PERTUKARAN CO2 ANTARA ATMOSFER DAN LAUT: Eksplorasi Data Penginderaan Jauh – Kecepatan transfer gas CO2

Cerita ini merupakan sekelumit pandangan ttng eksplorasi data PJ untuk informasi perubahan iklim dan pemanasan global, khususnya ttng daur karbon dan kecepatan pertukaran gas CO2 antara laut-atmosfer…. yang merupakan sambungan dari cerita awal yang berjudul PERTUKARAN CO2 ANTARA ATMOSFER DAN LAUT: Pendahuluan…

Penginderaan jauh atau PJ atau juga remote sensing atau RS…. dah bnyak kyaknya yg mnulis ttng penginderaan jauh, seperti yg dah ditulis disini, tp sekedar mngingatkan aja… PJ merupakan ilmu untuk memperoleh, mengolah dan menginterpretasi citra yang telah direkam yang berasal dari interaksi antara gelombang elektromagnetik dengan sutau objek (Sabins, 1996 dalam Kerle, et al., 2004). Keuntungannya bila PJ ini diaplikasikan dilaut, kita ga perlu harus mengarungi lautan tiap kilometer persegi untuk mengetahui kondisi-kondisi fisik lautan, tp cukup dengan melihat data-data PJ, akan tetapi data-data PJ ini mempunyai batas atau tingkat keakuratan sehinga perlu juga ke laut untuk mngecek tingkat akurasinya… tp kelautanya cuman ngambil beberapa sampel aja 😀 .

Selain untuk mengatasi keterbatasan ruang tersebut, data PJ juga membantu tingkat kontinuitas data. Ga mungkinkan ngambil data tiap hari untuk waktu setahun, apalagi waktunya beberapa tahun, ditengah laut pula… 😀  Citra-citra yang mengintari bumi tiap hari sangat membantu sekali, apalagi dengan adanya citra yang mempunyai resolusi spasial 1 km. Hal ini akan meningkatkan tingkat akurasi data dalam hal keruangannya. Pemantauan proses ini secara kontinyu dengan data penginderaan jauh diharapkan dapat memberikan informasi ttng fluktuasi dan pengaruh faktor lingkungan terhadap pertukaran CO2 ini yang akan memberikan informasi ttng besaran pengaruh lautan terhadap kandungan CO2 diatmosfer yang nantinya akan memberikan suatu cara baru untuk memitigasi efek dari perubahan iklim.

Data PJ selain digunakan untuk melihat sebaran suhu permukaan laut, memetakan potensi ikan, sebaran jumlah klorofil-a, mengetahui arah dan kecepatan angin, mengetahui fluktuasi tinggi muka air laut, bisa juga digunakan untuk mengetahui besaran jumlah pertukaran CO2 antara atmosfer dan laut. Baik itu yang dari atmosfer masuk ke laut atau sebaliknya. Mengetahui pertukaran CO2 antara atmosfer dan lautan ini sngat penting, pertama karena isu pemanasan global dan yang kedua juga perdagangan karbon yag entah nanti jadi atao tidaknya perdangan karbon ini. Setidaknya isu tentang perubahan iklim yang berkaitan dengan penyerapan karbon bisa diketahui secara cepat dengan pemanfaatan data PJ dalam bidang kelautan ini. Menurut Wannikhof (2009) pengetahuan pertukaran gas antara laut dengan atmosfer sngat penting dalam proses siklus biogeokimia dari iklim, cuaca, aliran dimethylsulfide (DMS) dari laut ke atmosfer yang berhubungan dengan proses kondensasi awan (cloud condensation nuclei/CCN), kandungan gas oksigen laut, dan penguapan polutan (pada skala lokal/regional).

Seperti yang dah ditulis disini, proses pertukaran CO2 antara atmosfer dan laut dipengaruhi oleh beberapa faktor spt fluktuasi suhu permukaan laut, tingkat kegaraman (salinitas), kecepatan angin, kandungan CO2 di atmosfer dan lautan, reaksi kimia dengan spesies dipermukaan laut serta aktivitas biologi lautan. Nah beberapa faktor yang mempengaruhi interaksi tersebut dapat diperoleh dari data penginderaan jauh spt SST yang dipeoleh dari data MODIS atau SSMI, kecepatan angin dari QuickScat dan beberapa pendekatan juga menggunakan aktivitas biologi laut yang didekati dari data PJ modis atau SeaWIFS.

Yang masih menjadi perdebatan alot pemanfaatan data PJ dalam bidang mencari tau bagaimana intekasi laut dan atmosfer dalam proses pertukaran CO2 ini adalah tentang pengaruh angin. Angin merupakan hal yang paling penting dalam proses pertukaran ini, dimana angin akan sangat berpengaruh terhadap proses terciptanya gelembung-gelembung air dilaut (bubbles). Kecepatan angin merupakan pendekatan yang paling tepat dalam mencari tau seberapa bnyak bubble yang tercipta dan seberapa besar luasannya (whitecap). Akan tetapi data kecepatan angin yang diperoleh dari PJ selama ini merupakan data kecepatan angin yang berasal pada ketinggian 10m dari permukaan laut atau biasa disebut U10. contohnya adalah data kecepatan angin yang diperoleh dari QSCAT.

Rik Wanninkhof dan kawan-kawan telah bnyak memberikan persamaan untuk mecari hubungan antara kecepatan angin dengan kecepatan tranfer gas CO2 (laut-atmosfer) dan juga gas-gas yang lainnya, dimana dalam persamaannya tersebut mengunakan data kecepatan angin 10m dari permukaan laut (U10), persamaan2 tersebut bisa dilihat di Wanninkhof (1992), Wanninkhof dan McGillis (1999) dan Wanninkhof et al. (2009). Selain itu terdapat persamaan2 dari Liss dan Merlivat (1986), Ho et al. (2006) dan Nightingale et al. (2000) yang juga menggunakan pendekatan kecepatan angin diatas 10m untuk mendapatkan kecepatan tranfer dari gas CO2 antara laut dengan atmosfer. dibawah ini diperlihatkan beberapa hubungan antara U10 dan kecepatan transfer gas CO2

Selain pendekatan kecepatan angin diatas 10m (U10), juga digunakan pendekatan U* (U star) atau kecepatan gesekan angin. Untuk mendapatkan nilai ini sangat sulit (mnurut saya) dan juga bisa diperoleh dari data penginderaan jauh. Hubungan ini dipeoleh dari data-data penginderaan jauh SAR (Synthetic Aperture Radar). Hubungannya sangat panjang, dimana mendapatkan nilai U* dari SAR dilihat dari kekasarang gelombang, umur gelombang, frekwensi gelombang dll. Menurut Hwang et al. (1989) semakin tinggi nilai U* maka jumlah gelembung air akan semakin bnyak. Nilai U* digunakan untuk mencari area dari sebaran buih (whitecap) dengan menggunakan beberapa model seperti Monahan model atau Woolf model. Nilai whitecap inilah yang digunakan untuk menghitung kecepatan transfer gas CO2 antara laut dengan atmosfer. Sangat rumit :D. Yang mana yang paling baik? Belum ada teori yang jelas ttng mana yang terbaik. akan tetapi bukan hanya kecepatan angin yang berperan terhadap kecepatan tranfer gas antara laut dan atmosfer ini, Wanninkhof et al. (2009) merangkum beberapa hasil penelitian seperti dari Broecker et al. (1978), Asher (1997), Monahan & Spillane (1984), Ho et al. (1997), Erickson (1993) dll yang mengatakan bahwa proes transfer gas antara laut dan atmosfer juga dipengaruhi oleh selaput permukaan laut, curah hujan, pencampuran gelembung/buih air laut dan stabilitas batas lapisan permukaan laut

Dalam mencari kecepatan tranfer gas ini selain akibat pengaruh angin juga disebabkan oleh pengaruh suhu permukaan laut yang ditunagkan untuk mencari nilai schmidt number (Sc) baik itu Sc radon maupun Sc CO2. Wanninkhof (1992) memberikan suatu persamaan untuk untuk mencari nilai itu, dimana nilai ini merupakan korelasi dari suhu permukaan laut. Data PJ bisa digunakan untuk mencari nilai ini yaitu dengan memanfaatkan data SST dari MODIS atau SSMI.

inilah sekelumit cerita itu. selain pemanfaatan PJ untuk pemanasan global dengan memperhatikan  fenomena lingkungan laut, juga bisa digunakan untuk untuk mencari tau bnyaknya CO2 yg diserap oleh tanaman, tapi itu mungkin cerita lain kali. masih ada 1 bagian lagi lanjutan dari cerita ini. yaitu ttng pemanfaatan PJ untuk mencari Fluktuasi CO2 antara atmosfer dengan lautan.

Bahan Bacaan

Ho, D. T., C. S. Law, M. J. Smith, P. Schlosser, M. Harvey, and P. Hill. 2006. Measurements of air-sea gas exchange at high wind speeds in the Southern Ocean: Implications for global parameterizations. Geophy. Res. Lett., 33. 1-6.

Wanninkhof, R., and W.R. McGillis. 1999. A cubic relationship between air-sea CO2 exchange and wind speed, Geophys. Res. Lett., 26, 1889-1892

Wanninkhof, R., Asher, W. E., Ho, D. T., Sweeny, C. S., & McGillis, W. R. 2009. Advances in Quantifying Air-Sea Gas Exchange and Environmental Forcing. Annual Review of Marine Science , 1, 213-244

Woolf, D. K. 2005. Parametrization of gas transfer velocities and sea-state-dependent wave breaking. Tellus B, 87-93.

Ekayanti, N.W. 2009. Study of Air-Sea Interaction and CO2 Exchange Process between the Atmosphere and Ocean Using ALOS/Palsar: Study Cases of Wind Wave Bubbling Process in Badung and Lombok Straits (Thesis). Udayana University. Bali – Indonesia.

Nightingale, P. D., G. Malin, C. S. Law, A. J. Watson, P. S. Liss, M. I. Liddicoat, J. Boutin, and R. C. Upstill-Goddard. 2000. In situ evaluation of air-sea gas exchange parameterizations using novel conservative and volatile tracers, Glob. Biogeochem. Cycle, 14, 373-387.

Olsen. A., R. Wanninkhof, J.A. Trinanes, and Truls. 2005. The effect of wind speed products and wind speed–gas exchange relationships on interannual variability of the air–sea CO2 gas transfer velocity. Tellus, 57B, 95–106

Zhao, C.F. 1995. “The CO2 Flux Estimation in the North pacific Ocean Based on Satellite and Ship Data” (Doctor Dissertation). Doctor program in Center of Environment Remote Sensing. Chiba University. Japan.

Pranala di Blog ini:

PERTUKARAN CO2 ANTARA ATMOSFER DAN LAUT: Pendahuluan

Pemanasan Global (catatan mengenai sebabnya)

Pemanasan Global (catatan mengenai akibatnya)

El Nino dan La Nina

Perubahan Iklim; Tinjauan Pustaka

PENYEBAB VARIABILITAS HUJAN DI INDONESIA

Hubungan Efek Rumah Kaca, Pemanasan Global dan Perubahan Iklim

Faktor Penyebab Banjir (2): Perubahan Lingkungan

Sistem Informasi Geografi Perikanan; Sebuah Wacana

Penginderaan Jauh

Sistem Informasi Geografi (SIG)/Geographic Information System (GIS)