Buletin Fisika Vol. 16 No. 1 Pebruari 2015 :15-24

MENENTUKAN VARIABILITAS SPASIAL ALBEDO

PADA WILAYAH BALI MENGGUNAKAN DATA SATELIT MODIS BRDF MCD43A1 TAHUN 2005 - 2012

Meri Monika SariNi Wayan 1*, SukarasaI Ketut1, HendrawanI Gede2

  • I.    PENDAHULUAN

Matahari merupakan sumber energi berjumlah besar dan bersifat kontinu atau terus menerus, yang terbesar tersedia di bumi. Matahari memancarkan energi secara radiasi, dimana radiasi matahari (solar radiation) merupakan proses perambatan energi matahari sampai ke permukaan bumi dengan intensitas yang berbeda - beda sesuai dengan keadaan disekitarnya (Nasir.A., 1990). Radiasi matahari memegang peranan penting dalam banyak proses lingkungan hidup, salah satunya sebagai sumber energi bagi mahluk hidup.

Ratio antara radiasi matahari yang dipantulkan dari permukaan bumi dengan radiasi matahari yang datang ke permukaaan bumi disebut dengan albedo (Rechid et al.,200T; Wen 2009; Dobos 2003). Albedo berperan penting dalam kesetimbangan energi di permukaan bumi, karena menunjukkan besarnya energi yang diserap dari radiasi matahari(Janjai.S et al.,2005). Albedo juga mendorong terjadinya proses vegetasi seperti evapotranspirasi dan indikator dalam perubahan suhu seperti penguapan dan salju yang mencair, dengan albedo juga dapat menentukan jenis vegetasi ataupun jenis permukaan di suatu daerah (Pinty, et al., 2008).

Pada dekade ini metode penginderaan jauh dapat digunakan untuk menentukan albedo, dimana dapat ditentukan menggunakan data satelit. Dengan menggunakan data satelit daerah yang terlingkupi lebih luas, waktu yang diperlukan lebih singkat, serta biaya yang lebih terjangkau. Sehingga, pada penelitian ini akan digunakan data satelit MODIS untuk menentukan variabilitas spasial albedo pada wilayah Bali dari tahun 20052012. Dengan mengetahui variabilitas spasial di wilayah Bali akan dapat mengetahui di wilayah Bali bagian mana yang menyerap radiasi matahari

lebih banyak dan yang memantulkan radiasi matahari lebih banyak.

  • II.    TINJAUAN PUSTAKA

  • 2.1.    Albedo

Albedo berasal dari bahasa Latin yaitu albus yang berarti putih. Albedo merupakan ratio antara radiasi matahari yang dipantulkan dari permukaan bumi dengan radiasi matahari yang datang ke permukaaan bumi (Rechid et al.,200T; Wen 2009; Dobos 2003).

Pengukuran albedo dapat meliputi black-sky albedo yaitu albedo tanpa ada komponen radiasi diffuse (radiasi membaur di atmosfer) dan fungsi dari sudut zenith matahari, dan white-sky albedo yaitu albedo tanpa ada komponen radiasi direct (radiasi langsung). Sedangkan Blue-sky albedo (Actual albedo) merupakan albedo sebenarnya yang berasal dari gabungan black-sky albedo dan white-sky albedo yang merupakan Fraksi dari dff'use skylight sebagai fungsi Aerosol optical depth dan sudut zenith matahari(Schaepman-Strub et al.,2006;Baretet al., 2005;Pintyet al., 2005).Albedo berperan penting dalam kesetimbangan energi di permukaan bumi, karena menunjukkan besarnya energi yang diserap dari peristiwa radiasi matahari(Janjai.S et al.,2005). Albedo juga mendorong terjadinya proses vegetasi seperti evapotranspirasi, dan indikator dalam perubahan suhu seperti penguapan dan salju yang mencair (Pintyet al., 2008).

Nilai albedo bervariasi karena dipengaruhi beberapa faktor seperti: posisi permukaan bumi, bentuk permukaan bumi, warna permukaan dan ketebalan senyawa atau partikel di angkasa (Budikova., 2010). Nilai albedo berkisar dari 0 -1(Dobos 2003). Albedo menunjukkan sifat kehitaman badan objek. Bila suatu objek

mempunyai nilai albedo sama dengan 0 maka objek tersebut menyerap seluruh radiasi gelombang pendek yang datang, bila nilai albedo sama dengan 1 maka objek tersebut memantulkan seluruh radiasi gelombang pendek yang datang. Namun, tidak ada satu pun benda di alam semesta yang memiliki albedo bernilai 0 atau 1, yang ada hanya mendekati 0 dan 1. Semakin mendekati nilai nol maka kenampakan suatu objek semakin gelap dan semakin mendekati nilai satu maka kenampakan suatu objek semakin cerah.

  • 2.2. MODIS BRDF MCD43A1

MODIS BRDF MCD43A1 adalahproduk gabungandari datasensorTerra MODISdan AquaMODIS. Produk ini terdiri dari 7 band spektral      dari      MODIS      dan

3broadbandtambahan(0,3-0,7im, 0,7-5,0imdan 0,3-5,0im). MCD43A1 menyediakan data setiap 8 haridengan resolusispasial500meter dan data berupa data Level 3, yang digunakan untuk menghitung black-sky albedo dan white-sky albedo dengan menggunakan parameter pada model BRDF Ross Thick Li Sparse Reciprocal yang menggambarkan anisotropik disetiap pixel. Ketiga parameter (^ - - ^. - ∖∙ .r:) disediakan untuk masing-masing band spektral MODIS serta untuk tiga broad bandt ambahan 0,3-0,7im, 0,7-5,0im dan 0,3-5,0im (Schaaf, 2010). Parameter ini dapat digunakan dengan polinomial sederhana untuk memperkirakan Black-sky albedo dengan akurasi yang baik dengan polinomial sebagai berikut dengan nilai-nilai konstan dalam tabel di bawah ini (Strahler, et al., 1999).

Black-sky albedo :

ah4θ∙S) =∕⅛(A)[‰m ÷5ι⅛fl≈ + 5«»^] + ÷L>(Λ)⅛t⅛∩ 1 + ^⅛om2+5⅛ιfls] +         (2.1)

^30^)[^O^so ^~ ∂lgβoθ^ "^^⅛≡-o5s]

Demikian pula, White-sky albedo dapat dihitung dengan persamaan:

α∏JA) = fiΛN3ιso + Λ≈oi(λ)‰! +

fβ*oWggso                 (2.2)

Untuk menghitung blue-sky albedo (Actual Albedo), menggunakan gabungan dari persamaan (3.1), (3.2) dan fraksi dari diffuse skylight sebagai fungsi Aerosol optical depth dan sudut zenith matahari, sebagai berikut.

¾α(O) = (1 -5(0,7 (Λ)‰(Θ,Λ) +

, X                       (2.3)

S(9,t(Λ}) αvra(Λ

Tabel 2.1. Koefisien untuk persamaan (2.1) dan

  • (2.2)

    gjμ

    (iso)

    (vol)

    (geo)

    go

    1.0

    -0.007574

    -1.284909

    gl

    0.0

    -0.070987

    -0.166314

    g2

    0.0

    0.307588

    0.041840

    White-sky

    1.0

    0.189184

    -1.377622


    Bjk


Keterangan :

„ Black-sky albedo

„ White-sky albedo

„ Reflektansiisotropik

  • „    Reflektansi volumetrik dan geometrik sesuai dengan tutupan lahan.

  • „    Representasi koefisien untuk polynomial BRDF

  • „    Solar Zenith Angle

    θ


^(⅛t(Λ)) „ Fraksi dari diffuse skylight sebagai fungsi Aerosol optical depth dan Solar Zenith Angle

A          = Jenis band

  • 2.3. MODIS Aerosol Optical Depth

Produk MODIS aerosol optical depth merupakan produk untuk mengamati ketebalan optik aerosol. Produk ini berupa data level 3 memiliki resolusi temporal 1 hari. Padaproduk ini terdapat dua file data yaitu dari Terra MODIS dan Aqua MODIS dengan band spektral 1-7 dan 20Ihttp://modis-atmos.gsfc.nasa.gov/ ).

  • III.    METODE PENELITIAN

Penelitianini digunakan data MODIS BRDF MCD43A1 dari tahun 2005 - 2012 untuk menghitung black sky albedo dan white sky albedo. Setelah menghitung black sky albedo dan white sky albedo dengan menggabungkan dengan data bulanan MODIS Aerosol Optical Depthdari tahun 2005 - 2012, sehingga mendapakan actual albedo di wilayah Bali,kemudian dirata - ratakan setiap bulannya lalu divisualisasi. Pada gambar 3.1 berikut merupakan diagram alur penelitian.

Gambar 3.1 BaganAlur Penelitian


  • IV.    HASIL DAN PEMBAHASAN

Dari hasil rata - rata actual albedo di wilayah Bali setiap bulan dari tahun 2005 - 2012 untuk visualisasi variabilitas spasial actual albedo dapat dibagi menjadi 2 yaitu visualisasi variabilital spasial rata - rata bulanan actual albedo dan visualisasi variabilital spasial rata - rata tahunan actual albedo.

  • 4.1.    Variabilita Spasial Rata - rata Bulanan

    Actual Albedo dari Tahun 2005 - 2012

Hasil rata - rata setiap bulan actual albedo dari tahun 2005 - 2012 kemudian dirata - ratakan setiap bulannya selama 8 tahun, untuk dapat melihat variabilitas rata - rata bulanan dari tahun 2005 - 2012 dapat dilihat pada Gambar 4.1.

Pada Gambar 4.1 dapat dilihat visualisasi variabilitas spasial rata-rata bulanan actual albedo dari 2005-2012. Pada bulan Januari, Februari dan Maret memiliki nilai actual albedo yang rendah, dapat terlihat dari warna ungu - biru. Pada bulan April, Mei, Juni dan Juli memiliki nilai actual albedo yang mengalami peningkatan terlihat dari warna ungu - kuning. Pada bulan Agustus, September dan Oktober yang mengalami peningkatan yang signifikan terlihat dari warna ungu - merah, sedangkan pada bulan November dan Desember mengalami penurunan yang signifikan yang terlihat dari warna ungu - kuning. Dari variabilitas spasial rata - rata bulanan actual albedo tahun 2005 - 2012 didapat bahwa yang memiliki nilai rata - rata bulanan actual albedo tertinggi yaitu pada bulan September - Oktober sedangkan yang memiliki nilai actual albedo terendah yaitu pada bulan Januari - Februari.

  • 4.2.    Variabilita Spasial Rata - rata Tahunan Actual Albedo dari Tahun 2005 - 2012

Hasil rata - rata setiap bulan actual albedo setiap bulan dari tahun 2005 - 2012, kemudian

dirata - ratakan setiap tahunnya selama 8 tahun, untuk dapat melihat variabilitas rata - rata tahunan dari tahun 2005 - 2012 dapat dilihat pada Gambar 4.2.

Pada Gambar4.2 dapat dilihat visualisasi variabilitas spasial rata-rata tahunan actual albedo dari 2005-2012. Dimana nilai actual albedo dari tahun 2005-2012 yang mengalami peningkatan dari tahun 2005- 2008 yaitu terlihat dari warna ungu - merah dan menurun pada tahun 2009-2010 yaitu terlihat dari warna ungu - kuning, sedangkan pada tahun 2011-2012 kembali meningkat yang terlihat dari warna ungu - merah. Dari tahun 2005 - 2012 yang memiliki nilai actual albedo tertinggi yaitu pada tahun 2008, sedangkan yang memiliki nilai actual albedo terendah yaitu pada tahun 2010 dimana dapa dilihat dari indikator warna tertinggi pada tahun tersebut yaitu warna kuning.

Gambar 4.3 merupakan gambaran wilayah bali pada tahun 2013 yang didapat dari www. goo gleearth. com dari gambar ini dapat kita lihat bagaimana keadaan wilayah Bali pada saat ini.

Dari Gambar 4.1 dan Gambar 4.2 keduanya menunjukkan variabilitas spasial actual albedo dari tahun 2005 - 2012. Menurut Budikova pada tahun 2010 nilai actual albedo bervariasi karena dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti: posisi permukaan bumi terhadap matahari, bentuk permukaan bumi, warna permukaan dan ketebalan senyawa atau partikel di angkasa.

  • 1.    Posisi permukaan bumi terhadap matahari

Posisi permukaan bumi terhadap matahari dapat mempengaruhi besarnya radiasi matahari yang diterima oleh permukaan, sehingga radiasi matahari yang diterima disuatu wilayah berbeda - beda. Untuk wilayah Bali yang berada pada lintang selatan, bila matahari berada di lintang selatan,

Januan

Februari

Maret


April             Mei              Juni


Juli           Agustus     September


Oktober

Desember


November


Gambar 4.1.Visualisasi Variabilitas Spasial Rata - rata actual albedo tahun 2005 - 2012

2005           2006                2007


2008            2009                2010


2011                          2012


Gambar 4.2. Visualisasi Variabilitas Tahunan Rata - rata actual albedo tahun 2005 - 2012



Gambar 4.3 Peta Wilayah Bali

Sumber :http://www.google.com/earth/explore/products/plugin.html

maka radiasi matahari yang datang tinggi, menyebabkan nilai actual albedo juga tinggi. Begitu juga bila matahari berada pada lintang utara, maka radiasi matahari yang datang wilayah Bali rendah, menyebabkan actual albedo juga rendah.

  • 2.    Bentuk permukaan bumi

Bentuk permukaan bumi dapat mempengaruhi nilai actual albedo. Pada Gambar4.1 dan Gambar 4.2, secara keseluruhan daerah yang memiliki nilai actual albedo tinggi terdapat pada daerah Denpasar, Badung dan Karangasem. Bila dikaitkan dengan peta wilayah Bali pada gambar 4.3. Pada daerah tersebut merupakan daerah padat bangungan dan daerah kering, sehingga radiasi matahari yang dipantulkan lebih banyak, yang menyebabkan nilai actual albedo tinggi. Sedangkan pada Gambar 4.1 dan Gambar 4.2 secara keseluruhan, daerah yang memiliki nilai actual albedo rendah yaitu daerah Tabanan, Negara dan Buleleng. Bila dikaitkan dengan peta wilayah Bali pada gambar 4.3, maka daerah tersebut masih memiliki banyak lahan terbuka hijau seperti

sawah dan hutan yang menyebabkan radiasi matahari lebih banyak yang diserap sehingga nilai actual albedo rendah.

  • 3.    Warna permukaan bumi

Warna permukaan bumi juga mempengaruhi nilai actual albedo. Bila permukaan wilayah Bali berwarna cerah seperti pada tanah kering, menyebabkan radiasi matahari lebih banyak dipantulkan, sehingga nilai actual albedo tinggi. Sedangkan bila warna permukaan gelap, seperti pada atap bangunan yang berwarna gelap dan jalan - jalan aspal berwarna gelap, menyebabkan radiasi matahari lebih banyak diserap sehingga actual albedo rendah.

  • 4.    Ketebalan senyawa atau partikel diangkasa Ketebalan senyawa atau partikel diangkasa dapat mempengaruhi nilai actual albedo. Bila senyawa atau partikel diangkasa memiliki ketebalan yang tinggi maka susah ditembus oleh radiasi matahari, menyebabkan radiasi matahari yang sampai di permukaan bumi rendah sehingga nilai actual albedo menjadi tinggi. Begitu juga sebaliknya bila senyawa atau partikel memiliki ketebalan yang rendah

maka mudah ditembus oleh radiasi matahari, menyebabkan radiasi matahari yang sampai di permukaan bumi tinggi, sehingga nilai actual albedo menjadi rendah.

V. KESIMPULAN

Dari hasil penelitian menentukan variabilitas spasial albedo pada wilayah bali menggunakan data satelit MODIS BRDF MCD43A1 tahun 2005 - 2012. Didapat bahwa variabilisat spasia variabilitas spasial rata - rata bulanan actual albedo tahun 2005 - 2012 memiliki nilai rata -rata bulanan actual albedo tertinggi yaitu pada bulan September - Oktober sedangkan yang memiliki nilai actual albedo terendah yaitu pada bulan Januari - Februari. Sedangkan variabilitas spasial rata - rata tahunan actual albedo tahun 2005 - 2012 didapat bahwa yang memiliki nilai rata - rata bulanan actual albedo tertinggi yaitu pada tahun 2008 dan terendah yaitu pada tahun 2010. Nilai variabilitas spasial rata - rata actual albedo tahun 2005 - 2012 bervariasi karena dipengaruhi beberapa faktor seperti: posisi permukaan bumi, bentuk permukaan bumi, warna permukaan dan ketebalan senyawa atau partikel di angkasa.

DAFTAR PUSTAKA

Baret, F., Schaaf, C., Morisette, J., & Privette, J., 2005, Report on the Second International Workshop on Albedo Product Validatinn. The Earth Observer, 17 (3): 13-17.

Budikova , D.,2010, Albedo Land-Use &Land Cover Change. Climate Adaptation Mitigation E-learning.

Dobos, E., 2003, Albedo. Encyclopedia of Soil Science. University of Miskolc, Miskolc-Egyetemva'ros, Hungary DOI: 10.1081/E-ESS 120014334

Janjai.S, Watchara Wanvong, Jarungsaeng Laksanaboonsong, 2005, The Determination of Surface Albedo of Thailand Using Satellite Data”. Thailand :Silpakorn University

Nasir, A. A. dan Y. Koesmaryono, 1990, Pengantar      Ilmu      Iklim

UntukPertanian, Pustaka Jaya, Bogor

Pinty, B., Lattanzio, A., Martonchik, J.V., Verstraete, M.M., Gobron, N., Tabener, M., Widlowski, J.L., Dickinson, R.E. & Govaerts, Y., 2005, Coupling Diffuse Sky Radiation andSurface Albedo, J. Atmos. Sci., 62, 2580-2591.

Pinty, B., T. Lavergne, T. Kaminski, O. Aussedat, R. Giering, N. Gobron,M. Taberner, M. M. Verstraete, M. VoBbeck, and J.-L. Widlowski, 2008, Partitioning the Solar Radiant Fluxes in Forest Canopies in the Presence of Snow. Journal of Geophysical Research, 113:1 -13.Purwadhi, S.H, 2001, Interpretasi Citra Digital, Jakarta: PT Grasindo

Rechid D, Raddatz TJ dan Jacob D, 2007, Parameterization of Snow-Free Land Surface Albedo as a Function of Vegetation Phenology Based on MODIS Data and Applied in Climate Modelling. Theor Appl Climatol. DOI 10.1007∕s00704-008-0003-y

Schaaf Crystal, 2010, MODIS BRDFZAlbedo Product (MCD43) User’s Guide, Remote Sens. Environ

Schaepman-Strub, G., Schaepman, M.E., Painter, T.H., Dangel, S. & Martonchik, J.V.,2006, Reflectance quantities in optical remote sensing - definitions and case studies .Remote Sens. of Environ., 103, 2742, doi :10.1016/j. rse.2006.03.002.

Strahler, A. H., W. Lucht, C. B. Schaaf, T. Tsang, F. Gao, X. Li, J. P. Muller, P. Lewis, M. J. Barnsley et al., 1999, MODIS BRDF/albedo product? Algorithm theoretical basis document, NASA EOS-MODIS Doc., 55.0, 53 pp., NASA. (URL: http:// modarch. gsfc.nasa.gov/MODIS/LAND/ #albedo- BRDF

Wen J, L Qinhuo, L Qiang, X Qing, dan L Xiaowen, 2009, Parametrized BRDFfor Atmospheric and Topographic Correction and Albedo Estimation in Jiangxi Rugged Terrain, China. International Journal of Remote Sensing. 30(11): 2875 - 2896. DOI: 10.1080/ 01431160802558618. http://www.tandf.co.uk/ journals

http://modis-atmos.gsfc.nasa.gov/

//www.google.com/earth/explore/products/ plugin.html

24