Kajian klorofil a dan nutrien serta interelasinya dengan dinamika massa air di perairan barat Sumatera dan Selatan Jawa – Sumbawa
KAJIAN KLOROFIL-A DAN NUTRIEN SERTA
INTERELASINYA DENGAN DINAMIKA MASSA AIR
DI PERAIRAN BARAT SUMATERA DAN
SELATAN JAWA – SUMBAWA
SIMON TUBALAWONY
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2007
SURAT PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi Kajian Klorofil-a dan
Nutrien serta Interelasinya dengan Dinamika Massa Air di Perairan Barat
Sumatera dan Selatan Jawa – Sumbawa adalah karya saya dengan arahan dari
komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan
tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir disertasi ini.
Bogor, Desember 2007
Simon Tubalawony
NRP P27600002
ABSTRACT
SIMON TUBALAWONY. Investigation of Chlorophyll-a and Nutrient with its
Interrelationship to the Dynamic of Water Mass in West Sumatera and South
Java-Sumbawa Waters. Under Direction of RICHARDUS F. KASWADJI, MULIA
PURBA, SAM WOUTHUYZEN, and DEDI SOEDHARMA
Data for this research consists of: (1) wind data from European Center for
Medium Range Forecast (ECMWF) in the period of 1990-2002; (2) Sea Surface
Temperature (SST) data from National Oceanographic and Atmospheric
Administration (NOAA) of 1990-2005 and also from Moderate Resolution Imaging
Spectro Radiometer (MODIS) AQUA of 2002-2005; (3) chlorophyll-a data from
SeaWifS image of 1997-2005 and from MODIS AQUA of 2002-2005 as well; (4)
the sea level anomaly data of 2001-2005 from TOPEX/POISEDON, European
Remote Sensing Satellite (ERS-1 and ERS-2); (5) nitrate and chlorophyll data
from NOBM (NASA Ocean Biogeochemical Model) Assimilated Dayled Global
Products of 1997-2005; (6) CTD data from the expedition of Baruna Jaya I in
1990 and (7) the archives of World Ocean Data – National Ocean Data Center
(WOD-NODC). All of the collected data were utilized to analyze and investigate
characteristics and dynamics of water mass by using the Ekman Transport and
Ekman Pumping methods. Also, the analyses included the interrelationship
between the dynamics of water mass and distribution of nutrient and chlorophylla in the waters of West Sumatera and South Java – Sumbawa.
Results of the Ekman Transport analyses showed that water mass
transported from beach towards off-shore was the larger during the East Season
in the West Java and around Sunda strait than that of the West Sumatera and the
South of Central Java – Sumbawa. The Ekman Pump analysis showed that
upwelling process occurred at along side of West Sumatera and South Java –
Sumbawa waters from June to October. The highest level of upwelling was
found in the South of Central Java – East Java. Indications of the upwelling
occurred in the East season were of the lower of SST, and sea level anomaly
under sea surface level. In addition, the concentration of chlorophyll-a, nitrate,
phosphate, and silicate increased. The more intensive upwelling occurred in the
south of Central Java – East Java was because of Ekman Transport moving
away from beach, and perhaps due to the bigger gradient of wind stress on each
component and influence of South Equator Current as well.
In the center of upwelling, the increase of chlorophyll-a concentration
showed a significant negative correlation to the declining of SST (r = -0.71), while
the lower SST not because of upwelling process in the South of Flores –
Sumbawa did not give a significant correlation. Increasing nitrate concentration
caused by upwelling showed a positive correlation to improvement of chlorophyll
concentration (r = 0.65 – 0.86), while the improvement of nitrate concentration
not because of upwelling did not show a significant positive correlation
(r = 0.41 – 0.56) compared to that of in the South of Bali – Sumbawa.
Keywords: Ekman Pump, chlorophyll-a, nitrate, Ekman Transport, upwelling
© Hak cipta milik IPB, tahun 2007
Hak cipta dilindungi Undang-undang
1.
2.
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini
tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumber.
a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan Karya ilmiah, penyusunan laporan,
penulisan Kritik atau tinjauan suatu masalah
b. Pengutipan tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau
seluruh Karya tulis dalam bentuk apapun tanpa izin IPB
KAJIAN KLOROFIL-A DAN NUTRIEN SERTA
INTERELASINYA DENGAN DINAMIKA MASSA AIR
DI PERAIRAN BARAT SUMATERA DAN
SELATAN JAWA – SUMBAWA
SIMON TUBALAWONY
Disertasi
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Doktor pada
Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2007
Judul Disertasi
: Kajian Klorofil-a dan Nutrien serta Interelasinya dengan
Dinamika Massa Air di Perairan Barat Sumatera dan
Selatan Jawa – Sumbawa
Nama
: Simon Tubalawony
NRP
: P27600002
Disetujui
Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Richardus F. Kaswadji, M.Sc
Ketua
Dr. Ir. Mulia Purba, M.Sc.
Anggota
Dr. Ir. Sam Wouthuyzen
Anggota
Prof. Dr. Ir. Dedi Soedharma, DEA
Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi
Ilmu Kelautan
Dr. Ir. Djisman Manurung, M.Sc.
Tanggal Ujian: 12 November 2007
Dekan Sekolah Pascasarjana
Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, M.S.
Tanggal Lulus:
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Ambon pada tanggal 18 Oktober 1967, pukul
17.30 WIT dari Bapak Izaac Tubalawony dan Ibu Juliana Kayadu.
Penulis
merupakan anak ke 8 dari sepuluh bersaudara. Pendidikan sarjana ditempuh di
Jurusan Manajemen Sumberdaya Perairan, Fakultas Perikanan Universitas
Pattimura, lulus pada tahun 1992. Pada tahun 1997, penulis diterima di Program
Studi Ilmu Kelautan pada Program Pascasarjana IPB dan menamatkannya pada
tahun 2000. Kesempatan untuk melanjutkan ke program doktor pada program
studi dan pada perguruan tinggi yang sama diperoleh pada tahun 2001.
Beasiswa pendidikan pascasarjana diperoleh dari Departemen Pendidikan
Nasional Republik Indonesia. Selain itu juga diperoleh bantuan beasiswa dari
Yayasan Beasiswa Dana Maluku (YDBM), PEMDA Maluku dan Yayasan
DAMANDIRI.
Penulis bekerja sebagai Staf Pengajar pada Fakultas Perikanan dan Ilmu
Kelautan Universitas Pattimura sejak tahun 1993 hingga sekarang.
Sebuah
artikel telah diterbitkan dengan judul Dampak Proses Fisik terhadap Sebaran
Klorofil secara Spasial dan Temporal di Perairan Barat Sumatera dan Selatan
Jawa – Sumbawa pada jurnal Ichthyos tahun 2007.
merupakan bagian dari program S3 penulis.
Karya ilmiah tersebut
PRAKATA
Segala pujian dan syukur hanya bagiMu, Ya TUHAN YESUS KRISTUS,
karena atas berkat dan anugerahNya, penulisan disertasi ini dengan judul Kajian
Klorofil-a dan Nutrien serta Interelasinya dengan Dinamika Massa Air di Perairan
Barat Sumatera dan Selatan Jawa – Sumbawa dapat diselesaikan. Penulisan
disertasi ini dimaksudkan untuk memberikan gambaran tentang dinamika massa
air lapisan Ekman akibat bertiupnya angin muson di perairan barat Sumatera dan
selatan Jawa – Sumbawa serta dampaknya terhadap perubahan karakteristik
massa air dan sebaran klorofil-a perairan. Data yang digunakan dalam penelitian
ini sebagian besar berasal dari citra satelit multisensor dan data hasil
pengukuran lapang yang diperoleh dari hasil ekspedisi oseanografi Kapal Riset
Baruna Jaya I BPPT Jakarta dan dari arsip World Ocean Data Center. Hasil
penelitian mendapatkan bahwa lebih intensifnya upwelling di selatan Jawa
Tengah – Jawa Timur tidak hanya disebabkan karena transpor Ekman
meninggalkan pantai (MYE) tetapi juga karena besarnya gradien gesekan angin
komponen menegak pantai ke arah laut lepas (∂τy/∂y) di perairan ini. Hal ini
mengakibatkan lebih besarnya gradien transpor Ekman komponen sejajar garis
pantai yang bergerak ke arah barat antara perairan dekat pantai dan laut lepas
(∂MXE/∂y) dimana di dekat pantai transpor massa air ke arah barat lebih sedikit
dari pada laut lepas.
Selain itu upwelling di selatan Jawa mengakibatkan
peningkatan konsentrasi nitrat dan penurunan SPL memiliki hubungan yang erat
dengan konsentrasi klorofil akan tetapi rendahnya SPL bukan karena pengaruh
upwelling di selatan Flores – Sumbawa secara signifikan tidak berdampak
terhadap peningkatan konsentrasi klorofil-a.
Tersusunnya disertasi ini tidak terlepas dari bantuan dan bimbingan
berbagai pihak.
Untuk itu terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak
Dr. Ir. Richardus F. Kaswadji, M.Sc., Bapak Dr. Ir. Mulia Purba, M.Sc., Bapak
Dr. Ir. Sam Wouthuyzen dan Bapak Prof. Dr. Ir. Dedi Soedharma, DEA selaku
pembimbing; Ibu Dr. Ir. Nani Hendiarti, M.Sc selaku Penguji pada Ujian Tertutup,
Bapak Prof. Safwan Hadi Ph.D. selaku Penguji pada Ujian Terbuka dan Bapak
Dr. Djisman Manurung, M.Sc. selaku Ketua Program Studi Ilmu Kelautan SPs
IPB yang telah banyak memberikan bimbingan, arah dan masukan demi
penyempurnaan disertasi ini.
Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada
Bapak Dr. Ir. I Wajan Nurjaya, M.Sc. atas bantuannya selama penulisan
disertasi; teman-teman dan saudara-saudaraku se-kost di Perwira 12 Darmaga
Bogor, terutama: Nus, Nona, Degen, Eddy, Daniel, Ferry; serta kepada Papa,
Mama, dan seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya.
Semoga disertasi ini bermanfaat
Bogor, Desember 2007
Simon Tubalawony
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL.......................................................................................... xvi
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... xvii
DAFTAR LAMPIRAN................................................................................... xix
DAFTAR SINGKATAN ................................................................................ xx
PENDAHULUAN
Latar Belakang ......................................................................................... 1
Pendekatan Masalah................................................................................ 3
Tujuan Peneilitian..................................................................................... 4
Hipotesa Penelitian .................................................................................. 6
TINJAUAN PUTAKA
Produktivitas Primer ................................................................................. 7
Cahaya ..................................................................................................... 7
Nutrien...................................................................................................... 10
Suhu ......................................................................................................... 12
Sistem Angin Muson ................................................................................ 13
Sirkulasi permukaan perairan timur laut Samudera Hindia ...................... 16
Arus Pantai Jawa ..................................................................................... 19
Hubungan antara Faktor Oceanografis dan Produktivitas
Primer Perairan ........................................................................................ 19
METODE PENELITIAN
Lokasi Penelitian ...................................................................................... 22
Metode Pengumpulan Data...................................................................... 23
Data klorofil......................................................................................... 23
Data fisik perairan............................................................................... 23
Data nutrien ........................................................................................ 24
Data angin .......................................................................................... 24
Analisis Data ............................................................................................ 25
Sebaran klorofil-a ............................................................................... 25
Sebaran suhu permukaan laut ........................................................... 25
xiv
Sebaran nutrien .................................................................................. 25
Sebaran angin .................................................................................... 26
Sebaran anomali tinggi paras laut ...................................................... 27
Transpor massa air............................................................................. 27
Transpor vertikal nutrien..................................................................... 30
Hubungan sebaran klorofil-a dengan suhu permukaan laut............... 30
Hubungan klorofil dengan nutrien....................................................... 31
HASIL DAN PEMBAHASAN
Sebaran Angin.......................................................................................... 32
Sebaran Anomali Tinggi Paras Laut (ATPL) ............................................ 43
Sebaran Suhu Permukaan Laut (SPL) ..................................................... 51
Sebaran Nitrat .......................................................................................... 59
Sebaran Fosfat......................................................................................... 67
Sebaran Silikat ......................................................................................... 69
Sebaran Klorofil-a..................................................................................... 72
Transpor Ekman ....................................................................................... 80
Transpor Vertikal Massa Air ..................................................................... 87
Transpor Nutrien ...................................................................................... 97
Indikasi Upwelling..................................................................................... 100
Hubungan klorofil-a dengan suhu permukaan laut (SPL)......................... 113
Hubungan klorofil dengan nitrat ............................................................... 122
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan .................................................................................................. 128
Saran........................................................................................................ 131
DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 132
LAMPIRAN ..................................................................................................... 138
xv
DAFTAR TABEL
Halaman
1.
Posisi lokasi pengamatan ..................................................................... 22
2.
Anomali Tinggi Paras Laut bulanan rata- rata (cm) pada bulan
Januari – Juni di setiap lokasi pengamatan........................................... 46
3.
Anomali Tinggi Paras Laut bulanan rata- rata (cm) pada bulan
Juli – Desember di setiap lokasi pengamatan. ...................................... 47
4.
SPL bulanan rata-rata (oC) pada bulan Januari – Juni di setiap lokasi
pengamatan sepanjang tahun ............................................................... 55
5.
SPL bulanan rata-rata (oC) pada bulan Juli – Desember di setiap
lokasi pengamatan sepanjang tahun..................................................... 56
6.
Konsentrasi nitrat bulanan rata-rata (µmol l-1) pada bulan Januari –
Juni di setiap lokasi pengamatan .......................................................... 62
7.
Konsentrasi nitrat bulanan rata-rata (µmol l-1) pada bulan Juli –
Desember di setiap lokasi pengamatan ............................................... 65
8.
Klorofil-a permukaan laut bulanan rata-rata (mg m-3) pada bulan
Januari – Juni di setiap lokasi pengamatan .......................................... 76
9.
Klorofil-a permukaan laut bulanan rata-rata (mg m-3) pada bulan
Juni – Desember di setiap lokasi pengamatan ..................................... 77
10.
Volume massa air dan kandungan nutrien yang terangkat (upwelling)
Di beberapa gird pengamatan per m 2 .................................................. 99
11.
Gradien transpor Ekman komponen sejajar pantai per 1 oLS ke arah
laut lepas (∂MxE/∂y) di perairan selatan Jawa – Sumbawa selama
musim timur ........................................................................................... 104
xvi
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1.
Kerangka pendekatan masalah............................................................
5
2.
Grafik hubungan fotosintesa dan cahaya (Parsons et al., 1984) .........
9
3.
Sistem cuaca global yang mempengaruhi formasi muson barat laut (A)
dan tenggara (B) di perairan barat Sumatera dan selatan Jawa –
Sumbawa (Robert, 1985 dalam Tomascik et al., 1997) .......................
4.
15
Skema komponen arus barat – timur di Samudera Hindia sepanjang
90 oBT pada bulan yang berbeda (Wyrtki, 1961) .................................
17
5.
Posisi lokasi pengamatan.....................................................................
22
6.
Lintasan perhitungan Transpor Ekman ................................................
28
7.
Posisi grid dalam perhitungan kecepatan transpor vertikal..................
29
8.
Lintasan pengamatan perubahan suhu dan klorofil-a permukaan
laut sepanjang tahun ............................................................................
9.
31
Pola sebaran angin bulanan rata-rata (m det-1) berdasarkan data rataan
bulanan angin ECMWF dari tahun 1990 – 2002 ..................................
33
10. Sebaran gesekan angin bulanan rata-rata komponen sejajar pantai
berdasarkan data rataan bulanan komponen angin ECMWF dari
tahun 1990 – 2002 ...............................................................................
38
11. Sebaran gesekan angin bulanan rata-rata komponen tegak lurus garis
pantai berdasarkan data rataan bulanan komponen angin ECMWF
dari tahun 1990 – 2002 ........................................................................
40
12. Sebaran anomali Tinggi Paras Laut (ATPL) bulanan rata-rata (cm)
berdasarkan data tujuh harian ATPL dari 2001 – 2005........................
44
13. Sebaran SPL bulanan rata-rata berdasarkan data rataan bulanan SPL
NOAA dari tahun 1990 – 2005 .............................................................
52
-1
14. Sebaran nitrat permukaan laut bulanan rata-rata (µmol l ) berdasarkan
data rataan bulanan nitrat NOBM dari 1997 – 2005.............................
60
15. Sebaran mendatar fosfat (µmol l-1) pada musim timur di perairan
selatan Jawa – Sumbawa berdasarkan data Baruna Jaya I ................
67
-1
16. Sebaran mendatar fosfat (µmol l ) pada musim peralihan I di perairan
selatan Jawa – Sumbawa berdasarkan data Baruna Jaya I ................
69
xvii
17. Sebaran mendatar silikat (µmol l-1) pada musim timur di perairan
selatan Jawa – Sumbawa berdasarkan data Baruna Jaya I ................
70
18. Sebaran mendatar silikat (µmol l-1) pada musim peralihan I di perairan
selatan Jawa – Sumbawa berdasarkan data Baruna Jaya I ................
70
-3
19. Sebaran klorofil-a bulanan rata-rata (mg m ) pada permukaan
laut berdasarkan data rataan bulanan klorofil-a SeaWiFS dari
tahun 1997 - 2005 ................................................................................
73
20. Volume Transpor Ekman bulanan rata-rata (Lintasan I) ......................
81
21. Volume Transpor Ekman bulanan rata-rata (Lintasan II) .....................
82
22. Kecepatan transpor vertikal massa air bulanan rata-rata (m hari -1)
berdasarkan data angin ECMWF dari tahun 1990 – 2002 ...................
88
23. Volume Transpor Vertikal massa air bulanan rata-rata (Sv) berdasarkan
data angin ECMWF dari tahun 1990 – 2002 ........................................
91
24. Sebaran melintang suhu di perairan selatan Jawa dan Bali
pada musim timur (24 Agustus 1990 – 15 September 1990) ...............
98
25. Gradien transpor Ekman komponen sejajar pantai ke arah laut
lepas (∂MxE/∂y) di perairan selatan Jawa – Sumbawa selama musim
timur ......................................................................................................
105
26. Klorofil-a (mg m-3), Nitrat (µmol l-1), SPL (oC), ATPL (cm) bulanan
rata-rata per lokasi pengamatan...........................................................
o
109
-3
27. Sebaran hubungan SPL ( C) dengan klorfil-a (mg m ) sepanjang
tahun pada setiap lokasi pengamatan..................................................
114
28. Grafik SPL (oC) dan Klorofil-a (Klo) (mg m-3) bulanan rata-rata
di sepanjang perairan barat Sumatera dan selatan jawa Sumbawa ....
117
29. Grafik hubungan klorofil-a dan SPL selama musim timur di sepanjang
perairan barat Sumatera dan selatan Jawa – Sumbawa ....................
120
30. Grafik hubungan Klorofil (mg m-3) dengan Nitrat (µmol l-1) sepanjang
tahun pada setiap lokasi pengamatan .................................................
123
xviii
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1.
Posisi Stasiun Pengamatan Ekspedisi Kapal Baruna Jaya
di perairan selatan Jawa – Bali pada musim peralihan I
(5 Maret – 2 April 1190) dan musim timur (24 Agustus 1990 –
15 September 1990)...........................................................................
2.
Kecepatan angin bulanan rata-rata (m det ) berdasarkan data
rataan bulanan angin ECMWF dari tahun 1990 – 2002.....................
3.
138
-1
139
Gesekan angin bulanan rata-rata komponen sejajar dan menegak
pantai (N m-2) berdasarkan data rataan bulanan angin ECMWF dari
tahun 1990 – 2002..............................................................................
4.
Sebaran melintang nitrat (µmol l-1) di perairan selatan Jawa –
Sumbawa berdasarkan data Baruna Jaya I ......................................
5.
141
143
-1
Sebaran melintang Fosfat, Silikat dan Nitrat (µmol l ) di perairan
barat Sumatera dan selatan Jawa berdasarkan data
WOD – NODC ....................................................................................
6.
Sebaran melintang fosfat (µmol l ) di perairan selatan Jawa –
Sumbawa berdasarkan data Baruna Jaya I ......................................
7.
149
Transpor Ekman bulanan rata-rata pada perairan barat Sumatera
dan selatan Jawa hingga selatan Sumbawa .....................................
9.
148
Sebaran melintang silikat (µmol l-1) di perairan selatan Jawa –
Sumbawa berdasarkan data Baruna Jaya I ......................................
8.
144
-1
150
Kecepatan vertikal massa air tiap bulan dan kedalaman lapisan
Ekman berdasarkan data rataan bulanan angin dari tahun
1990 – 2002........................................................................................
10.
151
Volume transpor vertikal massa air bulanan rata-rata (m3 hari-1)
per luasan 1 m2 berdasarkan data angin bulanan rata-rata dari
tahun 1990 – 2002..............................................................................
11.
-1
153
-1
Transpor Ekman bulanan rata-rata tiap komponen (kg det m )
berdasarkan data rataan bulanan komponen angin ECMWF
dari tahun 1990 – 2002.......................................................................
12.
Hasil analisis regresi antara konsentrasi klorofil (mg m ) dengan
konsentrasi nitrat (µmol l-1) untuk setiap lokasi pengamatan..............
13.
154
-3
156
-3
Sebaran klorofil (mg m ) bulanan rata-rata permukaan laut barat
Sumatera dan selatan Jawa - Sumbawa............................................
160
xix
DAFTAR SINGKATAN
ADP
: Adenosine Diphosphate
AKS
: Arus Katulistiwa Selatan
AKU
: Arus Katulistiwa Utara
AM
: Arus Muson
APJ
: Arus Pantai Jawa
Arlindo
: Arus Lintas Indonesia
ASK
: Arus Sakal Katulistiwa
ATP
: Adenosine Triphosphate
ATPL
: Anomali Tinggi Paras Laut
AVHRR
: Advanced Very High Resolution Radiometer
BT
: Bujur Timur
CTD
: Conductivity Temprature Depth
DNA
: Deoxyribonucleic Acid
ECMWF
: European Center for Medium Range Forecast
EPT
: Equatorial Pressure Trough
ERS
: European Remote Sensing Satellite
GES -DISC DAAC
: Goddard Earth Sciences - Data and Information
Services Center Distributed Active Archive Center
LS
: Lintang Selatan
MODIS
: Moderate Resolution Imaging Spectro Radiometer
NASA
: National Aeronautics and Space Administration
NOAA
: National Oceanic and Atmospheric Administration
NOBM
: NASA Ocean Biogeochemical Model
ODV
: Ocean Data View
PAR
: Photosynthetic Available Radiation
SeaWiFS
: Sea - viewing Wide of Filed - of – view Sencor
SPL
: Suhu Permukaan Laut
WOD-NODC
: World Ocean Data – National Ocean Data Center
xx
MAAF KELANJUTAN BAB 1 S/D LAMPIRAN
PADA DISERTASI INI
TIDAK DAPAT DIGABUNG KARENA DIPROTECT
PADA DATA ASLINYA
INTERELASINYA DENGAN DINAMIKA MASSA AIR
DI PERAIRAN BARAT SUMATERA DAN
SELATAN JAWA – SUMBAWA
SIMON TUBALAWONY
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2007
SURAT PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi Kajian Klorofil-a dan
Nutrien serta Interelasinya dengan Dinamika Massa Air di Perairan Barat
Sumatera dan Selatan Jawa – Sumbawa adalah karya saya dengan arahan dari
komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan
tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir disertasi ini.
Bogor, Desember 2007
Simon Tubalawony
NRP P27600002
ABSTRACT
SIMON TUBALAWONY. Investigation of Chlorophyll-a and Nutrient with its
Interrelationship to the Dynamic of Water Mass in West Sumatera and South
Java-Sumbawa Waters. Under Direction of RICHARDUS F. KASWADJI, MULIA
PURBA, SAM WOUTHUYZEN, and DEDI SOEDHARMA
Data for this research consists of: (1) wind data from European Center for
Medium Range Forecast (ECMWF) in the period of 1990-2002; (2) Sea Surface
Temperature (SST) data from National Oceanographic and Atmospheric
Administration (NOAA) of 1990-2005 and also from Moderate Resolution Imaging
Spectro Radiometer (MODIS) AQUA of 2002-2005; (3) chlorophyll-a data from
SeaWifS image of 1997-2005 and from MODIS AQUA of 2002-2005 as well; (4)
the sea level anomaly data of 2001-2005 from TOPEX/POISEDON, European
Remote Sensing Satellite (ERS-1 and ERS-2); (5) nitrate and chlorophyll data
from NOBM (NASA Ocean Biogeochemical Model) Assimilated Dayled Global
Products of 1997-2005; (6) CTD data from the expedition of Baruna Jaya I in
1990 and (7) the archives of World Ocean Data – National Ocean Data Center
(WOD-NODC). All of the collected data were utilized to analyze and investigate
characteristics and dynamics of water mass by using the Ekman Transport and
Ekman Pumping methods. Also, the analyses included the interrelationship
between the dynamics of water mass and distribution of nutrient and chlorophylla in the waters of West Sumatera and South Java – Sumbawa.
Results of the Ekman Transport analyses showed that water mass
transported from beach towards off-shore was the larger during the East Season
in the West Java and around Sunda strait than that of the West Sumatera and the
South of Central Java – Sumbawa. The Ekman Pump analysis showed that
upwelling process occurred at along side of West Sumatera and South Java –
Sumbawa waters from June to October. The highest level of upwelling was
found in the South of Central Java – East Java. Indications of the upwelling
occurred in the East season were of the lower of SST, and sea level anomaly
under sea surface level. In addition, the concentration of chlorophyll-a, nitrate,
phosphate, and silicate increased. The more intensive upwelling occurred in the
south of Central Java – East Java was because of Ekman Transport moving
away from beach, and perhaps due to the bigger gradient of wind stress on each
component and influence of South Equator Current as well.
In the center of upwelling, the increase of chlorophyll-a concentration
showed a significant negative correlation to the declining of SST (r = -0.71), while
the lower SST not because of upwelling process in the South of Flores –
Sumbawa did not give a significant correlation. Increasing nitrate concentration
caused by upwelling showed a positive correlation to improvement of chlorophyll
concentration (r = 0.65 – 0.86), while the improvement of nitrate concentration
not because of upwelling did not show a significant positive correlation
(r = 0.41 – 0.56) compared to that of in the South of Bali – Sumbawa.
Keywords: Ekman Pump, chlorophyll-a, nitrate, Ekman Transport, upwelling
© Hak cipta milik IPB, tahun 2007
Hak cipta dilindungi Undang-undang
1.
2.
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini
tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumber.
a. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan Karya ilmiah, penyusunan laporan,
penulisan Kritik atau tinjauan suatu masalah
b. Pengutipan tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau
seluruh Karya tulis dalam bentuk apapun tanpa izin IPB
KAJIAN KLOROFIL-A DAN NUTRIEN SERTA
INTERELASINYA DENGAN DINAMIKA MASSA AIR
DI PERAIRAN BARAT SUMATERA DAN
SELATAN JAWA – SUMBAWA
SIMON TUBALAWONY
Disertasi
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Doktor pada
Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2007
Judul Disertasi
: Kajian Klorofil-a dan Nutrien serta Interelasinya dengan
Dinamika Massa Air di Perairan Barat Sumatera dan
Selatan Jawa – Sumbawa
Nama
: Simon Tubalawony
NRP
: P27600002
Disetujui
Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Richardus F. Kaswadji, M.Sc
Ketua
Dr. Ir. Mulia Purba, M.Sc.
Anggota
Dr. Ir. Sam Wouthuyzen
Anggota
Prof. Dr. Ir. Dedi Soedharma, DEA
Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi
Ilmu Kelautan
Dr. Ir. Djisman Manurung, M.Sc.
Tanggal Ujian: 12 November 2007
Dekan Sekolah Pascasarjana
Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, M.S.
Tanggal Lulus:
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Ambon pada tanggal 18 Oktober 1967, pukul
17.30 WIT dari Bapak Izaac Tubalawony dan Ibu Juliana Kayadu.
Penulis
merupakan anak ke 8 dari sepuluh bersaudara. Pendidikan sarjana ditempuh di
Jurusan Manajemen Sumberdaya Perairan, Fakultas Perikanan Universitas
Pattimura, lulus pada tahun 1992. Pada tahun 1997, penulis diterima di Program
Studi Ilmu Kelautan pada Program Pascasarjana IPB dan menamatkannya pada
tahun 2000. Kesempatan untuk melanjutkan ke program doktor pada program
studi dan pada perguruan tinggi yang sama diperoleh pada tahun 2001.
Beasiswa pendidikan pascasarjana diperoleh dari Departemen Pendidikan
Nasional Republik Indonesia. Selain itu juga diperoleh bantuan beasiswa dari
Yayasan Beasiswa Dana Maluku (YDBM), PEMDA Maluku dan Yayasan
DAMANDIRI.
Penulis bekerja sebagai Staf Pengajar pada Fakultas Perikanan dan Ilmu
Kelautan Universitas Pattimura sejak tahun 1993 hingga sekarang.
Sebuah
artikel telah diterbitkan dengan judul Dampak Proses Fisik terhadap Sebaran
Klorofil secara Spasial dan Temporal di Perairan Barat Sumatera dan Selatan
Jawa – Sumbawa pada jurnal Ichthyos tahun 2007.
merupakan bagian dari program S3 penulis.
Karya ilmiah tersebut
PRAKATA
Segala pujian dan syukur hanya bagiMu, Ya TUHAN YESUS KRISTUS,
karena atas berkat dan anugerahNya, penulisan disertasi ini dengan judul Kajian
Klorofil-a dan Nutrien serta Interelasinya dengan Dinamika Massa Air di Perairan
Barat Sumatera dan Selatan Jawa – Sumbawa dapat diselesaikan. Penulisan
disertasi ini dimaksudkan untuk memberikan gambaran tentang dinamika massa
air lapisan Ekman akibat bertiupnya angin muson di perairan barat Sumatera dan
selatan Jawa – Sumbawa serta dampaknya terhadap perubahan karakteristik
massa air dan sebaran klorofil-a perairan. Data yang digunakan dalam penelitian
ini sebagian besar berasal dari citra satelit multisensor dan data hasil
pengukuran lapang yang diperoleh dari hasil ekspedisi oseanografi Kapal Riset
Baruna Jaya I BPPT Jakarta dan dari arsip World Ocean Data Center. Hasil
penelitian mendapatkan bahwa lebih intensifnya upwelling di selatan Jawa
Tengah – Jawa Timur tidak hanya disebabkan karena transpor Ekman
meninggalkan pantai (MYE) tetapi juga karena besarnya gradien gesekan angin
komponen menegak pantai ke arah laut lepas (∂τy/∂y) di perairan ini. Hal ini
mengakibatkan lebih besarnya gradien transpor Ekman komponen sejajar garis
pantai yang bergerak ke arah barat antara perairan dekat pantai dan laut lepas
(∂MXE/∂y) dimana di dekat pantai transpor massa air ke arah barat lebih sedikit
dari pada laut lepas.
Selain itu upwelling di selatan Jawa mengakibatkan
peningkatan konsentrasi nitrat dan penurunan SPL memiliki hubungan yang erat
dengan konsentrasi klorofil akan tetapi rendahnya SPL bukan karena pengaruh
upwelling di selatan Flores – Sumbawa secara signifikan tidak berdampak
terhadap peningkatan konsentrasi klorofil-a.
Tersusunnya disertasi ini tidak terlepas dari bantuan dan bimbingan
berbagai pihak.
Untuk itu terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak
Dr. Ir. Richardus F. Kaswadji, M.Sc., Bapak Dr. Ir. Mulia Purba, M.Sc., Bapak
Dr. Ir. Sam Wouthuyzen dan Bapak Prof. Dr. Ir. Dedi Soedharma, DEA selaku
pembimbing; Ibu Dr. Ir. Nani Hendiarti, M.Sc selaku Penguji pada Ujian Tertutup,
Bapak Prof. Safwan Hadi Ph.D. selaku Penguji pada Ujian Terbuka dan Bapak
Dr. Djisman Manurung, M.Sc. selaku Ketua Program Studi Ilmu Kelautan SPs
IPB yang telah banyak memberikan bimbingan, arah dan masukan demi
penyempurnaan disertasi ini.
Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada
Bapak Dr. Ir. I Wajan Nurjaya, M.Sc. atas bantuannya selama penulisan
disertasi; teman-teman dan saudara-saudaraku se-kost di Perwira 12 Darmaga
Bogor, terutama: Nus, Nona, Degen, Eddy, Daniel, Ferry; serta kepada Papa,
Mama, dan seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya.
Semoga disertasi ini bermanfaat
Bogor, Desember 2007
Simon Tubalawony
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL.......................................................................................... xvi
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... xvii
DAFTAR LAMPIRAN................................................................................... xix
DAFTAR SINGKATAN ................................................................................ xx
PENDAHULUAN
Latar Belakang ......................................................................................... 1
Pendekatan Masalah................................................................................ 3
Tujuan Peneilitian..................................................................................... 4
Hipotesa Penelitian .................................................................................. 6
TINJAUAN PUTAKA
Produktivitas Primer ................................................................................. 7
Cahaya ..................................................................................................... 7
Nutrien...................................................................................................... 10
Suhu ......................................................................................................... 12
Sistem Angin Muson ................................................................................ 13
Sirkulasi permukaan perairan timur laut Samudera Hindia ...................... 16
Arus Pantai Jawa ..................................................................................... 19
Hubungan antara Faktor Oceanografis dan Produktivitas
Primer Perairan ........................................................................................ 19
METODE PENELITIAN
Lokasi Penelitian ...................................................................................... 22
Metode Pengumpulan Data...................................................................... 23
Data klorofil......................................................................................... 23
Data fisik perairan............................................................................... 23
Data nutrien ........................................................................................ 24
Data angin .......................................................................................... 24
Analisis Data ............................................................................................ 25
Sebaran klorofil-a ............................................................................... 25
Sebaran suhu permukaan laut ........................................................... 25
xiv
Sebaran nutrien .................................................................................. 25
Sebaran angin .................................................................................... 26
Sebaran anomali tinggi paras laut ...................................................... 27
Transpor massa air............................................................................. 27
Transpor vertikal nutrien..................................................................... 30
Hubungan sebaran klorofil-a dengan suhu permukaan laut............... 30
Hubungan klorofil dengan nutrien....................................................... 31
HASIL DAN PEMBAHASAN
Sebaran Angin.......................................................................................... 32
Sebaran Anomali Tinggi Paras Laut (ATPL) ............................................ 43
Sebaran Suhu Permukaan Laut (SPL) ..................................................... 51
Sebaran Nitrat .......................................................................................... 59
Sebaran Fosfat......................................................................................... 67
Sebaran Silikat ......................................................................................... 69
Sebaran Klorofil-a..................................................................................... 72
Transpor Ekman ....................................................................................... 80
Transpor Vertikal Massa Air ..................................................................... 87
Transpor Nutrien ...................................................................................... 97
Indikasi Upwelling..................................................................................... 100
Hubungan klorofil-a dengan suhu permukaan laut (SPL)......................... 113
Hubungan klorofil dengan nitrat ............................................................... 122
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan .................................................................................................. 128
Saran........................................................................................................ 131
DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 132
LAMPIRAN ..................................................................................................... 138
xv
DAFTAR TABEL
Halaman
1.
Posisi lokasi pengamatan ..................................................................... 22
2.
Anomali Tinggi Paras Laut bulanan rata- rata (cm) pada bulan
Januari – Juni di setiap lokasi pengamatan........................................... 46
3.
Anomali Tinggi Paras Laut bulanan rata- rata (cm) pada bulan
Juli – Desember di setiap lokasi pengamatan. ...................................... 47
4.
SPL bulanan rata-rata (oC) pada bulan Januari – Juni di setiap lokasi
pengamatan sepanjang tahun ............................................................... 55
5.
SPL bulanan rata-rata (oC) pada bulan Juli – Desember di setiap
lokasi pengamatan sepanjang tahun..................................................... 56
6.
Konsentrasi nitrat bulanan rata-rata (µmol l-1) pada bulan Januari –
Juni di setiap lokasi pengamatan .......................................................... 62
7.
Konsentrasi nitrat bulanan rata-rata (µmol l-1) pada bulan Juli –
Desember di setiap lokasi pengamatan ............................................... 65
8.
Klorofil-a permukaan laut bulanan rata-rata (mg m-3) pada bulan
Januari – Juni di setiap lokasi pengamatan .......................................... 76
9.
Klorofil-a permukaan laut bulanan rata-rata (mg m-3) pada bulan
Juni – Desember di setiap lokasi pengamatan ..................................... 77
10.
Volume massa air dan kandungan nutrien yang terangkat (upwelling)
Di beberapa gird pengamatan per m 2 .................................................. 99
11.
Gradien transpor Ekman komponen sejajar pantai per 1 oLS ke arah
laut lepas (∂MxE/∂y) di perairan selatan Jawa – Sumbawa selama
musim timur ........................................................................................... 104
xvi
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1.
Kerangka pendekatan masalah............................................................
5
2.
Grafik hubungan fotosintesa dan cahaya (Parsons et al., 1984) .........
9
3.
Sistem cuaca global yang mempengaruhi formasi muson barat laut (A)
dan tenggara (B) di perairan barat Sumatera dan selatan Jawa –
Sumbawa (Robert, 1985 dalam Tomascik et al., 1997) .......................
4.
15
Skema komponen arus barat – timur di Samudera Hindia sepanjang
90 oBT pada bulan yang berbeda (Wyrtki, 1961) .................................
17
5.
Posisi lokasi pengamatan.....................................................................
22
6.
Lintasan perhitungan Transpor Ekman ................................................
28
7.
Posisi grid dalam perhitungan kecepatan transpor vertikal..................
29
8.
Lintasan pengamatan perubahan suhu dan klorofil-a permukaan
laut sepanjang tahun ............................................................................
9.
31
Pola sebaran angin bulanan rata-rata (m det-1) berdasarkan data rataan
bulanan angin ECMWF dari tahun 1990 – 2002 ..................................
33
10. Sebaran gesekan angin bulanan rata-rata komponen sejajar pantai
berdasarkan data rataan bulanan komponen angin ECMWF dari
tahun 1990 – 2002 ...............................................................................
38
11. Sebaran gesekan angin bulanan rata-rata komponen tegak lurus garis
pantai berdasarkan data rataan bulanan komponen angin ECMWF
dari tahun 1990 – 2002 ........................................................................
40
12. Sebaran anomali Tinggi Paras Laut (ATPL) bulanan rata-rata (cm)
berdasarkan data tujuh harian ATPL dari 2001 – 2005........................
44
13. Sebaran SPL bulanan rata-rata berdasarkan data rataan bulanan SPL
NOAA dari tahun 1990 – 2005 .............................................................
52
-1
14. Sebaran nitrat permukaan laut bulanan rata-rata (µmol l ) berdasarkan
data rataan bulanan nitrat NOBM dari 1997 – 2005.............................
60
15. Sebaran mendatar fosfat (µmol l-1) pada musim timur di perairan
selatan Jawa – Sumbawa berdasarkan data Baruna Jaya I ................
67
-1
16. Sebaran mendatar fosfat (µmol l ) pada musim peralihan I di perairan
selatan Jawa – Sumbawa berdasarkan data Baruna Jaya I ................
69
xvii
17. Sebaran mendatar silikat (µmol l-1) pada musim timur di perairan
selatan Jawa – Sumbawa berdasarkan data Baruna Jaya I ................
70
18. Sebaran mendatar silikat (µmol l-1) pada musim peralihan I di perairan
selatan Jawa – Sumbawa berdasarkan data Baruna Jaya I ................
70
-3
19. Sebaran klorofil-a bulanan rata-rata (mg m ) pada permukaan
laut berdasarkan data rataan bulanan klorofil-a SeaWiFS dari
tahun 1997 - 2005 ................................................................................
73
20. Volume Transpor Ekman bulanan rata-rata (Lintasan I) ......................
81
21. Volume Transpor Ekman bulanan rata-rata (Lintasan II) .....................
82
22. Kecepatan transpor vertikal massa air bulanan rata-rata (m hari -1)
berdasarkan data angin ECMWF dari tahun 1990 – 2002 ...................
88
23. Volume Transpor Vertikal massa air bulanan rata-rata (Sv) berdasarkan
data angin ECMWF dari tahun 1990 – 2002 ........................................
91
24. Sebaran melintang suhu di perairan selatan Jawa dan Bali
pada musim timur (24 Agustus 1990 – 15 September 1990) ...............
98
25. Gradien transpor Ekman komponen sejajar pantai ke arah laut
lepas (∂MxE/∂y) di perairan selatan Jawa – Sumbawa selama musim
timur ......................................................................................................
105
26. Klorofil-a (mg m-3), Nitrat (µmol l-1), SPL (oC), ATPL (cm) bulanan
rata-rata per lokasi pengamatan...........................................................
o
109
-3
27. Sebaran hubungan SPL ( C) dengan klorfil-a (mg m ) sepanjang
tahun pada setiap lokasi pengamatan..................................................
114
28. Grafik SPL (oC) dan Klorofil-a (Klo) (mg m-3) bulanan rata-rata
di sepanjang perairan barat Sumatera dan selatan jawa Sumbawa ....
117
29. Grafik hubungan klorofil-a dan SPL selama musim timur di sepanjang
perairan barat Sumatera dan selatan Jawa – Sumbawa ....................
120
30. Grafik hubungan Klorofil (mg m-3) dengan Nitrat (µmol l-1) sepanjang
tahun pada setiap lokasi pengamatan .................................................
123
xviii
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1.
Posisi Stasiun Pengamatan Ekspedisi Kapal Baruna Jaya
di perairan selatan Jawa – Bali pada musim peralihan I
(5 Maret – 2 April 1190) dan musim timur (24 Agustus 1990 –
15 September 1990)...........................................................................
2.
Kecepatan angin bulanan rata-rata (m det ) berdasarkan data
rataan bulanan angin ECMWF dari tahun 1990 – 2002.....................
3.
138
-1
139
Gesekan angin bulanan rata-rata komponen sejajar dan menegak
pantai (N m-2) berdasarkan data rataan bulanan angin ECMWF dari
tahun 1990 – 2002..............................................................................
4.
Sebaran melintang nitrat (µmol l-1) di perairan selatan Jawa –
Sumbawa berdasarkan data Baruna Jaya I ......................................
5.
141
143
-1
Sebaran melintang Fosfat, Silikat dan Nitrat (µmol l ) di perairan
barat Sumatera dan selatan Jawa berdasarkan data
WOD – NODC ....................................................................................
6.
Sebaran melintang fosfat (µmol l ) di perairan selatan Jawa –
Sumbawa berdasarkan data Baruna Jaya I ......................................
7.
149
Transpor Ekman bulanan rata-rata pada perairan barat Sumatera
dan selatan Jawa hingga selatan Sumbawa .....................................
9.
148
Sebaran melintang silikat (µmol l-1) di perairan selatan Jawa –
Sumbawa berdasarkan data Baruna Jaya I ......................................
8.
144
-1
150
Kecepatan vertikal massa air tiap bulan dan kedalaman lapisan
Ekman berdasarkan data rataan bulanan angin dari tahun
1990 – 2002........................................................................................
10.
151
Volume transpor vertikal massa air bulanan rata-rata (m3 hari-1)
per luasan 1 m2 berdasarkan data angin bulanan rata-rata dari
tahun 1990 – 2002..............................................................................
11.
-1
153
-1
Transpor Ekman bulanan rata-rata tiap komponen (kg det m )
berdasarkan data rataan bulanan komponen angin ECMWF
dari tahun 1990 – 2002.......................................................................
12.
Hasil analisis regresi antara konsentrasi klorofil (mg m ) dengan
konsentrasi nitrat (µmol l-1) untuk setiap lokasi pengamatan..............
13.
154
-3
156
-3
Sebaran klorofil (mg m ) bulanan rata-rata permukaan laut barat
Sumatera dan selatan Jawa - Sumbawa............................................
160
xix
DAFTAR SINGKATAN
ADP
: Adenosine Diphosphate
AKS
: Arus Katulistiwa Selatan
AKU
: Arus Katulistiwa Utara
AM
: Arus Muson
APJ
: Arus Pantai Jawa
Arlindo
: Arus Lintas Indonesia
ASK
: Arus Sakal Katulistiwa
ATP
: Adenosine Triphosphate
ATPL
: Anomali Tinggi Paras Laut
AVHRR
: Advanced Very High Resolution Radiometer
BT
: Bujur Timur
CTD
: Conductivity Temprature Depth
DNA
: Deoxyribonucleic Acid
ECMWF
: European Center for Medium Range Forecast
EPT
: Equatorial Pressure Trough
ERS
: European Remote Sensing Satellite
GES -DISC DAAC
: Goddard Earth Sciences - Data and Information
Services Center Distributed Active Archive Center
LS
: Lintang Selatan
MODIS
: Moderate Resolution Imaging Spectro Radiometer
NASA
: National Aeronautics and Space Administration
NOAA
: National Oceanic and Atmospheric Administration
NOBM
: NASA Ocean Biogeochemical Model
ODV
: Ocean Data View
PAR
: Photosynthetic Available Radiation
SeaWiFS
: Sea - viewing Wide of Filed - of – view Sencor
SPL
: Suhu Permukaan Laut
WOD-NODC
: World Ocean Data – National Ocean Data Center
xx
MAAF KELANJUTAN BAB 1 S/D LAMPIRAN
PADA DISERTASI INI
TIDAK DAPAT DIGABUNG KARENA DIPROTECT
PADA DATA ASLINYA