Teknologi Satelit Altimetri

Bagi negara maritim seperti Indonesia, kebutuhan akan informasi mengenai dinamika laut, sangat diperlukan dalam menunjang studi ilmiah maupun aplikasi praktis yang berhubungan dengan kelautan. Perkembangan iptek pada awal 1970an mengenai ilmu kelautan makin pesat dengan diluncurkannya satelit altimetri yang membawa misi mengamat topografi dan dinamika laut secara global.

Satelit altimetri yang diluncurkan memiliki karakteristik yang berbeda-beda dimana untuk mendapatkan ketelitian dalam hal spasial yang baik maka akan mengesampingkan resolusi temporal dan sebaliknya. Topex/Poseidon dan Jason-1 merupakan satelit dengan resolusi temporal yang baik dengan ground track sejauh 315 km sedangkan Envisat merupakan satelit dengan resolusi spasial yang baik dengan ground track sejauh 80 km. Sehingga perlu dilakukan interpolasi untuk mendapatkan nilai tinggi muka air laut sesaat pada lokasi antara lintasan orbit yang bersebelahan pada pengolahan data single satelit. Namun dengan menggunakan data dari beberapa satelit yang memiliki karakteristik berbeda diharapkan dapat meningkatkan resolusi spasial data pengukuran.

Prinsip Dasar

Konsep dasar dari satelit altimetri adalah mengukur jarak dari satelit terhadap permukaan air laut dengan memanfaatkan interval waktu perambatan gelombang radar yang dipancarkan satelit, kemudian dipantulkan oleh permukaan air dan diterima kembali oleh satelit (NASA/CNES, 1992). Dengan diketahui tinggi satelit terhadap elipsoid referensi maka dapat dihitung tinggi permukaan air laut terhadap elipsoid referensi. Dikarenakan muka air laut yang selalu dinamis, pengukuran tidak sebatas pada satu titik namun didapat dari hasil rerata nilai dari area footprint sinyal. Dengan asumsi refraksi pada kecepatan cahaya diabaikan, maka persamaan berikut menggambarkan jarak yang ditempuh sinyal satelit (Chelton et al, 2001).

Gambar (1) menjelaskan mengenai geometri posisi satelit terhadap geoid dan elipsoid. Posisi satelit direferensikan terhadap elipsoid berdasarkan pengamatan GPS. Jika H adalah tinggi satelit dengan referensi elipsoid dan d merupakan jarak antara permukaan laut dengan satelit, maka h merupakan jarak antara permukaan laut dengan elipsoid atau secara konsep disebut Sea Surface Height (SSH).

h=H-1

Tinggi muka air laut dipengaruhi secara langsung oleh ketelitian dari penentuan undulasi geoid terhadap bidang elipsoid H_g, variasi tinggi pasang surut h_t, pengaruh tekanan atmosfer terhadap permukaan laut h_a. Hubungan pengaruh tersebut pada tinggi muka air laut dinamik dapat dijelaskan pada persamaan berikut.

Efek Geophysical Surface merupakan pengaruh undulasi geoid terhadap elipsoid sehingga digunakan untuk mendapatkan SSH di atas geoid. Efek pasut dan tekanan udara adalah faktor yang mempengaruhi ketinggian muka air laut di suatu wilayah. Efek pasut terdiri dari Solid Earth Tide, Earth Ocean Tide, dan Pole Tide. Sedangkan faktor tekanan udara mengindikasikan bahwa setiap kenaikan tekanan 1 mbar pada atmosfer akan mengakibatkan turunnya ketinggian muka air laut sebesar 1 cm.

Satelit TOPEX/Poseidon dan Jason-1

Satelit TOPEX/Poseidon yang diluncurkan pada Agustus 1992 merupakan hasil kerjasama antara badan antariksa Amerika NASA (National Aeronatics and Space Administration) dengan badan antariksa Prancis CNES (Centre National d’Etudes Spatiales). Tujuan utama dari misi TOPEX/Poseidon adalah (Benada, 1997) :

1. Mengukur tinggi muka air laut untuk tujuan studi dinamika laut yang mencakup hitungan rerata maupun variasi arus permukaan dan pasang surut lautan secara global
2. Memproses, memverifikasi, dan mendistribusikan data TOPEX/Poseidon beserta data geofisika lainnya kepada pengguna
3. Meletakkan pondasi bagi keberlanjutan program pengamatan sirkulasi laut dan variasinya dalam jangka waktu yang panjang.

Karakteristik dari satelit TOPEX/Poseidon digambarkan dalam Tabel (4) berikut.

Tabel 1. Karakteristik dari satelit TOPEX/Poseidon

Karakteristik Utama
Setengah sumbu panjang	7714.4278 km
Eksentrisitas	0.000095
Inklinasi bidang orbit	66.04o
Argumen of perigee	90o
Asensiorekta ascending	116.56o
Anomali rerata	253.13o
Data Tambahan
Tinggi referensi (ekuatorial)	1336 km
Periode satu lintasan orbit	6745.72 detik
Resolusi temporal (cycle)	9.9156 hari
Jumlah revolusi dalam satu cycle	127
Jarak antar lintasan pada ekuator	315 km
Sudut lintasan terhadap ekuator	39.5o
Kecepatan orbit	7.2 km/detik
Kecepatan permukaan (ground track speed)	5.8 km/detik

Satelit TOPEX/Poseidon memberikan data terakhirnya pada 4 Oktober 2005 pada cycle ke-481. Misi TOPEX/Poseidon berakhir secara resmi pada tanggal 18 Januari 2006 untuk kemudian dilanjutkan oleh satelit Jason-1. Satelit Jason-1 yang diluncurkan pada 7 Desember 2001 merupakan hasil kerjasama antara NASA dengan CNES. Satelit Jason-1 adalah misi lanjutan dari TOPEX/Poseidon dan mempunyai karakteristik serta tujuan yang sama dengan pendahulunya yaitu untuk mengamati tinggi muka air laut secara global.

Berikut adalah aplikasi dari satelit Jason-1 :

1. Oseanografi. Mengamati variasi lautan global merupakan misi utama dari Jason-1. Orbit dari Jason-1, yang identik dengan TOPEX/Poseidon, dapat mencakup 90% dari seluruh lautan di dunia setiap 9.9156 hari.
2. Klimatologi dan prediksi iklim. Data altimetrik sangat dibutuhkan dalam mempelajari dan memprediksi iklim, pada fenomena-fenomena seperti El Nino.

Satelit Envisat

Satelit Envisat diluncurkan pada Maret 2002 oleh European Space Agency dengan tujuan utama menyediakan data pengamatan dari atmosfer, lautan global, dan es. Envisat mempunyai karakteristik orbit sun synchronous dengan parameter sebagai berikut :

Tabel 2. Karakteristik dari satelit Envisat

Karakteristik Utama
Setengah sumbu panjang	7159.5 km
Inklinasi bidang orbit	98.55o
Tinggi referensi rerata (ekuatorial)	799.8 km
Periode satu lintasan orbit	6035.4 detik
Resolusi temporal (cycle)	35 hari
Kecepatan orbit	7.45 km/detik

Kesalahan pada Pengukuran Satelit Altimetri

Data yang didapat berdasarkan pengamatan satelit altimetri lebih rentan akan noise bila dibandingkan dengan data dari stasiun pasut. Oleh karena itu dibutuhkan solusi yang kompleks untuk mengeliminasi kesalahan tersebut. Kesalahan dan bias pada pengamatan satelit altimetri dapat dibedakan menjadi 5, yaitu (Chelton et al, 2001) :

1. Kesalahan pada instrument, antara lain bias antena dan bias pada instrumen Doppler

Kesalahan yang termasuk akibat instrumen antara lain :

2. Kesalahan akibat perbedaan jam waktu

Kesalahan ini terjadi dikarenakan adanya keterbatasan ketelitian perekaman waktu saat gelombang elektromagnetik dipancarkan dari satelit dan diterima kembali oleh satelit.

3. Kesalahan Doppler shift

Kesalahan yang terjadi akibat pergeseran frekuensi Doppler yang diakibatkan oleh kecepatan radial satelit yang berakibat adanya perlambatan waktu pengukuran yang kemudian mempengaruhi ukuran jarak.

4. Bias antena

Proses hitungan posisi satelit dari muka air laut sesaat didasarkan pada titik pusat massa dari satelit sedangkan proses pengukuran jarak altimeter mengacu pada posisi antena radar altimeter yang tidak terletak pada titik pusat massa satelit. Oleh karena itu perlu diketahui posisi antena terhadap pusat massa sebelum satelit diluncurkan.

5. Kesalahan orbit

Kesalahan orbit terjadi dikarenakan adanya gangguan pada orbit, model yang digunakan dalam penentuan orbit kurang akurat, dan kesalahan dalam sistem penjejakan.

6. Kesalahan pada media rambat, antara lain koreksi ionosfer dan koreksi troposfer

Koreksi pada media rambat perlu dilakukan karena adanya gangguan selama gelombang melewati atmosfer. Koreksi ini meliputi koreksi ionosfer, koreksi troposfer kering, dan koreksi troposfer basah,

7. Bias geofisik eksternal, antara lain akibat undulasi geoid dan tekanan udara. Koreksi geofisik meliputi koreksi pasut laut, koreksi pasut bumi padat, pasut kutub, dan pasut atmosfer.
8. Bias dari media pantul, antara lain bias pada gelombang elektromagnetik serta skewness bias. Bias ini dikarenakan bentuk dan tinggi muka air laut yang selalu bergerak dan sangat heterogen.

Pustaka :

http://www.aviso.oceanobs.com/ (akses bulan Maret 2009).

http://www.podaac.jpl.nasa.gov/ (akses bulan Maret 2009).

http://www.envisat.esa.int/ (akses bulan April 2009).

AVISO - PO.DAAC, 2008, User Handbook : IGDR and GDR Jason Products, USA-Prancis.

Benada, J.R., 1997, PODAAC MGDR-B (TOPEX/Poseidon) User’s Handbook, Jet Propulsion Laboratory, NASA, USA.

Chelton, D.B., B.J. Haines, J.C. Ries, L.-L.Fu, P.S. Callahan, 2001, in: Satellite Altimetry and Earth Sciences, Ed: L.-L. Fu dan A.Cazenave, International Geophysics Series, Vol. 69, pp. 1 to 128, Academic Press, San Diego.

NASA – CNES, 1992, Mission to Planet Earth - TOPEX/Poseidon, USA-Prancis.