Analisis Suhu Permukaan Kota Gorontalo dan Sekitarnya

SEMINAR NASIONAL PENGINDERAAN JAUH 2015
ORAL PRESENTATION
Analisis Suhu Permukaan Kota Gorontalo dan Sekitarnya
Menggunakan Saluran Thermal Citra Landsat 7 ETM+
Arthur Gani Koto1,*)
1
Prodi Geografi Universitas Muhammadiyah Gorontalo
*)
E-mail: [email protected]
ABSTRAK - Data penginderaan jauh (PJ) multispektral saat ini banyak digunakan terutama dalam kajian sumberdaya
alam dan pengamatan cuaca. Salah satunya adalah dalam memanfaatkan saluran spektral. Data PJ yang digunakan
dalam penelitian ini adalah saluran thermal (band 61) citra landsat 7 ETM+. Saluran thermal dapat dianalisis untuk
memperoleh informasi suhu suatu wilayah permukaan bumi. Tujuan penelitian ini adalah menganalisis sebaran suhu
permukaan Kota Gorontalo dan Sekitarnya dengan memanfaatkan saluran thermal (band 61) citra Landsat 7 ETM+.
Pengolahan suhu permukaan dibagi menjadi tiga yaitu suhu pada daratan, perairan (Teluk Tomini), dan awan, namun
dalam tulisan ini, suhu perairan dan awan diabaikan.Analisis berdasarkan nilai digital number (DN) melalui proses
koreksi radiometrik dengan melakukan convert DN value to radiance, convert to surface temperature (Kelvin), dan
convert to Celcius. Hasil penelitian menunjukkan bahwa rata-rata suhu permukaan Kota Gorontalo dan Sekitarnya
adalah 270C dan suhu permukaan pusat Kota Gorontalo antara 31-320C.
Kata kunci: suhu permukaan, gorontalo, saluran thermal, landsat 7 ETM+
ABSTRACT -Multispectral remote sensing data currently widely used, especially in the study of natural resources and
weather observations. One of the methods is by utilizing the spectral band. Remote sensing data used in this study is a
thermal band (band 61) Landsat 7 ETM+ imagery. Thermal band can be analyzed to obtain information about the
temperature of a region at the earth's surface. The purpose of this study is to analyze the distribution of surface
temperature in Gorontalo City area by utilizing thermal band (band 61) Landsat 7 ETM+. Surface temperature
processing is made for three categories: land surface, waters (Tomini Bay), and cloud, but the waters and cloud
temperature are ignored. Analysis is based on the value of the digital number (DN) through radiometric correction
process to convert the DN value to radiance, convert to surface temperature (Kelvin), and convert to Celsius. The
results showed that the average surface temperature of Gorontalo City area is 27oC and surface temperature in center
of Gorontalo City about 31-32oC.
Keywords: surface temperature, gorontalo, thermal band, landsat 7 ETM+
1.
PENDAHULUAN
Teknologi penginderaan jauh dalam beberapa tahun terakhir telah banyak dimanfaatkan untuk berbagai
kepentingan. Berbagai sensor citra satelit maupun saluran spektral dianalisis dan diinterpretasi untuk
memperoleh informasi sumber daya permukaan bumi. Salah satu citra multispektral yang digunakan untuk
pengamatan suhu permukaan adalah Landsat 7 ETM+. Saluran spektral pada citra Landsat 7 ETM+ terbagi
dalam saluran visible, near infrared, shortwave infrared, panchromatic, dan thermal. Salah satu saluran
spektral yang dapat dimanfaatkan untuk analisis suhu permukaan yaitu saluran thermal. Suhu permukaan
merupakan variabel penting yang dapat dianalisis oleh satelit penginderaan jauh dengan memanfaatkan
saluran thermal, khususnya pada sensor ETM+.
Suhu permukaan juga merupakan variabel biofisik penting yang dapat diperoleh dari satelit penginderaan
jauh dan secara luas dapat digunakan untuk pemantauan lingkungan dan kajian yang berhubungan dengan
perubahan iklim. Data thermal dapat dijadikan dasar untuk pemantauan evapotranspirasi dan pencemaran air
pada lahan tanaman, estimasi flux energi permukaan, keseimbangan energi regional, kekeringan dan
kelembaban tanah, analisis tutupan lahan dan deteksi kebakaran lahan batubara (Mukherjee et al., 2014).
Tabel 1 menyajikan karakteristik perbedaan sensor satelit yang menyediakan informasi thermal-infrared.
- 336 -
SEMINAR NASIONAL PENGINDERAAN JAUH 2015
Tabel 1. Karakteristik perbedaan sensor satelit yang menyediakan informasi thermal-infrared.
(sumber : Mukherjee et al, 2014)
Satelit
Sensor
Landsat 5
Landsat 7
Landsat 8
Terra
Aqua/Terra
NOAA
GEOS
INSAT 3A
Meteosat-8
Envisat
TM
ETM+
OLI & TIRS
ASTER
MODIS
AVHRR
GEOS imager
VHRR&CCD
MSG SEVIRI
AATSR
Spatial resolution (m)
Visible/NIR
Thermal Band
Band
30
120
30
60
30
100
15
90
250
1000
1000
1000
5000
1000
8000
1000
3000
1000
1000
Revisit time
16 days
16 days
16 days
On Demand
1 days
1 days
15 days
<1 days
<1 days
2-3 days
Saluran thermal pada citra penginderaan jauh telah banyak digunakan untuk analisis suhu permukaan di
wilayah perkotaan. Teknik pemanfaatan citra penginderaan jauh saluran thermal merupakan suatu hal
penting yang menyediakan informasi suhu permukaan dalam wilayah yang heterogen termasuk wilayah
perkotaan (Voogt, 2000). Suhu permukaan merupakan salah satu kajian utama dalam perubahan iklim global
wilayah perkotaan (Voogt et al., 2003).
Terdapat beberapa peneliti yang telah memanfaatkan saluran thermal untuk mengkaji suhu permukaan
suatu wilayah. Kim (1992) menggunakan saluran thermal Landsat TM dalam pemodelan keseimbangan
energi di wilayah perkotaan. Srivastava et al. (2009) telah mengadakan penelitian untuk mengestimasi suhu
permukaan di wilayah Singhbhum Shear Zone India dengan memanfaatkan band thermal Landsat 7 ETM+
yang menggunakan algoritma dark object subtraction, indeks NDVI, dan penutup lahan. Hasil estimasi suhu
permukaan dari citra Landsat dibandingkan dengan citra ASTER dan MODIS yang memperoleh perbedaan
200C. Ozelkan et al. (2014) menunjukkan hasil penelitiannya berupa adanya hubungan antara suhu
permukaan dengan suhu udara rata-rata selama beberapa bulan (long years monthly average), total curah
hujan (Pt) dan kelembaban relatif (RH) yang menggunakan citra Landsat 5 TM dan Landsat 7 ETM+.
Lain pula penelitian yang dilakukan oleh Sameen et al. (2014), yang mengkaji suhu permukaan danau Al
Habbaniyah di Irak secara otomatis dengan memanfaatkan band TIRS citra Landsat 8 yaitu band 10 dan
band 11 yang menggunakan perangkat lunak ENVI dan ArcGIS. Metode yang dipakai adalah algoritma
pengolahan citra (supervised minimum distance classification) dan memanfaatkan tool geoprocessing
ArcGIS.
2.
METODE
2.1. Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Citra Landsat 7 ETM+ band 61 perekaman 16 Juli
2001 (path 113 row 60), dengan tutupan awan kurang 10% dan waktu musim kemarau agar diperoleh hasil
analisis yang maksimal dengan asumsi bahwa suhu tertinggi terjadi pada musim kemarau. Alat yang
digunakan yaitu Notebook AMD A6 Vision (4CPU’s 1,5 GHz, GPU 2 GB, RAM 6 GB, HDD 500 GB),
perangkat lunak pengolah data raster ILWIS 3.3 Academic dan ENVI 5.02, dan perangkat lunak pengolah
kata WPS Writer 2014 Beta 3.
2.2. Wilayah Kajian
Wilayah kajian penelitian berada di Kota Gorontalo dan Sekitarnya dengan luas 300 baris x 300 kolom
piksel citra (54 km2 ) dengan posisi koordinat (UTM 51N) kiri atas 502544.90, 69675.10; kanan atas
520605.10, 69675.10; kiri bawah 502544.90, 51614.90; dan kanan bawah 520605.10, 51614.90. Letak
geografis Kota Gorontalo pada posisi 0031’-0046’LU dan 123000’-123026’BT dan berada pada elevasi 5 – 10
mdpl. Terdapat dua sungai besar yang melintasi Kota Gorontalo yaitu Sungai Bone (DAS Bone) dan Sungai
Bolango (DAS Bolango). Sebelah selatan Kota Gorontalo merupakan barisan perbukitan yang dibelah oleh
Sungai Bone yang bermuara pada Teluk Tomini. Wilayah kajian disajikan sebagaimana pada Gambar 1.
- 337 -
Analisis SuhuPermukaan Kota Gorontalo dan Sekitarnya Menggunakan Saluran Thermal Citra Landsat 7 ETM+ (Koto, A.G.)
,
Laut Sulawesi
Prop. Gorontalo
Danau
Limboto
TelukTomini
TelukTomini
Gambar 1. Wilayah kajian Kota Gorontalo dan Sekitarnya
Kenampakan dari citra ASTER GDEM2 perekaman tahun 2011 menunjukkan barisan perbukitan yang
membentang sepanjang bagian selatan Kota Gorontalo dan dibelah oleh Sungai Bone yang bermuara di
Teluk Tomini sebagaimana disajikan pada Gambar 2.
,
Gambar 2. Barisan perbukitan membentang di sebelah selatan Kota Gorontalo
yang dibelah Sungai Bone yang bermuara pada Teluk Tomini
(sumber : ASTER GDEM 2)
- 338 -
SEMINAR NASIONAL PENGINDERAAN JAUH 2015
2.3. Pengolahan Citra Digital
Dalam pengolahan citra digital, untuk kajian selain penurunan informasi penutup lahan/penggunaan
lahan, maka diperlukan koreksi radiometrik. Citra Landsat 7 ETM+ yang diterima memiliki level L1G yang
berarti telah mengalami koreksi geometrik (geometric corrected), namun masih perlu dikoreksi lagi
menggunakan RBI digital wilayah Kota Gorontalo (layer jaringan jalan, administrasi, dan hidrologi) agar
memperoleh citra yang sesuai dengan posisinya dipermukaan bumi. Koreksi radiometrik diperlukan karena
beberapa hal, yaitu : kesalahan pada sistem optik, gangguan energi radiasi elektromagnetik pada atmosfir
(hamburan serapan, amplitudo yang tidak linier, dan noise pada transmisi data), dan kesalahan karena
pengaruh sudut datang matahari. Selain hal diatas, untuk memperoleh informasi baru dari citra satelit,
semisal kajian transformasi indeks vegetasi, maka diperlukan pula koreksi radiometrik (Danoedoro, 2012).
Landsat ETM+ memiliki resolusi spasial 30m (band 1-5, 7) kecuali saluran thermal (60m) dan saluran
panchromatic (15m) dengan resolusi temporal 16 hari. Landsat 7 ETM+ yang diperoleh seluas 1 scene (185
x 185km) sehingga perlu dipotong sesuai dengan wilayah kajian. Pemotongan menggunakan Peta RBI digital
wilayah Gorontalo dengan posisi koordinat UTM (51N) kiri atas 502544.90, 69675.10; kanan atas
520605.10, 69675.10; kiri bawah 502544.90, 51614.90; dan kanan bawah 520605.10, 51614.90.
Tujuan penelitian ini adalah untuk memperoleh nilai suhu permukaan dengan menurunkannya dari band
61 Landsat ETM+ (2001) sehingga tidak diperlukan validasi dan uji lapangan sebab tidak sesuai dengan
kondisi saat ini (2015) dan juga penggunaan metode tanpa menyentuh obyek yang dikaji.Pengolahan suhu
permukaan dibagi menjadi tiga yaitu suhu pada daratan, perairan (Teluk Tomini), dan awan, namun dalam
tulisan ini, suhu perairan dan awan diabaikan.
Koreksi radiometrik pada band 61 Landsat 7 ETM+ dilakukan dengan mengubah DN valueto radiance
dengan melihat informasi tanggal, bulan, tahun perekaman citra, dan sudut datang matahari (sun elevation).
Setelah itu dilakukan proses kalibrasi spectral radiance to surface temperature (0K) dengan menggunakan
persamaan (1) untuk memperoleh nilai derajat suhu Kelvin (Landsat 7 Handbook).
……………………………………….. (1)
Dimana :
T = suhu Kelvin (0 K)
K2 = konstanta kalibrasi 2
K1 = konstanta kalibrasi 1
L‫ =ג‬spektral radiance dalam watts/(meter squared * ster * µm)
Nilai K2, K1 dan L‫ג‬diperoleh dari nilai konstanta kalibrasi band thermal yang selengkapnya disajikan
pada Tabel 2.
Tabel 2. Konstanta kalibrasi band thermal Landsat TM dan Landsat 7 ETM+
(sumber : Landsat 7 Handbook)
Landsat ETM+
Landsat TM
Konstanta (K1)
watts/(meter squared * ster * µm)
666,09
607,76
Konstanta (K2)
Kelvin
1282,71
1260,56
Persamaan (1) menghasilkan nilai radianceband thermal dalam suhu permukaan (°K). Nilai
radianceband thermal ini selanjutnya diubah menjadi suhu permukaan derajat Celcius (0C) yang dikurangi
dengan 273.15, sehingga akan diperoleh nilai suhu permukaan dalam Celcius (°C). Selengkapnya diagram
alir penelitian disajikan pada Gambar 3.
- 339 -
Analisis SuhuPermukaan Kota Gorontalo dan Sekitarnya Menggunakan Saluran Thermal Citra Landsat 7 ETM+ (Koto, A.G.)
Landsat 7 ETM+ band 61
Digital RBI
Cropping
Geometric Correction
Digital RBI
Geometric Corrected
DN value into radiance
Spectral radiance into
surface temperature (0K)
Temperature (0 K)
into temperature (0C)
Surface temperature map
Gambar 3. Diagram alir penelitian
3. HASIL PEMBAHASAN
3.1. Analisis Suhu Permukaan
Berdasarkan jumlah piksel, suhu permukaan yang memiliki jumlah piksel banyak dikategorikan sebagai
nilai suhu yang dominan. Suhu permukaan Kota Gorontalo dan Sekitarnya didominasi kisaran 25.40C. Hal
tersebut nampak sebagaimana yang tersaji pada Gambar 4.
Gambar 4. Histogram suhu (0C) Kota Gorontalo dan Sekitarnya
- 340 -
SEMINAR NASIONAL PENGINDERAAN JAUH 2015
Nilai suhu permukaan terbanyak berdasarkan jumlah piksel yang tersaji pada Gambar 4 (25.40C) bukan
merupakan suhu permukaan yang ada di daratan, melainkan suhu permukaan yang berada di Teluk Tomini,
sebagaimana nampak pada Gambar 5. Sedangkan suhu permukaan pada daratan didominasi nilai 270 C.
Gambar 5. Suhu Permukaan Teluk Tomini
Suhu permukaan pada obyek awan berada pada kisaran 18,50C dimana awan ini tentunya mengandung
uap air dan bersuhu rendah, sebagaimana secara visualisasi disajikan pada Gambar 6.
Awan
Gambar 6. Sekumpulan awan di sebelah tenggara Kota Gorontalo yang berada di perbukitan
Suhu permukaan pada wilayah kajian yang berada di pusat Kota Gorontalo cukup tinggi (31-320C),
hal ini disebabkan karena minimnya vegetasi, didominasi perumahan/gedung, tingginya emisi gas buang
kendaraan bermotor, dan pantulan jalan (aspal dan beton). Selain itu dipengaruhi pula oleh perekaman citra
yang berlangsung pada Bulan Juli, dimana bulan ini termasuk dalam musim kemarau, yang tentunya suhu
lebih tinggi dibanding ketika musim penghujan. Suatu hal menarik bahwa kisaran suhu di wilayah
Perumahan Pulubala ternyata cukup tinggi yaitu antara 31-330C, sebagaimana tersaji pada Gambar 7.
Perumahan Pulubala merupakan kawasan pemukiman padat penduduk dengan tingkat vegetasi jarang,
dimana perumahan ini didominasi oleh kalangan menengah bawah.
PerumPulubala
Pusat Kota Gorontalo
Gambar 7. Kisaran suhu permukaan di Perum Pulubala dan Pusat Kota Gorontalo
- 341 -
Analisis SuhuPermukaan Kota Gorontalo dan Sekitarnya Menggunakan Saluran Thermal Citra Landsat 7 ETM+ (Koto, A.G.)
Nilai rata-rata suhu permukaan berkisar 270 C. Faktor yang mempengaruhi kenyamanan suhu untuk orang
Indonesia menurut SNI 03-6572-2001 dibagi menjadi tiga, yaitu : sejuk nyaman (20.5-22.80C), nyaman
optimal (22.8-25.80C) dan hangat nyaman (25.8-27.10C). Berdasarkan wilayah kajian, suhu rata-rata berkisar
270C yang dikategorikan sebagai hangat nyaman. Namun wilayah pusat Kota Gorontalo yang memiliki suhu
permukaan antara 31-320C termasuk kategori tidak nyaman. Kenampakan secara keseluruhan persebaran
suhu permukaan di wilayah Kota Gorontalo dan Sekitarnya disajikan pada Gambar 8.
Gambar 8. Suhu permukaan Kota Gorontalo dan sekitarnya
4.
KESIMPULAN
Suhu permukaan suatu wilayah dapat diturunkan dengan memanfaatkan thermal band 61 Landsat 7
ETM+. Hasil penelitian menunjukkan bahwa suhu rata-rata permukaan Kota Gorontalo dan Sekitarnya
adalah 270C. Suhu permukaan yang terendah adalah 250C dan tertinggi 34.70C, dan suhu permukaan pada
pusat Kota Gorontalo antara 31-320C. Penelitian ini berdasarkan pada penggunaan citra perekaman musim
kering (bulan Juli) sehingga perlu penelitian lebih lanjut menggunakan citra perekaman musim penghujan
dan sensor yang berbeda.
UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis mengucapkan terimakasih kepada pihak NASA & USGS yang telah memberikan izin untuk
mengunduh secara gratis citra Landsat 7 ETM+. Penulis juga menyambut baik dan menghaturkan
terimakasih atas kerjasama dan bantuan yang diberikan Universitas Muhammadiyah Gorontalo yang telah
memfasilitasi penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA
Anonymous (2014). Gorontalo Dalam Angka 2014. BPS Provinsi Gorontalo.
Danoedoro, P. (2012). Penginderaan Jauh Digital. Penerbit Andi, Yogyakarta.
Kim, H. (1992). Urban Heat Island. International Journal of Remote Sensing, 13:2319–2336.
Landsat 7 Handbook.
Mukherjee, S., Joshi, P.K., dan Garg, R.D. (2014). A Comparison of Different Regression Models for Downscaling
Landsat and MODIS Land Surface Temperature Images Over Heterogeneous Landscape. Advances in Space
Research, 54:655-669.
- 342 -
SEMINAR NASIONAL PENGINDERAAN JAUH 2015
Ozelkan, E., Serdar, B., Ertunga, C.O., Burak, B.U., dan Cankut, O. (2014). Land Surface Temperature Retrieval for
Climate Analysis and Association with Climate Data. European Journal of Remote Sensing, 47:655-669.
Sameen, M.I., dan Mohammed, A.A.K. (2014). Automatic Surface Temperature Mapping in ArcGIS using Landsat-8
TIRS and ENVI Tools-Case Study: Al Habbaniyah Lake. Journal of Environment and Earth Science 4(12):2-17.
SNI 03-6572-2001. Tata Cara Perancangan Sistem Ventilasi dan Pengkondisian Udara pada Bangunan Gedung.
Srivastava, P.K., Majumdar, T.J., dan Amit, K.B. (2009). Surface Temperature Estimation in Singhbhum Shear Zone
of India Using Landsat-7 ETM+ Thermal Infrared Data. Advances in Space Research, 43:1563–1574.
Voogt, J.A. (2000). Image Representations of Complete Urban Surface Temperatures. Geocarto International, 15(3):2131.
Voogt, J.A., dan Oke, T.R. (2003). Thermal remote sensing of urban climates. Remote Sensing of Environment,
86:370-384.
*) Makalah ini telah diperbaiki sesuai dengan saran dan masukan pada saat diskusi presentasi ilmiah
BERITA ACARA
PRESENTASI ILMIAH SINASINDERAJA 2015
Moderator
Judul Makalah
Pemakalah
Jam
Tempat
Diskusi
: Dra, RatihDewanti, M. SC
: AnalisisSuhuPermukaan Kota Gorontalo danSekitarnyaMenggunakan
Saluran Thermal Citra Landsat 7 ETM+
:Arthur Gani Koto
:11:19 WIB
:Ballroom 3, IPB
:
Wawan, LAPAN
Data yang digunakan 2001 sudah 14 tahun yang lalu. bagaimanavalidasinya?
apakahinidihitungketelitiannyadilapangannyabagaimana?
Jawaban
Datanya sangat lama. Alasannya data lama, pertama kondisi internet Indonesia Timur yang lelet dan kedua ketika
mendowload saya memilih-milihawannya yang minimal yang paling bersih pada tahun 2001 bulanjuli. UntukValidasi,
tujuannya hanya untuk mengekstrak data suhu permukaan saja tanpa menyentuh objek dengan data penginderaan jauh.
Joseph, BIG :
Awan harusseminimalmungkinpadamenghitung histogram awandibuangdahulu.
Bidawi, LAPAN:
Saran ketika membahas lebih focus bagaimana objek darat dan objek air itu sendiri?
Jawaban
Perangkatlunaktidakmendukunguntukpemotongan
Dalam penelitianjanganterpakupada software. Pisahkannilai air dandarat
- 343 -