Waktu dan Tempat Penelitian Pemetaan Konsentrasi TSS dan Transparansi Perairan Teluk Jakarta

3. METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilakukan pada bulan Maret sampai Juli 2009 dengan lokasi di perairan Teluk Jakarta yang terletak pada koordinat 5° 53 ’ 23.3 ” LS - 6° 07 ’ 46.9 ” LS dan 106° 37 ’ 10.9 ” BT - 107° 01 ’ 40.8 ” BT. Lokasi yang menjadi kajian penelitian terlihat pada Gambar 6. Gambar 6. Lokasi Penelitian di Perairan Teluk Jakarta

3.2 Alat dan Bahan

Alat yang digunakan selama penelitian antara lain perangkat komputer, perangkat lunak Idrisi Andes Clark Labs, Clark University 950 Main Street, Worcester MA 01610-1477 USA, perangkat lunak untuk layout peta, serta Microsoft Office. Bahan yang digunakan dalam penelitian antara lain 22 citra satelit Landsat dengan path 122, row 64, dan tipe sensor ETM+. Akuisisi dan perolehan citra satelit Landsat terlihat pada Tabel 4. Citra Landsat hasil download diperoleh pada situs Landsat USGS, dari 22 citra satelit yang dikelompokkan atas dua musim, yaitu musim kemarau terdapat 15 citra dan musim hujan terdapat 7 citra. Tabel 4. Spesifikasi Perolehan Data Konsentrasi TSS dan Transparansi Perairan No. Tanggal Akuisisi Citra Satelit Landsat Perolehan Citra Data in situ P2O LIPI P2O LIPI Hasil Download 1 21 Juni 2004 - 2 23 Juli 2004 - 3 24 Agustus 2004 - 4 9 September 2004 - 5 25 September 2004 - 6 11 Oktober 2004 - 7 12 November 2004 - 8 15 Januari 2005 - 9 16 Februari 2005 - 10 11 Agustus 2005 - 11 27 Agustus 2005 - 12 28 September 2005 - 13 26 Mei 2006 - 14 1 Oktober 2006 - 15 17 Oktober 2006 - 16 2 November 2006 - - 17 17 Agustus 2007 - - 18 7 Desember 2007 - - 19 8 Januari 2008 - - 20 18 Juli 2008 - - 21 31 Maret 2009 - - 22 2 Mei 2009 - - Di peroleh dari website: http:edcsns17.cr.usgs.govEarthExplorer Bahan lainnya berupa data in situ konsentrasi TSS dan transparansi perairan Teluk Jakarta sebanyak 15 data sesuai dengan waktu yang hampir bersaman dengan waktu lewat satelit Landsat. Konsentrasi TSS ditentukan dari sampel air laut yang di analisis di laboratorium P2O LIPI Lampiran 1, sedangkan transparansi perairan di ukur langsung di lapangan dengan menggunakan secchi disk. 3.3 Proses Pengolahan Data Citra Satelit Pengolahan data dari citra satelit hingga menghasilkan output kajian secara umum terlihat pada Gambar 7. Kanal-kanal pada satelit Landsat TM yang digunakan hanya kanal 1 biru, kanal 2 hijau, dan kanal 3 merah untuk memperoleh nilai reflektansi. Transformasi yang digunakan untuk menduga konsentrasi TSS dan transparansi perairan adalah kromatisiti kanal biru. Citra Satelit Landsat Koreksi Citra Metode Cost Model Reflektansi Kanal 1, 2, dan 3 Pengembangan Model Hipotesis dan asumsi Pengujian Model Memenuhi Syarat Model Hubungan Pemetaan TSS dan Transparansi Perairan Tidak Ya Gambar 7. Diagram Alir Proses Pengolahan Data

3.3.1 Koreksi Citra

Perairan Teluk Jakarta merupakan daerah penelitian yang dikaji, oleh karena itu data citra satelit Landsat-7 ETM di potong crpping terlebih dahulu untuk mempersempit daerah kajian yang akan di olah. Koordinat citra perairan Teluk Jakarta adalah 5° 53 ’ 23.3 ” LS - 6° 07 ’ 46.9 ” LS dan 106° 37 ’ 10.9 ” BT - 107° 01 ’ 40.8 ” BT. Citra yang telah di potong kemudian dilakukan koreksi atmosferik. Citra satelit Landsat-7 ETM yang diperoleh melalui situs USGS sudah terkoreksi secara geometrik, sehingga tidak perlu dilakukan koreksi geometrik. Koreksi atmosferik dilakukan untuk mengurangi kesalahan akibat efek atmosferik yang disebabkan perbedaan sudut elevasi matahari dan jarak matahari- bumi saat penerimaan data yang berbeda waktu. Koreksi atmosferik juga dilakukan untuk menghilangkan path radiance noise angkasa. Koreksi atmosferik dapat dilakukan salah satunya dengan metode histogram adjustment. Secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut: DN ijk setelah dikoreksi = DN ijk sebelum dikoreksi - DN bias k ...………………..… pers. 1 Keterangan: DN = digital number i = piksel baris ke-i j = piksel kolom ke-j k = citra kanal ke-k Nilai digital terkoreksi pers. 1 kemudian dirubah menjadi nilai radiansi menggunakan gain dan offset yang diperoleh pada header keterangan data citra, selanjutnya nilai radiansi tersebut dirubah menjadi nilai reflektansi menggunakan nilai solar irradiance, sudut elevasi matahari, dan jarak matahari-bumi. Pada penelitian ini digunakan perangkat lunak Idrisi Andes, didalamnya sudah tersedia modul program koreksi atmosferik ATMOSC. Metode koreksi atmosferik yang digunakan adalah Cost model yang terdapat pada modul ATMOSC di dalam perangkat lunak Idrisi Andes. Koreksi atmosferik dengan metode Cost model dikembangkan oleh Chavez yang meliputi elemen Dark Object Subtraction model untuk haze removal ditambah prosedur untuk estimasi efek absorpsi oleh gas-gas atmosferik dan Rayleigh scattering. Di dalam perangkat lunak Idrisi Andes, metode Cost model juga dilakukan koreksi radiometrik dengan mengoreksi sun elevation pencitraan satelit untuk mengurangi pengaruh gas-gas atmosferik. Metode koreksi radiometrik yang digunakan adalah L maks dan L min yaitu nilai radiansi pada Digital Number DN minimum dan Digital Number DN maksimum dengan output berupa nilai reflektansi masing- masing kanal citra Landsat yang berada pada kisaran 0 sampai 1. Informasi mengenai sun elevation serta nilai L maks dan L min dapat dilihat pula pada header yang terdapat pada citra Landsat.

3.3.2 Pengembangan Model

Pendugaan konsentrasi TSS dan transparansi perairan Teluk Jakarta dilakukan untuk 2 musim, yaitu musim hujan November - April dan musim kemarau Mei - Oktober. Pengembangan model untuk menduga konsentrasi TSS dan transparansi perairan dilakukan dengan kombinasi dari nilai-nilai reflektansi pada kanal 1, kanal 2, dan kanal 3. Reflektansi spektral atau perbandingan reflektansi yang digunakan untuk menduga parameter TSS dan transparansi perairan dapat berupa reflektansi pada kanal tunggal, rasio antar kanal, maupun transformasi kromatisiti antar kanal dari citra Landsat. Model yang digunakan berupa persamaan regresi yang diharapkan memiliki koefisien determinasi R 2 tertinggi, dimana y merupakan nilai parameter yang di uji data in situ konsentrasi TSS dan transparansi perairan dan x merupakan kombinasi reflektansi pada kanal yang digunakan transformasi reflektansi kanal biru. Contoh-contoh bentuk persamaan regresi dapat dilihat pada Tabel 5. Tabel 5. Bentuk Persamaan Regresi untuk model Hubungan No. Model Hubungan Bentuk Model 1 Regresi linear y = a + bx 2 Eksponensial y = aexp bx 3 Polynomial orde 2 y = a + bx 2 + b 1 x 4 Polynomial orde 3 y = a + bx 3 + b 1 x 2 + b 2 x 5 Logaritmik y = alnx + b 6 Power y = ax b Berdasarkan penelitian Wouthuyzen et al. 2008, transformasi reflektansi pada kanal 1 biru, kanal 2 hijau, dan kanal 3 merah adalah sebagai berikut: 1. Rasio kanal biru hijau = kanal 1 kanal 2 2. Rasio kanal biru merah = kanal 1 kanal 3 3. Rasio kanal hijau merah = kanal 2 kanal 3 4. Kromatisiti biru = kanal 1 kanal 1 kanal 2 kanal 3 5. Kromatisiti hijau = kanal 2 kanal 1 kanal 2 kanal 3 6. Kromatisiti hijau = kanal 3 kanal 1 kanal 2 kanal 3

3.3.3 Asumsi dan Hipotesis Model

Setelah terpilih persamaan regresi dari pengembangan model kemudian dibuat suatu hipotesis dan asumsi untuk mempermudah dalam penerapan dan pengujian model tersebut. Sebuah hipotesis atau asumsi yang dibuat saat pengembangan model akan di uji apakah dapat diterima atau ditolak sesuai hipotesis, yang artinya apakah model tersebut dapat digunakan untuk menduga konsentrasi TSS dan transparansi perairan Teluk Jakarta atau tidak. Asumsi yang digunakan dalam penelitian ini adalah bahwa kondisi oseanografis perairan Teluk Jakarta pada saat pengambilan data lapangan maupun data penginderaan jauh dengan citra satelit Landsat tidak banyak berubah, karena masih dalam pengaruh musim yang sama musim kemarau atau musim hujan. Hipotesis secara umum adalah nilai pendugaan konsentrasi TSS dan transparansi perairan Teluk Jakarta dari data Landsat melalui hasil pengembangan model akan sama dengan hasil pengukuran TSS dan transparansi perairan secara in situ.

3.3.4 Pendugaan Model

Pendugaan model dilakukan dengan dua parameter kualitas perairan, yaitu TSS dan transparansi perairan Teluk Jakarta yang dilihat berdasarkan nilai pantulan reflektansi cahaya tampak dari badan air sesuai pada kanal-kanal citra satelit Landsat. Kondisi perairan Teluk Jakarta sangat dinamis sehingga pengembangan model dibagi dalam 2 musim yaitu musim kemarau Mei - Oktober dan musim hujan November - April dari tahun 2004-2009. Model hubungan yang dikembangkan adalah model empiris menggunakan persamaan regresi antara konsentrasi TSS dan transparansi perairan in situ dengan nilai reflektansi kanal tunggal, rasio antar kanal, maupun transformasi kromatisiti kanal biru, hijau, atau merah. Pendugaan konsentrasi TSS pada musim kemarau dan hujan menggunakan transformasi kromatisiti kanal biru dengan persamaan regresi model polynomial orde 3. Pendugaan transparansi perairan pada musim kemarau juga digunakan transformasi kromatisiti kanal biru dengan persamaan regresi model power untuk musim kemarau dan pada musim hujan digunakan persamaan regresi model polynomial orde 2. Dari beberapa model pendugaan yang dihasilkan, kemudian dipilih model hubungan terbaik yang memiliki koefisien determinasi R 2 tertinggi dan simpangan akar nilai tengah RMS error terkecil untuk analisis lanjutan. Koefisien determinasi R 2 merupakan kriteria kecocokan model yang berkisar antara 0 hingga 1, dalam keadaan ideal koefisien determinasi mendekati angka 1. Nilai R 2 sebagai pengukur keeratan hubungan antara peubah y sebagai peubah respons variabel tak bebas dan peubah x variabel bebas. Semakin dekat nilai R 2 dengan nilai 1, maka semakin dekat pula titik pengamatan ke garis regresinya dan model tersebut semakin baik Aunuddin, 1989. Nilai R 2 dan RMS error akan berbanding terbalik, yaitu apabila nilai R 2 tinggi maka harus dihasilkan RMS error yang kecil. Nilai RMS error mendekati angka nol 0 menunjukkan model dugaan semakin baik. RMS error = ............................. pers. 2 dimana n merupakan jumlah data.

3.3.5 Validasi Data

Setelah diperoleh nilai koefisien determinasi R 2 dan RMS error yang paling baik, untuk meyakinkan apakah model yang digunakan benar-benar teruji, maka dilakukan validasi data. Validasi data bertujuan untuk mengetahui perbedaan antara nilai pendugaan konsentrasi TSS dan transparansi perairan dari pengembangan model yang terbentuk dengan data in situ konsentrasi TSS dan transparansi perairan. Dalam kajian ini digunakan uji beda nilai tengah dua arah uji-t. Hipotesis yang digunakan dalam uji-t adalah Walpole, 1995: H : 1 = 2 H 1 : 1 2 dimana: H adalah apabila nilai tengah konsentrasi TSS dan transparansi perairan in situ sama dengan nilai tengah pendugaan konsentrasi TSS dan transparansi perairan H 1 adalah apabila nilai tengah konsentrasi TSS dan transparansi in situ perairan tidak sama dengan nilai tengah pendugaan konsentrasi TSS dan transparansi perairan 1 adalah nilai tengah konsentrasi TSS dan transparansi perairan in situ 2 adalah nilai tengah pendugaan konsentrasi TSS dan transparansi perairan Dari hipotesis tersebut diharapkan bahwa antara nilai tengah konsentrasi TSS dan transparansi perairan in situ dengan nilai tengah pendugaan konsentrasi TSS dan transparansi perairan tidak berbeda nyata 1 = 2 atau terima H sehingga model hubungan yang terbentuk tervalidasi dengan baik untuk menduga konsentrasi TSS dan transparansi perairan Teluk Jakarta pada musim kemarau dan musim hujan. Selain menggunakan uji-t, juga digunakan uji-F dengan parameter dan hipotesis yang berbeda. Parameter yang diujikan dalam uji-F adalah antara konsentrasi TSS hasil pendugaan dengan transparansi perairan hasil pendugaan dari model hubungan yang terbentuk. Uji-F dilakukan untuk membuktikan ada tidaknya hubungan saling mempengaruhi antara konsentrasi TSS dengan tranparansi perairan. Hipotesis yang digunakan dalam uji-F adalah Walpole, 1995: H : = 0 H 1 : 0 dimana: H adalah apabila ada hubungan yang nyata antara konsentrasi TSS dan transparansi perairan hasil pendugaan H 1 adalah apabila tidak ada hubungan yang nyata antara konsentrasi TSS dan transparansi perairan hasil pendugaan adalah nilai pendugaan TSS dan transparansi perairan Dari hipotesis tersebut diharapkan bahwa ada hubungan yang nyata terima H antara hasil pendugaan konsentrasi TSS dan transparansi perairan dari pengembangan model, dimana konsentrasi TSS merupakan variabel bebas komponen x dan transparansi perairan merupakan variabel tak bebas komponen y, sehingga diperoleh hubungan dimana konsentrasi TSS akan mempengaruhi kondisi transparansi perairan. Uji-t dilakukan dengan uji dua arah, yang akan dilihat adalah nilai t-hitung dengan t-critical two tail t-tabel. Nilai dari t-tabel akan menjadi batas penolakan dari H . Sedangkan untuk uji-F melalui analisis regresi akan menghasilkan nilai- nilai seperti pada Tabel 6. Tabel 6. Analisis Sidik Ragam Regresi untuk Uji-F Sumber keragaman Derajat Bebas Jumlah Kuadrat Kuadrat Tengah F hitung F tabel Nilai Tengah Kolom k - 1 JKK KTK KTS KTK α, DB1, DB2 Galat k.n-1 JKG KTG Total nk - 1 JKT Keterangan : k = jumlah data p = jumlah variabel JKT Jumlah Kuadrat Total = Σy 2 JKR Jumlah Kuadrat Regresi = b Σxy JKS Jumlah Kuadrat Sisa = JKT - JKR = Σy 2 - b Σxy KTR Kuadrat Tengah Sisa = 1 - p JKR

3.4 Pemetaan Konsentrasi TSS dan Transparansi Perairan Teluk Jakarta

Konsentrasi TSS dan transparansi perairan hasil pendugaan dikorelasikan untuk diketahui keeratan hubungan antara keduanya, apakah konsentrasi TSS memberikan pengaruh yang signifikan terhadap transparansi perairan Teluk Jakarta atau tidak. Korelasi tersebut terlihat dari pemetaan konsentrasi TSS dan transparansi perairan Teluk Jakarta dari hasil pengembangan model. Dari pemetaan tersebut dapat dilihat secara visual kualitatif perubahan kondisi lingkungan Teluk Jakarta melalui parameter konsentrasi TSS dan transparansi perairan dari 2 musim yang berbeda pada tahun 2004-2009.

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Pengembangan Model Pendugaan TSS

Pendugaan konsentrasi TSS di perairan Teluk Jakarta melalui pengembangan model menggunakan enam persamaan regresi, yaitu model linear, logaritmik, eksponensial, polynomial orde 2, polynomial orde 3, dan power. Persamaan regresi yang tebentuk pada musim kemarau dan hujan diperoleh dari hubungan antara nilai reflektansi transformasi kromatisiti kanal biru dengan konsentrasi TSS perairan in situ. Penggunaan transformasi kromatisiti kanal biru berdasarkan pada pola sebaran antara nilai reflektansi transformasi kromatisiti kanal biru terhadap data in situ TSS perairan menunjukkan korelasi yang paling tinggi Gambar 8. Persamaan regresi yang memiliki koefisien determinasi R 2 tertinggi adalah model polynomial orde 3. Pada musim kemarau terdapat 130 data in situ TSS perairan yang dihubungkan dengan nilai reflektansi transformasi kromatisiti kanal biru Gambar 8a, sedangkan pada musim hujan hanya terdapat 32 data in situ TSS perairan Gambar 8b yang juga dihubungkan dengan reflektansi transformasi kromatisiti kanal biru. Hal tersebut karena pengambilan data di lapangan lebih banyak dilakukan pada bulan-bulan musim kemarau sesuai kondisi cuaca yang memungkinkan dalam pengambilan data in situ, sedangkan data satelit juga lebih banyak diambil pada musim kemarau karena tidak banyak dipengaruhi oleh tutupan awan.