BAB 1 Pendahuluan 1.1.Latar Belakang Perubahan vertikal muka

BAB 1 Pendahuluan
1.1.Latar Belakang
Perubahan vertikal muka air laut secara periodik pada sembarang tempat di pesisir
atau di lautan merupakan fenomena alam yang dapat dikuantifikasi. Fenomena
tersebut dikenal sebagai pasang surut (pasut) atau tide. Fenomena naik-turunnya
muka air laut tersebut terjadi akibat adanya gaya tarik benda-benda luar angkasa,
khususnya akibat gaya gravitasi bulan dan matahari yang bekerja terhadap bumi.
Dasar pengertian ilmiah tentang pembangkitan pasut laut dikemukakan oleh
Newton (1642-1727). Ilmuwan besar dari Inggris ini berhasil menerangkan
formulasi hukum gravitasi untuk menunjukkan mengapa terjadi dua kali bulan
purnama dalam satu bulan serta menghasilkan ide teori pasut setimbang
(equilibrium tide). Newton mengemukakan teori pasutnya, antara lain : “ bahwa
matahari dan bulan membangkitkan medan gaya di sekeliling bumi, dimana arah
dan besarnya gaya berubah-ubah secara periodik sesuai dengan posisi kedua
benda langit itu terhadap bumi. Gaya-gaya inilah yang membangkitkan pasut laut
dan disebut Gaya Pembangkit Pasut.” Sekitar satu abad setelah penemuan
Newton, pada tahun 1775, Marquis P.S. Laplace mempublikasikan konsep respon
dinamik dari pasut laut yang diformulasikan dalam persamaan Laplace (Laplace
Tidal Equation – LTE). Laplace memisahkan gerakan pasut dalam beberapa jenis,
yaitu gerakan harian ganda (semidiurnal), gerakan harian tunggal (diurnal), serta
gerakan dengan periode panjang.
Pada umumnya pengukuran pasut dilakukan di sepanjang pantai dengan
menggunakan palem pasut (tide gauge). Data dari stasiun pasut ini umumnya
hanya valid untuk wilayah sempit di sekitar lokasi pengamatan, sedangkan
karakter pasut di luar wilayah tersebut biasanya diprediksi dengan menggunakan
cotidal chart. Palem pasut memiliki distribusi yang tidak merata. Secara geografis
distribusi lokasi pengamatan pasut terkonsentrasi di sepanjang pantai yang
biasanya memiliki aktivitas komersil. Hal ini menyebabkan pengukuran pasut
lokal tidak mencerminkan kondisi pasut di laut bebas karena jarang dilakukan di
1 laut lepas [Le Provost, 2001]. Salah satu cara untuk mendapatkan informasi pasut
di laut terbuka adalah dengan melakukan ekspedisi dan memasang stasiun pelagic
(deep-pressure recorder), namun ternyata hal ini tidak efisien dan hanya sedikit
pengamatan yang bisa dilakukan di sebagian kecil lautan sementara sebagian
besar lautan belum dapat teramati.
Sekitar tahun 1970 muncul dan berkembang teknologi satelit altimetri sehingga
menjadi alternatif pemecahan masalah kekurangan data pasut di lautan lepas,
karena satelit ini didesain untuk mengamati dinamika laut dunia, termasuk pasut,
sirkulasi arus global, dan lainnya. Pengukuran yang dilakukan dengan menggunakan satelit altimetri memiliki
tingkat presisi dan akurasi yang cukup tinggi serta terdistribusi secara global. Oleh
karena itu sangat memungkinkan untuk mengekstrak sinyal pasut dari satelit
altimetri dengan menggunakan metode empirik. Sinyal pasut dari satelit altimetri
pertama kali diekstrak dari Seasat dan pada saat itu mulailah dikembangkan model
pasut dari data altimetri [Le Provost, 1983]. Berdasarkan data 2,5 tahun data
altimetri GEOSAT Exact Repeat Mission, Cartwright dan Ray (1990)
mendapatkan model pasut global pertama yang diturunkan dari satelit altimetri
yang hasilnya lebih akurat dibandingkan dengan model Schwiderski (1980) yang
diturunkan berdasarkan solusi model hidrodinamika dari persamaan Laplace.
Sejak diluncurkannya satelit TOPEX/POSEIDON (T/P) yang memiliki resolusi
temporal 10 hari dan resolusi spasial sepanjang lintasan satelit kira-kira 7 km dan
jarak antar lintasan sekitar 30 atau sekitar 300 km pada ekuator [C.J. Koblinsky et
al., 1992], munculah beberapa model pasut yang diturunkan dari data altimetri.
Walaupun semua model pasut yang diturunkan dari satelit altimetri T/P memiliki
akurasi 2-3 cm di lautan dalam, namun untuk area pesisir dan laut dangkal masih
terdapat masalah yang cukup rumit [Schum et al., 1997, 2001]. Solusi model pasut
global saat ini masih memiliki aspek keterbatasan, misalnya model pasut Schrama
et al. (1994) dan Smith et al.(1995) yang hanya dibatasi untuk laut dengan
kedalaman > 200 m sedangkan wilayah Indonesia memiliki wilayah perairan
2 dengan kedalaman < 200m. Hal ini tentu saja menyebabkan model global pasut
tersebut kurang cocok untuk digunakan di wilayah ini. Di sisi lain, karena
karakteristik wilayah pulau-pulau di Indonesia terpisah oleh lautan serta jumlah
stasiun pasut yang masih terbatas, menyebabkan model pasut lokal belum banyak
dapat ditentukan.
Berdasarkan studi yang dilakukan mengenai penggunaan model global pasut di
wilayah Indonesia, model Finite Element Solution 2002 (FES2002) maupun
Global Ocean Tide2000 (GOT00.2) memberikan hasil yang baik pada wilayah
lautan terbuka atau lautan lepas, seperti Samudera Hindia dan Samudera Pasifik
sedangkan untuk wilayah studi di daerah perairan kepulauan (internal water),
model pasut global memberikan hasil yang tidak begitu baik [Prijatna et al., 2005].
Dalam tesis ini, akan dibahas mengenai studi awal pemodelan pasut yang
diturunkan dari satelit altimetri Topex dan Jason-1 untuk wilayah regional di
perairan Indonesia. Pada tabel 1.1 terlihat bahwa perkiraan maksimum kesalahan
penggunaan model pasut global pada misi satelit Topex adalah sebesar 3 cm.
Diharapkan pemodelan pasut secara empirik dari satelit altimetri dapat
memberikan hasil yang lebih baik dibandingkan dengan model pasut global.
Dengan demikian, diharapkan model pasut empirik ini dapat digunakan sebagai
koreksi pasut untuk data satelit altimetri di perairan Indonesia.
Tabel 1.1. Perkiraan maksimum kesalahan dan bias pada misi Topex [Scharoo, 2002]
3 Metode yang akan digunakan dalam pembahasan tesis ini adalah analisis
harmonik dengan metode least square karena kita memiliki banyak data untuk
menentukan beberapa konstanta pasut. Tujuan dari analisa harmonik adalah untuk
menentukan amplitudo dan fase pada masing-masing konstanta pasang-surut
berdasarkan frekuensi astronomi dari suatu perekaman data deret waktu (time
series).
1.2.Perumusan Masalah
Interval pencuplikan data pada satelit Topex dan Jason-1 jauh memiliki periode
yang lebih besar dibandingkan dengan periode gelombang pasut, terutama untuk
komponen semidiurnal dan diurnal menimbulkan adanya fenomena aliasing yaitu
berubahnya nilai frekuensi asli komponen pasut menjadi frekuensi semu atau
palsu.
Pertanyaan yang kemudian
muncul adalah
bagaimana
caranya
menginvestigasi masalah tidal aliasing pada data pasut satelit altimetri Topex
dan Jason-1 karena hasil frekuensi aliasing ini akan digunakan sebagai input
dalam analisis harmonik. Tesis ini akan mencoba menjawab permasalahan
tersebut.
Data satelit altimetri masih mengandung kesalahan acak akibat kesalahan pada
instrumen satelit, salah satunya adalah noise. Noise ini dapat menimbulkan suatu
sinyal baru yang mempengaruhi sinyal pasut. Oleh karena itu pada proses
ekstraksi komponen pasut harus dipilih metode pengolahan data yang optimal,
salah satunya dengan memaksimalkan penggunaan metode least squares.
Pertanyaan yang kemudian muncul, apakah algoritma least square dengan
pembobotan dapat memberikan hasil yang optimal dalam mengidentifikasi
komponen-komponen pasut yang mempunyai kontribusi signifikan dalam
pembentukan gelombang pasut?Tesis ini akan mencoba menjawab pertanyaan ini.
Pemodelan pasut regional di wilayah perairan Indonesia masih belum baik
terutama untuk karena
4 Penggunaan model pasut global belum sesuai jika digunakan di wilayah regional
Indonesia seperti di wilayah laut dangkal dan wilayah perairan tertutup
Pertanyaan yang kemudian muncul, bagaimana kita mendapatkan model yang
sesuai? Pemodelan pasut dari data altimetri mungkin dapat menjawabnya. Tesis
ini akan mencoba membuat pemodelan pasut dari data altimetri untuk wilayah
Indonesia.
1.3.Pembatasan Masalah
Wilayah kajian dalam tesis ini adalah perairan Indonesia dan sekitarnya dengan
dengan cakupan -200LU sampai 190 LS, dan 850 BT sampai 1410 BT yaitu
berjumlah 151 titik crossover. Pengekstrakan sinyal pasut dilakukan hanya pada
titik-titik crossover, yaitu titik perpotongan antara lintasan naik (ascending) dan
lintasan turun (descending) satelit altimetri Topex dan Jason-1 selama kurun
waktu 31 Desember 1992 – 31 Desember 2006.
Tabel 1.1 Sumber data altimetri misi Topex dan Jason-1
Misi Satelit
Topex
Jason-1
Sumber
RADS-TU DELFT
RADS-TU DELFT
RADS-TU DELFT (online)
Cycle
001 – 364
22 – 127
128 – 183
5 Waktu
31 Desember 1992 – 11 Agustus 2002
21 Agustus 2002 – 27 Juni 2005
27 Juni 2005 – 31 Desember 2006
Gambar 1.1 Daerah kajian wilayah perairan Indonesia dan sekitarnya
(garis merah menunjukkan lintasan satelit Topex naik dan turun)
1.4.Metode Penelitian
Metode penelitian yang dilakukan dalam tesis ini adalah sebagai berikut :

Studi literatur, dari buku-buku yang berkaitan, penelitian yang pernah
dilakukan maupun dari situs internet.

Pengumpulan data altimetri Topex dan Jason-1 di wilayah kajian dari basis
data RADS (Radar Altimetri Database System)dan menggabungkan data
dari kedua misi satelit tersebut.

Melakukan koreksi dan reduksi pada data satelit altimetri meliputi koreksi
instrumen, koreksi efek atmosfer, koreksi efek geofisika, dan koreksi antar
muka laut-udara kecuali koreksi terhadap pasut laut sehingga dihasilkan
data altimetri masih memiliki sinyal pasut, yang disebut data RSS
(residual sea surface).

Menganalisis time-series data RSS menggunakan analisis harmonik
dengan metode least square disertai pembobotan dan uji statistik terhadap
6 komponen pasut yang mempunyai kontribusi yang signifikan dalam
pembentukan gelombang pasut.

Sebagai verifikasi dilakukan dengan cara membandingkan nilai SLA (sea
level anomaly) yang didapat dari RSS setelah dikoreksikan model pasut
dari Topex dan Jason-1 dengan model pasut global yang sudah ada dalam
basis data RADS yaitu FES2004.

Penarikan kesimpulan dan rekomendasi mengenai penelitian ini untuk
studi lebih lanjut.
1.5.Manfaat Penelitian
Pada mulanya fenomena pasut menarik untuk dipelajari karena informasi yang
diperoleh dari pemrosesan data pasang surut (pasut) memiliki manfaat yang besar
untuk keperluan aktivitas perdagangan, namun seiring berkembangnya ilmu dan
teknologi saat ini, tujuan dan kegunaan studi tentang pasut juga sangat bermanfaat
untuk berbagai bidang diantaranya untuk keperluan navigasi, geodesi dan
oseanografi.
Manfaat penelitian dalam tesis ini secara keilmuan diharapkan dapat memberikan
informasi mengenai pemanfaatan teknologi satelit altimetri pada studi awal
pemodelan pasut regional di wilayah Indonesia. Model pasut yang dihasilkan
dapat digunakan sebagai pengkoreksian pasut untuk data altimetri itu sendiri.
Dengan penggunaan algoritma pada metode analisis harmonik least square
dengan pembobotan diharapkan dapat memberikan hasil yang optimal pada proses
ekstraksi komponen pasut.
7 1.6.Sistematika Pembahasan
Sistematika pembahasan dalam tesis ini tersusun atas lima bab dengan rincian
sebagai berikut:
BAB I
PENDAHULUAN
Pada Bab ini akan diuraikan mengenai pokok-pokok pemikiran penulisan tugas
akhir yang meliputi latar belakang masalah, perumusan masalah, pembatasan
masalah, metodologi penelitian dan struktur sistematika pembahasan.
BAB II
TEORI HARMONIK
DAN TEKNIK ANALISIS HARMONIK
PASANG SURUT LAUT
Bab ini menjelaskan tentang teori harmonik dan teknik analisis pasang surut laut.
Dalam bab ini pula dijelaskan mengenai potensial gaya pembangkit pasut, pasut
setimbang, komponen harmonik pasut serta tata cara perhitungan analisis
harmonik metode least square.
BAB III SATELIT ALTIMERI DAN PEMODELAN PASUT
Dalam bab ini akan diuraikan mengenai prinsip pengukuran satelit altimetri,
pengoreksian data untuk pemodelan pasut, serta beberapa metode pemodelan
pasut termasuk didalamnya masalah tidal aliasing pada data pasut satelit altimetri.
BAB IV PEMROSESAN DATA DAN ANALISIS
Dalam bab ini akan diuraikan mengenai karakteristik data satelit altimetri dan
algoritma pengolahan data, hasil penelitian serta analisisnya.
BAB V KESIMPULAN DAN REKOMENDASI
Bab ini berisi kesimpulan yang diperoleh dari penelitian ini serta rekomendasi
berupa hal-hal yang perlu untuk pengembangan studi pemodelan pasut regional
lebih lanjut di perairan Indonesia.
8