BAB III Tinjauan Pustaka_ G11dmm

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
1
I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Studi mengenai curah hujan telah banyak
dilakukan oleh beberapa peneliti dengan
menggunakan data hasil pengamatan stasiun
cuaca pada masing-masing daerah dan data
satelit cuaca. Pada penelitian ini, kajian
mengenai curah hujan menggunakan radar
cuaca Doppler C-Band (CDR) yang
dikembangkan oleh NEONet (Nusantara
Earth Observation Network) BPPT (Badan
Pengkajian dan Penerapan Teknologi) yang
diletakkan di kawasan PUSPITEK, Serpong.
Data dari Doppler Radar ini memiliki
beberapa kelebihan, yaitu data ini mencakup
seluruh titik dalam jangkauannya yang
disertai dengan letak lintang dan bujur.
Bukan hanya letak lintang dan bujur saja,
namun juga ketinggian yang beragam (0-20
km dari permukaan tanah tempat Radar
Cuaca ditempatkan). Data ini juga dapat
diamati dalam selang waktu tiap enam (6)
menit setiap kali pengamatannya. Data per 6
menit inilah yang merupakan salah satu
keunggulan data radar selain mencakup
seluruh titik jangkauannya. Data 6 menit-an
dapat digunakan untuk analisis intensitas
hujan yang lebih efisien dan dapat digunakan
kembali untuk analisis intensitas hujan jangka
waktu yang lebih besar lagi (per 30 menit, per
60 menit, bahkan analisis curah hujan per
hari). Data curah hujan yang ditangkap oleh
radar adalah data dengan reflektivitas
minimal 10 dbZ (0.0749 mm/jam).
Adapun data yang digunakan untuk
pengolahan lebih lanjut pada penelitian ini
adalah data dari tanggal 12 hingga 14
Februari 2010. Pada tanggal ini terjadi curah
hujan maksimum yang dapat menyebabkan
terjadinya banjir di daerah Jabodetabek.
Jangkauan radar yang dikembangakan
oleh NEONet BPPT ini telah mencakup 175
km dari sumber (Serpong) untuk pengamatan
langsung dan 105 km untuk pengamatan
dengan 18 sudut elevasi. Pada penelitian ini
daerah jangkauan radar cuaca dibatasi hanya
untuk jangkauan di Jabodetabek saja.
1.2 Tujuan
Penelitian ini dilakukan dengan tujuan
untuk:

Mempelajari pengolahan data Doppler
Radar CDR beserta software-software
yang digunakan untuk mendapatkan
data
curah
hujan
wilayah
di
Jabodetabek.

Memahami kondisi curah hujan dalam
suatu wilayah yang diamati oleh radar.
II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Radar
Radar (Radio Detection and Ranging)
merupakan suatu alat yang sistemnya
memancarkan gelombang elektromagnetik
berupa gelombang radio dan gelombang
mikro. Pantulan dari gelombang yang
dipancarkan kemudian digunakan untuk
mendeteksi obyek yang berada di atmosfer.
Konsep mengenai radar pertama kali
dicetuskan oleh Nikola Tesla dalam
artikelnya yang tertera pada Century
Magazine (1990) yang berbunyi “ketika kita
bersuara dan mendengar balasan echo-nya,
kita tahu bahwa suara kita telah mencapai
beberapa jarak mendekati dinding atau
lapisan pembatas, sehingga gelombang
elektromagnetik
yang
direfleksikan.
Pengguna dapat memastikan posisi relatif
atau arah pergerakan objek, misalkan kapal di
laut, jaraknya dilalui oleh arah atau
kecepatannya (Doviak dan Zrniḉ, 1993).
Singkatnya, radar merupakan alat untuk
mendeteksi keberadaan suatu obyek dengan
melibatkan gema radio atau echo sehingga
arah dan sifat objek dapat diketahui (Budiati,
1996).
Ada beberapa komponen utama radar
menurut Bahar (2007) , seperti:
 Unit
Transmiter,
tugasnya
untuk
memperkuat sinyal frekuensi radar.
 Unit
Antena,
tugasnya
untuk
memfokuskan dan memancarkan sinyal
yang sudah diperkuat oleh transimter.
 Unit Penerima, tugasnya untuk menerima
sinyal yang dipancarkan kembali oleh
suatu objekdi atmosfir melalui antena
sinyal tersebut, kemudian memperjelas
dan mengubahnya menjadi sinyal gambar.
 Unit Akuisisi Data, tugasnya untuk
menerima
sinyal
gambar
dan
mengubahnya menjadi sinyal angka.
 Unit Pemroses Data, tugasnya untuk
memroses sinyal angka.
Radar dalam prosesnya mentransmisikan
gelombang radio dan mendeteksi grlombang
radio hasil pantulan objek tersebut (Bahar,
2007). Adapun beberapa kelebihan radar
adalah:
 Mampu mendeteksi objek dari jarak yang
jauh dengan cepat dan akurat.
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
2
 Dapat dioperasikan dalam segala cuaca
dan kondisi, seperti: berkabut, hujan,
asap.
 Dapat mengukur kecepatan suatu target.
Selain kelebihan, radar juga memiliki
beberapa kekurangan, seperti:
 Kinerjanya masih dipengaruhi oleh
komponen-komponennya.
 Kinerjanya juga dipengaruhi oleh operator
yang mengoperasikannya. Terutama
dalam sistem radar aktif.
Radar terdiri atas beberapa jenis menurut
frekuensinya, seperti pada tabel berikut:
Tabel 1 Jenis Radar menurut Frekuensinya
Jenis Radar
Frekuensi
HF
0.003 - 0.03
VHF
0.03 – 0.3
UHF
0.3 – 1.0
L-band
1.2 – 2.0
S-band
2.0 – 4.0
C-band
4.0 – 8.0
X-band
8.0 – 12.5
Ku-band
12.5 – 18.0
K-band
18.0 – 26.5
Ka-band
26.5 - 40.0
MMW
> 34.0
(Sumber: Bahar, 2007)
Radar yang menggunakan frekuensi KBand dapat digunakan untuk mengukur
butiran awan dan hujan yang sangat kecil.
Jenis radar yang lainnya adalah radar yang
menggunakan frekuensi Ka-Band. Frisch et
al. (1994) menggunakan radar dengan
frekuensi Ka-Band untuk mengukur gerakan
turbulen di awan yang memiliki reflektivitas
yang rendah yang tidak mengandung butiran
hujan. Budiati (1996) dalam penelitiannya
menerangkan
bahwa
L-Band
radar
merupakan radar yang sangat sensitif
terhadap partikel-partikel butir, baik butir
hujan maupun kristal es yang basah. Radar
dengan jenis C-Band sering digunakan untuk
pemantauan cuaca. Radar C-Band ini
menggunakan prinsip Doppler, sehingga
sering disebut dengan Doppler Radar.
Doppler Radar adalah satu-satunya instrumen
penginderaan jauh yang dapat mendeteksi
jejak angin dan mengukur kecepatan radial,
baik dalam udara yang bersih ataupun dalam
lokasi curah hujan yang lebat yang ditutupi
oleh awan. Kelebihan ini yang membuat
Doppler Radar menjadi salah satu instrumen
pilihan untuk mengamati angin dan badai
atau cuaca ekstrim (Doviak dan Zrnic, 1993).
Data radar cuaca yang telah diolah dapat
menampilkan data sesuai dengan keperluan
pengguna. Data-data hasil yang dapat
ditampilkan berupa data teks dan data gambar
(image). Radar cuaca dengan frekuensi CBand dalam pengoperasiannya memiliki
beberapa kelemahan dalam penyediaan data.
Untuk daerah pegunungan, data yang
direkam oleh radar dibatasi dengan topografi
pegunungan tersebut. Untuk mengantisipasi
hal ini, telah dikembangkan radar dengan
frekuensi X-Band. Radar dengan frekuensi
X-Band merupakan radar yang sangat
sensitif, tidak hanya untuk merekam curah
hujan saja, tetapi juga untuk merekam
partikel-partikel yang sangat kecil (butiran
awan, kabut, ataupun salju). Perbedaannya
dengan radar C-Band adalah radar X-Band
memiliki gelombang yang lebih pendek dan
frekuensi yang lebih tinggi daripada radar CBand. Jangkauan pengamatan radar X-Band
lebih pendek daripada radar C-Band, namun
radar X-Band memiliki diameter antena yang
kecil dan mudah dipindahkan (Bouar et al.
2002).
Radar cuaca yang berlokasi di
PUSPITEK, Serpong, Tangerang, dibuat oleh
Toshiba Electrical Company, Jepang, yang
dikembangkan oleh BPPT, Thamrin. Radar
ini merupakan salah satu radar cuaca yang
menggunakan
prinsip
doppler
dan
menggunakan gelombang radio dalam
perambatannya dengan gelombang C-Band (±
5 cm). Radar C-Band Doppler BBPT ini
memiliki ketinggian menara 10 m dengan
diameter antena 3 m. Kekuatan maksimum
pemancar nya adalah sebesar 200 kW dengan
resolusi 1 km. Frekuensi pemancarnya adalah
sebesar
5320
MHz
dan
frekuensi
pengulangannya adalah > 2000 Hz. Rotasi
antena radar ini sebesar 5 rpm dengan azimut
360°. Radar ini memiliki lebar spektral
sebesar 4 MHz (turbulence.ddo.jp).
Gambar 1 Doppler Radar C-Band BPPT
Serpong
Data yang dihasilkan oleh radar dapat
digunakan
untuk
berbagai
keperluan
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
3
pengamatan cuaca pada daerah di sekitarnya.
Kegunaan data radar yang dihasilkan oleh
masing-masing radar bergantung pada
komponen dan sistem kerja pada radar
tersebut. Pada radar doppler yang dimiliki
oleh BPPT, data hasil pemrosesan dapat
digunakan untuk memantau pergerakan curah
hujan. Spektrum Doppler pada radar
diperlukan untuk menangkap semua target
statistik kecepatan radial dan untuk
mengidentifikasi komponen frekuensi bias
dan juga untuk pemantauan kondisi
kinematika di awan (Kollias et al. 2000).
Contoh lainnnya adalah data DEM (Digital
Elevation Model) Radar yang digunakan
untuk menurunkan jaringan sungai dan batas
DAS (Iswandi, 2006). .
2.2 Pengolahan Data Radar
Data Radar Cuaca Doppler C-Band
merupakan raw data (data acak) yang belum
dapat dibaca oleh komputer. Untuk itu,
diperlukan langkah lebih lanjut untuk
mengubahnya
(mengonversi
data).
Pengolahan data radar cuaca yang dimiliki
oleh BPPT sampai saat ini baru dapat
menghasilkan data curah hujan saja yang
berupa data teks (nilai) dalam satuan
milimeter/jam (mm/jam). Data yang terekam
di radar cuaca berupa data gambar yang
memiliki format tipe data RAW IRIS (.raw).
Data ini merupakan data acak dan belum
dapat digunakan untuk keperluan analisis
pergerakan curah hujan. Salah satu format
data yang dihasilkan saat pemrosesan data
radar cuaca adalah data dalam format
NetCDF. NetCDF (Network Common Data
Format) merupakan program unidata yang
digunakan untuk menyimpan data-data ilmiah
(khususnya data iklim). NetCDF dirancang
oleh Unidata Progma Centre Di Boulder,
Amerika Serikat. Keuntungan menggunakan
data
ini
adalah
terutama
dalam
kompabilitasnya, data ini dapat digunakan
dalam berbagai sistem operasi (Windows dan
Unix). Selain itu NetCDF dikenal sebagai
self-defining data format (data yang dapat
memberikan tambahan informasi) yang
digunakan untuk mempermudah dalam
pembuatan visualisasi dari data atau hasil
pengamatan atau simulasi. Data radar ini
diolah dalam software terkait (C, Fortran,
Perl dan NetCDF) menggunakan script
(Marzano, 2004).
Kesalahan data radar dapat dikarenakan
oleh beberapa faktor, yaitu pengukuran
reflektifitas relatif curah hujan dari tanah
sebagai pengganti rata-rata nilai piksel,
distribusi variabel ukuran titik hujan, variasi
reflektifitas dengan ketinggian dan variabel
lainnya, resolusi temporal dan spasial dari
sampling reflektifitas radar, dan kesalahan
kalibrasi
peralatan
pengolah
radar
(Chumchean et al. 2003).
Pengolahan
data
radar
cuaca
menggunakan beberapa tahapan yang
masing-masing tahapannya memiliki syarat
dan fungsinya masing-masing. Hasil olahan
data radar awalnya merupakan data dalam
bentuk UTC (Universal Time Coordinate).
Pada masa terdahulu, UTC dikenal dengan
sebutan GMT (Greenwhich Mean Time).
GMT ini merupakan satuan waktu yang
digunakan untuk waktu pengamatan serentak
di seluruh dunia. Tanggal 1 Januari 1875
adalah tanggal dimulainya penggunaan waktu
pengamatan sinkron, yakni waktu yang
disepakati untuk dilakukannya pengamatan
cuaca secara serentak. Waktu pengamatan
sinkron tersebut menggunakan rujukan waktu
bujur geografi 0o dekat Greenwhich, yang
selanjutnya disebut GMT (Widarko, 2009).
Salah satu hal penting dalam pengolahan
data radar cuaca menjadi data curah hujan
(mm/jam) adalah digunakannya Persamaan
Pembobotan Cressman dan Marshall-Palmer.
Metode Cressman yang digunakan pada
pengolahan ini digunakan untuk mengubah
data PPI (Plan Position Indicator) ke dalam
format data CAPPI (Constant Altitude Plan
Position Indicator). Persamaan pembobotan
Cressman adalah sebagai berikut (Marzano,
2004) :
Dimana N = nilai reflektivitas normal pada
lapisan vertikal, No = nilai reflektivitas dari
lapisan di bawahnya, Wkm = berat lapisan,
hm = ketinggian saat m, m = konstanta.
Selain
menggunakan
persamaan
pembobotan Cressman, digunakan juga
metode Marshall-Palmer. Metode ini
digunakan
pada
saat
dilakukannya
pengolahan data CAPPI menjadi data curah
hujan dalam satuan mm/hari. Rumus
Marshall-Palmer yang digunakan adalah
(Garrizon, 1969) :
Z = 220 R1.60
Dimana, Z adalah reflectivity factor/faktor
reflektivitas radar (dB of Z) dan R adalah
rain rate/curah hujan (mm/jam).
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.
4
Estimasi curah hujan yang dihasilkan oleh
data radar menghubungkan antara refletivitas
radar dan permukaan tempat radar
ditempatkan.
2.3 Curah Hujan
Curah hujan merupakan salah satu unsur
cuaca yang memiliki keragaman yang besar
dalam ruang dan waktu, keragaman menurut
ruang dipengaruhi oleh letak geografi (lautan
dan benua), topografi, ketinggian tempat,
arah angin umum dan letak lintang. Hujan
juga dapat diartikan sebagai salah satu bentuk
presipitasi uap air yang berasal dari awan
yang terdapat di atmosfer (Kartasapoetra,
2004). Keragaman curah hujan terjadi juga
secara lokal di suatu tempat, yang disebabkan
oleh adanya perbedaan kondisi topografi,
seperti adanya bukit, gunung atau
pegunungan, yang menyebabkan hujan terjadi
dengan tidak merata (Asdak, 1995).
Pembentukan hujan terjadi saat udara
lingkungan lembab dan didukung oleh
adanya dinamika awan yang kuat. Udara ini
kemudian
membentuk
tetesan
awan
berukuran mikron yang dapat tumbuh
menjadi tetes hujan yang berukuran milimeter
(Haryanto, 1998). Satuan curah hujan diukur
dalam milimeter, artinya air hujan yang jatuh
setelah 1 mm tidak mengalir, tidak meresap
dan tidak menguap (Kartasapoetra, 2004).
Data dari curah hujan dapat diolah
kembali untuk berbagai informasi cuaca dan
iklim, salah satu contohnya adalah curah
hujan wilayah. Curah hujan wilayah
merupakan curah hujan yang turun ke dalam
suatu wilayah dan penyebarannya tidak
merata. Handoko (1993) dalam bukunya
mengartikan curah hujan wilayah sebagai
rata-rata curah hujan yang tertampung pada
saat pengamatan dalam suatu luasan wilayah
kajian. Melalui beberapa pengertian yang
tertera di atas, dapat disimpulkan bahwa,
curah hujan wilayah merupakan curah hujan
rata-rata pada suatu wilayah kajian yang
penyebarannya tidak merata.
2.4 Aplikasi Radar Cuaca untuk Curah
Hujan
Penggunaan data radar cuaca adalah cara
efektif untuk mengamati karakteristik hujan.
Radar Cuaca dapat mengukur karakteristik
fisik-awan hujan, seperti distribusi ukuran
rintik hujan, distribusi spasial dan temporal
intensitas curah hujan, perlengkapan hujansel, profil vertikal awan dan siklus presipitasi
(Chumchean et al. 2009).
Ketepatan pengukuran radar untuk
presipitasi adalah suatu pertimbangan penting
untuk sejumlah aplikasi hidrologis. Kesulitan
yang biasa ditemui dalam pengukuran curah
hujan dengan radar adalah kesalahan pantulan
radar dari darat maupun laut, kesalahan
pengukuran ekstrapolasi terhadap nilai-nilai
di permukaan, kesalahan dalam menafsirkan
sinyal radar sebagai nilai curah hujan dan
kesalahan melalui sampling sinyal cukup
berfluktuasi (Gray et al. 2004). Untuk
mengantisipasi
terjadinya
kesalahankesalahan tersebut diperlukan kalibrasi
terhadap data radar yang dihasilkan. Kalibrasi
dilakukan dalam proses pengolahan data
radar sehingga didapatkan data curah hujan
yang efektif dan efisien untuk aplikasi
selanjutnya (Picciotti et al. 2008).
III METODOLOGI
3.1 Waktu dan Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan pada bulan April
2010 sampai dengan September 2010.
Pengolahan data curah hujan dilakukan di
NEONet (Nusantara Earth Observation
Network), BPPT, Thamrin dan Laboratorium
Meteorologi dan Kualitas Udara IPB dan
menggunakan daerah jangkauan radar cuaca
CDR. Pada penelitian ini daerah jangkauan
radar dibatasi pada daerah Jabodetabek
(Jakarta-Bogor-Depok-Tangerang-Bekasi)
sebagai daerah studi kasusnya.
3.2 Alat dan Bahan
Alat yang digunakan adalah seperangkat
komputer yang dilengkapi dengan Operating
System Linux (Ubuntu) dan beberapa
software terkait (C, Fortran, Perl, NetCDF,
NetCDF.perl, Grads) serta Operating System
Windows Vista yang dilengkapi dengan
Microsoft Word dan Microsoft Excel.
Bahan yang digunakan adalah data radar
cuaca CDR harian, 6 menit-an dengan
ketinggian vertikal sejauh 2 km. Data yang
digunakan merupakan seluruh data jangkauan
radar dalam radius 175 km dari sumber
(Serpong) dan dibatasi hanya daerah
Jabodetabek selama bulan Desember 2009
hingga Februari 2010. Data yang digunakan
untuk dianalisis adalah data dengan kejadian
hujan tertinggi, yaitu tanggal 12-14 Februari
2010. Bahan yang juga digunakan dalam
penelitian ini adalah peta rupa bumi wilayah
Jabodetabek (per Kabupaten) dengan skala
1:50.000.