(Studi Kasus : Laut Utara Pulau Jawa)

## VALIDASI ALGORITMA ESTIMASI TOTAL SUSPENDED SOLID DAN CHL-A PADA CITRA SATELIT AQUA MODIS DAN TERRA MODIS DENGAN DATA IN SITU
(Studi Kasus : Laut Utara Pulau Jawa)
VALIDATION OF TOTAL SUSPENDED SOLID AND CHL-A ESTIMATION ALGORITHM OF AQUA AND TERRA MODIS IMAGERY WITH IN SITU DATA
(Case Study : North Part of Java Sea)
Loryena Ayu Karondia 1 , Lalu Muhamad Jaelani 1
1 Institut Teknologi Sepuluh Nopember , ²Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Email: lmjaelany@geodesy.its.ac.id

## Abstrak
Total  Suspended  Solid  (TSS)  dan  Chl-a  merupakan  beberapa  parameter  penentu  kualitas  air.  Konsentrasi  Total Suspended Solid yang tinggi dan konsentrasi Chl-a yang sedikit mengganggu proses fotosintesis perairan, kehidupan biota  laut,  dan  pada  pertumbuhan  populasi  fitoplankton  yang  membentuk  dasar  dari  rantai  makanan  laut  dan merupakan  sumber  utama  oksigen  atmosfer.  Beberapa  metode  dapat  digunakan  untuk  memantau  perubahan persebaran TSS dan Chl-a yang terjadi di wilayah tersebut, salah satunya menggunakan teknologi penginderaan jauh. Metode  penginderaan  jauh  merupakan  metode  akuisisi  data  menggunakan  satelit . Didalam  metode  penginderaan jauh tersebut, dibutuhkan algoritma-algoritma estimasi TSS dan Chl-a yang akurat dalam mengestimasi nilai TSS dan Chl-a.  Satelit  penginderaan  jauh  yang  digunakan  adalah  Satelit  Aqua  Modis  dan  Sateit  Terra  Modis.  Penelitian  ini dilakukan  untuk  validasi  beberapa  algoritma  yang  telah  ada  dengan  data  in  situ.  Algoritma  yang  divalidasi  dalam penelitian ini adalah agoritma yang telah tersedia di dalam perangkat lunak Seadas. Dari hasil penelitian ini, didapat bahwa algoritma yang tersedia di dalam perangkat lunak Seadas belum akurat untuk melakukan perhitungan estimasi TSS dan Chl-a.
Kata kunci : Algoritma, Chl-a, Total Suspended Solid (TSS), Validasi

## Abstract
Total  Suspended  Solid  (TSS)  and  Chl-a  is  some  of  parameters  determining  the  quality  of  water  bodies.  High concentration  of  Total  Suspended  Solid    and  low  concentration  of  Chl-a  disturbs  photosynthesis  process  in  waters, marine life, and the population growth of phytoplankton that form the base of the marine food chain and as a major source of atmospheric oxygen.Several methods can be used to monitor changes in  the distribution of  TSS and Chl-a which  happening  in  the  region,  one  of  them  is  by  using  remote  sensing  technology.    The  remote  sensing  method requires estimation algorithms of TSS and Chl-a which can properly estimate the TSS and Chl-a thoroughly. The remote sensing satellite which is used is the Satellite Aqua Modis and Satellite Terra  Modis.  The intent of this study was to validate some of the algorithms that have been there before, that in this case is the validation done at some in situ points which are in the Northern Sea of Java Island. The algorithms validated in this study are the algorithms which already available in Seadas software. From the result of this research, where data validation is done on the Madura Strait,  it  is  obtained  that  the  available  algorithms  in  software  Seadas  are  not  good  enough  to  perform  estimation calculations of TSS and Chl-a.
Keyword : Algorithms, Chl-a, Total Suspended Solid (TSS), Validation

## PENDAHULUAN

## Latar Belakang
Laut  Jawa  selalu  menerima  pencemaran  dari sungai-sungai dari Jawa, Sumatera dan Kalimantan.  Di  Jawa,  pencemaran  dipengaruhi oleh  pencemaran  akibat  pemukiman  perkotaan serta industri (World Bank, 1989) dan pemukiman domestik dan pertanian (Talaue-McManus, 2000). Tingkat  pencemaran  laut  ini  telah  menjadi
ancaman serius bagi laut Indonesia dengan segala potensinya. Komponen-komponen
yang menyebabkan  pencemaran  laut  seperti  partikel kimia,  limbah  industri,  limbah  pertambangan, limbah  pertanian  dan  perumahan,  kebisingan, atau  penyebaran  organisme  invasif  (asing)  di dalam  laut  yang  berpotensi  memberi  efek  buruk terhadap  kestabilan  ekosistem  perairan  Laut Utara Pulau Jawa.
Total  Suspended  Solid (TSS)  dan  Chl-a merupakan beberapa parameter penentu kualitas badan  air.  TSS  merupakan  zat-zat  padat  yang berada  dalam  suspensi,  yang  dapat  dibedakan menurut  ukurannya  sebagai  partikel  tersuspensi koloid  (partikel  koloid)  dan  partikel  tersuspensi biasa (partikel tersuspensi).
Perkembangan teknologi khususnya dalam penginderaan jauh,
menjadikan
pelaksanaan  pemetaan  sebaran  TSS  dan  Chl-a menjadi efisien.
Sudah
banyak aplikasi penginderaan  jauh  yang  digunakan  untuk pemantauan aktifitas lingkungan perairan.
Dengan  demikian,  penginderaan  jauh,  telah memberikan  kontribusi  yang  signifikan  dalam proses  pemahaman  kondisi  oseanografi.  Metode penginderaan jauh ini memanfaatkan citra satelit Modis  untuk  mengidentifikasi  kualitas  perairan. Dalam penelitian ini, digunakan citra satelit Aqua Modis  dan  Terra  Modis  Tahun  2014,  untuk memetakan kondisi perairan.

## METODOLOGI PENELITIAN
Data Dan Peralatan
- Data
Data yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
1. Citra Satelit  Aqua Modis  dan Terra Modis Tahun 2014
2. Peta Vektor Pulau Jawa
3. Data sampel air Perairan Selat Madura
- Peralatan Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
a. Perangkat Keras
i. GPS Handheld
ii. Kamera Digital untuk dokumentasi iii. FieldSpec
b. Perangkat Lunak
i. Sistem operasi Windows 7 ii. Ubuntu 14.04 iii. ArcGIS 10.0 iv. SeaDAS 7.1 v. Visat 5.0
c. Peralatan Uji Data Sampel Air
i. Kertas Saring
- Whatman  Grade  934  AH dengan Particle  Retention berukuran 1,5 µm  ( Standard for TSS in water analysis )
- Gelman  type  A/E,  dengan Particle  Retention berukuran 1,0  µm  ( Standard  Filter  For TSS/TDS  testing  in  sanitary water analysis procedures ) - E-D Scientific Specialities grad e  161  (VWR brand  grade 161) dengan Particle Retention berukuran  1,1µm
( Recomended  for  use  in TSS/TDS  testing  in  water  and wastewater )
ii. Peralatan Uji
- Desikator
- Oven  dengan  operasi  suhu 103ºC - 105ºC
- Timbangan  analitik  dengan ketelitian 0,1mg
- Pengaduk magnetik - Pipet Volume
- Gelas Ukur
- Cawan Alumunium
- Cawan Porselen
- Penjepit
- Kava Arloji
- Pompa Vacum

## Lokasi Penelitian
Lokasi penelitian tugas akhir ini adalah Laut  yang terletak  di  utara  Pulau  Jawa.  Dimana  Laut  Jawa sendiri  memiliki  batasan  koordinat  5˚16’00’’  LS  - 111˚43’52’’ BT. Data in situ yang digunakan dalam penelitian ini adalah sampel air yang diambil pada perairan Selat Madura dengan jarak minimal 1km dari daratan.
Gambar 1. Lokasi Penelitian (tanahair.indonesia.go.id)

## Metode Penelitian
Tahapan  Penelitian  dalam  penelitian  Tugas  Akhir ini adalah :

## Gambar 2. Diagram Pengolahan Data

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Dalam penelitian ini menggunakan beberapa data in situ baik melalui pengukuran lapangan maupun pengunduhan  data  pengukuran  yang  dilakukan oleh  orang  lain  pada  tahun-tahun  sebelumnya. Berikut kumpulan data yang digunakan
Tabel 1. Data in situ hasil pengukuran lapangan pada area Selat Madura pada 24 Maret 2015 dan 26 Maret 2014 Stasiun Lintang Bujur TSS (g/L) Klorofil (mg/L) 1 704337 9193046 24 0,532 2 703323 9196945 42 0,812 3 701568 9199269 74 1,094 4 702649 9200424 27 0,471 5 699994 9200567 16 0,421 6 706385 9195644 15 0,295 7 701357 9201597 14 0,368 8 704114 9199646 20 0,327 9 704384 9195010 9 0,236 10 703355 9198889 9 0,228 11 699700 9202008 10 0,262 12 706292 9192318 40 0,694 13 706088 9194229 56 0,874 14 706024 9197009 8 0,211 15 705283 9198413 4 0,105
Dari proses perhitungan beberapa algoritma pada citra Aqua Modis, didapat hasil sebagai berikut.
Tabel 2. Hasil Perhitungan Algoritma Chl-a terhadap Data In situ
Stasiun Hasil Perhitungan Algoritma Data In situ (mg/L) Chl a Chl oc2 Chl oc3 4 20,26 20,040 20,265 0,471 7 12,48 11,671 12,483 0,368 8 113,1 215,66 113,1 0,327 14 NaN NaN NaN 0,211 (Sumber : Debby Marzella)
Tabel 3. Hasil Perhitungan Algoritma Chl-a terhadap Data In situ Stasiun Hasil Perhitungan Algoritma Data In situ(mg/L) Chl giop Chl gsm 4 118,781 29,8113 0,471 7 NaN 29,7999 0,368 8 58,3173 NaN 0,327 14 27,8111 NaN 0,211 (Sumber : Debby Marzella)
Dalam  proses  validasi  dalam  penelitian  ini menggunakan  data  in  situ  Selat  Madura  pada
tanggal 24 Maret 2014. Terdapat 15 titik  data in situ yang digunakan untuk proses validasi, namun dikarenakan  citra  satelit  yang  banyak  tertutup oleh awan, maka titik yang dapat di validasi hanya berkisar 7 titik.
Terdapat perbedaan yang sangat mencolok antara perhitungan  algoritma  yang  dijalankan  oleh perangkat lunak seaDAS dengan hasil pengukuran data in situ.
Hal  tersebut  dapat  ditunjukkan  pada  grafik sebagai berikut.

## Gambar 3. Grafik Perbandingan antar Algoritma Chl-a terhadap Data In situ
Berikut  adalah  hasil  perhitungan  algoritma estimasi  TSS  yang  menggunakan  algoritma  TSM Clark terhadap data in situ.
Tabel  4.  Hasil  Perhitungan  Algoritma  TSM  Clark terhadap data In situ.
Stasiun TSMclark Data In situ (g/L) 4 2,1654 27 7 2,423 20 8 4,574 9 (Sumber : Debby Marzella)
Terdapat perbedaan yang sangat mencolok antara perhitungan  algoritma  yang  dijalankan  oleh perangkat lunak seaDAS dengan hasil pengukuran data in situ. Hal tersebut  dapat ditunjukkan pada grafik sebagai berikut.

## Gambar 4. Grafik Perbandingan antar Algoritma TSM Clark terhadap Data In situ
Dari proses perhitungan beberapa algoritma pada citra Terra Modis, didapat hasil sebagai berikut.
Tabel  5.  Hasil  Perhitungan  Algoritma  Chl-a  terhadap Data In situ
Stasiun chlor-a chl-a OC2 Data In situ (g/L) 4 24,7944 50,9642 0,471 6 NaN NaN 0,295 8 40,8356 NaN 0,327 12 46,776 NaN 0,694 13 NaN NaN 0,874 14 NaN NaN 0,211 15 NaN NaN 0,105 (Sumber : Debby Marzella)
Tabel  6.  Hasil  Perhitungan  Algoritma  Chl-a  terhadap Data In situ Stasiun chl-a OC3 chl giop chl-a gsm Data In situ (g/L) 4 24,7944 -28,6555 NaN 0,471 6 NaN 1,19E+07 NaN 0,295 8 40,8357 -85,8576 NaN 0,327 12 46,7761 -901471 NaN 0,694 13 NaN 1236104 NaN 0,874 14 NaN 2,04E+07 NaN 0,211 15 NaN 2,60E+07 NaN 0,105
(Sumber : Debby Marzella)
Dari  tabel  diatas,  nilai  NaN  merupakan  hasil perhitungan  algoritma  yang  diartikan  tidak bernilai.  Hal  tersebut  dapat  terjadi  dikarenakan perbedaan  penetrasi  terhadap  awan  ataupun distorsi lain pada tiap algoritma.
Terdapat perbedaan yang sangat mencolok antara perhitungan  algoritma  yang  dijalankan  oleh
perangkat lunak seaDAS dengan hasil pengukuran data in situ. Hal tersebut  dapat ditunjukkan pada grafik sebagai berikut.

## Gambar 5. Grafik Perbandingan antar Algoritma Chl-a terhadap Data In situ

## Berikut  adalah  hasil  dari  perhitungan  algoritma TSS terhadap data in situ
Tabel  7.  Hasil  Perhitungan  Algoritma  Chl-a  terhadap
Data In situ Stasiun TSM clark Data In situ (g/L) 4 4,47E+23 27 14 1,21E+24 8 15 4,06E+28 4 (Sumber : Debby Marzella)
Grafik  dari  perbandingan  hasil  algoritma  TSM Clark terhadap data in situ adalah sebagai berikut.

## Gambar 6. Grafik Perbandingan antar Algoritma TSS terhadap Data In situ

## PENUTUP
Algoritma  Chl-a  dan  TSS  yang  tersedia  pada perangkat  lunak  SeaDAS  belum cukup  baik  untuk digunakan  dalam  perairan  pesisir  Indonesia.
Namun  pemodelan  algoritma  yang  didapat melalui  pengukuran  nilai  spektral  pada  Perairan Pulau  Poteran,  cukup  baik  untuk  mengestimasi nilai Chl-a. Sementara untuk pemodelan algoritma TSS  tidak  dapat  digunakan  untuk  mengestimasi nilai TSS.
Dalam penelitian ini, perbedaan nilai yang didapat melalui perhitungan algoritma dengan data in situ dimungkinkan  karena  kesalahan  laboratorium dalam hal pemberian satuan.

## UCAPAN TERIMAKASIH
Penelitian  ini  didukung  dan  didanai  oleh  SIDI ( Small  Island  Development  Initiative )  tim  Pulau Poteran  hasil  kerjasama  dari  DAAD  Jerman  dan DIKTI serta didanai dan didukung oleh DIKTI dalam skema PKM (Program Kreativitas Mahasiswa)

## DAFTAR PUSTAKA
Ambarwulan, W. 2002. Mapping of TSM concentrations from  SPOT  and  Landsat  TM  satellite  images for  Integrated  Coastal  Zone  Management  in Teluk  Banten,  Indonesia .  MSc  Thesis,  ITC,
Enschede, Netherland. Budhiman, S. 2004. Mapping TSM Concentrations from Multisensor Satellite Images in Turbid
TropoicalCoastal  Waters  of  Mahakam  Delta- Indonesia , Master thesis, Netherland
Cahyono, B. (Universitas D. (2010). Proses Pengolahan Citra Modis Untuk Menduga Konsentrasi Klorofil- a Sebagai Indikator Tingkat Kesuburan di Perairan
Utara Papua Effendi,  H.  2000.Telaah  Kualitas  Air  Bagi  Pengelolaan Sumberdaya dan Lingkungan Perairan. Bogor: Institut Pertanian Bogor Fegie, I. N. (2013). Identifikasi Sebaran Sedimentasi dan Perubahan  Garis  Pantai  Di  Pesisir  Muara Perancak-Bali  Menggunakan  Data  Citra  Satelit ALOS AVNIR-2 Dan SPOT-4 Hermawan, M.  D., Sasmito, B., Hani’ah, I., Parwaty, D. E.,  &  Budhiman,  S.  (2012).  Analisis  Distribusi Total Suspended Matter dan Klorofil-A
Menggunakan  Citra  Terra  Modis  Level  1B Resolusi 250 Meter dan 500 Meter
Jaelani dkk (2014). Pemetaan Distribusi Spasial Konsentrasi Klorofil-A dengan Landsat 8 di Danau Matano dan Danau Towuti, Sulawesi Selatan
Jaelani,  L.  M.,  Matsushita,  B.,  Yang,  W.,  &  Fukushima,
T.  (2013).  Evaluation  of  four  MERIS  atmospheric correction  algorithms  in  Lake  Kasumigaura,
Japan. International  Journal  of  Remote  Sensing ,

## Japan: Tsukuba University
Kusuardini,  A.  2011.Estimasi  Konsentrasi  Padatan Tersuspensi (TSS) dan Klorofil-A dari  Citra MODIS  Hubungannya  dengan  Marak  Alga  di Perairan Teluk Jakarta. Bogor : Institut
Pertanian Bogor Lestari,  I.  B.  (2009).  Pendugaan  Konsentrasi  Total Suspended Solid (TSS) dan Transparansi Perairan Teluk Jakarta Dengan Citra Satelit Landsat NOAA.MODIS Spesification satellite MODIS ( http://modis.gsfc.nasa.gov/about/spesification.p hp)
[Diakses pada : 12 Oktober 2014].
Nurjati,  C.,  &  Handayani,  H.  H.  (2011).  Penginderaan Jauh  Untuk  Estimasi  Kandungan  TSS  di  Wilayah Pantai  Timur  Surabaya  Akibat  Pembuangan Lumpur Lapindo ., 5–16.
Parwati,  E.,  (2014).  Analisis  Dinamika  Fluktuasi  TSS (Total  Suspended  Solid)  Sepanjang  DAS-Muara Laut Di Perairan Berau Kalimantan.
Parwati,  E.,  Soewardi,  K.,  &  Kusumastanto,  T.  (2011). Dampak  Perubahan  Kawasan  Hutan  Menjadi Areal  Industri  Batubara  Terhadap  Kualitas  Air  di Sepanjang DAS Berau Kalimantan Timur
Purba, M. E. K. (Universitas S. U. (2009). Analisa Kadas Total Suspended Solid (TSS)
Sulaiman, A., Hendiarti, N., Syamsudin, F., Frederik, M. C. G., Djajadihardja, Y. S., & Andiastuti, R. (2005). Riset  dan  Teknologi  Pemantauan  Dinamika  Laut Indonesia.
Surabaya, P. K. (2010). Laporan kegiatan pengendalian pencemaran kawasan pantai dan pesisir, 1–14.
Tarigan,  M.  S.  2008.  Pemantauan  Kualitas  Perairan
(Konsentrasi Klorofil-A) di Teluk Jakarta
DenganMenggunakan  Data  Multi-Temporal  Citra Satelit Terra MODIS. Jurnal Lingkungan Tropis