Jurnal Penelitian Sains 23(3) 2021: 150-157 Jurnal Penelitian Sains Journal Home Page: Research Articles Analisis kejadian hujan lebat dan banjir Kabupaten Pati menggunakan metode Cloud Convective Overlays dan Red Green Blue Convective Storms pada Satelit Himawari 8 Radhithe Fadly Ramdani*, Yosafat Donni Haryanto, Aditya Mulya, Izhar Nugraha 1Program Studi Meteorologi, Sekolah Tinggi Meteorologi Klimatologi dan Geofisika, Indonesia Received 11 Juli 2021; Accepted 25 Agustus 2021; Published 26 September 2021 Keywords: Heavy rain; CCO method; RGB method; Himawari-8 Satellite Kata Kunci: Hujan Lebat; Metode CCO; Metode RGB; Satelit Himawari-8 ABSTRACT: Weather is a phenomenon that we often see everyday, such as rain, heat and so on. However, the weather can have a negative impact on the survival of living things, especially humans, for example extreme weather in the form of heavy rains, strong winds, landslides, floods, and others. In this study, we will discuss the causes of extreme weather phenomena that occur in the Pati Regency area. These phenomena are heavy rains and floods. Based on an online news site, the Pati area experienced heavy rain and flooding on February 19, 2020. Using Himawari-8 satellite data, the researchers analyzed the incident using analysis using cloud top temperatures, streamlined maps, RGB method using Band 8 (WV3 6.2 m). - Band 10 [WV3 7.3 m], Band 7 (I4 3.9 m) - Band 13 (IR 10.4 m), and Band 5 (NIR 1.6 m) - Band 3 (VIS 0.6 m) and the CCO (Convective Cloud Overlays) method using 2 algorithms, namely the first algorithm is a split windows method with a threshold (S3=BTD[IR1-IR2]<2], the second algorithm is a dual channel difference method with a threshold (BTD=[IR1-IR3]<3). SATAID and GrADS The results of the analysis show that the Pati Regency area is covered by convective clouds. @2021 Published by UP2M, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Sriwijaya University ABSTRAK: Cuaca merupakan fenomena yang sering kita lihat sehari-hari, seperti hujan, panas dan lain sebagainya. Akan tetapi cuaca dapat berdampak buruk bagi kelangsungan makhluk hidup terutama manusia, contohnya cuaca ekstrim berupa hujan lebat, angin kencang, tanah longsor, banjir, dan lain lain. Pada penelitian ini akan dibahas mengenai penyebab terjadinya fenomena cuaca ekstrim yang terjadi di wilayah Kabupaten Pati. Fenomena ini adalah hujan lebat dan banjir. Berdasarkan situs berita online wilayah Pati mengalami hujan lebat dan banjir pada tanggal 19 Februari 2020. Dengan menggunakan data satelit Himawari-8, peneliti menganalisa tentang kejadian tersebut menggunakan analisa menggunakan suhu puncak awan, peta streamline, metode RGB menggunakan Band 8 (WV3 6.2 µm) - Band 10 [WV3 7.3 µm], Band 7 (I4 3.9 µm) - Band 13 (IR 10.4 µm), dan Band 5 (NIR 1.6 µm) - Band 3 (VIS 0.6 µm) dan metode CCO (Convective Cloud Overlays) menggunakan 2 algoritma yaitu algoritma pertama merupakan metode split windows dengan threshold (S3=BTD[IR1- IR2]<2], algoritma kedua merupakan metode dual channel difference dengan threshold (BTD=[IR1-IR3]<3). Perangkat lunak yang digunakan adalah SATAID dan GrADS. Hasil analisa penelitian menunjukkan bahwa wilayah Kabupaten Pati tertutupi oleh awan- awan konvektif. @2021 Published by UP2M, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Sriwijaya University ∗ Corresponding author. E-mail address: 2597-7059 Online, 1410-7058 print/ @2021 Published by UP2M, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Sriwijaya University
Ramdani et al. PENDAHULUAN Kabupaten Pati adalah salah satu kabupaten yang terletak di wilayah pantai utara pulau Jawa. Letak kabupaten ini sangat strategis dikarenakan dilewati jalan nasional yang menghubungkan kota-kota di pantai utara Jawa. Secara geografis Kabupaten Pati terletak di Provinsi Jawa Tengah, berbatasan langsung dengan Kabupaten Jepara dan Laut Jawa (di utara), Kabupaten Grobogan dan Blora selatan), kabupaten Kudus dan Jepara (di barat), Kabupaten Rembang dan Laut Jawa (di timur). Topografi Kabupaten Pati mempunyai ketinggian terendah 1 meter, tertinggi 1280 meter dan rata-rata 17 meter diatas permukaan air laut. Pati bagian barat laut terdapat gunung muria sedangkan pati bagian selatan terdapat pegunungan kapur Kendeng. Dengan keadaan topografi ini wilayah pati sering mengalami cuaca ekstrem baik itu hujan lebat, angin kencang banjir dan tanah longsor. (di Hujan akibat pertumbuhan awan konvektif berasal dari pemanasan udara di atas daratan akibat proses konduksi, karena pemanasan tersebut udara akan mengembang sehingga mengapung naik keatas. Udara hangat akan naik ke atas bersuhu lebih tinggi dari udara lain di sekitarnya. Pada ketinggian tertentu, terjadi suhu udara akan berkurang pengembunan. Pengembunan tersebut menghasilkan titik air dan es yang kemudian jatuh sebagai hujan. Hujan konvektif ini menghasilkan hujan yang deras dengan waktu relative singkat. Selain hujan konvektif, hujan orografik juga dapat mempengaruhi wilayah Indonesia. sehingga Banjir adalah suatu fenomena alam di wilayah daratan yang mengakibatkan meluapnya air dengan kuantitas berlebih yang berasal dari air sungai sebagai akibat dari intensitas hujan yang tinggi. Hal tersebut juga mengakibatkan terjadinya genangan pada permukaan [1];[6];[10]. Suatu wilayah tidak bisa menampung kondisi air yang meluap dipermukaan biasanya dipicu oleh empat faktor, seperti : 1) kondisi topografi, 2) kemampuan infiltrasi tanah, 3) morfologi wilayah, dan 4) dominasi tutupan lahan yang dimiliki [3];[5]. Hal ini menjadikan banjir merupakan ancaman bencana bagi masyarakat yang mendiami suatu pemukiman, karena segala aktivitas manusia akan terkena dampaknya. Hujan lebat dengan disertai angin kencang ini diakibatkan oleh adanya awan Cumulonimbus. Awan yang Cb (Cumulonimbus) bukanlah awan Jurnal Penelitian Sains 23(3) 2021: 150-157 menyebabkan hujan lebat dan angin kencang satu- satunya. Akan tetapi dapat juga merupakan penyebab dari hujan es (Hail) atau thunderstorm. Kebanyakan fenomena ini bersifat lokal mencakup area antara 5- 10 kilometer. Tujuan dari penulisan jurnal ini adalah untuk menganalisis kondisi cuaca serta mengetahui sebaran awan yang terjadi pada tanggal 19 Februari 2020 di wilayah Kabupaten Pati tepatnya di desa Widorokandang, Kecamatan Pati, Jawa Tengah. BAHAN DAN METODE Waktu dan Tempat Waktu pelaksanaan penelitian ini pada tanggal 19 Februari 2020 dan lokasi penelitian yang berada di Kabupaten Pati, tepatnya di Desa Widorokandang. Gambar 1. Peta Kabupaten Pati Sumber: Dokumen Pribadi Alat dan Bahan ini adalah perangkat lunak ArcGIS 10.3 digunakan untuk pembuatan peta lokasi penelitian, perangkat lunak SATAID digunakan untuk mendeteksi suhu puncak dan pertumbuhan awan Cb, perangkat lunak GrADS digunakan untuk mengetahui sebaran awan konvektif. Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah data citra satelit Himawari-8 Red Green Blue Day Convective Storm (kanal WV, kanal WV3, kanal I4 kanal IR, kanal NIR dan kanal VIS), data angin permukaan pada ketinggian 3000 feet, dan data citra satelit Himawari-8 dengan ekstensi .nc (kanal IR1, IR2 dan IR3). Alat yang digunakan dalam penelitian Prosedur Penelitian Data yang digunakan adalah data citra RGB- Day Convective Storm (Band 3, Band 5, Band 7, Band 8, Band 10, Band 13, Band 15) dan CCO pada tanggal 151
Ramdani et al. 19 Februari 2020 jam 12.00 UTC - 23.00 UTC yang didapatkan dari satelit Himawari-8. Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah metode RGB serta metode CCO. Metode tersebut diolah menggunakan 2 perangkat lunak yaitu pertama SATAID (Software Satellite Animation and Interactive Diagnosis) digunakan untuk metode RGB dan kedua GrADS (The Grid Analysis and Display System) digunakan untuk metode CCO (Convective Cloud Overlays). Analisis Data Analisis suhu puncak awan Data suhu puncak awan digunakan untuk menganalisa kejadian hujan lebat dan angin kencang yaitu dengan data Satelit Himawari-8 kanal Infrared berupa band-13 (IR1), band-15 (IR2) dan band-8 (WV/IR3) tanggal 19 Februari 2020 pukul 12.00 - 23.00 UTC. Tabel 1. Algoritma RGB-CS Warna Band Red Band 8 (WV6.2) - Band 10 (W3 7.3) Green Band 7 (I4 3.9) - Band 13 (IR 10.4) Blue Band 5 (NIR1.6) - Band 3 (VIS 0.6) Analisis Metode CCO Metode CCO (Convective Cloud Overlays) merupakan metode untuk mengetahui sebaran awan konvektif (Cumulunimbus) yang menutupi wilayah yang mengakibatkan kejadian cuaca ekstrim. Metode ini menggunakan 2 algoritma yaitu algoritma pertama merupakan metode split windows dengan (S3=BTD[IR1-IR2]<2], threshold algoritma kedua merupakan metode dual channel difference dengan threshold (BTD=[IR1-IR3]<3). Fungsi masing-masing algoritma tersebut adalah untuk membedakan awan Cumulunimbus dengan awan cirrus tipis dan untuk membedakan antara awan Cumulunimbus dengan awan rendah. yang digunakan Jurnal Penelitian Sains 23(3) 2021: 150-157 Analisis streamline lapisan 3000 feet Data yang digunakan merupakan data angin lapisan 3000 feet jam 14.00 UTC tanggal 19 Februari 2020. Data ini digunakan untuk memantau pergerakan juga mendukung data itu massa udara, selain sebelumnya yang mana kemungkinan terbentuknya awan di wilayah Kabupaten Pati. Analisis metode RGB-Day convective storm citra satelit himawari-8 Metode RGB-Day Convective Storm merupakan metode yang digunakan untuk mengidentifikasi awan- awan tinggi dan atau partikel-partikel es kecil yang menunjukkan badai dengan updraft yang kuat. Metode ini menggunakan Band 8 (WV3 6.2 µm) - Band 10 [WV3 7.3 µm], Band 7 (I4 3.9 µm) - Band 13 (IR 10.4 µm), dan Band 5 (NIR 1.6 µm) - Band 3 (VIS 0.6 µm). Gamma Reflectivity Range 1.0 35~5 [K] 0.5 5 ~ 60 [K] 1.0 75~25 [K] HASIL DAN PEMBAHASAN Suhu Puncak Awan Data yang digunakan adalah data yang didapatkan dari satelit Himawari-8 dengan kanal IR (Infrared) tanggal 19 Februari 2020 jam 12.00 UTC - 23.00 UTC. Berdasarkan data time series, dapat diamati bahwa awan konvektif mulai tumbuh pada jam 14.00 UTC dan mengalami fase matang pada jam 16.00 UTC dan mengalami fase meluruh pada jam 18.00 UTC. Fase matang awan konvektif ini memiliki suhu puncak senilai -690C 152
Ramdani et al. Jurnal Penelitian Sains 23(3) 2021: 150-157 Gambar 2. Time Series Pertumbuhan Awan Cb dan Suhu Puncak Awan Streamline Lapisan 3000 feet Gambar 3. Peta Angin 3000 feet Indonesia 19 Februari 2020 Sumber : Berdasarkan peta angin lapisan 300o feet tersebut dapat kita lihat bahwa telah terbentuk pola siklonik di wilayah laut Jawa Selatan dan terjadinya pertemuan angin di wilayah Jawa Tengah dan D.I.Y. Hal ini mengakibatkan kemungkinan pertumbuhan awan konvektif meningkat di wilayah tersebut, yang akan berakibat pada terjadinya cuaca ekstrim. Metode RGB-Day Convective Storm Citra Satelit Himawari-8 Dalam analisa ini, peneliti menggunakan data dari Band 8 (WV3 6.2 µm) - Band 10 [WV3 7.3 µm] untuk warna merah, Band 7 (I4 3.9 µm) - Band 13 (IR 10.4 µm) untuk warna hijau, dan Band 5 (NIR 1.6 µm) - Band 3 (VIS 0.6 µm) untuk warna biru. 153
Ramdani et al. Jurnal Penelitian Sains 23(3) 2021: 150-157 Gambar 3. Interpretasi warna dari citra satelit RGB-Day Convective Storm Gambar 4. Citra RGB Satelit Himawari-8 tanggal 19 Februari 2020 Sumber: Berdasarkan hasil pengolahan citra satelit RGB Day Convective storm menggunakan perangkat lunak terlihat bahwa awan yang menutupi SATAID, kabupaten Pati adalah awan cirrus tipis yang mengandung partikel-partikel es kecil. Berdasarkan data time series sebelumnya terdapat suhu puncak awan yang mencapai -690C - 700C, mengindikasikan bahwa awan tersebut tergolong awan cirrus tipis (dengan partikel-partikel es kecil). 154
Ramdani et al. Jurnal Penelitian Sains 23(3) 2021: 150-157 Metode CCO (Convective Cloud Overlays) 1 1 155
Ramdani et al. Jurnal Penelitian Sains 23(3) 2021: 150-157 Gambar 5. Sebaran Awan Konvektif Metode CCO Sumber : Dokumen Pribadi Hasil pengolahan data citra satelit Himawari-8 menggunakan metode CCO pada perangkat lunak GrADS menunjukkan peta sebaran awan konvektif yang menutupi sejumlah daerah dengan warna merah terang. Hal ini dapat dilihat bahwa Kabupaten Pati telah tertutupi daerahnya oleh awan konvektif. Berdasarkan data sebelumnya pada time series suhu puncak awan, terlihat pada jam 16.00 UTC awan konvektif mengalami fase matang dengan suhu puncak awan bernilai -69 0C. Sehingga wilayah kabupaten mengalami kondisi cuaca ekstrim yang mengakibatkan terjadinya hujan lebat dan banjir. Pembahasan Pengolahan data menggunakan streamline lapisan 3000 feet menunjukkan arah angin bertiup di wilayah Indonesia secara umum dari barat dan garis arus angin yang melewati Pulau Jawa terlihat semakin rapat sehingga memungkinkan terjadinya angin kencang. Selain itu terlihat juga terdapat pola siklonik di perairan selatan Jawa menunjukkan kemungkinan pertumbuhan awan konvektif yang mengakibatkan cuaca ekstrim. Pengolahan data menggunakan citra satelit Himawari-8 m dengan hasil time series suhu puncak awan di wilayah kejadian tersebut dapat diketahui jika awal pertumbuhan awan konvektif mulai terjadi pada pukul 13.00 UTC ditandai dengan turunnya suhu puncak awan semakin rendah hingga mencapai titik tertingginya yaitu pada pukul 16.00 UTC dengan suhu puncak awan sebesar -69,7 0C. Akibatnya cuaca ekstrim berpotensi terjadi di wilayah kejadian. Pengolahan data citra satelit menggunakan metode RGB Day Convective Storm menunjukkan bahwa daerah kabupaten Pati tertutupi oleh awan cirrus tipis yang mengandung partikel-partikel es kecil. Berdasarkan interpretasi menggunakan metode RGB Day Convective Storm diketahui bahwa tidak terlihat adanya awan Cb, hal ini terjadi karena limitasi dari metode ini yaitu hanya dapat digunakan pada saat matahari belum terbenam. Pada saat kejadian tersebut wilayah telah memasuki Indonesia petang/malam hari. Efektivitas untuk mendeteksi awan Cb dari metode ini menjadi berkurang sedangkan pada pengolahan data menggunakan metode Overlays) (Convective menunjukkan wilayah kejadian tertutupi oleh awan- awan cumulonimbus. Berdasarkan time series dari suhu puncak awan, awal terbentuknya awan ini pada pukul pukul 13.00 UTC dan menutupi seluruh wulayah kejadian pada pukul 16.00 UTC. Berbeda dari metode RGB Day Convective CCO Cloud konvektif atau awan 156
Ramdani et al. Storm, metode CCO ini tidak memiliki limitasi baik pada pagi hari/malam hari sehingga meskipun wilayah kejadian telah mamasuki petang/malam hari, awan Cb tetap dapat terdeteksi. KESIMPULAN Berdasarkan pembahasan diatas dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut. 1. Pengolahan menggunakan metode RGB Day Concective Storm menunjukkan bahwa terdapat limitasi sehingga hanya dapat efektif dalam mengetahui deteksi awan Cumulonimbus hanya saat pagi/siang hari, namun tidak efektif pada saat malam hari. 2. Pengolahan menggunakan metode CCO (Convective Cloud Overlays) menunjukkan hasil yang lebih bagus dalam mendeteksi sebaran awan Cumulonimbus dikarenakan metode ini tidak memiliki limitasi terhadap waktu pagi/malam hari. Sehingga dapat digunakan metode ini lebih efektif dalam mendeteksi sebaran awan konvektif baik pagi/malam hari. UCAPAN TERIMAKASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Yosafat Donni Haryanto, SP, M.Si selaku dosen mata telah memberikan ilmu yang bermanfaat dan membimbing serta teman-teman yang telah membantu dalam terwujudnya penulisan jurnal ini. kuliah Metode Penelitian yang REFERENSI [1] DeVries, B., Huang, C., Armston, J., Huang, W., Jones, J. W., & Lang, M. W. (2020). Rapid and robust monitoring of flood events using Sentinel- 1 and Landsat data on the Google Earth Engine. 240. of Remote .111664 Sensing Environment, [2] Fawzia, Annisa Ayu., dan Sudibyakto, H.A (2014). Konvektif Identifikasi Menggunakan Citra MTSAT 2R pada Musim Kemarau di Daerah Perkotaan Yogyakarta Tahun 2014. Kejadian Hujan [3] Ginting, S. (2015). Pengembangan Peta Bahaya Banjir Berdasarkan Model Matematik Quasi 2 Dimensi. Jurnal Teoritis dan Terapan Bidang Rekayasa Sipil. 3 (22). 219 - 233 Jurnal Penelitian Sains 23(3) 2021: 150-157 [4] Hastuti, dkk. (2016). Pemantauan Sebaran Awan Konvektif Menggunakan Metode Cloud Convective Overlays dan Red Green Blue Convective Storms pada Satelit Himawari-8 (Studi Kasus: Hujan Ekstrim Bima 21 Desember 2016 ). [5] Jaswadi, R. (2012). Tingkat Kerentanan dan Kapasitas Masyarakat dalam Menghadapi Risiko Banjir di Kecamatan Pasarkliwon, Kota Surakarta. MGI. 26 (1). 119 - 148 [6] Maryono, A. (2014). Menangani Banjir, Kekeringan dan Lingkungan. Yogyakarta. Gadjah Mada University Press [7] Nuraya, Tia., Ihwan, Adi., Apriansyah. (2016). Analisis Hujan Ekstrim Berdasarkan Parameter Angin dan Uap Air di Kotatabang Sumatera Barat. PRISMA FISIKA. 4 (1). 22 - 27 [8] Fitriyawita, dkk. (2020). Hubungan Pola Garis Arus Angin (Streamline) dengan DIstribusi Hujan di Kalimantan Barat. PRISMA FISIKA. 8 (2). 135 - 146 [9] Meteorological Satellite Center (MSC) of JMA. (AHI), (2013). pada tanggal 15 Juni 2021 Imager Diakses [10] News Diguyur hujak semalam titik di Pati direndam banjir, sejumlah 4906696/diguyur-hujan-sejak-semalam- Diakses pada tanggal 2 Juni 2021 [11] Rahmani, dkk. (2018). Analisis Hujan Ekstrim Perhitungan Potensi Energi Angin di Kalimantan Barat. PRISMA FISIKA. 6 (1). 65 -69 [12] Saputra, Adi., dan Fahrizal (2017). Analisis Kondisi Cuaca Saat Terjadi Hujan Lebat dan Kota di Angin Banjarnegara(Studi Kasus Tanggal 08 November 2017). Kencang Alun-Alun [13] Suripin. (2014). Sistem Drainase Berkelanjutan. Yogyakarta. Andi Offset 157