Menentukan Suhu Permukaan (Land Surface Temperature: LST) menggunakan data Citra Satelit

Author: Rinanda

Suhu permukaan didefinisikan sebagai energi kinetik rata-rata pergerakan molekul-molekul yang ada di di permukaan bumi sehingga masih terpengaruh kontur daratan, permukaan objek dan persebarannya secara horizontal. Suhu permukaan akan mempengaruhi suhu udara di atasnya serta perpindahan energi ke dalam tanah (Soil Heat Flux), panas terasa (Sensible Heat Flux), energi evaporasi serta Panas laten (Laten Heat Flux).

Hal yang dapat mempengaruhi suhu permukaan yaitu:

1.      Sudut Datang Sinar Matahari

Perbedaan penyinaran karena sudut datang matahari (skala diabaikan)

Di wilayah Indonesia yang berada di khatulistiwa dengan pemanasan mencapai 12 jam atau sepanjang hari, suhu permukaan rendah pada saat sudut datang sinar matahari rendah yaitu penyinaran pada pagi dan sore hari. Berbeda saat matahari berada di zenith (sudut diatas kepala kita) membentuk sudut 90 derajat dengan permukaan bumi pada siang hari yang suhunya cenderung lebih tinggi dibanding sudut yang rendah. Jumlah energi matahari yang sampai ke bumi sebenarnya sama pada tiap sudut datang matahari. Namun energi ini terbagi dalam luas permukaan yang berbeda tergantung sudut datang sinar matahari.

2.      Tutupan Lahan

Variasi tutupan lahan berdasarkan kemampuan permukaan menyerap energi matahari. Permukaan rata seperti beton yang banyak terdapat di lahan pemukiman, memiliki suhu yang tinggi karena radiasi matahari yang diterima langsung memanaskan permukaan tanpa dihamburkan. Dibanding lahan vegetasi dengan permukaan yang tak rata, energi matahari banyak di hamburkan ke segala arah dan digunakan untuk proses fotosintesis sehingga suhu permukaan akan rendah.

3.      Albedo

Albedo adalah rasio antara besar radiasi matahari yang keluar dan masuk. Albedo menunjukkan kemampuan suatu objek atau permukaan dalam memantulkan radiasi matahari. Besar Albedo juga terpengaruh dari jenis tutupan lahan. Jika besar energi yang keluar mendekati yang masuk atau rasionya mendekati 1, maka permukaan tersebut memantulkan energi matahari dan cenderung berwarna putih. Sebaliknya jika mendekati 0 maka permukaannya banyak menyerap energi dan suhunya cenderung lebih tinggi.

4.      Lamanya Penyinaran

Lamanya penyinaran matahari tergantung pada lokasi lintang suatu tempat. Orbit revolusi Bumi terhadap Matahari yang miring sebesar 23,5 derajat menyebabkan gerak semu matahari ke lintang BBU dan BBS sehingga menyebabkan variasi lama penyinaran matahari sepanjang tahun. Semakin rendah letak lintang atau mendekati equator maka semakin lama penyinaran matahari sehingga rata-rata suhu permukaannyapun semakin tinggi. Sedangkan semakin tinggi lintang atau mendekati kutub maka penyinaran semakin sedikit sehingga rata-rata suhu permukaannya rendah.

5.      Tutupan Awan

Awan dapat menghalangi pancaran sinar matahari langsung maupun radiasi dari bumi itu sendiri. Jika suatu daerah tertutup awan, maka penyinaran menjadi tidak maksimum. Sama halnya dengan pancaran radiasi dari bumi, jka terjadi tutupan awan pada malam hari maka pelepasan radiasi gelombang panjang dari bumi terhambat sehingga bumi lambat mendingin dan suhu menjadi lebih hangat.

Band thermal pada citra satelit sangat bermanfaat untuk mendeteksi perbedaan suhu permukaan dan dapat dimanfaatkan untuk kepentingan analisis pemanfaatan lahan, penentuan titik hotspot untuk prediksi kebakaran maupun kepentingan analisis lain. Pemanfaatan sensor ini dapat membedakan bagian permukaan bumi yang memiliki suhu lebih panas dibandingkan area sekitarnya. (Campbell, 2013).

Beberapa software penginderaan jauh yang memiliki fungsi operasi matematis dapat memodifikasi atau mengkombinasikan nilai pixel pada band citra (Digital Number) dengan sebuah konstanta atau fungsi matematis untuk membuat sebuah data raster baru. Beberapa di antaranya adalah ERMapper dan ArcMap yang akan saya gunakan untuk tutorial kali ini. ArcMap yang digunakan merupakan versi 10.3 dengan area studi berada di kota Tasikmalaya.

Kota Tasikmalaya

Data yang dipersiapkan adalah Band Thermal citra (Band 10 dan 11 pada Landsat 8) resolusi 100 m, Metadata citra, dan data raster NDVI (Tutorial membuat data NDVI). Tahapan yang dilakukan diantaranya membuat Spectral radiance, Brightness Temperature, Proportion of vegetation, Emissivity, Land Surface Temperature.

Untuk melakukan fungsi operasional matematis di ArcMap, pilih tool pada ArcToolBox -> Spatial Analyst Tools -> Map Algebra -> Raster Calculator. Tahapan diterapkan masing – masing pada Band 10 dan Band 11.

1.      Spectral Radiance

Nilai Digital Number pada data RAW citra satelit perlu dikonversi terlebih dahulu pada nilai TOA (Top Of Atmosphere Radiance). Ada 2 Persamaan yang dapat digunakan:

Persamaan 1.

Dengan:          L_α           = Spectral Radiance

                       M_L         = Radiance_Mult_band_x (metadata)

                       Q_cal         = Quantized & calibrated (nilai DN band 10/11)

                       A_L           = Radiance_ADD_band_x (metadata)

 

Persamaan 2.

Dengan:          L_max      = Radiance_Maximum_Band_X (metadata)

                       L_min      = Radiance_Minimum_Band_X (metadata)

                       Q_calmax  = Quantize_cal_max_Band_X (metadata)

                       Q_calmin  = Quantize_cal_min_Band_X (metadata)

Q_cal         = Quantized & calibrated (nilai DN band 10/11)

  

Range Spectral Band 10                                                                                                         Range Spectral Band 11

2.      Brightness Temperature

Nilai TOA yang telah diperoleh, digunakan untuk menentukan suhu pancaran

Dimana:         BT        = Brightness temperature

                       K1, K2 = Konstanta (metadata)

  

Range BT Band 10                                                                                                             Range BT Band 11

3.      Proportion of Vegetation

Proporsi vegetasi menunjukkan lokasi ketersediaan vegetasi sebagai aspek yang di perlukan dalam menentukan tipe permukaan yang mampu menyerap maupun memantulkan kembali radiasi sehingga berpengaruh pada besarnya suhu permukaan. Semakin Pv mendekati nilai 1, maka semakin tinggi vegetasi ditempat tersebut.

Dimana :        Pv                    = Propotion of Vegetation

                       NDVI             = Normalized Difference Vegetation Index

                       NDVImax       = Nilai NDVI terbesar dari range nilai NDVI

                       NDVImin        = Nilai NDVI terkecil dari range nilai NDVI

Propotion of Vegetation

4.      Emissivity

Emisivitas adalah besarnya pancaran radiasi kalor suatu benda dibandingkan dengan benda hitam. Nilainya diantara 0 < e < 1. Benda hitam memiliki nilai index 1 yang menunjukkan sebagai penyerap dan pemancar panas yang sempurna. Sedangkan semakin mendekati 0 menunjukkan benda yang memantulkan panas.

          

Dimana :        e = Emisivitas

Emisivitas

5.      Land Surface Temperature

Suhu permukaan ditentukan menggunakan persamaan berikut

Nilai LST pada Band 10 dan 11 dirata-rata untuk mendapatkan LST_average

Suhu Permukaan

Suhu minimum dan maksimum yang tertera belum tentu menunjukkan adanya daerah dengan suhu permukaan serendah dan setinggi itu. Data ekstrem yang tercantum bisa merupakan data pencilan jika melihat dari data sebaran berikut. Data pencilan biasanya tidak diikutkan sebagai hasil rata-rata suhu permukaan. Jika dilihat berdasarkan sebaran histogramnya, suhu permukaan daerah kota Tasikmalaya berada di rentang sekitar 25 – 59 derajat celcius. Perlu diperhatikan, Suhu permukaan berbeda dengan Suhu udara yang biasa digunakan dalam menjelaskan suhu yang dirasakan. Besar nilai suhu udara biasanya lebih rendah dari suhu permukaan.

Semoga Bermanfaat 😊