Radar Cuaca C-Band Doppler CDR

8 Gambar 4 . Daerah Aliran Sungai DAS Ciliwung dan lokasi stasiun pengamatan aliran sungai Ciliwung Sumber: Balai Besar Wilayah Sungai Ciliwung - Cisadane. Pada saat curah hujan di Daerah Aliran Sungai DAS Ciliwung tinggi, dengan bentuk DAS yang panjang dan sempit serta lereng yang curam di daerah hulu hingga tengah, daerah limpasan yang sangat kecil karena padat penduduk serta banyak yang menetap di hilir, sehingga curah hujan yang terjadi pada waktu yang singkat di daerah atas dapat mengakibatkan banjir dan genangan di wilayah Jakarta. Kondisi ini semakin parah pada saat banjir yang terjadi diwaktu bulan purnama di mana gelombang laut tertinggi Tachikawa et al. eds, 2004. Tabel 1 . Daftar Stasiun Pengamatan Hidrologi di sekitar Daerah Aliran Sungai DAS Ciliwung milik Departemen Pekerjaan Umum.

2.3. Radar Cuaca C-Band Doppler CDR

Pergerakan air dari lautan ke atmosfer dan kembali lagi ke lautan, kadang- kadang melalui daratan, dikenal dengan istilah siklus hidrologi. Siklussistem hidrologi No Nama Stasiun Stasiun ID Radio ID Letak Bujur BT Letak Lintang LS Elevasi m Sungai Stasiun 1 Cilember 301 6 106.915083 -6.652889 693 Ciliwung ARR 2 Katu Lampa 201 3 106.836611 -6.633083 357 Ciliwung AWLR 3 Ratu JayaDepok 202 2 106.818083 -6.414472 89 Ciliwung AWLR 4 Sugu Tamu 203 1 106.841333 -6.374389 70 Ciliwung AWLR 5 MT Haryono 205 5 106.862361 -6.276083 25 Ciliwung AWLR 6 Manggarai 101204 4 106.8485 -6.207556 16 Ciliwung AWLR+ARR Sumber: Balai Besar Wilayah Sungai Ciliwung - Cisadane. 9 merupakan perubahan dari satu bentuk menjadi bentuk yang lain di alam yang terjadi dalam suatu siklus, atau bisa juga disebut siklusdaur air dalam berbagai bentuk seperti yang terlihat pada Gambar 5, meliputi proses evaporasi dari lautan dan badan-badan berair di daratan misalnya: sungai, danau, vegetasi, dan tanah lembab ke udara sebagai reservoir uap air, proses kondensasi ke dalam bentuk awan atau bentuk-bentuk pengembunan lain embun, frostibun putih, kabut, kemudian kembali lagi ke daratan dan lautan dalam bentuk presipitasi termasuk hujan. Selain proses evaporasi termasuk transpirasi, kondensasi dan presipitasi, siklus ini juga mencakup proses transfer uap air, limpasan, dan peresapan tanah. Gambar 5 . Siklus Hidrologi sebagai proses kontinyu di mana air berpindah dari daratan dan lautan ke atmosfer kemudian kembali lagi ke lautan melalui daratan Triatmodjo, 2008. Presipitasi yang mencapai permukaan bumi dapat menjadi beberapa bentuk, termasuk diantaranya hujan, hujan beku, hujan rintik, salju, sleet, dan hujan es. Virga adalah presipitasi yang pada mulanya jatuh ke bumi tetapi menguap sebelum mencapai permukaannya Suryatmojo, 2006. Sejak perkembangannya dalam Perang Dunia II, radar telah menyediakan data di mana secara signifikan dapat lebih memahami tentang bagaimana presipitasi itu terbentuk Collier, 1996. Hal ini dapat membawa perkembangan pada cara baru untuk melakukan peramalan cuaca ke depan untuk periode singkat. Semua radar cuaca terdiri dari pemancar transmitter yang menghasilkan radiasi elektromagnetik dari suatu partikel yang dikenal dan yang memberikan frekuensi. Radiasi ini terkonsentrasi pada suatu bidang pancar beam biasanya 1 atau 2 lebarnya dari antenna, dan juga menerima bagian dari bidang pancar yang disebarkan kembali oleh partikel hidrometeorologi. Sebuah penerima mendeteksi sebaran kembali dari radiasi, memperkuat dan mengubah sinyal gelombang mikro menjadi sinyal frekuensi rendah yang berhubungan dengan bagian dari partikel hidrometerologi tersebut Collier, 1996. Gambar 6 memperlihatkan bahwa radiasi yang dipancarkan dari sebagian besar radar berupa pulse denyutpulsa, di mana sistem disinkronisasi dengan jam yang akurat dan rangkaian pulsa dibentuk dari perulangan frekuensi pulsa tertentu Pulse Repetition Frequency PRF. Kekuatan yang diteruskan atau diterima biasanya disimbolkan dengan dB decibels. 10 Radar echo diproduksi oleh fluktuasi presipitasi yang cepat. Kekuatan sinyal berubah dari satu pulsa ke pulsa berikutnya. Fluktuasi ini disebabkan oleh gerakan dari partikel presipitasi di dalam volume ruang yang diamati oleh bidang pancar beam radar pada semua jarak. Jika partikel tersebut bergerak, fase sinyal dari setiap partikel berubah, menghasilkan fluktuasi pada penerima radar radar receiver. Gambar 6 . Blok diagram dasar mekanisme kerja radar cuaca Doppler. Saat mulai bergerak, antena radar memancarkan sejumlah energi gelombang radio dalam waktu yang sangat singkat yang disebut pulsa. Setiap pulsa dipancarkan dalam waktu 0,0000016 detik dengan interval waktu sekitar 0,00019 detik. Gelombang radio yang bergerak di atmosfer memiliki kecepatan sama dengan kecepatan cahaya, dengan merekam arah dari antena radar, arah objek dapat diketahui. Umumnya, makin baik objek dalam memantulkan gelombang radio, makin kuat pula gelombang radio yang dipantulkannya echo. Informasi yang diterima ini akan diproses dalam interval waktu tadi 0,00019 detik dan diulang hingga 1.300 kali per detik, dengan memperhitungkan waktu yang dibutuhkan oleh gelombang radio saat meninggalkan antena, mengenai objek dan dipantulkan kembali ke antena, maka jarak objek dari radar dapat diperhitungkan pula. Sinyal yang diterima radar kemudian akan diolah pengolah sinyal signal processor pada penerima dan menghasilkan suatu file RAW yang merupakan data biner yang mengandung pengamatan mengenai data curah hujan untuk satu kali sapuan radar. Untuk melakukan pembacaan, data RAW radar cuaca yang diperoleh untuk satu kali pengamatan dengan metode volume scan diubah menjadi format netCDF dengan terlebih dahulu melakukan standarisasi waktu pengamatan pada data tersebut. Data yang telah berubah tersebut diproses lebih lanjut dengan metode Cressman untuk memperoleh data CAPPI Constant Altitude Plan Position Indicator yang merupakan representasi data curah hujan pada setiap level ketinggian secara konstan. Setelah data CAPPI diperoleh, dilakukan konversi dan pemilihan data pada level ketinggian yang dibutuhkan. Konversi data dilakukan dengan menggunakan metode Marshall-Palmer untuk memperoleh intensitas curah hujan dalam satuan mmjam. Pemilihan data sendiri dimaksudkan agar file data curah hujan yang diperoleh ukurannya tidak terlalu besar. CDR C-band Doppler Radar adalah salah satu radar cuaca milik BPPT yang memiliki frekuensi pancar 5,32 GHz, dan termasuk dalam rentang frekuensi C-band menurut standar IEEE, yaitu antara 4-8 GHz. Sebagai informasi, selain CDR Serpong, BPPT juga memiliki satu radar cuaca yang berlokasi di Padang. Radar cuaca Padang ini memiliki frekuensi pancar 9,7 GHz yang termasuk dalam rentang frekuensi X- band 8- 12 GHz. 11 Spesifikasi teknis C-Band Doppler Radar CDR yang terpasang di Puspiptek, Serpong disajikan pada Tabel 2 berikut. Tabel 2 . Spesifikasi Teknis C-Band Doppler Radar CDR. Parameter Nilai Manufaktur Toshiba Electrical Company, Japan Tinggi Tower 10 m Diameter Antena 3 m Lebar Bidang Pancar 1,6 derajat Transmitter Peak Power 200 kW Jangkauan default 175 km Surveillance Mode, 105 km Volume Scan Mode Resolusi 1 km default Frekuensi 5.320 MHz Lebar Spektral 4 MHz Lebar Pulsa 1,0 microsec Pulse Repeatation Frequency PRF 840 MHz Surveillance Mode, 1360 MHz Volume Scan Mode Rotasi Antena 5 rpm default Azimuth 360 derajat Elevasi 0,6 – 50 derajat Sistem Operasi Sun Solaris Red Hat Enterprise Linux 5 Sistem Proses Data Radar Sigmet RVP8 + IRIS RadarAnalysis ver. 8.12.1.1 Data RAW Reflectivity , Doppler Velocity, Spectral Width Sumber: Website HARIMAU Indonesia http:neonet.bppt.go.idharimauindex.php Pemilihan frekuensi radar cuaca didasari oleh karakteristik objek yang diamati oleh radar itu sendiri. Panjang gelombang optimal yang digunakan untuk mengamati objek di atmosfer seperti tetes hujan, awan, salju, hujan es, atau kabut, berada dalam kisaran 1-10 cm. Makin pendek gelombang yang berarti makin tinggi frekuensi pancarnya, makin kecil ukuran objek yang dapat diamati dan makin mudah pula gelombang tersebut diserapdihamburkan di atmosfer. Radar cuaca yang memiliki frekuensi dalam rentang X-bandKu-band umumnya sangat peka, tidak hanya untuk mendeteksi hujan, tetapi juga untuk mengamati partikel- partikel yang sangat kecil, misalnya awan, kabut atau salju. Namun karena gelombangnya lebih pendek, maka sinyalnya akan lebih mudah dijerab. Sehingga, biasanya radar dengan frekuensi tinggi ini hanya optimal untuk pengamatan jarak pendek saja. Untuk wilayah Indonesia yang beriklim tropis, khususnya JABODETABEK Jakarta, Bogor, Depok, Tangerang, dan Bekasi, hujan merupakan bentuk presipitasi yang paling dominan terjadi. Hail hujan es juga dapat terbentuk, walaupun jarang dan hanya terjadi pada kondisi-kondisi ekstrem. Karena ukuran partikel untuk tetes hujan dan hail lebih besar dibandingkan partikel awan atau kabut, maka radar C-band dengan panjang gelombang 4-8 cm adalah yang paling optimal untuk pengamatan. Gambar 7 12 memperlihatkan salah satu citra yang dihasilkan oleh radar cuaca C-Band Doppler Radar CDR BPPT. Gambar 7 . Citra radar cuaca C-Band Doppler CDR BPPT dalam mode PPI Plan Position Indicator dengan jangkauan 175 km dari Puspiptek, Serpong. Energi yang dipancarkan kembali dari partikel presipitasi, dalam bentuk volume di atas permukaan pada semua jarak terluar sampai 100 km atau lebih, serta pada azimuth rotasi bidang pancar radar saat axis vertikal, kemungkinan berhubungan dengan rata-rata presipitasi. Volume presipitasi yang seragam mempunyai persamaan: 2.1 di mana: P : Presipitasi mm. r : Jarak km. : Rata-rata Pr mm. C : Konstanta radar, yang merupakan fungsi dari parameter radar dan presipitasi. K : Atenuasi spesifik dB km -1 . Z : Reflektifitas radar mm 6 m -3 . Reflektifitas radar didefinisikan sebagai: 2.2 di mana: ND : Distribusi ukuran butir dalam resolusi sel mm -1 m -3 . D : Diameter butir mm. Z : Reflektifitas radar mm 6 m -3 . Hal ini menunjukkan bahwa jika presipitasi merata dalam bentuk cair mengisi volume pulsa, maka daya rata-rata presipitasi kembali pada jarak r adalah proporsional pada Zr 2 , di mana Z adalah faktor reflektifitas radar, maka Z akan terkait dengan tingkat curah hujan R oleh persamaan: 2.3 13 di mana: a dan b : Konstanta empirik positif, yang nilainya tergantung dari lokasi geografi dan kondisi iklimtipe hujannya. Menurut Marshall and Palmer, biasanya nilai yang digunakan untuk a dan b adalah a = 200, b = 1,6 Collier, 1996. R : Intensitas presipitasirain-rate mmjam. Z : Reflektifitas radar mm 6 m -3 .

2.4. Model Hidrologi Terdistribusi Hujan – Limpasan