I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang

I. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Pertumbuhan penduduk merupakan
faktor
utama
yang
mempengaruhi
perkembangan pemukiman dan kebutuhan
prasarana dan sarana. Peningkatan jumlah
penduduk yang disertai dengan tingginya
aktivitas
manusia
dan
pesatnya
pembangunan menyebabkan perubahan di
segala bidang. Salah satunya adalah
perubahan penutup dan penggunaan lahan.
Perubahan penutup dan penggunaan
lahan dapat merubah reflektansi radiasi
surya permukaan bumi dan menyebabkan
pendinginan atau pemanasan lokal.
Perubahan tersebut dapat mengubah
distribusi ekosistem lingkungan dan sifatsifat fisis permukaan seperti kapasitas panas,
emisivitas, konduktivitas thermal dan
kekasapan permukaan yang selanjutnya akan
mengubah penerimaan komponen neraca
energi di daerah tersebut.
Kapasitas panas adalah jumlah panas
yang terkandung oleh suatu benda. Setiap
permukaan menerima energi radiasi
matahari yang sama, tetapi kapasitas panas
yang dimiliki berbeda-beda. Sehingga suhu
yang dihasilkannya pun juga berbeda.
Kapasitas panas suatu benda bergantung
pada panas jenis dan massa jenis atau
kerapatannya. Massa jenis pada penelitian
ini dikaitkan dengan jenis penutup lahan dan
diduga dengan pendekatan Normalized
Difference Vegetation Index (NDVI) yang
diestimasi dari data satelit Landsat.
Sehingga akan diperoleh kapasitas panas
tiap penutup lahan.
1.2. Tujuan
Penelitian ini bertujuan untuk
mengetahui nilai kapasitas panas (C) dan
perubahannya untuk masing-masing penutup
lahan menggunakan data citra satelit
Landsat.
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Citra Satelit Landsat
Penginderaan jauh (inderaja) secara
umum didefinisikan sebagai suatu cara
untuk memperoleh informasi dari objek
tanpa mengadakan kontak fisik dengan
objek tersebut, sedangkan secara khusus
adalah usaha untuk mendeteksi gelombang
elektromagnetik baik yang dipancarkan atau
dipantulkan oleh objek. Menurut fungsinya
satelit inderaja dibedakan menjadi satelit
sumber dan satelit lingkungan-cuaca. Satelit
yang termasuk sumber alam diantaranya
adalah SPOT dan LANDSAT, sedangkan
satelit lingkungan dan cuaca diantaranya
METEOR dan COSMOS (USSER),
TIROS-N dan NOAA-N(USA).
Satelit Landsat merupakan satelit
yang digunakan untuk memantau sumber
daya yang ada di bumi. Satelit ini
merupakan hasil kerja sama antara National
Aeronautics and Space Administration
(NASA) dengan Department of Interior
United State pada pertengahan tahun 1960an. Landsat sebelumnya bernama Earth
Resources Technology Satellite (ERTS-1)
yang diluncurkan pada tanggal 23 Juli 1972
dengan tujuan memberikan gambaran secara
menyeluruh tentang permukaan bumi.
Satelit Landsat melewati daerah yang
sama setiap 16 hari sekali dengan waktu 103
menit untuk melakukan satu putaran
mengelilingi bumi serta memiliki ketinggian
orbit pada 705 km. Orbit Landsat melalui 9°
Kutub Selatan dan Kutub Utara.
Satelit Landsat 7 diluncurkan dari
Vandenburg Air Force Base pada tanggal 15
April 1999 dengan wahana Delta II. Satelit
mengorbit pada ketinggian 705 km, sun
synchronous, dan memetakan bumi dengan
siklus pengulangan 16 hari sekali. Sensornya
merupakan instrumen “single nadirpointing”, disebut Enhanced Thematic
Mapper Plus (ETM+). Komunikasi melalui
S-Band digunakan untuk mengendalikan
satelit dan X-Band digunakan untuk data
downlink. Meskipun orbit satelit Landsat 7
melewati tempat yang sama setiap 16 hari
pada waktu yang sama, perubahan elevasi
matahari dapat menyebabkan variasi
iluminasi sehingga mempengaruhi citra yang
diperoleh.
Perubahan ini terutama
disebabkan oleh perubahan musiman posisi
utara-selatan matahari relatif terhadap bumi
Sistem Landsat-7 dirancang untuk
bekerja 7 band atau kanal energi pantulan
(band 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8) dan satu band energi
emisi (band 6). Sensor ETM+ bekerja pada 3
resolusi, yaitu 30 meter untuk band 1-5, dan
7; 60 meter untuk band 6; dan 15 meter
untuk band 8. Data ETM+ yang dikalibrasi
dengan baik dapat diolah untuk mengubah
energi surya yang dikumpulkan oleh sensor
menjadi nilai radiance. Radiance (radiansi)
adalah flux energi (terutama dalam bentuk
energi irradian atau energi datang) tiap sudut
1
Tabel 1. Informasi dan Status Satelit Landsat
Satelite
Masa Operasi
Non Aktif
Nama satelit
Landsat 1
23 Juli 1972
6 Januari 1978
RBV, MSS
Landsat 2
22 Januari 1975
25 Februari 1982
RBV, MSS
Landsat 3
5 Maret 1978
31 Maret 1983
RBV, MSS
Landsat 4
16 Juli 1982
14 Desember 1993
MSS, TM
Landsat 5
1 Maret 1984
**
MSS, TM
Landsat 6
5 Oktober 1993
Hilang saat Peluncuran
ETM
**
ETM+
Landsat 7
15 April 1999
** Beroperasi sampai saat ini
Tabel 2. Karakteristik dan Kegunaan Umum Masing - Masing Kanal dari Satelit Landsat
Saluran
(band)
Panjang
Gelombang
(µm)
Resolusi
Spasial
(meter)
1
0.45-0.52
30
2
0.53-0.6
30
3
0.63-0.69
30
Sifat dan Aplikasinya
• Tanggap peningkatan penetrasi tubuh air
• Mendukung analisis sifat khas lahan, tanah, vegetasi
• Mengindera puncak pantulan vegetasi
• Menekankan perbedaan vegetasi dan nilai kesuburan
• Untuk memisahkan vegetasi
• Saluran pada serapan klorofil dan memperkuat kontras
vegetasi dan bukan vegetasi
• Tanggap biomassa vegetasi
• Identifikasi tipe vegetasi
• Memperkuat kontras tanah - tanaman dan lahan - air
4
0.76-0.9
30
5
1.55-1.75
30
• Menentukan jenis tanaman dan kandungan air tanaman
• Membantu menentukan kondisi kelembaban tanah
6
10.4-12.5
60
• Deteksi suhu objek
• Analisa gangguan vegetasi
• Perbedaan kelembaban tanah
7
2.08-2.35
30
• Pemisahan formasi batuan
• Analisis bentuk lahan
Sumber : Kiefer 1990
energi yang meninggalkan satu unit luasan
permukaan pada arah tertentu. Radiansi
berhubungan dengan kecerahan (brightness)
pada arah tertentu menuju sensor, dan sering
dirancukan dengan reflektansi (reflectance),
yang merupakan rasio energi yang
dipantulkan
dengan
energi
datang.
Sementara radiansi merupakan energi yang
diukur oleh sensor dan agak dipengaruhi
oleh reflektansi.
2.2. Neraca Energi
Neraca
energi
merupakan
kesetimbangan antara masukan energi dari
surya dengan kehilangan energi oleh
permukaan setelah melalui proses-proses
yang kompleks . Persamaan dari neraca
energi permukaaan dapat dituliskan sebagai
berikut:
Rn  G  H   E .........................................1
Dimana Rn adalah radiasi netto (Wm), G adalah fluks pemanasan tanah (Wm-2),
H adalah fluks pemanasan Udara (Wm-2)
dan λE adalah fluks pemanasan uap air
(Wm-2).
Radiasi netto dihitung dari selisih
antara gelombang pendek matahari yang
datang ( RS  ) dan gelombang panjang yang
datang ke permukaan ( RL ) dengan
2
gelombang pendek yang keluar ( RS  ) dan
2
gelombang panjang yang keluar (hilang)
( RL ).




Rn  RS  RS  RL  RL ...........................2
Pada siang hari atau musim panas,
proses dominan adalah masukan energi dari
radiasi surya ke permukaan. Energi radiasi
ini diubah menjadi energi laten melalui
proses penguapan dari permukaan dan
sebagian lainnya dipindahkan ke dalam
tanah maupun keluar untuk memanaskan
udara diatasnya.
2.3. Albedo
Albedo adalah perbandingan jumlah
radiasi yang dipantulkan dengan jumlah
energi radiasi surya yang diterima oleh suatu
permukaan. Energi yang dipantulkan oleh
suatu
permukaan
memiliki
panjang
gelombang yang pendek, sehingga sensor
yang digunakan untuk menghitung albedo
adalah sensor yang menerima panjang
gelombang pendek.
2.4. Suhu Permukaan
Suhu permukaan dapat diartikan
sebagai suhu bagian terluar dari suatu objek.
Untuk suatu tanah terbuka, suhu permukaan
adalah suhu pada lapisan terluar permukaan
tanah. Sedangkan untuk vegetasi dapat
dipandang sebagai suhu permukaan kanopi
tumbuhan, dan pada tubuh air merupakan
suhu dari permukaan air tersebut. Suhu
permukaan bumi merupakan tanggapan
terhadap berbagai fluks energi yang
melaluinya. Energi di permukaan menjadi
sumber pembangkit gradien suhu, gradien
kecepatan dan gradien konsentrasi. Gradien
tersebut merupakan penggerak pada proses
pemindahan massa, bahang dan momentum.
Proses pemindahan bahang yang utama pada
tanah terjadi secara konduksi. Fluks bahang
yang mengalir dari dan ke luar permukaan
tergantung sifat tanah yang mempunyai nilai
konduktivitas bahang.
Energi panas akan dipindahkan dari
permukaan yang lebih panas ke udara
diatasnya yang lebih dingin. Sebaliknya jika
udara lebih panas dan permukaan lebih
dingin, panas akan dipindahkan dari udara
ke permukaan di bawahnya (Rosenberg,
1974).
Pada saat permukaan suatu benda
menyerap radiasi, suhu permukaannya
belum tentu sama. Hal ini tergantung pada
sifat fisik objek pada permukaan tersebut.
Sifat fisis objek tersebut diantaranya :
emisivitas, kapasitas panas jenis dan
konduktivitas thermal. Suatu objek di
permukaan yang memiliki emisivitas dan
kapasitas panas jenis rendah, sedangkan
konduktivitas thermalnya tinggi akan
menyebabkan
suhu
permukaannya
meningkat. Hal sebaliknya terjadi pada suatu
objek yang memiliki emisivitas dan
kapasitas jenis yang tinggi sedangkan
konduktivitas thermalnya rendah akan
menyebabkan lebih rendahnya suhu
permukaan.
Suhu
permukaan
akan
mempengaruhi jumlah energi untuk
memindahkan panas dari permukaan ke
udara (Adiningsih 2001).
Suhu permukaan merupakan unsur
pertama yang dapat diidentifikasi dari citra
satelit Thermal. Dimana dalam remote
sensing, suhu permukaan dapat didefinisikan
sebagai suhu permukaan rata-rata dari suatu
permukaan, yang digambarkan
dalam
cakupan suatu piksel dengan berbagai tipe
permukaan yang berbeda.
2.4.1. Kapasitas Panas
Kapasitas
panas
suatu
benda
bergantung pada panas jenis dan massa jenis
atau kerapatannya.
ΔQ
=
m
C
ΔT…………..…………...….3
C = ρ
c……………………………….……….....4
Dimana, ΔQ adalah jumlah energi
yang diterima atau dilepaskan (Joule), ΔT
adalah selisih suhu (oC), m adalah massa
(kg), C adalah kapasitas panas (J m-3 o C-1), c
adalah panas jenis (Jkg-1oC-1), dan ρ adalah
massa jenis (kgm-3).
Dari
persamaan
diatas
dapat
dikatakan bahwa jika setiap permukaan
menerima energi radiasi matahari yang sama
tetapi dengan kapasitas panas yang berbeda,
maka suhu yang dihasilkan juga berbeda.
Jika suatu benda berkapasitas panas
besar, maka perubahan suhu yang dihasilkan
rendah. Sebaliknya jika suatu benda
berkapasitas panas kecil, maka perubahan
suhu yang dihasilkan tinggi. Kecepatan
suatu benda hingga menjadi panas
bergantung pada konduktivitas termalnya.
Semakin besar konduktivitas termal suatu
benda, maka semakin cepat perambatan
panas dan semakin besar suhunya.
Panas ditransfer melalui tanah, batu
dan daerah dibawah permukaan tanah
lainnya (kecuali untuk air yang bergerak).
Dari Tabel 3 ditunjukkan bahwa kapasitas
panas air paling besar dan suhu yang
dihasilkan rendah karena konduktivitas
termalnya rendah, berbanding terbalik
3
Tabel 3. Sifat Fisik Benda
Benda
Lahan Basah
Lahan Kering
Tanah Liat Basah
Massa Jenis
(g m-3)
8x10-71x10-6
3x10-76x10-7
1.7x10-62.2x10-6
Tanah Liat Kering
-
Pasir Basah
-
Panas Jenis
(Joule g1o -1
C )
0.44
Kapasitas
Panas
(Joule m-3 oC-1 )
2.51x10-63.35 x10-6
0.42 x10-60.84 x10-6
1.25 x10-61.67 x10-6
0.42 x10-61.67 x10-6
0.84 x10-62.51 x10-6
0.42 x10-61.67 x10-6
1.79 x10-62.42 x10-6
3.42 x10-6
Konduktivitas
Bahang
(W m-1 oC-1)
2.93x10-24.18 x10-2
0.42 x10-21.26 x10-2
8.37 x10-220.93 x10-2
0.84 x10-26.28 x10-2
8.37 x10-225.12 x10-2
0.075 x10-22.93 x10-2
16.75 x10-241.87 x10-2
879.27 x10-2
Difusivitas
Bahang
(cm2sec-1)
0.9x10-4 1.6 x10-4
0.5 x10-43 x10-4
5 x10-417 x10-4
0.5 x10-415 x10-4
3 x10-412 x10-4
1 x10-47 x10-4
7 x10-423 x10-4
256 x10-4
0.88
2.17 x10-6
46.057 x10-2
22 x10-4
5.44 x10-26.28 x10-2
0.21 x10-20.25 x10-2
1.3 x10-41.5 x10-4
147 x10-4250 x10-4
0.71-0.84
0.71-0.84
0.84
-6
Pasir Kering
Batu
Besi
Beton
1.4x10 1.7x10-6
2.5x10-62.9x10-6
7.9x10-6
2.2x10-62.5x10-6
0.84
0.71-0.84
Air Tenang
1x10-6
4.18
4.18 x10-6
Udara Tenang
1x10-91,4x10-9
1.0046
0.001 x10-60.0014 x10-6
Sumber : Geiger et al, 1961
dengan beton yang mempunyai kapasitas
panas kecil, sehingga cepat menjadi panas.
Bahan beton dapat mewakili jenis penutup
lahan pemukiman dan industri.
2.3.2. Proses Perpindahan Panas di
Permukaan Bumi
Perubahan suhu tidak terjadi apabila
tidak terjadi penambahan/ pengurangan
panas. Perpindahan panas terjadi dari benda
yang mempunyai tingkat energi lebih tinggi
ke tingkat yang lebih rendah. Perpindahan
panas ini dibedakan menjadi tiga, yaitu
konduksi,
konveksi
dan
radiasi.
Konduksi
merupakan
proses
perpindahan panas pada benda-benda padat
(tanah) dimana sebagian energi kinetik
molekul benda/medium yang bersuhu lebih
tinggi dipindahkan ke molekul benda lebih
rendah melalui tumbukan molekul-molekul
tersebut.
Berikut
ini
persamaan
yang
menunjukkan proses konduksi, dengan tanda
negatif menunjukkan arah perpindahan
panas dari suhu tinggi ketempat yang
bersuhu lebih rendah. (Sellers, 1965) :
G  
dT ……………...…………………..5
dz
Dimana, G adalah fluks pemanasan
tanah (Wm-2), κ adalah konduktivitas panas
(Wm-2K-1), dan dT adalah gradien suhu
dz
(Km-1).
Konveksi
merupakan
proses
perpindahan panas yang terjadi pada fluida
(cairan dan gas), dimana panas dipindahkan
bersama-sama dengan fluida yang bergerak.
Proses ini terjadi melalui konveksi paksa
(forced convection), dimana udara bergerak
melalui lapisan perbatas (boundary layer)
pada permukaan kasar sehingga timbul
gerak edi yang acak. Dan konveksi bebas
(free convection), dimana udara dipanaskan
oleh permukaan bumi akibat penerimaan
radiasi matahari, sehingga udara akan
mengembang dan naik ke tekanan yang lebih
rendah.
Persamaan
6
menunjukkan
perhitungan pemindahan panas secara
konveksi dan tanda negatif menunjukkan
arah perpindahan panas dari suhu tinggi ke
suhu rendah.
H  cp
(Ts  Ta ) …………...………...6
Ra
Dimana, H adalah fluks panas dari
permukaan ke atmosfer atau sebaliknya
(Wm-2), ρ adalah kerapatan udara kering (kg
m-3), cp adalah panas jenis udara pada
4
tekanan tetap (J kg K-1), Ts adalah suhu
permukaan (oC), Ta adalah suhu udara (oC)
dan Ra adalah tahanan aerodinamik.
Semakin besar perbedaan antara suhu
permukaan dan suhu udara diatasnya dengan
tahanan aerodinamik yang kecil, maka
jumlah energinya akan semakin besar.
Proses pemanasan udara melalui konveksi
lebih efektif dibandingkan dengan konduksi
dan radiasi. Oleh sebab itu, proses
pemanasan udara dalam neraca energi
hanya diwakili oleh proses konveksi yang
ditunjukkan oleh persamaan 7.
Qn  H .....................................................7
Dimana, Qn adalah radiasi netto (Wm) yang dipancarkan oleh suatu permukaan
yang berbanding lurus dengan pangkat
empat suhu mutlak permukaan tersebut
(Hukum Stefan-Boltzman). Energi radiasi
gelombang panjang yang dipancarkan
permukaan bumi sebagian diserap atmosfer
dan sisanya akan keluar dari sistem atmosfer
bumi.
2
Qn   Ts 4 ...................................8
Dimana,
ε
adalah
emivisitas
permukaan, σ adalah tetapan StefanBoltzman (5,67x10-8).
2.4. NDVI (Normalized Difference
Vegetation Index)
Indeks vegetasi atau NDVI adalah
indeks yang menggambarkan tingkat
kehijauan suatu tanaman. Indeks vegetasi
merupakan kombinasi matematis antara
band merah dan band NIR yang telah lama
digunakan sebagai indikator keberadaan dan
kondisi vegetasi (Kiefer, 1990). Perhitungan
NDVI didasarkan pada perbandingan antara
nilai reflektansi gelombang inframerah dekat
dengan gelombang cahaya tampak yang
diperoleh dari citra satelit. Nilai NDVI
berkisar antara -1 sampai 1. Nilai ini
menggambarkan bahwa semakin tinggi
nilainya berarti kondisi tanaman yang
dipantau
dari
citra
satelit
lebih
memperlihatkan kenampakan tanaman yang
subur dan rapat seperti tanaman hutan,
sedangkan semakin rendah nilainya berarti
kondisi tanaman kurang subur atau telah
terjadi pembukaan kawasan hutan maupun
persawahan. Oleh sebab itu, NDVI sering
digunakan sebagai
parameter
untuk
pemantauan kehijauan tanaman.
Nilai
NDVI positif (+) terjadi apabila vegetasi
lebih banyak memantulkan radiasi pada
panjang gelombang inframerah dekat
dibandingkan cahaya tampak. Nilai NDVI
nol (0) terjadi apabila pemantulan energi
yang direkam oleh panjang gelombang
cahaya tampak sama dengan gelombang
inframerah dekat. Hal ini sering terjadi pada
daerah pemukiman, tanah bera, darat non
vegetasi, awan dan permukaan air. NDVI
negatif (-) terjadi apabila permukaan awan,
air dan salju lebih banyak memantulkan
energi pada gelombang cahaya tampak
dibandingkan pada inframerah dekat.
Menurut (Chemin, 2003 dan Allen et.
al., 2001 dalam Khomaruddin, 2005) nilai
Normalized Difference Vegetation Index
(NDVI), nilai radiasi netto, suhu permukaan
dan albedo merupakan fungsi dari soil heat
flux (G) :
G = f (Rn, Ts, , NDVI) ............................9
G Ts
.……10
 0.0038  0.0074 2 1  0.98 NDVI 4 
Rn

Dimana,
G
=Perpindahan bahang tanah (soil
heat flux)(W m-2)

=Albedo permukaan (diturunkan
dari data satelit)
Ts
=Suhu permukaan (°C) (diturunkan
dari data satelit)
NDVI =Normalized Difference Vegetation
Index (satelit)
III. METODOLOGI
3.1. Waktu dan Tempat
Penelitian berlangsung dari bulan
Maret 2007 sampai dengan bulan September
2007 di Laboratorium Hidrometeorologi,
Departemen GFM dan di Bidang Aplikasi
Klimatologi
dan
Lingkungan.
Pusat
Pemanfaatan Sains Atmosfer dan Iklim,
LAPAN, Bandung.
3.2. Alat dan Bahan
Alat yang digunakan dalam analisis
dan pengolahan data diantaranya:
1. Perangkat lunak Er Mapper 7.
2.
Perangkat lunak Arc View GIS 3.3
with Full extention.
3.
Perangkat lunak Ms. Office 2007.
4.
Seperangkat komputer dan printer.
5