendugaan bahwa memiliki tipe air yang sama. Nilai Kd yang diperoleh pada
setiap stasiun diplotkan berdasarkan masing-masing lokasi sehingga terlihat
perbedaan karakteristik tipe air dari setiap lokasi tersebut (Lampiran 1, Bagian D).
Diagram alir proses pengolahan nilai Ed hingga diperoleh koefisien diffuse
atenuasi dapat dilihat pada Gambar 2.
Uji statistik dilakukan untuk membuktikan perbedaan nilai Kd dari lokasi A,
B, C, dan D. Uji stastistik yang digunakan adalah uji Kruskal-Wallis. Uji
nonparametrik ini merupakan alternatif bagi uji F untuk pengujian kesamaan
beberapa nilai tengah dalam analisis ragam jika menghindari bahwa contoh
diambil dari populasi normal (Walpole 1993).
Pada uji Kruskal-Wallis digunakan dua hipotesis yaitu H0 jika sebaran
populasi identik dan H1 jika tidak semua populasi memiliki median yang sama.
Data diurutkan dan diberi peringkat. Nilai data terkecil diberi peringkat 1 hingga
mencapai nilai terbesar, jika ada peringkat yang sama maka akan diberi peringkat
tengah. Rumus yang digunakan dalam perhitungan uji Kruskal-Wallis adalah
sebagai berikut:
k
12
Ri2
H
3N 1 ...............................................................(5)
N N 1 i1 ni
di mana,
N
jumlah data
Ri
jumlah peringkat contoh ke - i
ni data ke-n
6
Radiance (E),
Irradiance (L)
Pisahkan nilai Ed
dan kedalaman
Simpan *.txt
Plot nilai Ed terhadap
kedalaman
Curve Fitting Tool
Hitung Kd
Plot nilai Kd
Gambar 2 Diagram alir pengolahan data
HASIL DAN PEMBAHASAN
Downwelling Irradiance (Ed)
Umumnya, 98% laut terbuka di duna termasuk dalam tipe perairan-1
(Mobley 1994). Menurut Gilabert et al. (1995) dan Mobley (1994), perairan
pantai dan estuari termasuk dalam tipe perairan-2. Hal ini dapat disebabkan
karena perairan pantai memiliki variasi fenomena secara spasial maupun temporal
seperti aliran sungai, partikel tersuspensi, dan juga limbah dari pemukiman,
pertanian, dan industri. Dalam penelitian ini, lokasi A dapat digolongkan sebagai
tipe perairan-2 karena peran fitoplankton, partikel organik dan anorganik besar
dalam hal penyerapan dan penghamburan cahaya. Hal ini dapat terjadi karena
lokasi A termasuk perairan pantai dan dekat dengan muara sungai. Lokasi D dapat
digolongkan sebagai tipe perairan-1 karena pada perairan ini yang berperan
banyak dalam penyerapan dan penghamburan cahaya adalah fitoplankton, bukan
7
partikel organik dan anorganik, sedangkan lokasi B dan C merupakan daerah
peralihan antara tipe perairan-1 dan tipe perairan-2.
Tipe perairan-1 meliputi perairan yang sangat jernih (oligrotrofik) dan
fitoplankton mendominasi dalam penyerapan dan penghamburan cahaya. Tipe
perairan-2 adalah hal-hal bukan pigmen plankton yang menyerap cahaya, di
antaranya partikel anorganik atau organik yang berasal dari daratan. Oleh karena
itu, penyerapan cahaya oleh pigmen fitoplankton relatif kurang penting dalam
perhitungan penyerapan cahaya secara total.
Gambar 3 (bagian atas) menampilkan sebaran klorofil rata-rata pada bulan
April tahun 2000 dan bagian bawah menampilkan nilai Ed pada semua panjang
gelombang di stasiun 3, 15, 8, dan 6 (masing-masing mewakili stasiun A, B, C,
dan D) yang diukur pada saat alat MER turun. Secara umum, nilai Ed mengalami
penurunan yang signifikan pada lapisan permukaan. Hal ini dapat diamati pada
grafik nilai Ed yang terdapat di Gambar 3. Sedangkan, grafik nilai Ed di semua
stasiun dapat dilihat di Lampiran 2.
Pada Gambar 4, dapat dilihat sebaran klorofil rata-rata pada bulan April
tahun 2000 di bagian atas dan di bagian bawah ditampilkan grafik nilai Ed yang
diukur pada posisi alat naik beserta titik lokasi stasiun. Grafik nilai Ed di semua
stasiun dapat dilihat pada Lampiran 3. Keempat grafik nilai Ed yang mewakili
empat lokasi A, B, C, dan D memiliki pola yang sama dengan grafik pada Gambar
3. Nilai Ed menurun secara signifikan pada lapisan permukaan. Gelombang merah
mengalami gradien penurunan yang paling tajam. Gradien penurunan nilai Ed
gelombang biru dan hijau tidak setajam gradien penurunan Ed gelombang merah.
Pengambilan data dengan posisi alat turun dan naik memiliki pola penurunan nilai
Ed yang sama yaitu menurun secara eksponensial, namun terdapat perbedaan nilai
pada Kd. Perbedaan tersebut dapat dilihat pada Gambar 5 dan 6.
Pada Gambar 3 terlihat bahwa gradien penurunan nilai Ed paling tajam
terjadi pada gelombang merah. Karakteristik penyerapan dan penghamburan
cahaya di kolom air berlawanan dengan di atmosfer. Menurut Kirk (1994),
intensitas cahaya sangat dipengaruhi oleh sudut kemiringan matahari.
Menurunnya intensitas cahaya di atmoser dapat disebabkan oleh molekul air,
partikel debu, dan sebagian diserap oleh uap air, oksigen, dan karbon dioksida.
Gelombang biru merupakan rentang panjang gelombang yang paling banyak
dihamburkan di atmosfer. Oleh karena itu, pada saat mencapai permukaan air,
nilai Ed gelombang merah di permukaan lebih besar daripada gelombang biru dan
hijau. Namun, karakteristik gelombang cahaya merah banyak diserap oleh kolom
perairan menyebabkan gradien penurunan nilai Ed paling tajam jika dibandingkan
dengan dengan gelombang biru dan hijau.
Lugo-Fernandez et al. (2012) menghitung Kd di utara Teluk Meksiko
dengan membagi kolom air menjadi beberapa lapisan, diperoleh bahwa pada
kedalaman 600 nm), gradien menurunnya Ed lebih tajam jika
dibandingkan dengan gelombang pada panjang 1 mg/m3. Selain diserap oleh partikel organik, cahaya juga
diserap oleh fitoplankton untuk melakukan fotosintesis. Oleh karena itu, nilai Ed
di lokasi yang lebih dekat dengan daratan lebih rendah dibandingkan dengan
lokasi lain. Fitoplankton memang sangat berpengaruh pada penyerapan cahaya,
selain penyerapan dan penghamburan cahaya oleh partikel (Kirk 1994). Hasil
penelitian dari Zhai et al. (2011) juga menunjukkan hasil bahwa adanya
fitoplankton sangat mempengaruhi penyerapan cahaya tampak pada lapisan atas
massa air.
Ketiga lokasi B, C, dan D merupakan daerah dengan produktivitas primer
rendah (fitoplankton
PERAIRAN DI TIMUR LAUT TELUK MEKSIKO
VERONICA STELLA ANGELIQUE LOUHENAPESSY
DEPARTEMEN ILMU DAN TEKNOLOGI KELAUTAN
FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Profil Koefisien Diffuse
Atenuasi Kolom Perairan di Timur Laut Teluk Meksiko adalah benar karya saya
dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun
kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip
dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah
disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir
skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, April 2013
Veronica Stella Angelique Louhenapessy
NIM C54080014
ABSTRAK
VERONICA STELLA ANGELIQUE LOUHENAPESSY. Profil Koefisien
Diffuse Atenuasi Kolom Perairan di Timur Laut Teluk Meksiko. Dibimbing oleh
BISMAN NABABAN dan RISTI ENDRIANI ARHATIN.
Proses pengurangan energi cahaya akibat proses hamburan dan absorpsi
dikenal dengan istilah atenuasi. Penelitian ini bertujuan mengetahui nilai koefisien
atenuasi kolom perairan secara spasial di perairan Timur Laut Teluk Meksiko.
Pengambilan data lapangan dilakukan di timur laut Teluk Meksiko pada bulan
April tahun 2000. Data yang dihasilkan berupa data downwelling irradiance (Ed)
yang digunakan untuk menghitung nilai koefisien atenuasi (Kd). Data yang
diperoleh difilter menggunakan Curve Fitting Tool. Lokasi penelitian dibagi
menjadi empat lokasi yaitu A, B, C, dan D. Hasil menunjukkan Kd di lokasi A
berkisar 0.039 - 0.137 m-1, di lokasi B berkisar 0.026 - 0.060 m-1, di lokasi C
berkisar 0.015 - 0.036 m-1, dan di lokasi D berkisar 0.014 - 0.049 m-1. Grafik
sebaran Kd semakin meningkat dari gelombang biru hingga gelombang merah,
namun pada gelombang hijau menunjukkan sebaran nilai Kd yang lebih rendah.
Hasil uji statistik juga menunjukkan bahwa nilai rata-rata Kd antar lokasi
penelitian memiliki perbedaan yang nyata (dengan uji Kruskal-Wallis, α=0.05).
Hal ini menunjukkan adanya perbedaan yang nyata akan karakteristik kolom air
pada berbagai lokasi tersebut.
Kata kunci: downwelling irradiance, koefisien atenuasi, timur laut Teluk Meksiko
ABSTRACT
VERONICA STELLA ANGELIQUE LOUHENAPESSY. Diffuse Attenuation
Coefficient Profile of Water Column in Northeastern Gulf of Mexico. Supervised
by BISMAN NABABAN and RISTI ENDRIANI ARHATIN.
Process of reduction light by scattering and absorption processes is known
as attenuation. The aim of this research was to determine the attenuation
coefficient of water column in the northeastern Gulf of Mexico. The field data
collection was conducted in the northeastern Gulf of Mexico in April 2000.
Downwelling irradiance (Ed) data were used to calculate attenuation coefficient
(Kd). Data were filtered by using Curve Fitting Tool. The location of this research
was divided into four locations: A, B, C, and D. The results showed that Kd in site
A ranged from 0.039 - 0.137 m-1, in location B ranged from 0.026 - 0.060 m-1, in
location C ranged from 0.015 - 0.036 m-1, and in location D ranged from 0.014 0.049 m-1. Distribution of Kd values increased from blue to red region. However,
in the green region showed lower values. Result also showed that Kd values
between study sites were significantly different (Kruskal-Wallis test, α=0.05).
This result indicated that water column characteristic among locations were
significantly different.
Keyword: downwelling irradiance, attenuation coefficient, northeastern Gulf of
Mexico
PROFIL KOEFISIEN DIFFUSE ATENUASI KOLOM
PERAIRAN DI TIMUR LAUT TELUK MEKSIKO
VERONICA STELLA ANGELIQUE LOUHENAPESSY
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Ilmu Kelautan
pada
Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan
DEPARTEMEN ILMU DAN TEKNOLOGI KELAUTAN
FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
Judul Skripsi : Profil Koefisien Diffuse Atenuasi Kolom Perairan di Timur Laut
Teluk Meksiko
Nama
: Veronica Stella Angelique Louhenapessy
NIM
: C54080014
Disetujui oleh
Dr. Ir. Bisman Nababan, M.Sc.
Pembimbing I
Risti Endriani Arhatin, S.Pi, M.Si.
Pembimbing II
Diketahui oleh
Dr. Ir. I Wayan Nurjaya, M.Sc.
Ketua Departemen
Tanggal Lulus: 26 Juni 2013
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala
berkat dan anugerah-Nya yang telah diberikan kepada penulis sehingga dapat
menyelesaikan skripsi ini dengan judul ”Profil Koefisien Diffuse Atenuasi
Kolom Perairan di Timur Laut Teluk Meksiko” sebagai salah satu syarat
untuk memperoleh gelar Sarjana Ilmu Kelautan (S. Ik) pada Departemen Ilmu dan
Teknologi Kelautan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian
Bogor.
Penulis menyadari bahwa kelancaran dalam proses pembuatan Skripsi tidak
luput dari campur tangan berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis juga
mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya pada beberapa pihak :
1.
Papa dan mama tercinta, RMS. Louhenapessy dan Theresia Sugiarti, kakakkakak Ignatius R.M. Louhenapessy dan Fransisca C.L Louhenapessy yang
selalu memberikan dukungan serta doa kepada Penulis;
2.
Dr. Ir. Bisman Nababan, M.Sc. dan Risti E. Arhatin, S.Pi, M.Si. selaku
dosen pembimbing skripsi yang telah memberikan bimbingan dan
pengarahan kepada Penulis;
3.
Prof. Dr. Ir. Mulia Purba, M. Sc. dan Dr. Ir. Sri Pujiyati, M. Si. yang telah
memberikan saran dan dukungan selama pembuatan skripsi;
4.
Dr. Karen von Juterzenka, teman-teman MST dan GAME X (Yuliyana Fitri
Syamsuni, Yasser Ahmed, Armin Fabritzek, Dian Riri Respati, dan Daniel
J.P.H. Siahaan), Sri Ratih Deswati, Asep Ma’mun, Williandi Setiawan, Acta
Withamana yang selalu memberikan saran dan semangat;
5.
Denny Ardly Wiguna, A.A. Gede Wirapramana, dan Sri Hadianti yang
selalu memberikan bantuan, dukungan dan semangat; serta teman-teman
ITK angkatan 45 serta semua pihak yang telah membantu terwujudnya
skripsi ini yang tidak dapat disebutkan satu per satu.
Semoga skripsi ini dapat bermanfaat untuk pengembangan pengetahuan di
masa depan.
.
Bogor, April 2013
Veronica Stella Angelique Louhenapessy
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Tujuan Penelitian
3
METODE
3
Lokasi dan Waktu Penelitian
3
Bahan
4
Alat
4
Prosedur Pengumpulan Data
4
Prosedur Analisis Data
4
HASIL DAN PEMBAHASAN
Downwelling Irradiance (Ed)
Attenuation coefficient (Kd)
SIMPULAN DAN SARAN
6
6
11
16
Simpulan
16
Saran
17
DAFTAR PUSTAKA
17
LAMPIRAN
19
RIWAYAT HIDUP
52
DAFTAR TABEL
1 Selisih nilai Kd PAR dengan rata-rata Kd 380-700 nm
2 Kisaran Kd, zona eufotik, dan kedalaman kompensasi (1ζ) setiap
14
16
stasiun
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
Peta lokasi penelitian
Diagram alir pengolahan data
Sebaran klorofil dan nilai Ed (pengukuran pada posisi alat turun)
Sebaran klorofil dan nilai Ed (pengukuran pada posisi alat naik)
Nilai Kd setiap stasiun (posisi alat turun)
Nilai Kd setiap stasiun (posisi alat naik)
3
6
8
9
12
13
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6
Syntax yang digunakan dalam program MATLAB
Grafik downwelling irradiance (Ed) pada posisi alat turun
Grafik downwelling irradiance (Ed) pada posisi alat naik
Kedalaman zona eufotik dan kedalaman kompensasi (1ζ)
Tabel uji statistik Kruskal-Wallis
Plot Box dan Whisker
19
22
30
38
41
45
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Cahaya merupakan kebutuhan primer pada ekosistem perairan. Cahaya
matahari terutama dimanfaatkan oleh produsen primer yang berkaitan dengan
perannya sebagai dasar dalam rantai makanan. Oleh karena itu, cahaya menjadi
faktor pembatas dalam lingkungan perairan. Cahaya juga merupakan alat untuk
memvisualisasikan lingkungan sekitarnya bagi organisme yang mampu bergerak.
Cahaya mampu menembus perairan hingga kedalaman tertentu. Dalam
proses penetrasinya, ada berbagai hal yang menyebabkan energi cahaya semakin
berkurang. Sebagai contoh, proses penghamburan dan penyerapan (absorpsi) oleh
materi yang terdapat di kolom perairan, dan transmisi. Proses pengurangan energi
cahaya akibat proses hamburan dan absorpsi dikenal dengan istilah atenuasi.
Besaran atenuasi ini dapat dihitung berdasarkan perubahan downwelling
irradiance (Ed) pada minimum dua kedalaman yang berbeda.
Kedalaman maksimal yang dapat dijangkau oleh produsen primer untuk
melakukan proses fotosintesis dapat diketahui dengan menghitung nilai koefisien
atenuasi. Koefisien atenuasi umumnya diekspresikan dengan satuan m-1 yang
secara umum merupakan gambaran seberapa besar cahaya datang (downwelling
irradiance, Ed) berkurang atau hilang dibandingkan dengan jumlah cahaya datang
di permukaan. Banyaknya cahaya datang yang masuk ke kolom perairan dapat
diukur oleh sensor radiometer yang dinyatakan sebagai downwelling irradiance
(Ed).
Koefisien downwelling irradiance, Kd (z, λ) merupakan hal yang sangat
penting karena dapat mengkuantifikasikan ketersediaan cahaya sampai kedalaman
zona euphotic. Kd juga dapat didefinisikan sebagai penurunan downwelling
irradiance Ed (z, λ) secara eksponensial terhadap kedalaman, yang terdiri dari
foton yang diterima oleh sensor pada arah downward (sensor menghadap ke atas),
yang dirumuskan sebagai berikut (Mobley 1994; Kirk 1994):
Kd (z, λ) = -
1 dEd
.............................................................................(1)
Ed ( ) dz
dimana,
Kd (z, λ) koefisien atenuasi (m-1);
Ed (λ)
downwelling irradiance (W m-2); dan
dEd
perubahan nilai Ed
dz
perubahan kedalaman medium (m)
Pengetahuan tentang nilai Kd dapat digunakan sebagai dasar untuk
mempelajari ketersediaan cahaya pada setiap kedalaman yang mempengaruhi
proses remote sensing reflektansi (Rrs). Menurut Mobley (1994), remote sensing
reflektansi cahaya merupakan pengukuran perbandingan banyaknya radiansi yang
dipantulkan objek (upwelling radiance) dengan jumlah iradiansi yang mengenai
objek (downwelling irradiance). Oleh karena itu, jika cahaya banyak mengalami
atenuasi maka nilai remote sensing reflektansi menjadi berkurang.
2
Gilabert et al. (1995) menggunakan data Digital Terrain Number (DTM)
citra foto udara untuk menghitung koefisien atenuasi cahaya pada perairan
dangkal di Mar Menor, Spanyol. Nilai Kd diperoleh dari perhitungan antara
kedalaman, nilai digital number piksel pada panjang gelombang tertentu, dan ratarata radians dari substrat. Hasilnya menunjukkan bahwa Kd dapat diperoleh dari
korelasi berbagai parameter tersebut.
Liu et al. (2005) mempelajari koefisien atenuasi cahaya untuk menguji
korelasinya dengan beberapa parameter kualitas perairan, seperti Total Suspended
Solid (TSS), Secchi Depth (SD), dan salinitas. Pengukuran SD memberikan
perkiraan koefisien atenuasi melalui hubungan linear yang berbanding terbalik.
Regresi dengan salinitas menghasilkan korelasi yang baik, menunjukkan bahwa
fraksi air laut memungkinkan untuk dijadikan parameter yang baik untuk
memperkirakan koefisien atenuasi. Namun, korelasi yang kurang baik ditemukan
antara koefisien atenuasi dan konsentrasi TSS.
Jacobson (2005) menganalisis Kd di perairan ekosistem terumbu karang dan
mengkorelasikannya dengan klorofil-a dan TSS. Hasilnya menunjukkan bahwa
klorofil-a lebih berpengaruh terhadap nilai Kd jika dibandingkan dengan TSS.
Pada panjang gelombang 443 nm, yaitu panjang gelombang yang termasuk dalam
rentang absorpsi cahaya oleh fitoplankton, Kd memiliki korelasi paling tinggi
dengan klorofil-a. Nilai r2 antara Kd dan klorofil-a adalah 0.65. Sedangkan
korelasi paling kuat antara Kd dan TSS memiliki nilai r2 sebesar 0.4 pada panjang
gelombang 710 nm.
Mishra et al. (2005) meneliti koefisien atenuation di perairan Pulau Roatan,
Honduras, pengukuran Kd secara in situ menunjukkan koefisien atenuasi yang
rendah pada gelombang hijau dan biru, lalu meningkat setelah 570 nm. Ketika
dibandingkan dengan data satelit IKONOS pada panjang gelombang 490 nm
diperoleh bahwa hasilnya tidak berbeda jauh, yaitu sebesar 0.0084 dan 0.0054 m-1
pada dua stasiun. Fungsi 1/Kd yang diplotkan terhadap panjang gelombang
diterapkan menguji kedalaman kolom air yang dapat dijangkau oleh sensor satelit,
hasilnya menunjukkan bahwa sensor satelit mampu mendeteksi hingga kedalaman
8 m pada gelombang biru, 6 m pada gelombang hijau, dan 2 m pada gelombang
merah. Dari hasil penelitian tersebut, pengukuran Kd secara in situ dapat
digunakan sebagai data kalibrasi citra IKONOS.
Secchi depth sering digunakan sebagai pengukuran kemampuan transmisi
cahaya di kolom perairan. Umumnya, para peneliti mencoba untuk menghitung
nilai Kd dari kejernihan air menggunakan Secchi disc, dengan persamaan berikut:
Kd= k/SD ...............................................................................................................(2)
di mana SD merupakan kedalaman Secchi depth (m) dan k diasumsikan konstan
(Jamu et al. 1999).
Penelitian ini menggunakan data sekunder downwelling irradiance (Ed)
yang diambil oleh Bisman Nababan dari Institute of Marine Remote Sensing,
College of Marine Science, University of South Florida. Data ini digunakan
karena belum tersedianya data ini untuk mempelajari karakteristik penetrasi
cahaya di kolom perairan karena keterbatasan peralatan di Indonesia.
3
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah untuk menghitung nilai koefisien diffuse
atenuasi kolom perairan secara spasial di perairan Timur Laut Teluk Meksiko
sehingga dapat mempelajari karakteristik penetrasi cahaya di kolom perairan.
METODE
Lokasi dan Waktu Penelitian
Lokasi pengambilan data terletak di perairan Timur Laut Teluk Meksiko
dengan koordinat 27°18’ - 30°42’ LU dan 82°36’ - 89°36’ BB pada bulan April
tahun 2000. Pengambilan data dilakukan oleh Bisman Nababan dari Institute of
Marine Remote Sensing, College of Marine Science, University of South Florida.
Lokasi pengambilan data dibatasi pada kedalaman 10 m (dekat pantai) hingga
1000 m ke arah lepas pantai (Gambar 1).
Pengolahan data dilakukan di Laboratorium Inderaja dan Sistem Informasi
Geografis Kelautan, Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan, Institut Pertanian
Bogor pada bulan Mei - Desember tahun 2012.
Gambar 1 Peta lokasi penelitian
4
Bahan
Data yang digunakan dalam penelitian ini merupakan hasil pengukuran
downwelling irradiance (Ed) pada berbagai kedalaman yang diambil pada bulan
April tahun 2000 (musim semi). Data tersebut digunakan untuk menghitung nilai
koefisien diffuse atenuasi (Kd). Nilai Ed diukur menggunakan instrumen
submersible marine environmental radiometer (MER). Penggunaan data tersebut
untuk penelitian ini adalah atas seijin dan persetujuan Bapak Bisman Nababan
sebagai koordinator pengambilan data lapangan.
Alat
Alat yang digunakan adalah perangkat komputer dan perangkat lunak
MATLAB 2009, Ms.Excel 2010, MINITAB 14, dan STATISTICA 6. MATLAB
2009 digunakan untuk memvisualisasikan data berupa grafik, Ms.Excel 2010
untuk memvisualiasikan data secara tabulasi dan menghitung koefisien atenuasi,
MINITAB 14 untuk melakukan uji stastistik serta STATISTICA 6 untuk membuat
plot Box dan Whisker.
Prosedur Pengumpulan Data
Data yang terekam oleh instrumen MER berupa data radiance (upwelling
(Lu) dan downwelling (Ld)), irradiance (upwelling (Eu) dan downwelling (Ed)), dan
kedalaman. Pengambilan data dilakukan pada musim semi, 15-26 April tahun
2000 menggunakan kapal riset Gyre. Alat MER merekam data Ed secara kontinu
setiap 0.725 detik pada saat turun dan naik. Grafik yang diperoleh dibandingkan
untuk menguji kestabilan alat tersebut. Sebelas transek yang tegak lurus terhadap
garis pantai dibagi menjadi beberapa titik pengambilan contoh air termasuk
pengambilan data downwelling irradiance jika kondisi cuaca memungkinkan
(bebas dari tutupan awan di antara pukul 10.00 sampai pukul 14.30). Alat MER
diturunkan dari dek kapal sampai kedalaman maksimal 250 m (sesuai dengan
panjang kabel) secara perlahan sambil merekam data untuk perhitungan Kd.
Pengukuran nilai Ed dilakukan pada panjang gelombang 380 nm, 412 nm, 443 nm,
455 nm, 475 nm, 490 nm, 510 nm, 532 nnm, 555 nm, 589 nm, 665 nm, 683 nm,
dan gelombang Photosynthetically Active Radiation (PAR).
Prosedur Analisis Data
Data downwelling irradiance (Ed) yang berekstensi *.csv dibaca di program
MATLAB menggunakan syntax (Lampiran 1, Bagian A). Data nilai Ed dan
kedalaman disimpan secara terpisah dengan ekstensi *.txt. Kemudian data tersebut
divisualisasikan hingga diperoleh tampilan berupa grafik downwelling irradiance
(Ed) terhadap kedalaman. Visualisasi grafik (Ed) dilakukan untuk melihat apakah
grafik yang diperoleh halus atau tidak.
Proses filter menggunakan Curve Fitting Tool dilakukan untuk memperhalus
grafik. Proses filter menggunakan Curve Fitting Tool akan menghasilkan
5
persamaan eksponensial. Dalam proses filter ini, data nilai Ed dan kedalaman
harus didefinisikan terlebih dahulu (Lampiran 1, bagian B). Persamaan
eksponensial yang diperoleh dari Curve Fitting Tool digunakan untuk menghitung
nilai Ed (Lampiran 1, bagian C). Nilai Ed tersebut adalah nilai yang digunakan
untuk menghitung Kd berdasarkan rumus pada persamaan 1.
Kedalaman kompensasi adalah kedalaman di mana downwelling irradiance
tinggal 1% dibandingkan dengan irradiance di permukaan (Susilo dan Gaol
2008). Kedalaman kompensasi bisa disebut juga zona eufotik. Satu kedalaman
optik (1ζ) merupakan kedalaman di mana sensor satelit Ocean Color masih dapat
mendeteksi kolom perairan. Kedalaman kompensasi dan satu kedalaman optik
dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut:
4.6
Kedalaman kompensasi (Zλ (1%)) =
...................................................(3)
Kd ( z , )
1
Satu kedalaman optik (1ζ (m)) =
...........................................................(4)
Kd ( z , )
di mana Kd (z, λ) merupakan koefisien atenuasi (m-1).
Lokasi pengambilan data dibagi menjadi empat lokasi, meliputi lokasi A
(stasiun 3, 4, 12, dan 13), B (stasiun 7 dan 15), C (stasiun 8, 10, dan 11), dan D
(stasiun 1, 2, 5, 6, 9, 14, dan 16) untuk membandingkan nilai Kd pada lokasi atau
tipe air laut yang berbeda. Pembagian lokasi dilakukan berdasarkan letak titik
stasiun terhadap garis pantai (lebih dekat ke muara atau ke arah lepas pantai) dan
pendugaan bahwa memiliki tipe air yang sama. Nilai Kd yang diperoleh pada
setiap stasiun diplotkan berdasarkan masing-masing lokasi sehingga terlihat
perbedaan karakteristik tipe air dari setiap lokasi tersebut (Lampiran 1, Bagian D).
Diagram alir proses pengolahan nilai Ed hingga diperoleh koefisien diffuse
atenuasi dapat dilihat pada Gambar 2.
Uji statistik dilakukan untuk membuktikan perbedaan nilai Kd dari lokasi A,
B, C, dan D. Uji stastistik yang digunakan adalah uji Kruskal-Wallis. Uji
nonparametrik ini merupakan alternatif bagi uji F untuk pengujian kesamaan
beberapa nilai tengah dalam analisis ragam jika menghindari bahwa contoh
diambil dari populasi normal (Walpole 1993).
Pada uji Kruskal-Wallis digunakan dua hipotesis yaitu H0 jika sebaran
populasi identik dan H1 jika tidak semua populasi memiliki median yang sama.
Data diurutkan dan diberi peringkat. Nilai data terkecil diberi peringkat 1 hingga
mencapai nilai terbesar, jika ada peringkat yang sama maka akan diberi peringkat
tengah. Rumus yang digunakan dalam perhitungan uji Kruskal-Wallis adalah
sebagai berikut:
k
12
Ri2
H
3N 1 ...............................................................(5)
N N 1 i1 ni
di mana,
N
jumlah data
Ri
jumlah peringkat contoh ke - i
ni data ke-n
6
Radiance (E),
Irradiance (L)
Pisahkan nilai Ed
dan kedalaman
Simpan *.txt
Plot nilai Ed terhadap
kedalaman
Curve Fitting Tool
Hitung Kd
Plot nilai Kd
Gambar 2 Diagram alir pengolahan data
HASIL DAN PEMBAHASAN
Downwelling Irradiance (Ed)
Umumnya, 98% laut terbuka di duna termasuk dalam tipe perairan-1
(Mobley 1994). Menurut Gilabert et al. (1995) dan Mobley (1994), perairan
pantai dan estuari termasuk dalam tipe perairan-2. Hal ini dapat disebabkan
karena perairan pantai memiliki variasi fenomena secara spasial maupun temporal
seperti aliran sungai, partikel tersuspensi, dan juga limbah dari pemukiman,
pertanian, dan industri. Dalam penelitian ini, lokasi A dapat digolongkan sebagai
tipe perairan-2 karena peran fitoplankton, partikel organik dan anorganik besar
dalam hal penyerapan dan penghamburan cahaya. Hal ini dapat terjadi karena
lokasi A termasuk perairan pantai dan dekat dengan muara sungai. Lokasi D dapat
digolongkan sebagai tipe perairan-1 karena pada perairan ini yang berperan
banyak dalam penyerapan dan penghamburan cahaya adalah fitoplankton, bukan
7
partikel organik dan anorganik, sedangkan lokasi B dan C merupakan daerah
peralihan antara tipe perairan-1 dan tipe perairan-2.
Tipe perairan-1 meliputi perairan yang sangat jernih (oligrotrofik) dan
fitoplankton mendominasi dalam penyerapan dan penghamburan cahaya. Tipe
perairan-2 adalah hal-hal bukan pigmen plankton yang menyerap cahaya, di
antaranya partikel anorganik atau organik yang berasal dari daratan. Oleh karena
itu, penyerapan cahaya oleh pigmen fitoplankton relatif kurang penting dalam
perhitungan penyerapan cahaya secara total.
Gambar 3 (bagian atas) menampilkan sebaran klorofil rata-rata pada bulan
April tahun 2000 dan bagian bawah menampilkan nilai Ed pada semua panjang
gelombang di stasiun 3, 15, 8, dan 6 (masing-masing mewakili stasiun A, B, C,
dan D) yang diukur pada saat alat MER turun. Secara umum, nilai Ed mengalami
penurunan yang signifikan pada lapisan permukaan. Hal ini dapat diamati pada
grafik nilai Ed yang terdapat di Gambar 3. Sedangkan, grafik nilai Ed di semua
stasiun dapat dilihat di Lampiran 2.
Pada Gambar 4, dapat dilihat sebaran klorofil rata-rata pada bulan April
tahun 2000 di bagian atas dan di bagian bawah ditampilkan grafik nilai Ed yang
diukur pada posisi alat naik beserta titik lokasi stasiun. Grafik nilai Ed di semua
stasiun dapat dilihat pada Lampiran 3. Keempat grafik nilai Ed yang mewakili
empat lokasi A, B, C, dan D memiliki pola yang sama dengan grafik pada Gambar
3. Nilai Ed menurun secara signifikan pada lapisan permukaan. Gelombang merah
mengalami gradien penurunan yang paling tajam. Gradien penurunan nilai Ed
gelombang biru dan hijau tidak setajam gradien penurunan Ed gelombang merah.
Pengambilan data dengan posisi alat turun dan naik memiliki pola penurunan nilai
Ed yang sama yaitu menurun secara eksponensial, namun terdapat perbedaan nilai
pada Kd. Perbedaan tersebut dapat dilihat pada Gambar 5 dan 6.
Pada Gambar 3 terlihat bahwa gradien penurunan nilai Ed paling tajam
terjadi pada gelombang merah. Karakteristik penyerapan dan penghamburan
cahaya di kolom air berlawanan dengan di atmosfer. Menurut Kirk (1994),
intensitas cahaya sangat dipengaruhi oleh sudut kemiringan matahari.
Menurunnya intensitas cahaya di atmoser dapat disebabkan oleh molekul air,
partikel debu, dan sebagian diserap oleh uap air, oksigen, dan karbon dioksida.
Gelombang biru merupakan rentang panjang gelombang yang paling banyak
dihamburkan di atmosfer. Oleh karena itu, pada saat mencapai permukaan air,
nilai Ed gelombang merah di permukaan lebih besar daripada gelombang biru dan
hijau. Namun, karakteristik gelombang cahaya merah banyak diserap oleh kolom
perairan menyebabkan gradien penurunan nilai Ed paling tajam jika dibandingkan
dengan dengan gelombang biru dan hijau.
Lugo-Fernandez et al. (2012) menghitung Kd di utara Teluk Meksiko
dengan membagi kolom air menjadi beberapa lapisan, diperoleh bahwa pada
kedalaman 600 nm), gradien menurunnya Ed lebih tajam jika
dibandingkan dengan gelombang pada panjang 1 mg/m3. Selain diserap oleh partikel organik, cahaya juga
diserap oleh fitoplankton untuk melakukan fotosintesis. Oleh karena itu, nilai Ed
di lokasi yang lebih dekat dengan daratan lebih rendah dibandingkan dengan
lokasi lain. Fitoplankton memang sangat berpengaruh pada penyerapan cahaya,
selain penyerapan dan penghamburan cahaya oleh partikel (Kirk 1994). Hasil
penelitian dari Zhai et al. (2011) juga menunjukkan hasil bahwa adanya
fitoplankton sangat mempengaruhi penyerapan cahaya tampak pada lapisan atas
massa air.
Ketiga lokasi B, C, dan D merupakan daerah dengan produktivitas primer
rendah (fitoplankton