Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA

## IDENTIFIKASI WILAYAH UPWELLING
BERDASARKAN VORTISITAS dan DIVERGENSI di PERAIRAN SELATAN JAWA HINGGA NUSA TENGGARA BARAT

## Lizalidiawati
Fisika FMIPA Universitas Bengkulu, Jl. W.R. Supratman Kandang Limun, Bengkulu  38371.
Email: lizallw07@gmail.com

## Abstrak
Salah  satu  perairan  di  Indonesia  yang  telah  teridentifikasi  sebagai  lokasi upwelling adalah  perairan selatan  Jawa  hingga  Nusa  Tenggara  Barat.  Identifikasi  daerah upwelling berdasarkan  hasil  model HAMSOM  Baroklinik  3D  menunjukkan  bahwa upwelling paling  kuat  terjadi  di  perairan  selatan  Jawa Timur  pada  saat  musim  timur.  Hasil  model  menunjukkan  bahwa  Arlindo  yang  melalui  Selat  Lombok berperan  terhadap  penguatan  arus  ke  arah  barat  (arus  zonal)  di  lepas  pantai  selatan  Jawa  Timur. Penguatan  arus  ke  arah  barat  di  lepas  pantai  menyebabkan  kecepatan  geser  ( shear  velocity )  ke  arah pantai  selatan  Jawa  Timur.  Kecepatan  geser  ke  arah  pantai  menimbulkan  vortisitas  negatif  dan terjadinya  zona  divergensi  sehingga  mengakibatkan  kekosongan  massa  air  di  permukaan  yang  dapat meningkatkan  intensitas upwelling di  pantai  selatan  Jawa  Timur.  Transpor  Arlindo  maksimum  terjadi pada bulan  Agustus sebesar 1,30 Sv.  Analisis  statistik  menunjukkan bahwa transpor  Arlindo  memiliki korelasi yang kuat terhadap arus zonal di perairan selatan Jawa Timur dengan koefisien korelasi sebesar 0,78.  Vortisitas  maksimum  terdapat  pada  bulan  Agustus  sebesar  -8,82  x  10 -6 s -1 dan  divergensi horizontal sebesar +3,60 x 10 -6 s -1 .
Kata-kata kunci : Arlindo, arus zonal, kecepatan geser, vortisitas, divergensi.

## Abstract
One of the Indonesia waters that have been identified as the location of upwelling are southern waters of Java  to  West  Nusa  Tenggara.  Identification  of  upwelling  area  based  on  the  simulation  results  of  the HAMburg  Shelf  Ocean  Model  (HAMSOM)  3D  Baroclinic  showed  that  a  stronger  intensity  in  the southern  waters  of  East  Java  in  the  shoutheast  monsoon.  The  results  showed  that  the  ITF  through  the Lombok Strait contributes to the strengthening of the westward flow (zonal flow) off the south coast of East  Java.  The  Strengthening  of  westward  flows  off  the  coast  caused  a  shear  velocity  towards  the southern coast of East Java. Shear velocity towards onshore caused negative vorticity and occurred the horizontally divergence zone which resulted vacancy of water masses in the surface so as to increase the intensity of upwelling. The maximum ITF was occurred in August with value 1.30 Sv and which caused westward  flows  to  be  stronger.  The  statistical  analysis  showed  that  the  ITF  transport  has  a  strong correlation  with  the  zonal  currents  in  the  southern  waters  of  East  Java  with  a  correlation  coefficient 0.78.  The  maximum  vorticity  was  found  in  August  with  value  -8.82  x  10 -6 s -1 and  the  maximum horizontally divergence +3.60 x 10 -6 s -1 .
Keywords : ITF, zonal flow, shear velocity, vorticity, divergence.
DOI: doi.org/10.21009/SPEKTRA.011.11
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA

## 1. PENDAHULUAN
Perairan  Selatan  Jawa  hingga  Nusa  Tenggara  Barat  (NTB)  merupakan  perairan  yang  sangat dinamik, selain dipengaruhi oleh sirkulasi angin monsun juga oleh masukan massa air dari perairan Indonesia  bagian  timur  dan  merupakan  kutub  bagian  timur  dari Indian  Ocean  Dipole .  Perairan selatan Jawa hingga  NTB merupakan  bagian  dari  kawasan  Samudra  Hindia  yang  diketahui sebagai daerah potensial untuk fishing ground ikan tuna dan Wilayah Pengelolaan Perikanan (WPP).
Beberapa  peneliti  telah  melakukan  identifikasi  lokasi  dan  intensitas upwelling serta korelasinya terhadap monsun, El Niño Southern Oscillation (ENSO), dan Indian Ocean Dipole (IOD) di perairan selatan Jawa hingga Nusa Tenggara Barat (NTB) dengan menggunakan data citra satelit berupa distribusi suhu permukaan laut dan nilai konsentrasi klorofil-a [1,2,3].  Analisis upwelling di perairan  selatan  Jawa  juga  telah  dilakukan  berdasarkan  hasil  model  hidrodinamika  3D  baroklinik HAMburg  Shelf  Ocean  Model (HAMSOM) meliputi  kecepatan  arus  vertikal,  anomali  suhu  dan salinitas yang dikaitkan dengan monsun, ENSO, dan IOD [4]. Kajian upwelling tersebut dilakukan di beberapa titik lokasi yaitu Selat Sunda, selatan Jawa Tengah, dan selatan Jawa Timur.
Fakta  menunjukkan  bahwa  pada  musim  timur upwelling di  selatan  Jawa  Timur  lebih  kuat daripada  di  selatan  Jawa  Barat,  sedangkan  angin  pada  musim  timur  sebagai  pembangkit upwelling lebih  kuat  di  selatan  Jawa  Barat.  Sehingga  perlu  dilakukan  kajian  yang  berkaitan  dengan  faktor penyebab  lain, selain angin  yang  berperan terhadap  intensitas  dan  durasi upwelling di  selatan Jawa Timur.  Penguatan upwelling secara  spasial  dan  temporal  memiliki  hubungan  dengan  Arus  lintas Indonesia (Arlindo) yang memasuki wilayah perairan Indonesia terutama sepanjang perairan selatan Jawa hingga NTB.
Kondisi  dinamika  arus  dan  kontribusi  Arlindo  terhadap  perairan  selatan  Jawa  hingga  NTB menjadi dasar perlunya dilakukan kajian mengenai zona terjadinya vortisitas dan divergensi sebagai indikator  terjadinya  penguatan upwelling .  Peranan  vortisitas  terhadap  penguatan upwelling di perairan  selatan  Jawa  hingga  NTB  dilakukan  dengan  menghitung  nilai  vortisitas  relatif.  Vortisitas relatif  menyatakan  kekuatan  rotasi  yang  disebabkan  oleh  adanya  kecepatan  geser  ( shear  velocity ) arus laut di suatu perairan.
Daerah yang mengalami vortisitas negatif akan menyebabkan muka laut semakin rendah dan akibat  gaya  coriolis,  vortisitas  negatif  di  selatan  ekuator  menimbulkan  divergensi.  Daerah  yang terjadi divergensi akan mengakibatkan terjadi kekosongan massa air di permukaan dan menyebabkan naiknya  air  dari  lapisan  dalam  untuk  mengisi  kekosongan  ini.  Nilai  divergensi  menyatakan  laju perubahan volume suatu fluida.
Tujuan  penelitian  ini  adalah  mengidentifikasi  zona  terjadinya  vortisitas  dan  divergensi  di sepanjang  perairan  selatan  Jawa  hingga  NTB  yang  berhubungan  dengan  terjadinya upwelling yang kuat.

## 2. METODE PENELITIAN
Penelitian  yang  berkaitan dengan  perhitungan  nilai  vortisitas  dan divergensi  di wilayah  perairan selatan Jawa hingga NTB menggunakan hasil simulasi model HAMSOM baroklinik 3D berupa data arus komponen horizontal ( u dan v ) rata-rata harian [14]. Metode yang digunakan untuk menganalisis hasil simulasi model selama 20 tahun (1990-2009), yaitu temperatur, dan arus secara spasial maupun temporal adalah metode deskriptif dan statistik. Daerah studi meliputi wilayah perairan selatan Jawa hingga NTB, yaitu antara 104 o - 126 o Bujur Timur (BT) dan 6 o - 10 o 30’ Lintang Selatan (LS). Vortisitas relatif dihitung dengan rumus [5]:
dy du dx dv V x     2  (1)
dengan adalah  vortisitas  relatif  komponen  vertikal  (s -1 ), u dan v adalah  komponen  vektor kecepatan  arus  horizontal  arah- x dan  arah- y (m/s).  Vortisitas  positif  menunjukkan  arah  rotasinya
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
berlawanan  jarum  jam  ( counter-clockwise )  dan  negatif  menunjukkan  rotasi  searah  jarum  jam ( clockwise ).
Perhitungan nilai divergensi di suatu perairan menggunakan rumus berikut [5]:
dy dv dx du V V Div H H     .  (2)
Divergensi  positif  (divergensi)  menyatakan  terjadinya  kekosongan  massa  air  atau  penurunan muka  air,  sedangkan  divergensi  negatif  (konvergensi)  menunjukkan  terjadinya  penumpukan  massa air  atau  penaikan  muka  air  dalam  suatu  kontrol  volume  fluida  [6].  Divergensi  positif  yang menunjukkan  kekosongan  massa  air  di  permukaan  mengakibatkan  naiknya  massa  air  dari  lapisan bawah ke permukaan ( upwelling ).

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Distribusi  temperatur  rata-rata  bulanan  selama  20  tahun  mengidentifikasi  munculnya upwelling pada musim timur (Juni hingga September) di perairan selatan Jawa hingga NTB (Gambar 1).
GAMBAR 1. Distribusi temperatur permukaan laut (3 m) rata-rata bulanan di perairan selatan Jawa hingga NTB: (a) Juni, (b) Juli, (c) Agustus, (d) September.
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
Upwelling mulai terbentuk pada bulan Juni dan mencapai maksimum pada bulan Agustus [1,7,8]. Penurunan  temperatur  permukaan  laut  yang  lebih  rendah  (23 o C–24 o C)  mengindikasikan  bahwa upwelling lebih  kuat  di  perairan  selatan  Jawa  Timur  dibandingkan  di  perairan  selatan  Jawa  Barat, Jawa Tengah, dan NTB.
Parameter indikator upwelling memperlihatkan adanya penguatan upwelling dan maksimum penguatan  terjadi  pada  bulan  Agustus  di  perairan  selatan  Jawa  Timur.  Secara  teoritis,  proses upwelling yang terjadi di lokasi perairan selatan Jawa hingga NTB dibangkitkan oleh angin monsun Tenggara pada bulan Juni hingga September. Angin tersebut berhembus intensif ke arah barat daya sejajar  dengan  garis  pantai  sepanjang  deretan  pulau-pulau  Nusa  Tenggara  Timur,  Nusa  Tenggara Barat hingga selatan Jawa [1,4,9]. Faktor  selain  angin  lokal  yang  berperan  dalam  penguatan upwelling di  perairan  selatan  Jawa  Timur  sangat  mempengaruhi  dinamika  arus  di  daerah  tersebut. Salah  satu  faktor  selain  angin  lokal  yang  berkontribusi  terhadap  penguatan upwelling di  pantai selatan Jawa  Timur  adalah  transpor  Arlindo  yang  memasuki  perairan  selatan Jawa  sebesar  55-65% [10].  Pengaruh  Arlindo terhadap upwelling berperan tidak  secara  langsung  karena  transpor  Arlindo menyebabkan penguatan arus ke arah barat di lepas pantai selatan Jawa Timur (Gambar 2).
GAMBAR 2. Distribusi arus permukaan (3 m) rata-rata bulanan di perairan selatan Jawa hingga NTB pada bulan: (a) Juni, (b) Juli, (c) Agustus, dan (d) September.
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
Penguatan arus ke arah barat mempengaruhi dinamika arus di pantai selatan Jawa Timur sehingga dapat  meningkatkan upwelling di  wilayah  tersebut.  Kondisi  dinamika  arus  menunjukkan  terjadinya kecepatan  geser  ( shear  velocity )  dari  arah  lepas  pantai  ke  pantai  selatan  Jawa  Timur  (Gambar  3). Kecepatan  geser  dari  arus  terjadi  akibat  adanya  kontribusi  Arlindo  yang  menyebabkan  penguatan arus  ke  arah  barat  di  lepas  pantai  selatan  Jawa  Timur.  Penguatan  arus  ke  arah  barat  semakin berkurang  mendekati  pantai  selatan  Jawa  Timur  sehingga  menyebabkan  kecepatan  geser  yang menimbulkan vortisitas negatif (searah jarum jam). Sedangkan di perairan selatan Jawa Barat terlihat adanya kecepatan geser yang dominan menimbulkan vortisitas positif (berlawanan arah jarum jam). Perhitungan vortisitas komponen vertikal di perairan selatan Jawa hingga NTB menunjukkan bahwa vortisitas  negatif  cenderung  terjadi  di  pantai  selatan  Jawa  Timur  dan  vortisitas  positif  cenderung terjadi di pantai selatan Jawa Barat hingga Jawa Tengah pada bulan Juni hingga September (Gambar 4).
Vortisitas  negatif  terlihat  menguat  pada  bulan  Juni  dengan  nilai  sebesar  -6,63  x  10 -6 s -1 di pantai  dan  -3,37  x  10 -6 s -1 di  lepas  pantai  selatan  Jawa  Timur.  Pada  bulan  Juli,  vortisitas  negatif memiliki nilai sebesar -6,36 x 10 -6 s -1 di pantai selatan Jawa Timur. Sedangkan pada bulan Agustus, vortisitas  negatif  semakin  meningkat  sebesar  -8,82  x  10 -6 s -1 di  pantai.  Pada  bulan  September, vortisitas negatif di pantai selatan Jawa Timur semakin kuat  sebesar -10,46 x 10 -6 s -1 di pantai selatan Jawa  Timur  (Gambar  4.  a-d).  Vortisitas  negatif  terlihat  semakin  kuat  pada  bulan  Agustus  dan menyebar  hingga  ke  perairan  selatan  Jawa  Tengah.  Vortisitas  negatif  yang  lebih  kuat  pada  bulan Agustus menunjukkan bahwa adanya kontribusi Arlindo yang memperkuat arus ke arah barat di lepas pantai selatan Jawa Timur. Arlindo memasuki perairan selatan Jawa maksimum pada bulan Agustus dan penguatan arus ke arah barat juga terjadi pada bulan yang sama.
Vortisitas  negatif  di  pantai  selatan  Jawa  Timur  maksimum  pada  bulan  Agustus.  Vortisitas negatif  mengakibatkan  muka  laut  semakin  rendah  dan  akibat  bekerjanya  gaya  Coriolis  di  Bumi Belahan  Selatan  (BBS)  menyebabkan  arus  dibelokkan  ke  kiri  dari  arah  kecepatan  linier. Pembelokkan  arus  ke  kiri  di  BBS  menimbulkan  divergensi  horizontal  positif  di  wilayah  tersebut (Gambar  3).  Hasil  perhitungan  divergensi  horizontal  di  perairan  selatan  Jawa  hingga  NTB  yang merupakan kombinasi pengaruh rotasi siklonik dan penguatan arus ke arah barat menunjukkan nilai positif  yang  kuat  di  pantai  selatan  Jawa  Timur  pada  bulan  Juni  hingga  September  (Gambar  5). Divergensi  horizontal  positif terlihat  menguat  memasuki  musim  timur  (Juni-September)  di  perairan selatan Jawa Timur.
Divergensi horizontal positif di pantai pada bulan Juni memiliki nilai sebesar 1,47 x 10 -6 s -1 , bulan Juli sebesar 2,21 x 10 -6 s -1 , dan pada bulan Agustus semakin meningkat sebesar 3,60 x 10 -6 s -1 . Sedangkan divergensi horizontal pada bulan September melemah sebesar 2,46 x 10 -6 s -1 . Divergensi horizontal  positif  di  pantai  selatan  Jawa  Timur  terlihat  maksimum  pada  bulan  Agustus  dan bersesuaian  dengan  menguatnya  Arlindo  dari  Selat  Lombok  pada  bulan  yang  sama.  Divergensi horizontal  positif  yang  menguat  pada  musim  timur  (Juni  hingga  September)  dan  maksimum  pada bulan  Agustus  menunjukkan  bahwa  muka  laut  di  sisi  pantai  selatan  Jawa  Timur  lebih  rendah daripada bagian perairan selatan Jawa lainnya.
GAMBAR 3. Ilustrasi dinamika arus di perairan selatan Jawa Timur: (a) kecepatan geser ( shear velocity )  arus zonal menimbulkan  vortisitas  negatif,  (b)  vortisitas  negatif  menyebabkan  muka  laut rendah  dan  akibat  gaya  Coriolis  di  Bumi  Belahan  Selatan  (BBS)  arus  dibelokkan  ke  kiri  yang mengakibatkan divergensi.
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
GAMBAR  4. Distribusi  vortisitas  komponen  vertikal  rata-rata  bulanan  di  perairan  selatan  Jawa hingga NTB pada bulan: (a) Juni, (b) Juli, (c) Agustus, dan (d) September.
GAMBAR  5. Distribusi  divergensi  horizontal  rata-rata  bulanan  di  perairan  selatan  Jawa  hingga NTB pada bulan: (a) Juni, (b) Juli, (c) Agustus, dan (d) September.
Kondisi  maksimum  penguatan upwelling di  perairan  selatan  Jawa  Timur  terdapat  pada  bulan Agustus.  Mekanisme  Arlindo  berperan  terhadap  menguatnya  arus  yang  bergerak  ke  arah  barat  di lepas pantai selatan Jawa Timur sehingga menyebabkan terjadinya shear velocity yang menimbulkan vortisitas negatif (Gambar 6).
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
GAMBAR  6. Mekanisme  Arlindo  terhadap  penguatan upwelling di  pantai  selatan  Jawa  Timur pada  bulan  Agustus.  (a)  distribusi  arus  permukaan  yang  menunjukkan shear  velocity ,  (b)  vortisitas komponen vertikal, (c) divergensi horizontal, dan (d) tinggi muka laut.
Vortisitas  negatif  menyebabkan  divergensi  horizontal  positif  sehingga  terjadi  kekosongan  muka laut  yang  digantikan  oleh  massa  air  dari  lapisan  bawah  yang  menyebabkan  terjadinya  penguatan upwelling di perairan selatan Jawa Timur.

## 4. KESIMPULAN
Transpor Arlindo yang melalui Selat Lombok sebesar 1,3 Sv pada bulan Agustus berperan dalam penguatan  arus  ke  arah  barat  di  lepas  pantai  selatan  Jawa  Timur.  Penguatan  arus  ke  arah  barat menyebabkan  adanya  perbedaan  kecepatan  ( shear  velocity )  ke  arah  pantai  dan  menimbulkan vortisitas negatif di pantai selatan Jawa Timur. Vortisitas negatif yang kuat di perairan selatan Jawa Timur mengakibatkan terbentuknya divergensi positif yang kuat juga di daerah tersebut. Divergensi maksimum  sebesar  3,60  x  10 -6 s -1 memperkuat  intensitas upwelling pada  bulan  Agustus  di  pantai selatan Jawa Timur.

## UCAPAN TERIMAKASIH
Ucapan terima kasih disampaikan kepada Dr.rer.nat. Mutiara Rachmat Putri, S.Si, M.Si yang telah berkenan memberikan izin penggunaan Data dan Bayu Priono, S.Si, M.Si beserta teman-teman yang telah banyak membantu dalam penelitian ini.

## REFERENSI
[1] Susanto, R.D., A.L. Gordon, dan Q. Zheng (2001): Upwelling Along the Coasts of Java and Sumatra and Its Relation to ENSO . Geophysical Research Letters 28:1,559–1,602.
[2] Susanto,  R.D.,  dan  J.  Marra  (2005): Effect  of  the  1997/98  El  Niño  on  Chlorophyll-a Variability  Along  the  Southern  Coasts  of  Java  and  Sumatra , Oceanography ,  Journal  of  the Oceanography Society,Volume 18, Number 4.
[3] Kunarso  (2005): Kajian  Penentuan  Lokasi-Lokasi  Upwelling  di  Perairan  Indonesia  dan Sekitarnya  serta  Kaitannya  dengan  Fishing  Ground  Tuna .  Tesis,  Program  Studi  Magister Oseanografi, Sains Atmosfir, dan Seismologi, Institut Teknologi Bandung.
[4] Putri,  M.R.  (2005): Study  of  Ocean  Climate  Variability  (1959-2002)  in  the  Eastern  Indian Ocean,  Java  Sea  and  Sunda  Strait  Using  the  HAMburg  Shelf  Ocean  Model .  Dissertation, Hamburg University.
[5] Stewart,  R.H.,  2008.  Introduction  to  Physical  Oceanography.  Department  of  Oceanography Texas A & M University.
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
[6] Schwind ,  J.J.V.  (1980): Geophysical  Fluid  Dynamics  For  Oceanographers .  Prentice- Hall, University of California.
[7] Ningsih,  N.S.,  N.  Rakhmaputeri,  dan  A.B.  Harto  (2013): Upwelling  Variability  along  The Southern  Coast  of  Bali  and  in  Nusa  Tenggara  Waters .  Ocean  Science  Journal  Vol.  48,  No.  1 March 31.
[8] Hendiarti,  N.  (2003): Investigations  on  ocean  color  remote  sensing  in  Indonesian  waters using SeaWiFS . CD Doct. Dissertation, Univ. Rostock, p. 93
[9] Wyrtki,  K.,  1961. Physical  oceanography  of  the  South  East  Asian  waters .  Scripps  Inst. Oceanogr., Univ. Calif., San Diego, p.195.
[10] Kuswardani, R.T.D. (2012): The development of a wave-tide-circulation coupled model and its  upwelling  simulation  application  in  the  Indonesian  Seas .  Dissertation,  Ocean  University  of China.
[11] Jackson, A 2007, ‘New approaches to drug therapy’, Psychology Today and Tomorrow, vol. 27, no. 1, pp. 54-9.
[12] Kramer, E & Bloggs, T 2002, ‘On quality in art and art therapy’, American  Journal  of  Art Therapy , vol. 40, pp. 218-31.
[13] Wang,  R.T.    “Title  of  Chapter,”  in  Classic  Physiques,  edited  by  R.  B.  Hamil  (Publisher Name, Publisher City, 1999), pp. 212–213.